adezivitatea liantului la agregat_p
TRANSCRIPT
MIXTURI ASFALTICE CU BITUM ADITIVAT
1. Adezivitatea liantului la agregat
Substanţele bituminoase folosite ca lianţi au proprietatea de a adera pe suprafaţa
agregatelor şi de a lipi granulele între ele.
Rezistenţa pe care o opune la dezlipire o peliculă de liant de pe agregate, sub
acţiunea de infiltrare a apei este funcţie de tensiunile interfaciale de contact ale sistemului
liant – agregat – apă, de aceea adezivitatea depinde, atât de proprietăţile liantului, cât şi
de ale agregatelor şi se verifică numai în prezenţa apei. Bitumurile naturale au o
adezivitate superioară celor de petrol.
Adezivitatea bitumului la agregat constituie o problemă de bază pentru executarea
pavajelor cu astfel de lianţi căci de ea va depinde în mare parte calitatea pavajului şi
comportarea lui în timp sub acţiunea agenţilor externi.
Studiile intense efectuate în străinătate asupra adezivităţii lianţilor hidrocarbonaţi
la agregat au adus lumină asupra acestui proces, dar nu s-a ajuns încă la o unitate de
păreri şi la stabilirea unui procedeu de determinare a adezivităţii.
Factorii care iau parte în procesul de adezivitate a liantului la agregat, s-ar putea
grupa în trei categorii:
- factori legaţi de compoziţia şi structura rocii din care se prepară agregatul;
- factorii legaţi de compoziţia şi structura liantului hidrocarbonat folosit;
- condiţiile de pregătire a materialelor care urmează a intra în amestec, de
prepararea amestecului şi regimul posterior preparării.
Afară de compoziţia mineralogică şi chimică, adezivitatea va fi influenţată şi de
raportul dintre masa sticloasă faţă de masa cristalină; de mărimea cristalelor, de
tratamentele termice suportate de agregat.
Liantul hidrocarbonat (bitumul) influenţează în mod diferit asupra procesului de
adezivitate, în funcţie de compoziţie şi structură şi în consecinţă în funcţie de proprietăţi.
Fracţiunea din bitum care contribuie la o bună adezivitate o constituie acizii
asfaltogeni datorită caracterului pronunţat acid şi a structurii polare care-i face să se
comporte ca substanţe tensio-active.
1
Adezivitatea se datorează în mare parte şi asfaltenelor şi numai în mică parte şi
gudroanelor neutre. Prezenţa parafinelor din contra scade adezivitatea.
Rezultă, deci că pentru a se putea urmări variaţia adezivităţii în funcţie de tipul de
liant hidrocarbonat este necesar ca să se examineze compoziţia chimică şi în special pe
fracţiuni a liantului, indicele de aciditate şi felul acizilor, natura asfaltenelor, greutatea
moleculară.
De asemenea, interesează vâscozitatea liantului, fără a fi o proprietate
determinantă în problema adezivităţii.
Pentru o bună adezivitate, liantul trebuie să aibă un anumit grad de vâscozitate,
care să-i asigure o anumită rigiditate, datorită căreia să se creeze rezistenţa peliculei de
liant la acţiunea de deplasare pe care o exercită apa.
Prin încălzirea liantului se poate varia vâscozitatea pentru a se uşura punerea în
operă, dar trebuie de avut în vedere ca prin răcire să se realizeze acea vâscozitate care
este necesară realizării rezistenţei la apă a peliculei. Încălzirea liantului la temperatură
ridicată duce la creşterea fluidităţii şi în acest caz la slăbirea coeziunii.
Realizarea adezivităţii liantului hidrocarbonat la agregat este pusă de specialişti pe
seama a mai multor fenomene, care pot apărea fie simultan şi în care caz conlucrează sau
izolate.
Poate fi adezivitate realizată pe cale chimică, pe cale fizico-chimică sau numai
prin îmbrăcarea agregatului fără umectare etc.
În cazul adezivităţii realizate pe cale chimică, la interfaţa liant-agregat trebuie să
se formeze un compus insolubil. Pentru a se îndeplini această condiţie va trebui ca atât în
compoziţia rocii cât şi a liantului să fie componenţi care să poată reacţiona între ei şi să
rezulte compuşi insolubili.
În acest caz are loc schimbul de electroni şi se realizează astfel legăturile ionice.
Cu cât ionii care îndeplinesc aceste condiţii sunt în cantitate mai mare pe suprafaţa de
contact cu atât compusul insolubil care se formează este în proporţie mai mare şi deci
adezivitatea este mai puternică. S-a numit “potenţial de adezivitate” numărul de molecule
pe unitatea de interfaţă, capabile să formeze un complex insolubil.
W. Riedel şi Weber încă din 1934 prezintă fenomenul de adezivitate pe baze
chimice ca o consecinţă a formării compuşilor insolubili. Se realizează acest caz când
agregatul este obţinut dintr-o rocă bazică lipsită de compuşi alcalini.
2
Dacă piatra pune în reacţie compuşi alcalini, compusul format este alcalin şi deci
solubil în apă, pelicula de liant va fi uşor îndepărtată de apă.
Majoritatea metodelor pentru determinarea adezivităţii sunt de fapt procedee
indirecte, căci se deduce prin comportarea faţă de apă a probei de liant-agregat, deci pe
baza hidrofiliei respectiv a hidrofobiei rocii, ori şi în acest caz intervine compoziţia
chimică a pietrei şi a liantului, care la rândul lor vor influenţa asupra fenomenelor fizico-
chimice care au loc la contactul liant-agregat adică asupra adsorbţiei şi a tensiunii
superficiale.
Adezivitatea este condiţionată de fenomenele de tensiune superficială care apar în
prezenţa celor trei faze : agregatul, liantul şi apa (fig. 1).
În punctul M, de contact al celor trei faze, relaţia de echilibru este :
TAP = TLP + TAL cosθ , unde :
TAP – tensiunea interfacială apă – piatră ;
TLP - tensiunea interfacială liant – piatră ;
TAL - tensiunea interfacială apă – liant ;
θ – unghi de udare.
a) b)
Fig. 1 : Cazuri de adezivitate : a) suprafaţă liofilă; b) suprafaţă liofobă.
