ROZWÓJ TECHNOLOGII PRODUKCJI ASFALTÓW DROGOWYCH STOSOWANYCH DO BUDOWY AUTOSTRAD W POLSCE

Jan BIEDROŃ 1 Piotr JASKUŁA 2 ROZWÓJ TECHNOLOGII PRODUKCJI ASFALTÓW DROGOWYCH STOSOWANYCH DO BUDOWY AUTOSTRAD W POLSCE 1. Wprowadzenie W ciągu ostatnich lat w Polsce nastąpił gwałtowny wzrost ruchu drogowego a w konsekwencji większe obciążenie nawierzchni drogowych. Dotyczy to zwłaszcza transportu ciężarowego, który ma decydujący wpływ na powstawanie odkształceń trwałych nawierzchni. Dlatego też obecnie oprócz stosowania nowych mieszanek mineralno - asfaltowych, bardziej odpornych na deformacje (np. mastyks grysowy SMA) również stawia się wyższe wymagania jakościowe stosowanym materiałom a zwłaszcza asfaltom drogowym. Asfalty drogowe w warunkach klimatycznych, jakie panują w Polsce narażony jest zarówno na działanie wysokich temperatur w okresie letnim i niskich temperatur w okresie zimowym. W wysokich temperaturach nawierzchnia asfaltowa narażona jest na powstawanie odkształceń trwałych, czyli kolein. W tej sytuacji zasadne wydaje się zastosowanie asfaltu twardego, który ze względu na dobre własności wysokotemperaturowe będzie zapobiegał powstawaniu kolein. Niestety w warunkach niskich temperatur taka nawierzchnia będzie ulegała przesztywnieniu (to znaczy będzie bardziej krucha), co skutkuje powstawaniem spękań i w konsekwencji zniszczeniem nawierzchni po kilku okresach zimowych. Dlatego w okresie zimowym lepiej sprawdzają się asfalty miękkie. Aby pogodzić te zróżnicowane wymagania w LOTOS Asfalt a wcześniej w Grupie LOTOS wprowadzono nowe gatunki asfaltów o polepszonych własnościach. Pierwszą grupą takich produktów są klasyczne asfalty drogowe, dla których opracowano specjalne wymagania znacząco wykraczające poza wymagania wówczas obowiązującej normy PN-65 /C-96170. Z tej grupy produktów należy wyróżnić asfalt drogowy D-50 RG. Z punktu widzenia zastosowania najważniejszą grupę lepiszczy asfaltowych stanowią asfalty modyfikowane polimerami. Produkowane są w oparciu o najbardziej popularny dodatek modyfikujący, jakim jest kopolimer blokowy styren-butadien-styren (SBS). Zaleca się ich stosowanie głównie do budowy nawierzchni drogowych obiektów specjalnych (np. mosty, wiadukty) 1 Mgr inż., Grupa Lotos S.A. z Gdańska 2 Dr inż., Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Politechnika Gdańska

oraz odcinków ulic o największym natężeniu ruchu. Jednak w ostatnich latach zakres zastosowania znacząco się rozszerzył na drogi powiatowe, krajowe i autostrady. Asfalty modyfikowane stanowią już 10% zużycia asfaltów w Polsce. Biorąc pod uwagę fakt, że nadal około 90% stosowanych w Polsce lepiszczy asfaltowych stanowią asfalty konwencjonalne podjęte zostały działania mające na celu opracowanie nowego typu asfaltu, produkowanego według klasycznej technologii, który będzie spełniał bardziej rygorystyczne wymagania niż obecnie dostępne na rynku konwencjonalne asfalty drogowe. W wyniku przeprowadzonych wspólnie z Instytutem Technologii Nafty badań powstał nowy asfalt drogowy typu Multigrade - UNIBIT 35/50. Wszystkie nowe technologie produkcji asfaltów były i są wprowadzane przy współudziale Wydziału Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej. Wszystkie asfalty drogowe badano pod kątem własności funkcjonalnych w mieszankach mineralnoasfaltowych, dzięki czemu wszystkie nowe technologie znajdowały natychmiast zastosowanie w praktyce. 2. Nowe technologie w produkcji asfaltów klasycznych 2.1. Podstawowe parametry asfaltów drogowych Podstawowymi parametrami, które charakteryzują asfalt drogowy w różnych temperaturach są: penetracja - określa ona własności reologiczne asfaltu mierzone poprzez głębokość zanurzenia igły pod naciskiem 100 g w czasie 5 s (jednostką jest 1/10 milimetra). Pomiar przeprowadza się zwykle w temperaturze 25 C, temperatura mięknienia ilustruje w jakiej temperaturze asfalt z zakresu własności lepkospreżystych przechodzi w zakres własności plastycznych. Po przekroczeniu temperatury mięknienia gwałtownie spada odporność asfaltu na powstawanie odkształceń trwałych. Oznaczenie przeprowadza się metodą pierścień i kula, w której metalowa kulka umieszczona jest na pierścieniu wypełnionym asfaltem. Pomiar prowadzony jest do temperatury w której następuje przebicie warstwy asfaltu przez kulę, temperatura łamliwości wg Fraassa - jest parametrem który charakteryzuje własności asfaltu w niskich temperaturach. Cienka warstwa asfaltu naniesiona na metalową blaszkę jest schładzana o 1 C na minutę i zginana do temperatury, w której nastąpi pęknięcie warstwy lepiszcza. Za pomocą tych trzech parametrów możemy ogólnie opisać własności asfaltu. Asfalty o wysokiej penetracji charakteryzują się niską temperaturą mięknienia i niską temperaturą łamliwości. Oznacza to, że są one odporne na działanie niskich temperatur jednak wyższe temperatury spowodują ich szybsze mięknienie. W rezultacie w wysokiej temperaturze będzie zachodzić proces koleinowania nawierzchni drogowych. Asfalty twarde natomiast są bardziej odporne na odkształcenia w wyższych temperaturach ze względu na wysoką temperaturę mięknienia. Ich słabą stroną są własności w temperaturach ujemnych, w których będzie następować pękanie pod wpływem działających sił. Dlatego biorąc pod uwagę warunki klimatyczne panujące w Polsce wysokiej jakości asfalt powinien wyróżniać się w bardzo dobrymi własnościami zarówno w niskich jak i wysokich temperaturach. 2.2. Technologie produkcji asfaltów klasycznych wg starej normy W 1995 roku w Rafinerii Gdańskiej rozpoczęto opracowywanie nowej technologii produkcji asfaltów klasycznych. Prace nad uzyskaniem nowej jakości asfaltów prowadzone były z udziałem firmy DROMEX. W efekcie uzyskano asfalt drogowy D-50 RG, który znacząco

