„wpływ stosowanych w polsce...

„Wpływ stosowanych w Polsce dodatków

na właściwości lepiszczy asfaltowych

w aspekcie technologii spieniania”

dr inż. Anna Chomicz-Kowalska

prof. dr hab. inż. Marek Iwański

mgr inż. Krzysztof Maciejewski

Rys.2. Klasyfikacja technologii wytwarzania

mma w zależności od zakresu temperatury ich

produkcji

Asfa

lt s

pie

nio

ny

HMA

• Hot Mix Asphalt („na gorąco”)

• 135C – 190C

WMA

• Warm Mix Asphalt („na ciepło”)

• 100C – 135C

HWMA

• Half-Warm Mix Asphalt („na półciepło”)

• 60C (80C) – 100C

CMA

• Cold Mix Asphalt („na zimno”)

• < 60C

Współczesne zastosowania asfaltu spienionego

Źródło: www.warmmixasphalt.com

GDDKiA

Zespołu nr 9

Przebudowa, Renowacja i Rehabilitacja drogi

OST D-04.10.01a

Zastosowanie asfaltu spienionego w świetle krajowych

dokumentów technicznych – 2012 r.

Źródło: https://www.gddkia.gov.pl



Źródło:

https://www.gddkia.gov.pl

[6]

„Zalecenia nie dotyczą technologii obniżenia temperatury produkcji i wbudowania mma za pomocą

spieniania asfaltu przy użyciu specjalistycznych instalacji lub dodawania wilgotnego kruszywa drobnej

frakcji” (pkt 1.5 [6])

„Typowa temperatura produkcji mieszanek WMA zawiera się w przedziale około 120-140ºC, natomiast

jest to zawsze powyżej 100ºC.” (pkt 1.8 [6])

Załącznik

do zarządzenia Nr 31

Generalnego Dyrektora Dróg

Krajowych i Autostrad

z dnia 16.06.2014

Katalog Typowych Konstrukcji

Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych

Opracowano w:

Katedrze Inżynierii Drogowej

Politechniki Gdańskiej

Opracował zespół w składzie:

prof. dr hab. inż. Józef Judycki – Kierownik Zespołu

dr inż. Piotr Jaskuła

dr inż. Marek Pszczoła

dr inż. Jacek Alenowicz

dr inż. Bohdan Dołżycki

mgr inż. Mariusz Jaczewski

mgr inż. Dawid Ryś

mgr inż. Marcin Stienss



dopuszcza stosowanie mieszanek MCE i z asfaltem

spienionym w nowych konstrukcjach nawierzchni

drogowych obciążonych ruchem KR1-KR4

Tablica 2. Typowe konstrukcje górnych warstw nawierzchni podatnych zawierających warstwy wykonane w technologii recyklingu na zimno [KTKNPiP 2014]



http://wirtgen.de

Źródło:

https://www.gddkia.gov.pl Źródło:

https://www.gddkia.gov.pl



Procedury projektowania oraz wytyczne

stosowania materiałów odpadowych

i z recyklingu do technologii wytwarzania

mieszanek metodą na zimno z asfaltem

spienionym (MCAS)

„Wykorzystanie materiałów z recyklingu w mieszankach

mineralno-asfaltowych na zimno (MCAS) i na półciepło z

asfaltem spienionym (HWMA)”






Zalecenia dotyczące projektowania,

wytwarzania i wbudowywania mieszanek

mineralno-asfaltowych z asfaltem

spienionym o obniżonych temperaturach

technologicznych

Efekty stosowania mma z asfaltem spienianym wodą wytwarzanych i wbudowywanych w obniżonej temperaturze

redukcja emisji gazów

cieplarnianych;

zmniejszenie ilości energii

niezbędnej do doprowadzenia

lepiszcza do poziomu lepkości

pozwalającego otaczać kruszywo;

polepszenie warunków układania z

uwagi na niższy poziom emisji

lotnych związków organicznych

zawartych w asfalcie;

zmniejszenie uciążliwości wytwórni

mma w pobliżu terenów

zamieszkanych.