Dacă unghiul de udare este mai mic de 90° ( fig. 1 a) liantul înveleşte agregatul iar
când unghiul de udare este mai mare de 90° ( fig. 1 b) apa înveleşte agregatul.
Deoarece agregatele acide, cu un conţinut de SiO2 peste 65 %, au suprafaţa liofobă
este necesară luarea unor măsuri de asigurare a adezivităţii lianţilor hidrocarbonaţi.
Îmbunătăţirea adezivităţii se realizează prin utilizarea unor substanţe tensio – active
denumite aditivi.
În consecinţă se va realiza o bună adezivitate a bitumului la agregat.3
liant
apa
piatra
M
TAL
TAP TLP
M θ
Astăzi se pot folosi cu bune rezultate atât rocile hidrofile cât şi bitumurile care nu
au compuşi corespunzători pentru o bună adezivitate, dacă se aplică în prealabil un
tratament, de ameliorare pe bază de aditivi suprafaţa pietrei să se acopere cu ioni care să
asigure formarea compuşilor insolubili, iar bitumului să i se adauge compuşi tensio-activi
adecvaţi.
Influenţa asupra adezivităţii exercită şi gradul de umiditate a rocii precum şi faptul
dacă suprafaţa agregatului este curată sau prezintă praf, emulsifianţi.
În concluzie, pentru a se realiza o bună adezivitate a bitumului la agregat să se
prefere agregate din roci pozitive (bazice) şi deci hidrofobe sau tratate cu substanţe
bazice, uscate în prealabil şi cu suprafeţele neprăfuite; liantul să fie moale şi bogat în
acizi asfaltogeni sau tratat pentru îmbunătăţirea în componenţi tensio-activi.
Procedeele de lucru propuse şi aplicate în străinătate sunt multe însă nici unul nu
este normalizat, căci nu satisface întru totul. Toate se bazează pe hidrofilia respectiv
hidrofobia agregatului şi măsoară numai indirect adezivitatea.
Multe dintre metodele propuse pentru determinarea adezivităţii dau rezultate
nesatisfăcătoare sau o valoare limitată. Cea mai răspândită în practica de laborator este
metoda clasică de determinare a adezivităţii aparţine lui Riedel – Weber şi-i poartă
numele.
Cu toate criticile care i se aduc este totuşi cea mai frecvent aplicată. Dintre alte
metode aplicate cităm metoda Nicholson, procedeul static şi dinamic.
2. Determinarea adezivităţii
Adezivitatea este proprietatea lianţilor bituminoşi de a adera la suprafaţa
agregatelor şi de a lipi granulele între ele.
Metode mai cunoscute de determinare a adezivităţii sunt:
- metoda Riedel –Weber ;
- metoda colorimetrică (cantitativă)
- metoda calitativă : - metoda statică şi metoda dinamică ;
- metoda cu placa (Vialit)
4
2.1. Metoda Riedel – Weber
Pentru determinarea gradului de adezivitate dintre agregate şi lianţii bituminoşi,
metoda Riedel – Weber foloseşte acţiunea apei, prin fierbere timp de un minut, ajutată de
acţiunea chimică a carbonatului de sodiu, dizolvat în apă în proporţie crescătoare până la
soluţia molară.
Modul de lucru
Din sortul de piatră 0,2-0,6 mm se ia o cantitate de 15g care se pune într-o capsulă
şi se ţine în etuvă la 150C timp de o oră. Apoi, folosind o capsulă şi baia de aer sau nisip
la 150C, se prepară un amestec alcătuit din 71% piatră şi 29% liant, măsurate în volum.
Amestecul se face la o temperatură, care variază între 60-160C, în funcţie de
vâscozitatea liantului, astfel încât să se asigure fluiditatea, necesară îmbrăcării granulelor
cu o peliculă de liant.
Amestecul se lasă să se răcească timp de 24 ore acoperind, capsula, cu o placă de
sticlă.
Din amestecul bituminos astfel pregătit se fierb cca. 0,5g într-o eprubetă cu 6cm
de apă distilată timp de un minut. Se umple eprubeta cu apă distilată şi se decantează cu
grijă.
Apoi se pune din nou apa cca. jumătate de eprubetă, se fixează etanş dopul şi se
agită timp de 10 secunde. Se observă dacă granulele minerale s-au separat din amestec,
dacă s-au lăsat la fundul eprubetei sau dacă au apărut fenomene de cojire. Dacă se
produce separarea majorităţii granulelor din liantul bituminos, adezivitatea amestecului
este considerată de gradul zero.
Dacă nu s-a produs nici o separare, se reia operaţia, însă în loc de apă, se lucrează
cu soluţii de sodă tot mai concentrate. Concentraţia soluţiei la care începe cojirea
agregatelor caracterizează adezivitatea materialelor respective.
Amestecurile bituminoase care nu rezistă la proba fierberii cu apa distilată timp de
un minut au o adezivitate insuficientă. Afinitatea dintre liant şi suprafaţa agregatului este
în acest caz prea slabă pentru a rezista unei îndelungate acţiuni a apei la rece aşa cum se
întâmplă în natură.
Amestecurile bituminoase care rezistă la proba de fierbere cu apa distilată au o
adezivitate mai mult sau mai puţin bună de aceea ele sunt diferenţiate mai departe prin
5
fierbere cu soluţii de sodă în concentraţii crescătoare, a căror acţiune dislocuitoare este
proporţională cu concentraţia.
Adezivitatea unui amestec este cu atât mai bună, cu cât este nevoie de o soluţie
mai concentrată pentru a se obţine o separare a granulelor minerale de liantul bituminos.
Gradul de adezivitate are o valoare relativă, dar aplicarea în practică a metodei
Riedel – Weber se dovedeşte utilă. În tabelul 1 se indică concentraţia soluţiei de sodă
pentru aprecierea gradului de adezivitate.