przewyższał jakością dotychczas produkowane w kraju asfalty. W (tab. 1) przedstawiono zestawienie podstawowych wymagań wg normy PN-65/C-96170, Warunków Technicznych dla asfaltu D-50 RG oraz średnich wartości parametrów ze Świadectw Jakości. Tablica 1. Wymagania dla asfaltu D50 Wymagania Właściwość D-50 wg PN-65/C-96170 D-50 RG wg WT Asfalt D-50 wg ŚJ Penetracja w 25ºC, 1/10 mm 45-60 45-55 50 Temperatura łamliwości, ºC, nie wyższa niż -6-11 -18 Temperatura mięknienia PiK, ºC 50 56 50 56 53 Lepkość dynamiczna w 60 ºC, Pas nie niższa niż - 310 568 Zawartość parafin, %, nie więcej niż 2,0 2,0 1,3 Indeks penetracji Pen/PiK, nie niższy niż - -0,75-0,58 Po starzeniu TFOT/RTFOT Zmiana masy, %, +/-, nie więcej niż 1,0 0,5-0,03 Pozostała penetracja, %, nie niższa niż - 63 67 Temperatura łamliwości po starzeniu, ºC, nie wyższa niż -4-8 -15 Temperatura mięknienia PiK po starzeniu, ºC, nie niższa niż - 52 59 Lepkość dynamiczna w 60ºC po starzeniu, Pas, nie niższa niż - 410 2070 W odniesieniu do obowiązującej wówczas normy wymagania a zwłaszcza parametry gotowego asfaltu znacząco przewyższały minimalne wymagania dla tej klasy asfaltów. Do wymagań wprowadzone zostały nowe testy i przeliczenia charakteryzujące lepiszcze takie jak indeks penetracji, lepkość dynamiczna oraz pozostała penetracja po starzeniu technologicznym. Parametry te zostały uwzględnione dopiero w normie europejskiej pierwszej generacji EN 12591 z 1999 roku. Jednak najistotniejszą zmianą było rozszerzenie zakresu własności lepkospężystych asfaltu. Jako przedział własności lepkosprężystych przyjmuję się zakres pomiędzy temperaturą łamliwości a temperaturą mięknienia. Im szerszy zakres tym większa odporność asfaltu na działanie niskich temperatur (wartość temperatury łamliwości poniżej której asfalt ulega spękaniu) oraz wysokich temperatur (wartość temperatury mięknienia powyżej której następują odkształcenia plastyczne). Na (rys. 1) zamieszczone zostały zakresy własności lepkospężystych dla asfaltu D-50 wg starej polskiej normy oraz asfaltu D-50 RG wg wymagań Warunków Technicznych i średnich własności wg Świadectw Jakości.

60 Temperatura 50 40 30 20 10 42 50 53 0-10 -20-6 D-50 wg PN-65/C- 96170-11 -18 D-50 RG wg WT D-50 RG wg ŚJ Temp. Łamliwości Temp. Mięknienia Rys 1. Przedział własności lepkosprężystych D 50RG W opracowywaniu technologii produkcji uczestniczyła Katedra Inżynierii Drogowej Politechniki Gdańskiej badając asfalty produkowane na bazie różnych gatunków ropy naftowej zarówno pod względem parametrów fizykochemicznych lepiszcza jak również w mieszankach mineralno-asfaltowych. Dzięki bardzo dobrym parametrom jakościowym asfalt D-50 RG był stosowany do budowy autostrady A-4 oraz wielu odcinków dróg krajowych w całej Polsce. Technologia produkcji asfaltu była stale udoskonalana aż do roku 2003, czyli momentu wprowadzenia przez producentów w Polsce asfaltów zgodnych z wymaganiami normy europejskiej PN-EN 12591. 2.3. Nowa norma asfaltowa Kolejny etap prac nad technologią produkcji asfaltów klasycznych przypadł w okresie wdrażania nowej normy asfaltowej opartej na normie europejskiej EN 12591:1999. W Polsce od prawie czterdziestu lat funkcjonowała norma asfaltowa PN-C-96170:1965. W lecie 2002 r. w ramach harmonizacji norm krajowych ze standardami Unii Europejskiej, Polski Komitet Normalizacyjny przyjął metodą uznaniową normę EN 12591:1999 jako PN-EN 12591:2002 (U). Norma ta w postaci okładki z tytułem w języku polskim i angielską tekstem wewnatrz nie zastąpiła niestety polskiej normy z 1965 r. Dopiero na początku 2003 roku producenci asfaltów w porozumieniu z Generalną Dyrekcją Dróg Krajowych i Autostrad wprowadzili na rynek wyłącznie produkty zgodne z nowymi wymaganiami. W ślad za wprowadzeniem nowych norm Grupa LOTOS wspólnie z Politechnika Gdańska uruchomiła program badawczy, którego celem była ocena wpływu wprowadzonych przez normę zmian własności asfaltów na parametry betonów asfaltowych. Mimo, że stara polska normę zastąpił nowy dokument europejski nie obniżono wysokich wymagań jakościowych stawianym asfaltom drogowym. W (tab. 2) przedstawiono zestawienie podstawowych wymagań wg normy PN-EN 12591, Warunków Technicznych dla asfaltów 35/50 i 50/70 oraz średnich wartości parametrów ze Świadectw Jakości.

Właściwość Tablica 2. Wymagania dla asfaltów 35/50 i 50/70 wg PN-EN 12591 Asfalt 35/50 wg PN-EN 12591 Wymagania Asfalt 35/50 wg WT Asfalt 35/50 wg ŚJ Penetracja w 25ºC, ºC 35-50 35-50 45 Temperatura łamliwości wg Fraassa, ºC, nie wyższa niż -5-10 -17 Temperatura mięknienia PiK, ºC 50 58 50-58 54 Pozostała penetracja po starzeniu RTFOT, %, nie niższa niż 50 63 68 Asfalt 50/70 wg PN-EN 12591 Asfalt 50/70 wg WT Asfalt 50/70 wg ŚJ Penetracja w 25ºC, ºC 50-70 50-70 65 Temperatura łamliwości wg Fraassa, ºC, nie wyższa niż -7-11 -16 Temperatura mięknienia PiK, ºC 46 54 53 48 Pozostała penetracjapo starzeniu RTFOT, %, nie niższa niż 50 55 66 Na (rys. 2) został zilustrowany zakres własności lepkosreżystych dla asfaltu drogowego 35/50. 60 50 40 50 50 54 Temperatura 30 20 10 0-10 -20-5 35/50 wg PN-EN 12591-10 Temp. Łamliwości -17 35/50 wg WT 35/50 wg ŚJ Temp. Mięknienia Rys. 2. Przedział własności lepkosprężystych asfalt 35/50 Minimalny zakres własności lepkosprężystych dla asfaltu 35/50 według normy mieści się w zakresie od -5ºC do 50ºC, natomiast średnia dla gotowego produktu mieści się w zakresie

-18ºC do 54ºC. Zakres własności lepkosprężystych jest szerszy średnio o 16ºC od minimalnego dla tego typu lepiszcza. Wysoką jakość lepiszcza można również stwierdzić na podstawie zmian własności po starzeniu RTFOT, które jest symulacją starzenia podczas produkcji mieszanki mineralno asfaltowej. Im mniejsza zmiana własności po starzeniu, takich jak pozostała penetracja, tym mniejsza tendencja do przesztywnienia mieszanki mineralno-asfaltowej. 60 50 40 46 46 48 Temperatura 30 20 10 0-10 -20-8 50/70 wg PN-EN 12591-11 -16 50/70 wg WT 50/70 wg ŚJ Temp. Łamliwości Temp. Mięknienia Rys 3. Przedział własności lepkosprężystych asfalt 50/70 Minimalny zakres własności lepkosprężystych dla asfaltu 50/70 według normy mieści się w zakresie od -8ºC do 46ºC, natomiast średnia dla gotowego produktu mieści się w zakresie - 16ºC do 48ºC. Zakres własności lepkosprężystych jest o szerszy średnio o 10ºC od minimalnego dla tego typu lepiszcza. 2.4. Asfalty typu Multigrade Jako pierwsza firma w Polsce Grupa LOTOS przystąpiła do opracowania technologii asfaltu typu Multigrade, czyli wielorodzajowego, wielosezonowego czy też uniwersalnego. Technologia produkcji lepiszcza powstała we współpracy z Instytutem Technologii Nafty. Badania asfaltu w mieszankach mineralno-asfaltowych wykonała Katedra Inżynierii Drogowej Politechniki Gdańskiej. Historia asfaltów typu Multigrade sięga końca lat 80-tych, pierwsza technologia produkcji została opracowana przez firmę Shell. W chwili obecnej asfalty Multigrade oferują również inne większe koncerny naftowe i dzięki temu technologia ta sprawdza się od wielu lat w krajach zachodniej Europy, Australii, Kanady i innych czyli w różnych strefach klimatycznych.

