Przeobrażenia P b ż i mineralne i l w kruszywach k h naturalnych w kwaśnym środowisku asfaltowych warstw ścieralnych Dr inż. Bartłomiej Grzesik
Geneza podjętej problematyki
Darłowo Zieluń Żuromin Siemiątkowo Wylazłowo Krzeczanowo Amfibolit Dolomit Gabro Granodioryt Wapień Częstochowa Pieszyce Łysiec Koziegłowy Gliwice Zabrze Przeczyce Ruda Jaworzno Śląska Olkusz Mysłowice Owczary Mszana Goczałkowice Kraków Wilamowice Jastrzębie-Zdrój Bielsko-Biała Myślenice Obserwacje terenowe
Badania mineralogiczne kruszywa
Ilościowa ś rola minerału i akcesor ryczne Minerały poboczne Nazwa minerału Wzór chemiczny GABRO GRANO- DIORYT WAPIEŃ DOLOMIT AMFIBOLIT ankeryt CaFe(CO 3 ) 2 + bornit Cu 5 FeS 4 + chalkopiryt CuFeS 2 + + + chalkozyn Cu 2 S + cyrkon ZrSiO 4 + galena PbS + granaty A 3 B 2 (SiO 4 ) 3 + ilmenit FeTiO 3 + + kowelin CuS + magnetyt Fe +2 Fe +3 2 O 4 + + maghemit γ-fe 2 O 3 + pentlandyt (Ni,Fe) 9 S 8 + pirotyn FeS + piryt FeS 2 + + + + scheelit Ca(WO 4 ) + sfaleryt ZnS + wolframit (Fe,Mn)WO 4 + Badania mineralogiczne kruszywa
Badania mineralogiczne osadów
Nazwa minerału Barwa Wzór chemiczny GABRO GRANO- DIORYT Arkanit biała K 2 SO 4 + Alunogen czerwona Al 2 (SO 4 ) 3 17H 2 O + WAPIEŃ DOLOMIT AMFIBOLIT Copiapit żółta (Fe,Mg)Fe 4 (SO 4 ) 6 (OH) 2 20H 2 O Epsomit biała MgSO 4 7H 2 O + + Gips białał CaSO 4 2H 2 O + + + + + Halotrichit biała FeAl 2 (SO 4 ) 4 22H 2 O + + Heksahydryt Mg biała MgSO 4 6H 2 O + Jarosyt bursztynowa KFe 3 (OH) 6 (SO 4 ) 2 + Kornelit bladoróżowa Fe 2 (SO 4 ) 3 7,5H 2 O + + + + + Mirabilit biała Na 2 SO 4 10H 2 O + Parabutleryt pomarańczowa Fe(SO 4 4)( )(OH) 2H) 2O + Paracoqumbit bladofioletowa Fe 2 (SO 4 ) 3 9H 2 O + Pickeringit biała MgAl 2 (SO 4 ) 4 22H 2 O + Rozenit biała FeSO 4 4H 2 O + Syderolit biała/żółta (Fe,Cu)SO 4 5H 2 O + Wodorotlenek Fe brunatna Fe(OH) 3 + + + + + Badania mineralogiczne osadów
700 600 Copiapit Minerały pierwotne (siarczki i węglany) Minerały wtórne (uwodnione siarczany) Objętość ć molowa [c cm 3 /mol] 500 400 300 200 100 0 Halotrychit Pickeringit Alunogen Paracoqumbit Kornelit Epsomit Pentlandyt Syderotil Heksahydryt Mg Ankeryt Bornit Gips Parabutleryt Rozenit Chalkopiryt Galena Pirotyn Chalkozyn Kowelin Piryt Sfaleryt Nazwa minerału Badania mineralogiczne osadów
Metoda I (Seaton, 1948) ASTM C 330 i C 331 Standard specification for lightweight aggregates for structural t concrete PN-88/B-06714/36 Kruszywa mineralne. Badania. Oznaczenie zawartości związków barwiących. Metody badawcze
Metoda II (Midgley 1958) FeS + 2O 2 FeSO 4 FeSO 4 + Ca(OH) 2 Fe(OH) 2 + CaSO 4 4Fe(OH) 2 +O 2 +2H 2 O 4Fe(OH) 3 PN-EN 1744-1 Badania chemicznych właściwości kruszyw. Analiza chemiczna Metoda III (Hagerman, Roosaar 1955) PN-EN 1744-1 Badania chemicznych właściwości kruszyw. Analiza chemiczna Metody badawcze