Tabel 1 : Concentraţia soluţiei de sodă pentru aprecierea gradului de adezivitate
Nr.
probei
Lichidul cu care se
trateazăConcentraţia Granule separate Adezivitatea
1 Apă distilată - majoritatea 0
2 “ “ - < 10 granule 0 - 1
3 Sol. CO3Na2 n/256 ( 0,41 g/l ) < 10 granule 1
4 Sol. CO3Na2 n/128 ( 0,82 g/l ) < 10 granule 2
5 Sol. CO3Na2 n/64 ( 1,65 g/l ) < 10 granule 3
6 Sol. CO3Na2 n/32 ( 3,31 g/l ) < 10 granule 4
7 Sol. CO3Na2 n/16 ( 6,62 g/l ) < 10 granule 5
8 Sol. CO3Na2 n/8 ( 13,25 g/l ) < 10 granule 6
9 Sol. CO3Na2 n/4 ( 26,5 g/l ) < 10 granule 7
10 Sol. CO3Na2 n/2 ( 53 g/l ) < 10 granule 8
11 Sol. CO3Na2 n ( 106 g/l ) < 10 granule 9
12 Sol. CO3Na2 n ( 106 g/l ) nici o separare 10
Această metodă, deşi este foarte expeditivă, reprezintă totuşi o cale indirectă
pentru măsurarea adezivităţii . În plus, temperatura la care se face încercarea este prea
severă şi se îndepărtează de realitate, iar aprecierea dezanrobării se face vizual. Pentru a
se remedia în parte aceste inconveniente, s-au propus metode bazate pe imersarea la
temperatura ordinară, în care efectul dezanrobării este pus în evidenţă analitic, prin
colorimetrie sau spectrofotometrie.
6
2.2. Metoda colorimetrică
Metoda se bazează pe capacitatea agregatului mineral ca atare de absorbi un
colorant dintr-o soluţie de concentraţie dată fără ca acest colorant să se absorbă şi pe
bitum.
Adezivitatea se exprimă prin raportul procentual al absorbţiei unui colorant dintr-o
soluţie de concentraţie dată de agregatul ca atare şi de către agregatul peliculizat cu
bitum.
Adezivitatea S se determină cu formula :
S = 100 – x 100, [%] în care :
C – concentraţia iniţială a soluţiei în procente ;
C1 – concentraţia soluţiei după recircularea peste agregatul ca atare, în procente ;
C2 – concentraţia soluţiei după recircularea peste agregatul natural peliculizat cu
bitum, în procente.
Analiza soluţiilor de colorant după cele două recirculări se efectuează, fie prin
procedeul chimic, fie prin procedeul spectrofotometric.
a) Prelevarea şi pregătirea probelor
Din proba de bitum prelevată de la pompa de alimentare a utilajelor de lucru cu
bitum se ia o cantitate de 200 g şi se deshidratează prin încălzire pe baia de nisip la o
temperatură de 80-90°C . Bitumul topit se filtrează prin sita de sârmă de 0,71 într-o
capsulă de porţelan sau metalică.
Din proba de agregat natural, care se pregăteşte fie prin concasare şi cernere, fie
uneori, prin cernerea sortului 5-8 mm, se extrage o cantitate de 600 g.
Pentru îndepărtarea prafului aderent la suprafaţa granulelor, acestea se spală pe
ciur sub curent de apă prin frecare cu pensula până ce apa de spălare rămâne curată.
Granulele curate se spală apoi cu apă distilată, după care se usucă în etuvă la temperatura
de 105°C, materialul astfel pregătit se păstrează, până la determinare, în exicator.
Se cântăresc într-o capsulă de porţelan 250 g agregat natural sort 5-8 mm, iar în
alta capsulă 12,5 g bitum . Capsulele se introduc în etuvă şi se încălzesc la temperaturile
date în tabelul 2, în funcţie de tipul bitumului.
7
Tabel 2 : Temperatura bitumului şi agregatului natural la amestecare în funcţie de tipul bitumului
Tipul bitumuluiTemperatura bitumului şi a agregatului natural la amestecare
în °CB 180/200 130 2B 120/180 135 2B 180/120 140 2B 50/80 145 2B 40/50 150 2B 25/40 160 2
După încălzire în capsula de bitum se introduce cantitatea de bitum de 250 g
agregat natural şi se amestecă energic cu o spatulă sau baghetă de sticlă până la
omogenizare . În timpul amestecării capsula se menţine pe baia de nisip.
După omogenizare capsula se dă jos de pe baia de nisip şi se continuă amestecarea
până ce pelicula de bitum nu se mai scurge de pe suprafaţa agregatului natural.
Se trece amestecul într-un pahar Berzelius, se acoperă cu o sticlă de ceas şi se lasă
în repaus să se răcească la temperatura camerei, timp de o oră.
După răcire peste amestec se introduce apa distilată la temperatura de 20-25°C;
astfel ca nivelul apei să depăşească pe cel al amestecului cu 7-8 cm şi se lasă în repaus la
temperatura camerei 24 ore.
b) Prepararea soluţiei
Soluţia de colorant foloseşte colorant roşu 4 G, conform STAS 4797/76.
Pentru prepararea soluţiei cu concentraţia C cuprinsă între 3,2 x 10 -3 % se
cântăreşte la balanţa analitică cantitatea de colorant corespunzătoare (0,032…0,044g) şi
se introduce cu ajutorul unei pâlnii într-un balon, cotat de 1000 cm.
Se dizolvă şi se aduce la semn cu apa distilată, după care se omogenizează.
Se prepară circa 3 l de soluţie.
c) Determinarea adezivităţii
Pentru determinarea adezivităţii se recirculă soluţia de colorant peste agregatul
natural, ca atare, şi peste agregatul natural peliculizat cu bitum .
Recircularea soluţiei se realizează cu aparatul pentru determinarea adezivităţii în
metoda calorimetrică din figura 2.
În vasul de sticlă (1) al dispozitivului se aşează ciurul (5) la 1/3 înălţime de fundul
vasului. Pe ciur se pune proba de 250 g agregat natural sortul 5/8 mm.
8
Fig. 2. Aparat pentru determinarea adezivităţii în metoda calorimetrică
Se adaugă 1300 cm3 soluţie de colorant cu concentraţia C cu care se acoperă
proba.
Prin acţionarea pompei de vid (7) soluţia de colorant din vasul (1) se ridică în
vasul (2) în timp de 7 secunde (t1), timp reglementat de un releu T1 (10).