Czym różnią się asfalty typu Multigrade od asfaltów klasycznych o podobnym zakresie penetracji? Proces produkcji prowadzony jest tak, aby uzyskać wyższą temperaturę mięknienia oraz lepkość. Jednocześnie asfalt ten wyróżnia się doskonałymi własnościami niskotemperaturowymi, na co wskazuje temperatura łamliwości. Można, więc powiedzieć, że asfalt UNIBIT 35/50 będzie zachowywał się wysokich temperaturach jak asfalt twardy natomiast w niskich temperaturach będzie wykazywał własności charakterystyczne do asfaltów miękkich. Dlatego ten typ asfaltu określany jest mianem Multigrade, czyli wielosezonowy czy też uniwersalny. W (tab. 3) zamieszczono porównanie głównych parametrów asfaltu UNIBIT 35/50 w odniesieniu do wymagań normowych i typowych parametrów klasycznego 35/50. Tablica 3. Właściwości asfaltu typu Multigrade UNIBIT 35/50 i asfaltu zwykłego 35/50 Właściwość 35/50 wg PN-EN 12591 Wymagania Asfalt 35/50 wg ŚJ UNIBIT 35/50 Penetracja w 25ºC, ºC 35-50 45 49 Temperatura łamliwości wg Fraassa, ºC, nie wyższa niż -5-17 -23 Temperatura mięknienia PiK, ºC 50 58 54 57 Lepkość dynamiczna w 60 ºC, Pas Nie niższa niż Indeks penetracji Pen/PiK, Nie niższy niż Temperatura zapłonu, ºC, Nie niższa niż Pozostała penetracja, po starzeniu RTFOT,% 225 691 1940 - -0,50 0,36 240 250 250 50 68 67 Parametry asfaltu UNIBIT 35/50 znacząco przewyższają wymagania narzucone asfaltom drogowym w normie PN-EN 12591:2004. Nawet w odniesieniu do wysokiej jakości asfaltu 35/50, UNIBIT 35/50 wyróżnia się wyższą temperaturą mięknienia i niemal trzykrotnie wyższą lepkością dynamiczną w 60 C. W powyższej tabeli zamieszczono również parametr indeksu penetracji, który można obliczyć na podstawie wyników oznaczeń penetracji i temperatury mięknienia. Indeks penetracji mówi nam, który asfalt jest bardziej wrażliwy na zmiany temperatury, czyli im wyższy IP tym ze wzrostem temperatury wzrost penetracji będzie mniejszy (to oznacza wolniejsze mięknienie asfaltu podczas jego ogrzewania). Porównując IP dla asfaltu UNIBIT 35/50 i asfaltu 35/50 możemy zaobserwować bardzo istotną różnicę wrażliwości termicznej obu asfaltów. Wrażliwość termiczna asfaltu typu Multigrade jest, więc zdecydowanie mniejsza niż innych konwencjonalnych asfaltów drogowych, co też z pewnością będzie miało duży wpływ na późniejsze własności mieszanek mineralno - asfaltowych.

Na podstawie zamieszczonych w (tab. 3) wartości możemy zilustrować zakres własności lepkospężystych dla asfaltu UNIBIT 35/50 w odniesieniu do wymagań normowych dla asfaltów klasycznych oraz asfaltu 35/50. 60 50 40 50 54 57 Temperatura 30 20 10 0-10 -20-30 -5 35/50 wg PN-EN 12591-17 -23 35/50 wg ŚJ UNIBIT 35/50 Temp. Łamliwości Temp. Mięknienia Rys 4. Przedział własności lepkosprężystych UNIBIT 35/50 Powyższy wykres opisuje jedynie własności lepiszcza i mimo zdecydowanie lepszym parametrom fizykochemicznym asfaltu UNIBIT 35/50 wyniki te zostały zweryfikowane w badaniach dla mieszanek mineralno asfaltowych. Badania te wykonała Politechnika Gdańska kładąc szczególnie duży nacisk na określenie: - odporności betonów asfaltowych na deformacje trwałe, - odporności betonów asfaltowych na spękania niskotemperaturowe, - podatności betonów asfaltowych na niszczące oddziaływanie wody i mrozu. Wszystkie wykonane potwierdziły, że beton asfaltowy z asfaltem UNIBIT 35/50 odznaczał się bardzo wysoką odpornością na deformacje trwałe, przy jednoczesnym zachowaniu znacznej odporności na spękania niskotemperaturowe. Z badanych betonów asfaltowych odznaczał się najwyższą odpornością na oddziaływanie wody i mrozu. Kolejnym etapem było wykonanie odcinków nawierzchni na bazie asfaltu UNIBIT. Wykonane zostały dwa odcinki nawierzchni: obwodnica Sochaczewa i drogi wewnątrzzakładowe w firmie Flextronics w Tczewie. W tym roku zostaną wykonane szczegółowe badania tych nawierzchni po czterech latach eksploatacji. Natomiast już dzisiaj można stwierdzić, że ocena wizualna tych nawierzchni wypada pozytywnie. 2.5. Asfalty Modyfikowane Grupa LOTOS była pionierem we wdrażaniu technologii w oparciu o asfalty modyfikowane. W połowie lat dziewięćdziesiątych została opracowana i opatentowana pierwsza w Polsce

technologia wytwarzania lepiszcza polimeroasfaltowego. Wprowadzenie nowej generacji produktu na rynek wiązało się ze szczegółowymi badaniami laboratoryjnymi asfaltów oraz nadzorowaniem realizacji odcinków dróg budowanych w oparciu o asfalt modyfikowany. Prace w tym zakresie prowadziła Katedra Inżynierii Drogowej Politechniki Gdańskiej.. Produkcja asfaltów modyfikowanych polega na wbudowaniu w strukturę asfaltu polimeru. Polimer tworzy sieć w asfalcie łańcuchów polimerów, którą można określić jako elastyczne zbrojenie lepiszcza. Jako podstawowy surowiec służący do modyfikacji stosuje się kopolimer blokowy styren-butadien-styren (SBS). Zastosowanie SBS-u do modyfikacji asfaltu powoduje znaczącą poprawę parametrów jakościowych lepiszcza a zwłaszcza: - wzrost temperatury mięknienia, czyli lepsze własności w wysokich temperaturach, -obniżenie temperatury łamliwości, co skutkuje lepszymi parametrami w niskich temperaturach Aby precyzyjnie określić wszystkie własności asfaltów modyfikowanych stosuje się nowe metody badawcze przeznaczone wyłącznie do tego typu lepiszczy. Pierwsza z nich jest tzw. nawrót sprężysty, który jest miarą elastyczności asfaltu modyfikowanego. Asfalt poddaje się rozciąganiu w określonych warunkach a następnie mierzy się powrót odkształconej próbki do stanu pierwotnego. W przypadku asfaltów modyfikowanych nawrót sprężysty kształtuje się na poziomie od 70 nawet do 100%. Kolejnym badaniem wykonywanym wyłącznie dla asfaltów modyfikowanych jest tzw. test tubowy. Jest to analiza stabilności układu asfalt polimer, którą symuluje proces magazynowania asfaltu przez trzy doby w temperaturze technologicznej. Celem testu jest wykazanie stabilności układu asfalt polimer, który ze względu na różnicę gęstości składników może ulec rozwarstwieniu (polimer gromadzi się w górnej części natomiast dolna część będzie stanowić baza asfaltowa). W Polsce wymagania dla asfaltów modyfikowanych precyzują Tymczasowe Wytyczne Techniczne dla Polimeroasfaltów Drogowych opracowane przez Instytut Badawczy Dróg i Mostów w Warszawie (TWT PAD). W przygotowaniu jest norma europejska pr EN 14023 Bitumem and bituminous binders Framework specification for polymer modified bitumens. Tymczasowe wytyczne dzielą polimeroasfalty na trzy typy: nisko (typ A), średnio (typ B) i wysokomodyfikowane (typ C). W (tab. 4) zestawiono podstawowe parametry asfaltów modyfikowanych produkowanych w LOTOS Asfalt. Asfalty modyfikowane w odniesieniu do asfaltów klasycznych o podobnej penetracji wyróżniają się zdecydowanie lepszymi parametrami wysokotemperaturowymi. Jednak badania parametrów lepiszczy modyfikowanych nie oddaje w pełni zalet tych produktów. Dlatego duży nacisk przykłada się do wyniki badań mieszanek mineralno-asfaltowych. Wszelkie zmiany technologii produkcji poprzedzane są badaniami drogowymi na Politechnice Gdańskiej. Ze względu na wysoką jakość asfaltów modyfikowanych znajdują one zastosowanie głównie na drogach w miastach, obwodnicach i autostradach. Asfalty wysokomodyfikowane zaleca się na obiekty mostowe.