Województwo Dolnośląskie Rok Graniczne wartości ph dobowych próbek opadów Liczba próbek dobowych Udział próbek dobowych o ph<5,6 (kwaśny deszcz) [%] Min. Max. 2009 4,28 7,16 312-2010 3,94 7,59 312-2011 4,35 7,45 312 95 2012 4,05 6,85 266 88 2013 3,68 6,64 273 92 2009 - - - 55 2010 3,21 7,29-58 2011 3,90 7,14-70 Małopolskie 2012 408 4,08 786 7,86-65 2013 3,77 7,88-69 2009 - - 55 2010 3,85 7,06 126 38 Mazowieckie 2011 4,44 7,01 92 33 2012 4,14 6,84 101 44 2013 3,33 7,43 107 48 2009 3,52 7,27 290 56 2010 5,33 7,38 295 61 Śląskie 2011 3,72 7,19 176 53 2012 3,57 7,31 209 55 2013 3,45 7,09 211 65 Zachodniopomorskie 2008 127 21 4,60 7,57 2009 112 19 2010 114 33 4,11 7,22 2011 95 40 2012 111 26 4,23 7,51 2013 104 41 średnia 53 Czynniki hipergeniczne
Substancja nasycony (0,16%) wodny roztwór wodorotlenku wapnia Zmierzony odczyn ph Charakter chemiczny 11,47 zasadowy woda destylowana 7,49 obojętny 5% wodny roztwór chlorku sodu 7,20 obojętny 10% wodny roztwór chlorku wapnia 7,11 obojętny 10% wodny roztwór nadtlenku wodoru 3,85 kwaśny 10% wodny roztwór kwasu octowego 2,83 kwaśny Badania eksperymentalne
Czas: 0 h 1 h 6 h 24 h Badania eksperymentalne
1. Brunatne wykwity obserwowane na warstwach ścieralnych z mieszanek mineralno-asfaltowych są wtórnymi produktami przeobrażeń ż ń minerałów pierwotnych, głównie pobocznych i akcesorycznych, obecnych w kruszywach naturalnych. 2. Przyczyną y ą przeobrażeń mineralnych jest kwaśne środowisko hipergeniczne, rozpoczynające przemiany siarczków w siarczany i tym samym dalsze jego zakwaszanie, co w konsekwencji prowadzi do ługowania składników chemicznych z minerałów skałotwórczych ziaren kruszywa i tworzenia wykwitów o bardzo zróżnicowanym składzie minerałów wtórnych. 3. Zróżnicowanie składu minerałów wtórnych, tworzących wykwity, uzależnione jest od składu minerałów pierwotnych skał, z których wytworzono kruszywo. We wszystkich wykwitach zawsze obecne sąą uwodnione siarczany żelaza, gipsiwwiększości gp ę wodorotlenek żelaza (III). 4. Zjawisko eksudacji, towarzyszące przemianom mineralnym zachodzącym w strefie oddziaływania czynników hipergenicznych, może skutkować destrukcją ziaren kruszywa, osłabianiem adhezji asfaltu do ich powierzchni, a w konsekwencji prowadzić do zainicjowania uszkodzeń warstw ścieralnych, mających charakter punktowy lub lokalny. 5. Skutecznym narzędziem do prognozowania podatności kruszywa do tworzenia wykwitów jest procedura wg normy PN-EN 1744-1 zmodyfikowana o użycie nadtlenku wodoru w miejsce wodorotlenku wapnia, wzbogacona o propozycję kryteriów interpretacji wyników. Wnioski końcowe