După acest timp t1 se întrerupe funcţionarea pompei de vid şi soluţia revine în
vasul (1), în timp de 12 secunde (t2) timp reglementat, de asemenea, de un releu T2 (11).
Cele două aparate de ridicare a soluţiei în vasul 2 şi revenire în vasul (1) se repetă
succesiv timp de 30 min. (t3) timp reglementat de releul T3 (12).
În cazul în care soluţia nu este urcată în vasul (2) în timpul (t1) se reglează
robinetele (8) şi (9) ale pompei de vid.
Se prelevează 20 cm3 din soluţia de colorant recirculat de concentraţie C1.
Această operaţie de recirculare a soluţiei cu concentraţia C se repetă aşezând pe
ciurul din vasul (1) o probă de 250 g agregat peliculizat cu bitum . În final, se prelevează
20 cm3 de soluţie cu concentraţie C2.
Soluţiile de colorant cu concentraţiile C1 şi C2 prelevate se analizează separat.
9
d) Analiza soluţiilor de colorant
Analiza soluţiilor de colorant de la cele două recirculări se efectuează, fie prin
procedeul chimic, fie prin procedeul spectrofotometric.
Procedeul chimic
Procedeul constă în compararea culorii soluţiei de analizat după recircularea cu
cea a unei soluţii de concentraţie cunoscută, considerată soluţie de control.
Soluţia de control se prepară cu o concentraţie cuprinsă între 3 x 10-3 %, la fel ca şi
soluţia de concentraţie C utilizată la recirculare.
Se iau 5 cm3 din soluţia de analizat, rezultată după recirculare şi se introduc într-o
eprubetă calorimetrică (1).
În alte 5 eprubete se introduc câte 5 cm3 apă distilată.
Se titrează fiecare din cele cinci eprubete cu soluţia de control dintr-o microbiuretă
până se obţine aceeaşi intensitate de culoare cu soluţia de analizat din epubeta (1) . Se
notează cu “Vi” volumul soluţiei de control consumat pentru fiecare din cele cinci
eprubete şi se face media aritmetică a acestor volume (V). Masa (g) de colorant în 5 cm3
soluţie :
M = , [gr]
Concentraţia soluţiei :
C = , [%] .
A = concentraţia soluţiei de control, gr/cm3.
Trasarea curbei de etalonare
Se prepară o soluţie cu concentraţia A = 4,3 x 10-3 %.
Soluţia folosită pentru recircularea peste agregatul mineral, ca atare, are
concentraţia C = 1,75 x 10-3 %. Se măsoară cu o microbiuretă 2 cm3 ; 3 cm3 ; 4 cm3 ; 5
cm3 , din soluţie şi se introduce fiecare într-un balon cotat de 50 cm3 .
În fiecare balon se introduce apa distilată până la un semn şi se omogenizează . Se
obţin astfel soluţii cu concentraţiile respective de : 1,6 x 10-3 % ; 2,4 x 10-3 % ; 4,0 x 10-3
%.
Soluţiile astfel preparate se introduc succesiv în cuvele uscate, de analiză, ale
spectrofotometrului.
Se determină pe rând extinţiile în comparaţie cu apa distilată.
10
Se trasează grafic curba etalon marcând pe abscisă concentraţiile şi pe ordonată
extinţiile corespunzătoare citite la aparat.
Din punctele marcate pe cele două coordonate se trasează paralele la cele două
axe. Se unesc punctele rezultate la intersecţia paralelelor şi se obţine astfel curba etalon.
Valoarea adezivităţii este media aritmetică a două determinări care nu trebuie să
difere între ele cu mai mult de 5 % .
Se consideră că adezivitatea bitumului la agregatul natural este corespunzătoare,
dacă valoarea acesteia (S) este de min. 75 %.
Procedeul spectrofotometric
În acest procedeu este necesar de stabilit curba etalon pentru soluţia de colorant.
Pentru stabilirea curbei etalon se prepară o soluţie de colorant cu concentraţia de
0,04 %.
2.3. Aprecierea calitativă a adezivităţii
Determinarea adezivităţii se realizează prin estimarea în procente a suprafeţei
agregatului natural rămasă peliculizată cu bitum după imersie în apă.
Estimarea suprafeţei acoperită cu bitum se face vizual, amestecul menţinându-se
sub apă.
Estimarea adezivităţii se realizează prin două metode :
- metoda statică, după imersie în apă ;
- metoda dinamică, după desprinderea granulelor una de alta, sub apă, folosind o
spatulă sau o baghetă, urmată de amestecarea forţată a granulelor prin rotirea
acestora sub apă de 100 ori în acelaşi sens, timp de 3 min.
a) Prelevarea şi pregătirea probelor
Este similară cu cea de la metoda colorimetrică (absorbţie de colorant) cu
deosebirea că pentru peliculizarea agregatului natural sunt folosite următoarele cantităţi şi
sorturi de agregate : se foloseşte sortul 8-12 mm (100 g) şi bitum 5,5 g în metoda statică
şi sortul 5-8 mm (100 g) şi bitum 5,0 g în metoda dinamică.
b) Metoda de lucru
Amestecul agregat-liant se prepară la fel ca în metoda calorimetrică şi se păstrează
imersat în apa distilată astfel ca nivelul acesteia să depăşească pe cel al amestecului cu 7-
8 cm şi se lasă în repaus la temperatura de 20° - 25° C timp de 18 ore în metoda statică şi
24 ore în metoda dinamică.
11
În metoda dinamică se pot efectua determinări şi după 144 ore de păstrare în apă în
condiţiile în care încercarea probelor după 24 ore conduc la valori ale adezivităţii care
diferă între ele cu mai mult de 10 %
c) Interpretarea rezultatelor
Adezivitatea se estimează în procente din suprafaţa agregatului mineral rămasă
peliculizată cu bitum .
Rezultatul este media a două determinări care nu trebuie să difere între ele cu mai
mult de 10 %.
2.3.1.Metoda statică pentru determinarea adezivităţii
Principiul metodei statice constă în menţinerea în apă distilată a granulelor de
agregat natural sau artificial, peliculizate cu bitum (anrobate cu bitum) în animite
condiţii.