Tablica 4. Właściwości asfaltów modyfikowanych z Gdańska Lp. Parametr Jednostka Wymagania TWT PAD Średnie wartości ze świadectw jakości w 2005 roku ASFALT MODYFIKOWANY MODBIT 30 B 1. Penetracja w 25ºC 1/10 mm 20 45 34 2. Temp. mięknienia PiK ºC 63 66 3. Temp. łamliwości wg Fraass a ºC -10-16 4. Nawrót sprężysty w 25ºC % 50 78 ASFALT MODYFIKOWANY MODBIT 80 B 1. Penetracja w 25ºC 1/10 mm 50 80 60 2. Temp. mięknienia Pik ºC 53 55 3. Temp. łamliwości wg Fraass a ºC -13-17 4. Nawrót sprężysty w 25ºC % 50 74 ASFALT MODYFIKOWANY MODBIT 80 C 1. Penetracja w 25ºC 1/10 mm 50 80 52 2. Temp. mięknienia PiK ºC 63 100 88 3. Temp. łamliwości wg Fraass a ºC -18-19 4. Nawrót sprężysty w 25ºC % 80 99,5 3. Współpraca badawczo-rozwojowa Grupy Lotos S.A. i Politechniki Gdańskiej Od 10 lat Zakład Budowy Dróg Politechniki Gdańskiej współpracuje na płaszczyźnie badawczo-rozwojowej w zakresie badań asfaltów drogowych z Grupą Lotos S.A., dawniej Rafinerią Gdańską S.A. W Zakładzie w latach 1995-2005 przeprowadzono 11 programów badawczych, dotyczących asfaltów i mieszanek mineralno-asfaltowych z asfaltami z Rafinerii Gdańskiej S.A. Zestawienie tematów prac przedstawiono w (tab. 5). Znaczna część wykonanych prac przyczyniła się do rozwoju naukowego pracowników Zakładu Budowy Dróg, kierowanego przez profesora Józefa Judyckiego. Wyniki badań zostały wykorzystane w 3 pracach doktorskich, w wielu pracach magisterskich realizowanych z Zakładzie oraz w wielu krajowych i zagranicznych publikacjach naukowych przygotowanych przez pracowników Zakładu Budowy Dróg. Wszystkie programy badawcze miały na celu odnotowanie ewentualnych niedoskonałości asfaltu z Rafinerii Gdańskiej S.A. i dostarczenie informacji w celu przeprowadzenia korekty tych wad. By spełnić wysokie wymagania przy budowie polskich autostrad Rafineria ciągle ulepsza swoje asfalty, dostosowując je tym samym do standardów europejskich. W dalszych podpunktach od 1 do 6 zostaną przedstawione cele, zakresy oraz wnioski z przeprowadzonych prac badawczych.

Tablica 5. Zestawienie prac badawczych wykonywanych na zlecenie Grupy Lotos S.A. Lp. Tytuł pracy Rok 1. Ocena jakości asfaltu D70 produkowanego w Rafinerii Gdańskiej S.A. 1995 2. Badania i ocena drogowych asfaltów zwykłych i modyfikowanych produkcji Rafinerii Gdańskiej i betonów asfaltowych zawierających te asfalty 1997 3. Badania i ocena drogowych asfaltów D70 produkcji Rafinerii Gdańskiej i betonów asfaltowych zawierających te asfalty 1998 4. Badania i analiza mastyksu grysowego SMA z zastosowaniem asfaltów z Rafinerii Gdańskiej S.A. 1999 5. Opracowywanie recept mieszanek mineralno-asfaltowych z zastosowaniem 1999- asfaltów produkcji Rafinerii Gdańskiej S.A. oraz wykonywanie badań 2000 kontrolnych wg. potrzeb Zamawiającego. 6. Badania mieszanek mineralno-asfaltowych z zastosowaniem asfaltów z Rafinerii Gdańskiej S.A. do wykonania cienkich warstw ścieralnych 2001 7. Badania betonów asfaltowych z zastosowaniem asfaltu o polepszonych własnościach jakościowych z Rafinerii Gdańskiej S.A. 2001 8. Badania nad zastosowaniem asfaltu wysokomodyfikowanego z Rafinerii Gdańskiej S.A. do nawierzchni mostowych i specjalnych 2002 9. Ocena przydatności asfaltów z Rafinerii Gdańskiej S.A. do budowy nawierzchni polskich autostrad 2002 10. Badania betonów asfaltowych z zastosowaniem asfaltów D35/50 i D50/70 produkowanych w Grupie Lotos S.A. 2004 11. Badanie asfaltów modyfikowanych produkowanych według nowej technologii w LOTOS Asfalt Sp. z o.o.; w trakcie realizacji 2005 3.1. Pierwsze badania asfaltów modyfikowanych produkowanych przemysłowo W realizowanym w latach 1996-1997 jednym z pierwszych programów badawczych w skali kraju, badano produkowane w sposób ciągły polskie asfalty modyfikowane. Przebadano sześć asfaltów dwa zwykłe: D50, D70 i dwa modyfikowane elastomerem SBS: DE50 4G i DE50 3G, oraz porównawczo dwa asfalty z rafinerii zagranicznej o uznanej marce i wysokiej jakości: D50 i D70. Asfalty modyfikowane stanowiły nowość w przygotowanej ofercie Rafinerii Gdańskiej. Wykonano szereg badań cech fizycznych i mechanicznych samych asfaltów jak i mieszanek mineralno-asfaltowych. Porównano wyniki badań asfaltów z wymogami Polskiej Normy, nowelizacji Polskiej Normy, oraz normy europejskiej EN. Dla mieszanek mineralno-asfaltowych określano właściwości funkcjonalne (performance). Na podstawie tych badań wyciągnięto następujące wnioski: Beton asfaltowy z asfaltem modyfikowanym DE50 4G zachowywał się najlepiej ze wszystkich badanych najwyższa odporność na spękania niskotemperaturowe, na niszczące oddziaływanie wody i mrozu, na starzenie, na deformacje trwałe, Badania wykazały, że właściwości betonu asfaltowego z asfaltem modyfikowanym DE50B 3G wyprodukowanym specjalnie do potrzeb badań nie przewyższały istotnie betonów asfaltowych ze zwykłymi asfaltami. Asfalt gdański D50 ma cechy porównywalne z cechami asfaltu zagranicznego D50Z, poza lepkością w temperaturze 60 C, która jest wyraźnie niższa od asfaltu zagranicznego.