Środowiskowe Technologiczno-

produkcyjne

Ekonomiczne

zmniejszenie zużycia

energii poświęcanej na

podgrzanie głównych

materiałów składowych

mieszanki, tj. kruszywa

i asfaltu, a tym samym

kosztów.

zmniejszenie intensywności procesu starzenia asfaltu i mma z uwagi na ograniczenie temperatury w procesie wytwarzania;

wydłużenie sezonu wykonawczego;

wydłużenie czasu transportu z wytwórni na miejsce wbudowania;

skrócenie czasu stygnięcia mieszanki do poziomu, w którym można wprowadzić ruch;

poprawa warunków pracy przy wytwarzaniu, transporcie i układaniu mma

Technologia asfaltu spienionego

Rys. 5. Wpływ temperatury kruszywa na zdolność

do otaczania mm w technologii HWMA [Jenkins 1999]

Rys. 7. Mieszanka związana lepiszczem w sposób ciągły

Rys. 6. CMA – mieszanka MCAS (punktowo związana lepiszczem)

Zwiększanie temperatury

Źródło:

http://wirtgen.de

Źródło:

http://wirtgen.de

Przy wykorzystaniu asfaltu spienionego zdolność do

otaczania grubszych ziaren mieszanki mineralnej silnie

zależy od temperatury materiału mineralnego.

W 1999 r. Jenkins z zespołem badawczym opracowali

proces produkcji mma „na półciepło” HWMA

z asfaltem spienionym, których temperatura wynosi < 100C .

Cechy fizyczne piany asfaltowej

Właściwości fizyczne piany asfaltowej

oceniane są na podstawie

dwóch parametrów:

maksymalny wskaźnik ekspansji

(ERm - Expansion Ratio) – stosunek

maksymalnej objętości piany

asfaltowej (po spienieniu lepiszcza)

do objętości początkowej lepiszcza

(przed spienieniem),

okresu półtrwania (HL- Half-life) –

czas mierzony w sekundach, kiedy

piana asfaltowa zmniejszy swoją

objętość o połowę od momentu

uzyskania maksymalnej ekspansji.

Rys. 8. Zasada pomiaru ekspansji asfaltu oraz okresu jego półtrwania

http://www.asphaltacademy.co.za/

Wymagania względem cech fizycznych piany asfaltowej

Technologia spieniania przy użyciu wody nie wymaga stosowania dodatków w celu wytworzenia

piany asfaltowej.

Dodatki mogą mieć istotny wpływ na proces spieniania asfaltu – wymaga to każdorazowej

weryfikacji.

Temperatura

materiału mineralnego od 5ºC do 10ºC od 10ºC do 15ºC powyżej 15ºC

Wskaźnik ekspansji 12 10 8

Okres półtrwania [s] 8 8 6

Tablica 3. Wymagania dotyczące minimalnych wartości parametrów asfaltu spienionego w technologii MCAS

MC

AS

Wskaźnik ekspansji 12

Okres półtrwania [s] 10

HW

MA

Tablica 4. Wymagania dotyczące minimalnych wartości parametrów asfaltu spienionego w technologii HWMA

Czynniki wpływające na cechy fizyczne piany asfaltowej

• ilość wody spieniającej (FWC – foaming water content),

• temperatura asfaltu przed procesem spieniania,

• obecność modyfikatorów i dodatków,

• skład chemiczny asfaltu (pochodzenie, skład grupowy, …),

• właściwości reologiczne asfaltu,

• parametry techniczne procesu spieniania

(ciśnienie robocze asfaltu, wody, powietrza).