Aparatura şi reactivii : vas metalic pentru topirea bitumului, etuvă
termoreglabilă, capsule metalice sau de porţelan ( 16 cm), paharul Berzelius de 600
cm3, sticle de ceas ( 12 cm), pensulă, spatule metalice sau baghete de sticlă, termometru
gradat de la 0…200°C, baie de nisip, exicator, balanţă cu precizie de 0,1 g, sită cu
ţesătură de sârmă de 071, ciururi din tablă perforată cu diametrul ochiurilor de 5;8 şi 12,5
apă distilată.
Modul de lucru
Se cântăresc într-o capsulă 5 g bitum încălzit şi filtrat şi 100 g agregat natural într-
o altă capsulă, care se introduc în etuvă şi se încălzesc la temperatura indicată în tabelul 3
După încălzire, se amestecă bitumul cu agregatul amestecând energic cu o spatulă
şi menţinându-se pe baia de nisip în timp ce are loc omogenizarea. După omogenizare,
capsula cu agregatul anrobat cu bitum se ia de pe baia de nisip şi se continuă amestecarea
până ce pelicula de bitum nu se mai scurge de pe suprafaţa granulelor.
12
Tabel 3 .
Nr. crt. Condiţii de lucru
Metode de determinare
Metoda statică la
rece (20…25ºC)
Metoda statică la
cald (60ºC)
Metoda
dinamică
(20…25ºC)
1 Sortul de agregat 8 – 12,5 5-8
2 Cantitatea de bitum 5,3…5,7 g 4,8…5,2 g
3 Temp. agregatului natural
şi a bitumului (în funcţie
de tipul acestuia) la
D 181/200
D 121/180
D 81/120
D 51/80
D 41/50
D 25/40
128…132ºC
133…137ºC
138…142ºC
143…147ºC
148…152ºC
158…162ºC
4 Temperatura apei
distilate20…25ºC 60ºC 20…25ºC
5 Condiţii de păstrare în
apă: durată/temperatură8h/20…25ºC
16h/60ºC 24h
6 zile /20…25ºC
Se trec apoi granulele anrobate cu bitum într-un pahar Berzelius, se acoperă cu o
sticlă de ceas şi se lasă în repaus să se răcească, la temperatura camerei.
Se toarnă apoi, apă distilată în pahar cu 7…8 cm deasupra granulelor anrobate cu
bitum, la temperatura prevăzută în tabelul anterior acoperindu-se cu sticlă de ceas şi
lăsându-se la păstrare în condiţiile de durată şi temperatură prevăzute în acelaşi tabel,
după care se face estimarea suprafeţei acoperite cu bitum. Această operaţie se face cu
ochiul liber, amestecul menţinându-se sub apă.
2.3.2. Metoda dinamică pentru determinarea adezivităţii
Pregătirea probei şi modul de lucru sunt identice cu cele de la metoda statică,
tabelul anterior cu deosebire că la 24 h sau la 6 zile, când se face aprecierea adezivităţii,
13
se amestecă energic de 100 ori cu spatula timp de 3 min. proba (granule anrobate cu
bitum ) supusă încercării.
Interpretarea rezultatelor se efectuează în condiţiile arătate în tabelul 4
Tabel 4
Metoda statică la rece Metoda statică la cald. Metoda dinamică
Suprafaţa granulelor rămasă acoperită cu bitum:
- mai mult de 95% din suprafaţă;
- 95% din suprafaţă;
- mai puţin de 95% din suprafaţă.
- 100% când suprafaţa este complet acoperită;
- 90% când peste 90% din suprafaţă rămâne
acoperită;
- 75% când 75…90% din suprafaţă rămâne acoperită;
- 50% când 50…75% din suprafaţă rămâne acoperită;
- sub 50% când mai puţin de 50% din suprafaţă
rămâne acoperită;
- 0% când bitumul se desprinde complet de pe
granule.
2.4. Metoda de determinare a adezivităţii cu ajutorul dispozitivului cu placă
(Vialit)
Dispozitivul cu placă, pentru determinarea adezivităţii, este construit pe principiul
aparatului Vialit.
Fig.3. Aparatul Vialit
14
Aparatul se compune din : stativ metalic (5), placă metalică (4) 300x300 mm cu
grosimea de 2 mm; bilă de metal (2) de 500 g îmbrăcată în cauciuc; tijă verticală cu
dispozitiv orizontal de ghidare a bilei metalice.
Modul de lucru
Bitumul se încălzeşte la temperatura de 150..160°C şi se întinde într-un strat
subţire de 0,5 mm pe placa metalică încălzită în prealabil în etuvă la 150°C.
Suprafaţa pe care se întinde bitumul este de 230/230 mm (529 cm2) utilizându-se
deci 26…27 g bitum topit.
Este necesar ca stratul de bitum să fie cât mai uniform repartizat pe suprafaţa
plăcii, această operaţie realizându-se cu o riglă metalică adecvată.
Pe suprafaţa bitumul cald, întins pe placa metalică, se aşază cu mâna 100 granule
din agregatul natural (criblură 3-8 sau 8-16) de încercat. Pentru a avea granule de o
dimensiune cât mai apropiată, s-a utilizat întotdeauna materialul care a rămas pe ciurul
limită inferior (adică rest pe ciurul de 3 sau 8 mm). Placa cu granule fixate în bitum se
lasă timp de 2 ore la temperatura camerei (pentru răcirea bitumului).
Se fac 3 imersări a 10 secunde fiecare, a plăcii cu granulele lipite pe ea, în apă
potabilă.
Se aşază placa pe cei 4 suporţi fixaţi pe stativul metalic, cu faţa pe care sunt lipite
granulele, în jos. De la înălţimea de 50 cm se lasă să cadă liber bila de 500 g de 5 ori pe
suprafaţa plăcii, astfel ca loviturile să fie plasate în mijlocul plăcii şi spre cele patru
colţuri.
Se ridică placa şi se numără granulele dezlipite şi căzute pe masa stativului.
Adezivitatea se exprimă în procente.
În general, pe roci bazice, aparatul indică o adezivitate de 80…90 %.