Podobne są też cechy betonów asfaltowych z tymi asfaltami, tzn. cechy betonu asfaltowego z gdańskim asfaltem D50 są zbliżone do betonu asfaltowego z zagranicznym asfaltem D50, Asfalt zagraniczny D70Z ma cechy wyraźnie lepsze od asfaltu gdańskiego D70, to znaczy wyższą lepkość w temp. 60 C, wyższą temperaturę mięknienia, niższą temperaturę łamliwości czyli znacznie szerszy zakres temperaturowy. Miało to swoje odbicie we właściwościach betonu asfaltowego z gdańskim asfaltem D70, który w każdym teście okazał się słabszy od betonu asfaltowego z zagranicznym asfaltem D70Z, 3.2. Badania asfaltów zwykłych W programie przeprowadzonym w roku 1998 badano trzy asfalty D70, z których dwa pochodziły z Rafinerii Gdańskiej S.A. (jeden produkowany metodą utleniania, drugi metodą komponowania), a trzeci z innej polskiej rafinerii. Przebieg badań był podobny jak w poprzednim programie. Wszystkie właściwości badanych asfaltów mieściły się w przedziałach normowych. Jednym wyjątkiem był asfalt z Rafinerii Gdańskiej produkowany metodą utleniania, posiadał wyższą niż wymagana w normie europejskiej EN temperaturę mięknienia PiK. Była to jednak korzystna odchyłka. Betony asfaltowe z wymienionymi asfaltami zachowywały się podobnie podczas badań określających odporność na deformacje trwałe, odporność na spękania niskotemperaturowe oraz odporność na działanie wody i mrozu. Betony asfaltowe z asfaltami z Rafinerii Gdańskiej S.A. odznaczały się mniejszą odpornością na starzenie. Od początku roku 2003 nastąpiły zmiany w produkcji asfaltów spowodowane koniecznością ich dostosowania do wymagań nowej normy asfaltowej PN-EN 12591:2002. Najczęściej stosowane asfalty zwykłe: D50 i D70 zastąpiono asfaltami odpowiednio: 35/50 i 50/70. Nowa norma dostosowała metody badań a także wymagania dla poszczególnych grup asfaltów do wymogów obowiązujących w krajach Unii Europejskiej. Spowodowało to konieczność sprawdzenia cech fizyko-mechanicznych betonów asfaltowych produkowanych z użyciem nowych asfaltów. Zakończona w 2004 roku praca badawcza zawierała wnioski: Obecnie produkowane asfalty zwykłe zgodnie z nową norma asfaltową PN-EN 12591:2002 w porównaniu z asfaltami produkowanymi wcześniej stały się bardziej twarde, o niższej wartości penetracji i wyższej wartości temperatury mięknienia, Badania przyczepności asfaltów do kruszyw mineralnych oceniające właściwości adhezyjne asfaltów potwierdziły dobrą przyczepność do kruszywa bazaltowego. W przypadku stosowania kruszyw granitowych wymagają one dodatkowego zastosowania środka adhezyjnego. Przeprowadzone badania pełzania przy obciążeniu statycznym i dynamicznym, a także testy koleinowania wykazały odporność betonów asfaltowych z użyciem asfaltów produkowanych w Rafinerii Gdańskiej na deformacje trwałe, W badaniach odporności na spękania niskotemperaturowe stwierdzono, że największą odkształcalność a więc większą odporność na spękania w obydwu temperaturach badania uzyskał beton asfaltowy z użyciem asfaltu 50/70, Badania starzenia krótkoterminowego betonu asfaltowego wykazały brak istotnych w wartości wskaźnika modułu sztywności sprężystej dla danej warstwy pomiędzy asfaltami produkowanymi w Rafinerii Gdańskiej i asfaltami porównawczymi. Przeprowadzone badania odporności na działanie wody i mrozu wykazały dobre właściwości betonów asfaltowych z asfaltami produkowanymi w Rafinerii Gdańskiej jak i z asfaltami porównawczymi. Dodatek środka adhezyjnego spowodował znaczny wzrost

odporności na działanie wody i mrozu i wzrost ten był największy dla betonu asfaltowego z asfaltem 50/70, Podsumowując należy stwierdzić, ze pomimo wprowadzonych przez nową normę asfaltową zmian w twardości asfaltu, betony asfaltowe charakteryzują się dobrą odpornością na spękania niskotemperaturowe. W tym zakresie asfalty produkowane w Rafinerii Gdańskiej okazały się nieco lepsze. Cechą, która powinna być w przyszłości bliżej rozpoznana jest starzenie asfaltów gdyż wyniki badań wskazują na nieco gorsze właściwości asfaltów z Rafinerii Gdańskiej w tym zakresie. 3.3. Badania mastyksu grysowego SMA i mieszanek do cienkich warstw ścieralnych Program badawczy realizowany w roku 1999 dotyczył oceny asfaltów D50, D70 (zwykłe), oraz DE50B i DE90B (modyfikowane) produkowanych w Rafinerii Gdańskiej, a przede wszystkim mastyksów grysowych SMA wykonanych z użyciem tych asfaltów. Wykonano szereg badań celem określenia właściwości asfaltów i ich zachowania w mieszankach mineralno-asfaltowych. Wnioski były następujące: Asfalty zwykłe D50 i D70 pochodzące z Rafinerii Gdańskiej spełniają wymagania projektu nowelizacji polskiej normy oraz propozycji normy europejskiej, Asfalty modyfikowane z Rafinerii Gdańskiej S.A. nadają się do stosowania w mastyksie grysowym SMA. Tworzą mieszanki o lepszych właściwościach niż z asfaltami zwykłymi (rys. 5). Jednak ze względu na przekroczenia niektórych wymagań TWT-PAD/97 wymagają kontroli oraz poprawy przekroczonych parametrów. Asfalt D50 z Rafinerii Gdańskiej S.A. nadaje się do stosowania w mastyksie grysowym SMA, Asfalt D70 z RG S.A. nie nadaje się do stosowania do mastyksu grysowego SMA dla dróg o wysokim standardzie. Maksymalne odkształcenie, % 10 8 6 4 2 0 Zależność maksymalnego odkształcenia z pełzania dynamicznego 40 C i temperatury mięknienia PiK D70 D50 DE5 DE90 30 40 50 60 70 80 90 Temperatura mięknienia PiK, C Rysunek 5. Odporność na deformacje trwałe SMA (max. odkształcenie z pełzania dynamicznego) w zestawieniu z lepkością asfaltu Kolejny program badawczy z 2001 roku dotyczył cienkich warstw ścieralnych. Cienkie warstwy ścieralne (CWŚ) są nowoczesnym typem warstwy asfaltowej, gdzie zastosowano nowe rodzaje mieszanek tj. mastyks grysowy SMA i beton asfaltowy o nieciągłym