Rys. 9. Zalecane sposoby wyznaczania ilości wody spieniającej

Źródło: www.astecinc.com

Wytwórnie MMA z asfaltem spienionym

Źródło:

www.astecinc.com

Źródło:

www.astecinc.com

Fot. 2. Pomiar parametrów piany asfaltowej pobranej z kontrolnej dyszy recyklera

Modyfikacja istniejących wytwórni:

Wytwórnie o specjalnej konstrukcji:

• o pracy cyklicznej • o pracy ciągłej

• np. „bęben w bębnie”

Fot. 6. Moduł spieniania asfaltu Fot. 7. Wytwórnia MMA o pracy ciągłej

WYNIKI BADAŃ

Wyniki badań asfaltów niemodyfikowanych (2012 – 2015)

Rys. 10. Zestawienie wyników z pomiaru cech fizycznych piany asfaltowej ERm (współczynnik

ekspansji) przy zmiennym poziomie FWC

Rys. 11. Zestawienie wyników z pomiaru cech fizycznych piany asfaltowej HL (okres półtrwania)

przy zmiennym poziomie FWC

Wyniki badań asfaltów niemodyfikowanych (2012 – 2015)

Wyniki badań asfaltów z dodatkiem wosku FT (2012 – 2015)

R2=0,989 R2=0,987

a) b)

Rys. 12. Zależność pomiędzy cechami fizycznymi piany asfaltowej: ERm (a) i HL (b) a ilością FT i FWC badanych lepiszczy z grupy C

Asfalt FWC ERm HL

50/70

1,0 4,0 16,5

2,0 8,1 12,3

3,0 12,0 9,0

4,0 18,4 5,1

Tab. 5. Parametry fizyczne (ERm i HL) piany asfaltowej niemodyfikowanego lepiszcza 50/70

Rys. 13. Zależność pomiędzy cechami fizycznymi piany asfaltowej: ERm (a) i HL (b) a ilością FT i FWC lepiszcza 50/70 producenta A

Asfalt FWC ERm HL

A:50/70

1,5 5,3 19,5

2,0 6,6 17,5

2,5 6,8 15,0

3,0 7,5 13,8

3,5 8,3 11,8

a) b)


Tab. 6. Parametry fizyczne (ERm i HL) piany asfaltowej niemodyfikowanego lepiszcza 50/70 producenta A

Rys. 14. Zależność pomiędzy cechami fizycznymi piany asfaltowej: ERm (a) i HL (b) a ilością FT i FWC lepiszcza 50/70 producenta B

Asfalt FWC ERm HL

B:50/70

1,5 7,5 23,8

2,0 8,5 20,5

2,5 11,5 19,0

3,0 13,2 14,8

3,5 15,2 12,5

a) b)


Tab. 7. Parametry fizyczne (ERm i HL) piany asfaltowej niemodyfikowanego lepiszcza 50/70 producenta B

Asfalt 50/70 z płynnym dodatkiem WMA (2016-2017)

a)

b)

Rys. 15. Zależności pomiędzy cechami fizycznymi piany asfaltowej: ERm (a) i HL (b) a ilością FWC lepiszcza 50/70 producenta B z różnymi zawartościami płynnego dodatku WMA

Rys. 16. Zależności pomiędzy cechami fizycznymi piany asfaltowej: ERm (a) i HL (b) a ilością FWC lepiszcza 35/50 producenta B z różnymi zawartościami płynnego dodatku WMA

Asfalt 35/50 z płynnym dodatkiem WMA (2016-2017)

a)

b)