15
3. Mixturi asfaltice preparate cu bitum modificat
3.1. Aditivul ADIROL ALCAMID A
Pentru aditivarea bitumului s-a recurs la un aditiv indigen – ADIROL ALCAMID A –
produs de S.C. “ICERP” S.A. Ploieşti, care este o compoziţie de substanţe tensioactive de tip
amido-amină cu stabilitate termică ridicată iar caracteristicile sale sunt prezentate în tabelul 5.
Tabelul 5 : Caracteristicile aditivului ADIROL ALCAMID A
Caracteristica Valoarea
Aspect
Densitatea la 20˚C g/cm3, min.
Punct de inflamabilitate M, ˚C, min.
Stabilitate termică, ˚C, max.
Conţinut de azot, % min.
Bazicitate totală, mgKOH/g, min.
Date toxicologice:
Toxicitate acută orală (pe şobolani) :
DL50 mg/kg
Toxicitate acută dermală (pe iepuri) :
DL50 mg/kg
pastă de culoare brună până la brun închis
0,95
200
350
11
270
peste 800
peste 2500
Aditivul ADIROL ALCAMID A se recomandă a se utiliza în proporţie de 0,2 …1,0 %
(în greutate) aditivarea făcându-se la cald prin amestecarea cu bitum topit .
Trebuie precizat că procesul tehnologic de preparare a mixturii asfaltice nu se modifică
prin utilizarea bitumului aditivat.
În cazul emulsiilor de bitum se recomandă utilizarea unui procent de 0,3…1,5 % aditiv
din greutatea liantului.
Pentru verificarea adezivităţii bitumului martor şi a aceluiaşi bitum cu o,8 % ADIROL
s-au făcut determinări ale adezivităţii pe agregate naturale de carieră (Iglicioara-Măcin) – porfir
cuarţos şi de balastieră (Siret).
Determinarea s-a făcut prin metoda calitativă- varianta dinamică.
3.2. Încercări efectuate în laborator
16
Pentru evaluarea ameliorării caracteristicilor fizico-mecanice ale mixturilor asfaltice
preparate cu bitum aditivat cu ADIROL ALCAMID A s-au realizat, în cadrul laboratorului de
Drumuri, o serie de mixturi alcătuite din agregate naturale de balastieră .
Ca liant s-a folosit un bitum neparafinos de tip D 80/120 produs de rafinăria ASTRA
Ploieşti a căror principale caracteristici sunt prezentate în tabelul 6 împreună cu cele ale aceluiaşi
bitum aditivat cu 0,8% (în greutate ) ADIROL ALCAMID A .
Tabelul 6 : Caracteristicile bitumurilor utilizate
Caracteristica Bitum martor Bitum + 0,8 % aditiv
Penetraţie la + 25˚C, 1/10 mm
Punct de înmuiere (I.B.), ˚C
Indice de penetraţie I.P.
(Susceptibilitate termică – “a”)
Structură tip :
64
51,3
- 0,277
(0,042)
sol-gel
66
52
-0,022
(0,040)
sol-gel
Tipurile de agregate naturale utilizate şi curbele granulometrice ale acestora sunt
prezentate în tabelul 7 .
În cadrul cercetărilor s-au proiectat compoziţiile a trei tipuri de mixturi asfaltice şi anume :
I. – Beton asfaltic deschis cu pietriş sortat : BADPS 31 – SR 174 – 1/97, pentru
stratul de legătură al îmbrăcăminţilor bituminoase cilindrate ;
II. – Mixtură cu agregate mijlocii 0 – 10 mm : tip B – STAS 7970 – 76, pentru straturi
de bază ;
III. – Mixtură cu agregate mijlocii 0 – 16 mm : tip B – STAS 79 70 – 76, pentru straturi
de bază .
IV. - Beton asfaltic bogat în criblură : BA 8 – SR 174-1/97 pentru stratul de uzură al
îmbrăcăminţilor bituminoase cilindrate ;
V. - Beton asfaltic bogat în criblură : BA 16 – SR 174-1/97 pentru stratul de uzură al
îmbrăcăminţilor bituminoase cilindrate.
Compoziţiile amestecurilor din agregate şi curbele granulometrice aferente sunt
prezentate în tabelul 8.
Pentru fiecare tip de mixtură s-au preparat un număr de 3…4 şarje cu conţinut variabil de
bitum . Mixturile martor sunt cele preparate cu bitum simplu, iar mixturile experimentale sunt
cele preparate cu bitum aditivat . Din fiecare şarjă de mixtură s-au confecţionat epruvete cubice
(cu latura de 7,07 cm) şi cilindrice tip Marshall (D = 10,16 cm şi H = 6,35 cm) pe care s-au
determinat valorile caracteristicilor fizico-mecanice prezentate în tabelurile 9 şi 10.
17
4. Concluzii
Analiza variaţiei valorilor caracteristicilor fizico-mecanice ale seriilor de mixturi
preparate cu bitum aditivat faţă de cele ale seriilor de mixturi martor (considerate ca elemente de
referinţă şi notate cu 100 %) prezentată în tabelul 11, a dus la următoarele concluzii :
a) Mixturi alcătuite cu agregate de carieră: I şi II.
Proprietăţi fizice: densitate aparentă, determinată atât pe epruvete cubice cât şi cilindrice,
rămâne practic neschimbată. Se remarcă o mică scădere de (5…9) % a absorbţiei de apă
determinată pe epruvete cubice şi o reducere considerabilă, între (46…70) %, a umflării
determinate pe epruvete cubice şi cilindrice.
Proprietăţi mecanice: rezistenţa la compresiune determinată la temperatura de 22ºC
înregistrează creşteri substanţiale de (26…37) %.
De asemenea se observă micşorarea reducerii rezistenţei la compresiune la 22ºC, după 28
zile de păstrare în apă, cu 15 % până la 40 %. Deşi valorile stabilităţii Marshall suferă reduceri
cuprinse între 25 % şi 33 % ele sunt, în valoare absolută, cu mult deasupra limitei de 7 kN,
valoare minimă impusă de SR 174-1/97 pentru drumuri de clasa tehnică I şi II. În ceea ce
priveşte valorile indicelui de curgere Marshall acestea suferă o creştere de (5…14) %.
b) Mixturi alcătuite cu agregate de balastieră:
- III – BADPS 31 –
Propietăţi fizice: se constată reducerea puternică a absorbţiei de apă – 45% şi a umflării – 94 %.