uziarnieniu. Badania zmierzały do określenia, w jakim stopniu asfalty z Rafinerii Gdańskiej S.A.- zwykłe i modyfikowane, są przydatne do produkcji nowoczesnych mieszanek, pod kątem wykorzystania do CWŚ. 120% Odporność na działanie wody i mrozu Wskaźniki modułów i wytrzymałości MNU 110% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% wskaźnik modułów wskaźnik wytrzymałości D50/D70+T Elastobit50RG+T Elastobit80C+T Elastobit80C Rysunek 6. Odporność na działanie wody i mrozu mieszanki o nieciągłym uziarnieniu MNU, wskaźnik modułów i wytrzymałości wg AASTO T283 Przeprowadzone badania mieszanek mineralno-asfaltowych do cienkich warstw ścieralnych tzn. betonu asfaltowego o nieciągłym uziarnieniu i mastyksu grysowego SMA, wykazały: Całkowitą i wysoką kompatybilność wszystkich badanych asfaltów i nowoczesnych typów mieszanek mineralno-asfaltowych. Oznacza to, że wszystkie badane asfalty z Rafinerii Gdańskiej S.A.: D50/70, Elastobit50RG i Elastobit80C w pełni nadają się do wykonania cienkich warstw ścieralnych. Podkreślić należy, że sformułowanie to obejmuje również asfalt zwykły D50/70. Zauważalna była wyższość asfaltów modyfikowanych, a w szczególności asfaltu wysokomodyfikowanego Elastobit80C. Badania starzenia mieszanek mineralno-asfaltowych do cienkich warstw ścieralnych wykazały, że zastosowanie asfaltów modyfikowanych w badanych mieszankach nie miało znacznego wpływu na procesy starzeniowe. Badania odporności na działanie wody i mrozu wykazały, że wszystkie badane mieszanki do cienkich warstw ścieralnych zachowują wysoką odporność. Mieszanki betonu asfaltowego o nieciągłym uziarnieniu i mastyksu grysowego SMA z asfaltem wysokomodyfikowanym Elastobi80C zachowują odporność na działanie wody i mrozu bez dodatku środka adhezyjnego (rys. 6). Badania odporności na deformacje trwałe wykazały bardzo wysoką odporność wszystkich badanych mieszanek przeznaczonych do cienkich warstw ścieralnych. Wpływ rodzaju asfaltu na tą cechę okazał się mały, choć zauważalna była wyższość asfaltu wysokomodyfikowanego Elastobit80C. Przeprowadzone badania odporności betonu asfaltowego o nieciągłym uziarnieniu oraz mastyksu grysowego SMA na niskie temperatury wykazały lepsze właściwości mieszanek zawierających asfalty modyfikowane w porównaniu z mieszankami zawierającymi asfalt zwykły. Jednocześnie zaobserwowano największą odporność na spękania niskotemperaturowe mieszanek z asfaltem wysokomodyfikowanym Elastobit80C.

3.4. Badania asfaltu typu multigrade o ulepszonych właściwościach Kolejny program z 2001 roku obejmował przebadanie cech asfaltu specjalnego typu multigrade. Rafineria Gdańska S.A. podjęła działania zmierzające do wyprodukowania asfaltu drogowego o polepszonych własnościach jakościowych, spełniającego współczesne wymagania funkcjonalne. Dotyczy to asfaltu typu Multigrade, pierwszy raz wyprodukowanego przez firmę Shell, którego próbne partie wyprodukowała Rafineria Gdańska S.A. na przełomie roku 1999 i 2000. Został on stworzony dla ulepszenia właściwości użytkowych mieszanek mineralno-asfaltowych w wysokich i niskich temperaturach. Jest on produkowany bez dodatku polimeru, przez co staje się bardziej atrakcyjny niż asfalt modyfikowany nie tylko pod względem ekonomicznym, ale także ze względu na zachowanie swoich wyjściowych właściwości podczas wydłużonego przechowywania. W zakres opracowania wchodziły badania cech mechanicznych betonu asfaltowego pod kątem odporności na: deformacje trwałe, spękania niskotemperaturowe, oddziaływanie wody i mrozu, starzenie. Głębokość koleiny, mm 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Koleinowanie, 60 C koleinomierz brytyjski asfalt zwykły pen. 50 multigrade pen. 50 0 15 30 45 Czas, min Odkształcenie graniczne, 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Odkształcenie graniczne przy zginaniu belek -20 C, asfalt zwykły pen. 50 multigrade pen. 50 Rysunek 7. Odporność na deformacje trwałe i spękania nisko temperaturowe asfaltu typu multigrade pen. 50 i asfaltu zwykłego pen. 50. Asfalt Multigrade wyprodukowany w Rafinerii Gdańskiej charakteryzuje się niską temperaturą łamliwości i wysoką lepkością dynamiczną. Badania odporności na deformacje trwałe pokazały większą odporność betonu asfaltowego zawierającego asfalt Multigrade na powstawanie kolein w porównaniu z betonami asfaltowymi zawierającymi asfalty D50RG i Elastobit50RG. Wiąże się to z wysoką lepkością asfaltu Multigrade w wysokich temperaturach. Beton asfaltowy z asfaltem Multigrade był dwukrotnie odporniejszy na koleinowanie od betonu z asfaltem D50RG (rys.7). Badania odporności na spękania niskotemperaturowe wykazały, że beton asfaltowy z asfaltem Multigrade odznaczał się istotnie wyższą odpornością na spękanie niż beton z asfaltem D50RG (rys.7). Pod względem statystycznym asfalt Multigrade zachowywał się podobnie jak asfalt modyfikowany Elastobit50RG. Przeprowadzone badania odporności na deformacje trwałe i spękania niskotemperaturowe betonu asfaltowego z asfaltem Multigrade pozwalają na stwierdzenie, że asfalt Multigrade powinien być w szczególności zalecany w konstrukcjach dróg znajdujących się w

obszarach o dużej amplitudzie rocznej temperatury, narażonych na bardzo duże obciążenie ruchem. Badania odporności na działanie wody oraz łącznie wody i mrozu wykazały dobre właściwości betonu asfaltowego z asfaltem Multigrade w porównaniu z innymi asfaltami. Asfalt Multigrade odznaczał się najwyższą przyczepnością do kwaśnych kruszyw granitowych, lepszą niż asfalty Elastobit50RG i D50RG. Dodatek środka adhezyjnego do betonów asfaltowych istotnie zwiększył i zrównał odporność wszystkich badanych betonów asfaltowych na działanie wody oraz łącznie wody i mrozu. Badania starzenia betonu asfaltowego, zawierającego asfalt Multigrade wykazały, że brak jest istotnych różnic w porównaniu do betonów z innymi badanymi asfaltami. Jedynie istotne różnice zaobserwowano porównując starzenie długoterminowe asfaltu Multigrade z asfaltem modyfikowanym Elastobit50RG, produkowanym w Rafinerii Gdańskiej, na niekorzyść asfaltu Multigrade. Można zatem powiedzieć, że jest to jedyny element niekorzystny, który powinien być bliżej rozpoznany przez technologów z Rafinerii Gdańskiej S.A. 3.5. Badania asfaltu wysokomodyfikowanego do nawierzchni mostowych i specjalnych W 2002 realizowano program badawczy, który dotyczył wykorzystania asfaltu wysokomodyfikowanego do nawierzchni mostowych i specjalnych. W związku z tematem konferencji z zakresu inżynierii komunikacyjnej mostami, opis zagadnienia nawierzchni mostowych i specjalnych przedstawiono szerzej. Celem omawianego programu badawczego było wypracowanie rozwiązań technicznych umożliwiających optymalne wykorzystanie asfaltu wysokomodyfikowanego produkowanego przez Rafinerię Gdańską S.A. Wytypowano dwie potencjalne możliwości zastosowań tego asfaltu w budownictwie drogowym: nawierzchnie mostowe i nawierzchnie specjalne. Badania laboratoryjne oraz analizy teoretyczne i obliczeniowe zawarte w niniejszym opracowaniu ukierunkowane były na analizę pracy tych dwóch typów nawierzchni i na ocenę możliwości zastosowania w tych nawierzchniach asfaltu wysokomodyfikowanego pochodzącego z Rafinerii Gdańskiej S.A. Nawierzchnie mostowe. Budowa sieci autostrad i unowocześnianie istniejącej sieci drogowej ściśle wiąże się z budową nowych oraz z przebudową istniejących mostów, wiaduktów i estakad. Istotne znaczenie ma problem projektowania i budowy nawierzchni mostowych. Własności użytkowe oraz trwałość nawierzchni w zasadniczej mierze decydują o warunkach ruchu pojazdów oraz o stopniu przydatności obiektu do przejmowania ruchu drogowego. Zniszczenie nawierzchni mostowej stwarza duże problemy przy remontach, związane z objazdami, albo z kłopotliwym dla użytkowników blokowaniem ruchu drogowego. Szczególne znaczenie ma rodzaj i charakterystyka lepiszcza asfaltowego użytego do wykonania nawierzchni mostowej. Od rodzaju zastosowanego lepiszcza w dużej mierze zależy trwałość nawierzchni mostowej. Obecnie obserwuje się częste stosowanie stalowej, ortotropowej konstrukcji płyty nośnej mostów i estakad. Konstrukcje te, ze względu na niewielki ciężar, umożliwiają oszczędne zużycie materiałów oraz zastosowanie nowoczesnego montażu. Pierwszym w Polsce obiektem mostowym o dużej rozpiętości, zaprojektowanym jako most stalowy z płytą ortotropową, był most drogowy przez rzekę Wisłę w Kiezmarku pod Gdańskiem. Warunki, w jakich pracują warstwy asfaltowe nawierzchni ułożone na konstrukcji nośnej mostu ze stalową płytą ortotropową istotnie różnią się od tych, w jakich pracują warstwy nawierzchni ułożone na podłożach gruntowych. Do zasadniczych cech nawierzchni na stalowych płytach mostów zaliczyć należy bardzo dużą odkształcalność pionową o charakterze dynamicznym