Asfalty 50/70 + płynne środki adhezyjne (2016-2017) PAS1 PAS2 PAS1 PAS2

Asfalt Prod ZawMod FWC ERm HL ERm HL Asfalt Prod ZawMod FWC ERm HL ERm HL

50/70 A 0,00 1,5 5,3 19,5 5,3 19,5 50/70 B 0,00 1,5 7,5 23,8 7,5 23,8

50/70 A 0,30 1,5 6,4 8,2 5,9 8,2 50/70 B 0,30 1,5 7,0 29,0 8,4 14,2

50/70 A 0,45 1,5 6,7 7,7 6,0 7,9 50/70 B 0,45 1,5 7,7 25,2 8,6 15,3

50/70 A 0,60 1,5 7,1 7,3 6,1 7,6 50/70 B 0,60 1,5 8,4 21,4 8,8 16,4

50/70 A 0,75 1,5 7,5 6,8 6,3 7,3 50/70 B 0,75 1,5 9,1 17,6 8,9 17,5

50/70 A 0,90 1,5 7,9 6,4 6,4 6,9 50/70 B 0,90 1,5 9,8 13,8 9,1 18,6

50/70 A 0,00 2 6,6 17,5 6,6 17,5 50/70 B 0,00 2 8,5 20,5 8,5 20,5

50/70 A 0,30 2 8,0 8,6 7,2 8,8 50/70 B 0,30 2 9,3 24,8 10,9 12,3

50/70 A 0,45 2 8,2 8,1 7,3 8,5 50/70 B 0,45 2 10,1 21,7 11,0 13,2

50/70 A 0,60 2 8,5 7,6 7,4 8,3 50/70 B 0,60 2 10,8 18,6 11,1 14,1

50/70 A 0,75 2 8,7 7,2 7,5 8,0 50/70 B 0,75 2 11,5 15,4 11,1 15,0

50/70 A 0,90 2 8,9 6,7 7,7 7,7 50/70 B 0,90 2 12,2 12,3 11,2 15,9

50/70 A 0,00 2,5 6,8 15,0 6,8 15,0 50/70 B 0,00 2,5 11,5 19,0 11,5 19,0

50/70 A 0,30 2,5 9,6 8,9 8,5 9,4 50/70 B 0,30 2,5 11,7 20,6 13,5 10,3

50/70 A 0,45 2,5 9,7 8,5 8,6 9,2 50/70 B 0,45 2,5 12,4 18,2 13,4 11,0

50/70 A 0,60 2,5 9,8 8,0 8,7 8,9 50/70 B 0,60 2,5 13,1 15,7 13,3 11,8

50/70 A 0,75 2,5 9,9 7,5 8,8 8,7 50/70 B 0,75 2,5 13,8 13,3 13,3 12,5

50/70 A 0,90 2,5 10,0 7,1 8,9 8,5 50/70 B 0,90 2,5 14,5 10,8 13,2 13,2

50/70 A 0,00 3 7,5 13,8 7,5 13,8 50/70 B 0,00 3 13,2 14,8 13,2 14,8

50/70 A 0,30 3 11,3 9,3 9,8 10,0 50/70 B 0,30 3 14,1 16,5 16,0 8,4

50/70 A 0,45 3 11,2 8,8 9,9 9,8 50/70 B 0,45 3 14,8 14,7 15,8 8,9

50/70 A 0,60 3 11,1 8,3 10,0 9,6 50/70 B 0,60 3 15,5 12,9 15,6 9,4

50/70 A 0,75 3 11,1 7,9 10,1 9,5 50/70 B 0,75 3 16,2 11,1 15,4 10,0

50/70 A 0,90 3 11,0 7,4 10,2 9,3 50/70 B 0,90 3 16,9 9,3 15,3 10,5

50/70 A 0,00 3,5 8,3 11,8 8,3 11,8 50/70 B 0,00 3,5 15,2 12,5 15,2 12,5

50/70 A 0,30 3,5 12,9 9,7 11,1 10,6 50/70 B 0,30 3,5 16,5 12,3 18,6 6,5

50/70 A 0,45 3,5 12,7 9,2 11,2 10,5 50/70 B 0,45 3,5 17,2 11,2 18,3 6,8

50/70 A 0,60 3,5 12,5 8,7 11,3 10,3 50/70 B 0,60 3,5 17,9 10,1 17,9 7,1

50/70 A 0,75 3,5 12,3 8,2 11,3 10,2 50/70 B 0,75 3,5 18,6 9,0 17,6 7,4

50/70 A 0,90 3,5 12,1 7,7 11,4 10,1 50/70 B 0,90 3,5 19,3 7,9 17,3 7,7

MCAS ERm ≥ 8 i HL ≥ 6

HWMA ERm ≥ 12 i HL ≥ 10

Zastosowanie w technologii:

Tab. 8. Parametry fizyczne (ERm i HL) piany asfaltowej lepiszczy 50/70 z dodatkiem środków adhezyjnych

Asfalty 35/50 + płynne środki adhezyjne (2016-2017) PAS1 PAS2 PAS1 PAS2

Asfalt Prod ZawMod FWC ERm HL ERm HL Asfalt Prod ZawMod FWC ERm HL ERm HL

35/50 A 0,00 1,5 6,4 12,3 6,4 12,3 35/50 B 0,00 1,5 7,2 38,3 7,2 38,3

35/50 A 0,30 1,5 6,7 8,1 9,4 7,1 35/50 B 0,30 1,5 6,2 37,0 6,0 27,9

35/50 A 0,45 1,5 6,7 7,7 9,4 7,3 35/50 B 0,45 1,5 6,7 34,8 6,3 30,3

35/50 A 0,60 1,5 6,7 7,3 9,5 7,5 35/50 B 0,60 1,5 7,3 32,6 6,7 32,8

35/50 A 0,75 1,5 6,7 6,8 9,5 7,6 35/50 B 0,75 1,5 7,9 30,4 7,0 35,2

35/50 A 0,90 1,5 6,7 6,4 9,6 7,8 35/50 B 0,90 1,5 8,4 28,2 7,4 37,7

35/50 A 0,00 2 8,1 11,8 8,1 11,8 35/50 B 0,00 2 9,5 32,8 9,5 32,8

35/50 A 0,30 2 7,6 7,8 10,6 7,0 35/50 B 0,30 2 7,7 33,2 8,6 24,4

35/50 A 0,45 2 7,6 7,7 10,6 7,1 35/50 B 0,45 2 8,4 31,1 8,9 26,5

35/50 A 0,60 2 7,5 7,5 10,5 7,2 35/50 B 0,60 2 9,1 29,0 9,2 28,7

35/50 A 0,75 2 7,5 7,3 10,5 7,4 35/50 B 0,75 2 9,9 26,9 9,4 30,8

35/50 A 0,90 2 7,4 7,2 10,5 7,5 35/50 B 0,90 2 10,6 24,8 9,7 33,0

35/50 A 0,00 2,5 8,5 11,0 8,5 11,0 35/50 B 0,00 2,5 11,8 27,5 11,8 27,5

35/50 A 0,30 2,5 8,6 7,5 11,7 6,8 35/50 B 0,30 2,5 9,1 29,4 11,2 20,9

35/50 A 0,45 2,5 8,5 7,6 11,7 6,9 35/50 B 0,45 2,5 10,0 27,4 11,4 22,7

35/50 A 0,60 2,5 8,4 7,7 11,6 7,0 35/50 B 0,60 2,5 11,0 25,5 11,7 24,6

35/50 A 0,75 2,5 8,3 7,9 11,5 7,1 35/50 B 0,75 2,5 11,9 23,5 11,9 26,5

35/50 A 0,90 2,5 8,2 8,0 11,5 7,3 35/50 B 0,90 2,5 12,8 21,5 12,1 28,3

35/50 A 0,00 3 9,3 10,5 9,3 10,5 35/50 B 0,00 3 14,2 24,5 14,2 24,5

35/50 A 0,30 3 9,5 7,2 12,9 6,6 35/50 B 0,30 3 10,6 25,6 13,8 17,4

35/50 A 0,45 3 9,4 7,6 12,8 6,7 35/50 B 0,45 3 11,7 23,7 14,0 18,9

35/50 A 0,60 3 9,2 8,0 12,6 6,8 35/50 B 0,60 3 12,8 21,9 14,1 20,5

35/50 A 0,75 3 9,1 8,4 12,5 6,9 35/50 B 0,75 3 13,9 20,0 14,3 22,1

35/50 A 0,90 3 8,9 8,7 12,4 7,0 35/50 B 0,90 3 15,0 18,2 14,5 23,7

35/50 A 0,00 3,5 10,3 10,3 10,3 10,3 35/50 B 0,00 3,5 16,2 20,3 16,2 20,3

35/50 A 0,30 3,5 10,5 6,9 14,0 6,5 35/50 B 0,30 3,5 12,1 21,8 16,4 13,9

35/50 A 0,45 3,5 10,3 7,6 13,9 6,5 35/50 B 0,45 3,5 13,3 20,0 16,5 15,1

35/50 A 0,60 3,5 10,1 8,2 13,7 6,6 35/50 B 0,60 3,5 14,6 18,3 16,6 16,4