Proprietăţi mecanice: valorile stabilităţii Marshall sunt sporite cu circa 20 %, iar valorile
indicelui de curgere, deşi cresc cu 53 %, nu depăşesc însă valoarea maximă de 4,5 mm impusă
de SR 174-1/97.
- IV, V – Mixturi cu agregate mijlocii 0-10 mm şi 0-16 mm – tip B, STAS 7970-76.
Prprietăţi fizice: se remarcă scăderea puternică cu 53 până la 61 % a umflării pe epruvete
cubice şi cu circa 74 % pe epruvete cilindrice .
Proprietăţi mecanice : valorile rezistenţelor la compresiune la 22ºC suferă variaţii între –
24 % şi + 8 %. Valorile stabilităţii Marshall sunt în medie cu circa 6 % mai mici iar cele ale
indicelui de curgere prezintă o creştere medie de 15 %.
Concluzia generală care se desprinde din analiza rezultatelor încercărilor efectuate în
laborator cu bitum aditivat este că utilizarea aditivului ADIROL ALCAMID A aduce
îmbunătăţiri substanţiale modului de comportare al mixturilor asfaltice în prezenţa apei prin
micşorarea absorbţiei şi în special a umflării cât şi prin diminuarea reducerii rezistenţei la
compresiune la 22ºC după 28 zile de păstrare în apă.
Din acest motiv considerăm că utilizarea aditivului ADIROL ALCAMID A este
avantajoasă, atât din punt de vedere tehnic cât şi din punt de vedere economic, la prepararea
tuturor mixturilor utilizate în straturile îmbrăcăminţilor bituminoase la drumuri18
Tabelul 7 : Tipurile de agregate naturale utilizate şi curbele lor granulometrice.
Agregatul naturalTrecut, % prin ciurul (sita) mm:
31 16 10 7 3 1 0,63 0,2 0,09 0,071
Criblură 8-16Criblură 3-8Nisip concasaj 0-7Nisip natural 3-10Nisip natural 0-7Filer Bicaz
------
100,0-----
47,82100,0
-100,0
--
8,9597,91100,033,78100,0
-
0,2969,0789,1921,8198,41
-
-17,9251,732,30
80,81100,0
-8,61
35,731,58
75,6799,25
-2,41
15,84-
18,8489,55
-1,237,92
-4,29
66,20
-1,016,12
-2,73
58,20
Pietriş 16 – 31Pietriş 7 – 16Nisip natural 3 – 7Nisip natural 0 – 7 (I)Nisip natural 0 – 7 (II)Filer Bicaz
100,00-----
40,96100,00
----
3,9752,51
----
0,8711,60
100,00100,00100,00
-
-2,42
19,5298,4195,75
-
--
0,7180,8179,38
100,00
--
0,4375,6771,6599,50
---
18,814,1990,90
---
4,291,97
67,45
---
2,731,00
58,65
19
Tabelul 8 : Compoziţiile amestecurilor din agregate naturale şi curbele granulometrice pentru mixturile I…III .
Agregatul natural Compoziţie %
Trecut (%) prin ciurul (sita), mm :
31 16 10 7 3 1 0,62 0,2 0,09 0,071I - BADPS 31
Pietriş 16 – 31 = 50,00Pietriş 7 – 16 = 20,00Nisip natural 0 – 7 (I) = 25,00Filer Bicaz = 5,00Total agregate = 100,00Curbă granulometrică :
100,00 70,84 42,49 32,76 29,42 24,85 22,89 8,10 3,86 3,18II - Mixtură tip B (0 – 10) mm
Nisip natural 3 – 7 = 65,00Nisip natural 0 – 7 (II) = 20,00Filer Bicaz = 15,00Total agregate = 100,00Curbă granulometrică :
- - - 100,00 46,84 31,34 29,54 16,58 10,41 9,00III – Mixtură tip B (0 – 16) mm
Pietriş 7 – 16 = 40,00Nisip natural 3 – 7 = 20,00Nisip natural 0 – 7 (II) = 25,00Filer Bicaz = 15,00Total agregate = 100,00Curbă granulometrică :
- . 100,00 81,00 64,64 43,81 34,99 32,93 17,22 10,61 9,05
20
Tabelul 8 (continuare) : Compoziţiile amestecurilor de agregate naturale şi curbele granulometrice pentru mixturile IV ş V .
Agregatul naturalCompoziţie
%Trecut, % prin ciurul (sita) mm :
31 16 10 7 3 1 0,62 0,2 0,09 0,071
IV – BA 8Criblură 3-8 = 45,00Nisip concasaj 0-7 = 10,00Nisip natural 3-10 = 20,00Nisip natural 0-7 = 10,00Filer Bicaz = 15,00 Total agregate = 100,00 %Curbă granulometrică : - - 100,00 85,82 69,20 36,77 30,19 17,97 11,70 10,06
V – BA 16Criblură 8-16 = 35,00Criblură 3-8 = 20,00Nisip concasaj 0-7 = 10,00Nisip natural 0-7 = 20,00Filer Bicaz = 15,00 Total agregate = 100,00 % Curbă granulometrică : - 100,00 81,74 67,71 57,51 39,91 35,28 19,26 11,83 10,09
21
Tabelul 9 : Valorile caracteristicilor fizico-mecanice ale mixturilor alcătuite cu agregate de carieră.