płyty ortotropowej. Odkształcenia te są tak duże, że wymagają zastosowania warstw asfaltowych nawierzchni (tab. 6) o bardzo dużej odkształcalności w całym okresie eksploatacji, również w niskich temperaturach zimowych, gdy zwykłe warstwy asfaltowe stają się bardzo sztywne. Tradycyjne warstwy asfaltowe na tych mostach ulegają szybkim spękaniom. Przykładem może być przytoczona wyżej nawierzchnia mostu w Kiezmarku, wybudowana w 1973 roku, która została już trzykrotnie całkowicie wymieniana. Szansą na zwiększenie trwałości nawierzchni mostowych jest zastosowanie asfaltu wysokomodyfikowanego. Tablica 6. Możliwości wykonania warstwy ochronnej i ścieralnej na moście stalowym Warstwa nawierzchni Warstwa ścieralna Warstwa ochronna (wiążąca) Przypadek typowy Asfalt lany Beton asfaltowy lub mastyks grysowy SMA Przypadek szczególny Asfalt lany lub beton asfaltowy lub mastyks grysowy SMA Asfalt lany Asfalt lany Mastyks grysowy SMA Asfalt wysokomodyfikowany może też być korzystnym rozwiązaniem w przypadku mostów z pomostem żelbetowym. Bowiem może wydłużyć okres pracy nawierzchni i polepszyć jej parametry eksploatacyjne. Nawierzchnie specjalne są to nawierzchnie o szczególnie dużych obciążeniach. Do nawierzchni specjalnych zalicza się nawierzchnie portowe, przemysłowe, nawierzchnie na skrzyżowaniach, nawierzchnie zatok przystankowych, nawierzchnie placów postojowych dla pojazdów ciężarowych, nawierzchnie placów składowych dla kontenerów oraz nawierzchnie lotniskowe. Nawierzchnie portowe, przemysłowe i lotniskowe są to nawierzchnie obciążane znacznie większymi siłami niż nawierzchnie ogólnodostępnych dróg publicznych, na których naciski są limitowane do 100 kn, albo obecnie coraz częściej do 115 kn na oś pojedynczą. W nawierzchniach specjalnych występują często znacznie większe naciski na koła oraz większe ciśnienia w ogumieniu. W nawierzchniach na skrzyżowaniach oraz na dużych pochyleniach, oprócz sił pionowych pochodzących od ciężaru pojazdów i ładunków, występują znaczne siły poziome. Na skrzyżowaniach są to siły pochodzące od przyspieszania i hamowania pojazdów, a na pochyleniach siły związane z rozkładem sił ciężkości na składowe normalne i styczne do nawierzchni. W przypadku nawierzchni zatok przystankowych, placów postojowych dla pojazdów ciężarowych oraz placów składowych dla kontenerów podstawowym problemem, poza wzmiankowanym dużym obciążeniem, jest długi czas obciążenia. Przy długim czasie obciążenia w mieszankach mineralno-asfaltowych występują odkształcenia plastyczne a moduły sztywności mieszanek obniżają się. We wszystkich nawierzchniach specjalnych występują dodatkowe czynniki niszczące, wpływające na potrzebę zastosowania w nich materiałów spełniających podwyższone kryteria wytrzymałości, trwałości i sztywności. Takim potencjalnym materiałem może być asfalt wysokomodyfikowany z Rafinerii Gdańskiej S.A.

W zakres omawianego programu wchodziły badania laboratoryjne mieszanek mineralno asfaltowych wykonanych przy użyciu asfaltów z Rafinerii Gdańskiej S.A., analiza teoretyczna i obliczeniowa konstrukcji nawierzchni mostowych i podobna analiza przeprowadzona dla nawierzchni specjalnych. Badania laboratoryjne ukierunkowane były na ocenę odkształcalności mieszanek mineralno asfaltowych w niskich temperaturach i na ocenę ich odporności na koleinowanie w wysokich temperaturach. Badano nie tylko asfalt wysokomodyfikowany, ale dla porównania także inne asfalty produkowane w Rafinerii Gdańskiej S.A. Badano dwa typy mieszanek: beton asfaltowy i SMA, które są obecnie stosowane na polskich drogach. Stosowano testy zginania w niskich temperaturach oraz testy koleinowania i pełzania dynamicznego oraz statycznego w wysokich temperaturach. Po raz pierwszy w laboratorium Politechniki Gdańskiej wykonano testy umożliwiające ocenę kąta tarcia wewnętrznego i kohezji mieszanek mineralno asfaltowych. Testy te, z kolei umożliwiły, też po raz pierwszy, ocenę stanu granicznego ścinania w nawierzchniach specjalnych i ocenę wpływu rodzaju asfaltu na wystąpienie stanu granicznego. Analiza nawierzchni mostowych objęła ich ogólną charakterystykę, analizę stanu naprężeń i odkształceń w nawierzchni asfaltowej ułożonej na cienkiej płycie ortotropowej mostu stalowego, przegląd typowych konstrukcji nawierzchni mostowych i ocenę przydatności różnych asfaltów do tych nawierzchni. Wykazano, że asfalt wysokomodyfikowany może być skutecznym rozwiązaniem na mostach o dużej odkształcalności. Analiza nawierzchni specjalnych zawiera ogólne dane o tych nawierzchniach, szczegółową analizę pracy nawierzchni na skrzyżowaniu z sygnalizacją świetlną z teoretyczno doświadczalną oceną zjawiska deformacji plastycznych i analizą stanu granicznego ścinania, jaki jest charakterystyczny dla tego typu nawierzchni. Przedstawiono też zasady konstrukcji ciężkich nawierzchni przemysłowych i portowych. Na podstawie przeprowadzonych badań i analiz przedstawiono nstępujace wnioski: Rodzaj zastosowanego asfaltu ma istotny wpływ na odporność mieszanek mineralnoasfaltowych na spękania niskotemperaturowe. Badania laboratoryjne wykazały, że mieszanki zawierające asfalt wysokomodyfikowany Elastobit 80C odznaczają się najwyższą odpornością na spękania niskotemperaturowe. Asfalty wysokomodyfikowane powodują, że w niskich temperaturach, rzędu -20 C, mieszanki mineralno-asfaltowe są bardziej odkształcalne i mniej sztywne, a w efekcie bardziej odporne na spękania. Analizy teoretyczne pracy nawierzchni mostowej z płytą ortotropową wykazały, że największym zagrożeniem w pracy warstw asfaltowych są naprężenia i odkształcenia rozciągające zwłaszcza w okresie działania niskich temperatur. W przypadku podatnych konstrukcji mostów jedynie zastosowanie asfaltów modyfikowanych pozwala na przeniesienie naprężeń i odkształceń rozciągających. Szczególnie przydatny do tego celu jest asfalt wysokomodyfikowany. Analiza stanu granicznego nośności na skrzyżowaniu wykazała, że żadna z analizowanych nawierzchni nie osiągnęła stanu granicznego. Miejscem najbardziej wytężonym, tzn. najbliższym stanu granicznego nośności jest krawędź śladu zastępczego koła pojazdu w strefie bezpośrednio pod kołem. Najlepsze zachowanie pod względem odporności na wystąpienie stanu granicznego wykazała mieszanka betonu asfaltowego z asfaltem Multigrade. W nawierzchniach specjalnych, przemysłowych i portowych o ekstremalnie dużych obciążeniach głównym zagrożeniem jest przekroczenie stanu granicznego nośności. Zwiększenie współczynnika bezpieczeństwa można uzyskać poprzez zastosowanie