35/50 A 0,75 3,5 9,9 8,9 13,5 6,7 35/50 B 0,75 3,5 15,9 16,6 16,8 17,7

35/50 A 0,90 3,5 9,6 9,5 13,3 6,7 35/50 B 0,90 3,5 17,2 14,9 16,9 19,0

MCAS ERm ≥ 8 i HL ≥ 6

HWMA ERm ≥ 12 i HL ≥ 10

Zastosowanie w technologii:

Tab. 9. Parametry fizyczne (ERm i HL) piany asfaltowej lepiszczy 35/50 z dodatkiem środków adhezyjnych

Podsumowanie

cechy fizyczne piany asfaltowej (ekspansja maksymalna, okres półtrwania) zależą od parametrów procesu spieniania (temperatura asfaltu, ilość wody spieniającej) które można łatwo kontrolować oraz właściwości od lepiszcza asfaltowego (na które wykonawca ma ograniczony wpływ),

stosowane popularnie dodatki do asfaltów (środki adhezyjne, woski syntetyczne) mogą mieć istotny wpływ na kształtowanie się pienistości lepiszczy asfaltowych, zależny od składu, procesu produkcji i pochodzenia lepiszcza asfaltowego,

pienistość lepiszczy asfaltowych oferowanych przez producentów może na przestrzeni lat ulegać znacznym zmianom,

Podsumowanie

lepiszcza asfaltowe krajowych producentów mogą być z powodzeniem wykorzystywane do wytwarzania mieszanek MCAS i AC HWMA najwyższej jakości.

Rodzaj

asfaltu

Dodatki do asfaltu [%, m/m]

Woski syntetyczne Płynne środki adhezyjne

35/50 ≤ 1,5% 0,3% ÷ 0,6%

50/70 ≤ 3,0%

Tablica 12. Zalecane zakresy dozowania dodatków do asfaltów i mma




Podsumowanie

Cel stosowania mieszanki HWMA

Zalecane temperatury

technologiczne mieszanek

HWMA [⁰C]

Temperatury technologiczne

mieszanek HMA [⁰C]

Wytwarzanie Zagęszczanie Wytwarzanie Zagęszczanie

Obniżenie temperatury wytwarzania i

wbudowywania mma 120 90 – 110

do 190

≥ 135 (próbki)

≥ 110

(wbudowanie)

Wydłużenie czasu transportu mma ≥ 120 90 – 110

Wydłużenie sezonu wykonawczego i skuteczne

wbudowywanie mma w nawierzchnię przy

niekorzystnych warunkach atmosferycznych

powodujących przyśpieszenie tempa jej

wychładzania

≥ 120 ≥ 110

Tablica 13. Zalecane zakresy temperatur technologicznych dla mieszanek HWMA




dr inż. Anna Chomicz-Kowalska

[email protected]

tel.: 500 598 270

mgr inż. Krzysztof Maciejewski

[email protected]

tel.: 604 475 664

Dziękujemy Państwu za uwagę!

Prof. dr hab. inż. Marek Iwański

[email protected]

„wpływ stosowanych w polsce...

Documents