Tipul de mixtură
Bitum, %, din greut. mixturii
Densitateaaparentă, Kg/m3
Absorbţie volum, %
Umflare volum, %
Rezistenţa la compresiune N/mm2, la:
Reduc.Rc22/28zile, %
Stabili-tate M kN
Indic.curg.I, mm
ModulM.,S/I,kN/mm cub cilind. cub cilind. cub cilind. 22˚C 50˚C Kt
I Martor
5,50 5,75 6,00
2.2402.2422.272
2.3192.3282.332
6,5435,0504,813
2,0601,6681,564
5,6422,5673,325
0,7320,9580,877
2,8704,0673,425
0,5601,3250,896
5,1253,0693,823
70,4557,3152,82
14,3012,6012,60
3,854,154,68
3,713,042,69
IExperim
5,505,756,00
2.2142.2192.258
2.3292.3482.357
5,5105,4114,494
2,5441,6771,298
1,0021,2871,498
1,2091,0851,071
3,0923,4053,985
0,8370,9231,416
3,6943,6892,814
54,0152,2545,52
10,308,408,00
3,884,355,12
2,651,931,56
I IMartor
5,255,505,75
2.3022.3242.332
2.3582.3612.369
3,4942,4661,702
1,0630,7900,276
1,4651,2820,770
0,4070,3720,099
4,2793,9323,916
1,1280,9770,988
3,7934,0253,964
52,3041,0234,24
14,0014,9013,30
3,855,226,12
3,642,852,17
IIExperim
5,255,505,75
2.3102.3202.332
2.3632.3722.363
2,8642,3911,621
0,9180,3090,489
0,4940,2950,254
0,2130,0850,085
3,9144,4593,972
1,2061,5961,397
3,2452,7942,843
33,5224,5818,71
9,8011,6010,30
4,685,786,65
2,092,011,55
22
Tabelul 10 : Valorile caracteristicilor fizico-mecanice ale mixturilor alcătuite cu agregate de balastieră
Tipul de mixtură
Bitum, %din greut.mixt.
Densit.apar.,Kg/m3
Absorb.volum,%
Umflare volum,%
Rezist.la compres.N/mm2, la :
Reduc.Rc22/28zile, %
Stabilit.M,S,kN
Indicede curg.I, mm
Modul M.,S/I,kN/mmcub. cilind. cub. cilind. cub. cilind. 22˚C 50˚C Kt
IMartor
4,004,254,50
- - -
2.3252.3292.341
- - -
2,8382,6291,792
- - -
0,1220,1220,298
- - -
- - -
- - -
- - -
6,405,004,00
2,761,892,56
2,322,651,56
IExperim.
4,004,254,50
- - -
2.3292.3572.363
- - -
3,0941,4381,015
- - -
0,0000,1000,000
- - -
- - -
- - -
- - -
4,007,006,30
2,453,954,15
1,631,771,54
IIMartor
4,254,504,75
2.3082.3182.335
2.3642.3752.397
3,0232,9962,565
1,8221,0280,135
0,2840,3430,129
0,1790,1990,007
3,9243,7433,385
1,2411,1830,806
3,1623,1644,200
22,3013,1729,75
9,406,408,80
2,863,293,96
3,291,952,22
IIExperim.
4,254,504,75
2.2942.3212.348
2.3842.3942.398
4,0993,3032,008
1,2460,5080,219
0,1890,1470,010
0,2790,2490,278
3,3553,4123,146
0,8110,8580,725
4,1373,9774,339
38,7727,0222,44
7,608,807,40
3,253,784,08
2,342,331,81
IIIMartor
4,004,254,504,75
2.3372.3782.3782.393
2.3972.4002.4102.411
3,2101,2891,2130,481
0,9830,8730,3410,155
0,2250,4890,3810,371
0,0000,1890,1460,233
3,9183,8923,1522,950
1,2991,2380,9900,812
3,0163,1443,1843,633
38,302,600,000,00
10,308,208,007,40
3,452,865,504,58
2,992,872,291,62
IIIExperim.
4,004,254,504,75
2.3352.3832.3942.394
2.3942.4102.4082.404
2,9861,5660,9840,752
1,1050,5700,3250,267
0,0290,2910,2600,174
0,0000,1080,0300,000
3,9203,6933,5472,958
1,3971,1461,1100,963
2,8063,2233,1953,072
25,2610,186,515,04
8,409,206,605,40
3,503,984,584,75
2,402,311,441,14
23
Tabelul 11 : Variaţia valorilor caracteristicilor fizico–mecanice ale mixturilor experimentale faţă de mixturile martor
Tipul de mixtură
Bitum, %din greut.mixt.
Densit.apar.,Kg/m3
Absorb.volum,%
Umflare volum,%
Rezist.la compres.N/mm2, la :
Reduc.Rc22/28zile, %
Stabilit.M,S,kN
Indicede curg.I, mm
Modul M.,S/I,kN/mm
cub. cilind. cub. cilind. cub. cilind. 22˚C 50˚C Kt
IExperim.
4,004,254,50
- - -
100,17101,20100,94
- - -
109,0254,7056,64
- - -
0,0081,970,00
- - -
- - -
- - -
- - -
62,50140,00157,50
88,77208,99162,11
x x x
IIExperim.
4,254,504,75
99,39100,13100,56
100,85100,80100,04
135,59110,2578,28
68,3949,42162,22
66,5542,867,75
155,86125,13 x
85,50108,5692,94
65,3572,5389,95
x x x
173,86205,1675,43
80,85137,5084,09
113,64114,89103,03
x x x
IIIExperim.
4,004,254,504,75
99,91100,21100,67100,04
99.87100,4299,9299,71
93,02121,4981,12156,34
112,4165,2995,31172,26
12,8959,5168,2446,90
x57,1420,55 x
100,0594,89112,53120,24
107,5492,57112,12118,60
x x x x
65,95391,54 x x
81,55112,2082,5072,97
101,45139,16130,86103,71
x x x x
IVExperim.
5,50 5,75 6,00
98,84 98,97 99,38
100,43100,86101,07
84,21107,15 93,37
123,50100,54 82,99
17,76 50,14 45,05
165,16113,26122,12
107,74 83,72116,35
149,46 69,66158,04
x x x
76,6691,1786,18
72,0366,6763,49
100,78104,82109,40
x x x
VExperim.
5,50 5,75 6,00
100,35 99,83100,00
100,21100,47 99,75
81,97 96,96 95,24
86,36 39,11177,17
33,72 23,01 32,99
52,33 22,85 85,86
91,47113,40101,43
106,91163,36141,40
x x x
64,0959,9254,64
70,0077,8577,44
121,56110,73108,66
x x x
24
25
26
27
29