mieszanek mineralno-asfaltowych o zwiększonej spójności. Można to osiągnąć przez zastosowanie asfaltów wysokolepkich produkowanych przez Rafinerię Gdańską S.A. (np. asfalt wysokomodyfikowany Elastobit 80C oraz typu Multigrade). W pozostałych przypadkach dobre efekty osiągnąć można przy zastosowaniu asfaltu zwykłego D50. 3.6. Przydatność asfaltów z Gdańska do budowy polskich autostrad Konieczność budowy autostrad w Polsce jest niepodważalna. Przemawiają za tym względy gospodarcze, społeczne, a także potrzeba dostosowania krajowej infrastruktury drogowej do standardów Unii Europejskiej. Istotniejsze przesłanki uzasadniające realizację budowy autostrad w Polsce są następujące: Stały wzrost liczby samochodów osobowych i ciężarowych oraz wzrost mobilności społeczeństwa, a więc wzrost liczby i długości podróży. Dążenie do integracji z Unią Europejską, co nakłada na Polskę obowiązki np. dostosowania sieci drogowej do standardów obowiązujących w państwach Unii Europejskiej. Autostrady: A-2, A-4/A-12 oraz A-1 zostały zaliczone do sieci autostrad transeuropejskich (TEN). Aktywizacja rozwoju gospodarczego regionów, przez które przebiegać będą autostrady. Poprawa warunków bezpieczeństwa ruchu drogowego oraz warunków środowiskowych. Mieszanka mineralno-asfaltowa jest kompozytem asfaltu i kruszywa mineralnego. Jakość tej mieszanki zależy od doboru tych składników oraz jej wykonania. Cechy poszczególnych składników wpływają w sposób znaczący na efekt końcowy, jakim jest mieszanka mineralno-asfaltowa. Zła jakość któregoś ze składników automatycznie wpływa na pogorszenie parametrów mieszanki. Każdy ze składników powinien mieć atest, który potwierdza dobrą jakość, oraz zgodność z Polskimi Normami. W 2003 roku na podstawie zgromadzonych wyników badań wykonanych na Politechnice Gdańskiej, w Grupie Lotos S.A. i w firmach wykonawczych nawierzchni drogowych GPRD Skanska S.A., WPRD Gravel, dokonano oceny jakości asfaltów produkowanych w Rafinerii Gdańskiej S.A., przeglądu zastosowania asfaltów z Gdańska w różnych typach mieszanek oraz oceny ich właściwości łącznie z odpornością zmęczeniową. Asfalt ma bardzo duży wpływ na jakość mieszanki mineralno asfaltowej, jego wysoka jakość gwarantuje wysoką jakość produktu końcowego, czyli mieszanki mineralnoasfaltowej, pod warunkiem poprawnie zaprojektowanej recepty i prawidłowego wykonania. Rafineria Gdańska dąży w kierunku podwyższenia jakości swoich asfaltów, oraz dostosowania ich do norm europejskich. Na podstawie programów badawczych przeprowadzonych na Politechnice Gdańskiej można zauważyć jak asfalty ewoluowały i jak przez kolejne lata Rafineria Gdańska S.A. dostarczała do badań coraz to lepsze produkty. Należy tutaj nadmienić, że asfalty, które były dostarczane do programów badawczych nie są już produkowane. Rafineria produkuje ich ulepszone odpowiedniki. Z wyników badań poszczególnych partii asfaltów wynika, że produkt Grupy Lotos S.A. charakteryzuje się dużą jednorodnością o czym świadczą niskie odchylenia standardowe. Można zaobserwować dobrą charakterystykę przedziału temperaturowego, czyli wysoką temperaturę mięknienia (PiK) i niską łamliwości (Fraass) i to zarówno przed jak i po procesie starzenia. Cechy te mają duży wpływ na tendencje mieszanki do powstawania kolein oraz spękań niskotemperaturowych.

4. Podsumowanie Wysoką jakość asfaltów z Gdańska potwierdzają wyniki badań mieszanek mineralnoasfaltowych sporządzonych z tych asfaltów. Istotne jest to, że produkt końcowy charakteryzuje się bardzo dobrymi parametrami mechanicznymi. Jest to nie do osiągnięcia, jeżeli półprodukty, asfalt czy kruszywo, byłyby niskiej jakości. Na podstawie przeprowadzonej analizy wnioskować można, że asfalty z Gdańska są materiałami wysokiej jakości i posiadają otwartą drogę ( zielone światło ) do stosowania przy budowie polskich autostrad. Dalsze badania badawczo-rozwojowe powinny się koncentrować wokół następujących tematów: Badanie cech funkcjonalnych asfaltów według metody Superpave przed starzeniem, po starzeniu technologicznym (krótkoterminowym) oraz eksploatacyjnym (długoterminowym), takich jak: właściwości niskotemperaturowe (Bending Beam Rheometer, Direct Tension Test) oraz właściwości w wyższych temperaturach (Dynamic Shear Rheometer, lepkość dynamiczna). Badania cech mechanicznych mieszanek mineralno-asfaltowych z asfaltami z Grupy Lotos S.A. z różnymi kruszywami stosowanymi przez firmy drogowe w Polsce. Badanie te powinny być wspomagane współpracą z producentami środków adhezyjnych i dodatków do mieszanek. Do podstawowych badań należy zaliczyć: odporność na deformacje, odporność na wodę i mróz, starzenie, właściwości niskotemperaturowe oraz trwałość zmęczeniową. DEVELOPMENT OF PRODUCTION TECHNOLOGY OF BITUMENS USED TO MOTORWAY CONSTRUCTION IN POLAND Summary The paper presents the changes in properties of bitumens produced in Gdańsk Rafinery (Grupa Lotos S.A.) and asphalt mixes used those bitumens. General results of 11 research works done by Road Construction Division from Gdansk University of Technology were presented. It was found that properties of bitumens produced in Gdansk Rafinery Lotos Asfalt S.A. were permanently improved. Those bitumens are suitable to application in construction of new motorways in Poland.