Ocena adhezji asfaltów modyfikowanych - dr J.Król

dr inż. Jan Król ¹
prof . Jerzy Piłat ¹, mgr inż. Michał Sarnowski ¹, inż. Wioleta Czarnacka²
1) Politechnika Warszawska 2) Eurovia Polska S.A.
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.
POLITECHNIKA
WARSZAWSKA

Adhezja
Odporność mieszanek mineralno-asfaltowych na
działanie wody i mrozu
Asfalty drogowe a polimeroasfalty
Badania porównawcze metod pomiaru adhezji
Wpływ modyfikacji asfaltu polimerem na
przyczepność lepiszcza do kruszywa
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

Odgrywa zasadniczą rolę w trwałości nawierzchni asfaltowych
Warunkuje:
wytrzymałość mechaniczną MMA
odporność na czynniki atmosferyczne
szczelność nawierzchni
odporność na procesy starzeniowe zachodzące podczas eksploatacji
nawierzchni
Podstawowe rodzaje przyczepności:
mechaniczna (bierna lub względna)
fizykochemiczna (właściwa, czynna)
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

Mechaniczne związanie błonki lepiszcza z
powierzchnią materiału mineralnego
Przyczepność mechaniczna zależy od:
porowatości powierzchni materiału
mineralnego
szorstkości powierzchni materiału
mineralnego
kształtu ziaren kruszywa oraz struktury krystalicznej
lepkości lepiszcza (mała lepkość – dobre zwilżenie
powierzchni ziarna kruszywa)
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

Związanie błonki lepiszcza z powierzchnią materiału
mineralnego, wzajemne oddziaływanie sił przyciągania
między cząsteczkami błonki bitumicznej i cząsteczkami
powierzchni kruszywa
Przyczepność fizykomechaniczna zależy od:
składu chemicznego asfaltu
lepkości lepiszcza
składu mineralogicznego kruszywa i pochodzenia materiału
kamiennego – zawartość krzemionki (SiO2)
▪ napięcia powierzchniowego lepiszcza na granicy faz asfalt/kruszywo
▪ kąta zwilżania
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

Powierzchnia odmytego kruszywa
Powierzchnia nieodmytego kruszywa
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

Dobra adhezja
Dobra kohezja
Odporność MMA
na działanie wody
(odporność na odmywanie
lepiszcza z powierzchni
kruszywa i niszczące
działanie mrozu)
Trwałość nawierzchni
Metoda wg PN-EN 12697-12
(Modified Lottman Test, AASHTO T 283)
Odporność zależy min. od:
ilości lepiszcza asfaltowego
grubości otoczki asfaltowej
zawartości wolnych przestrzeni
struktury i rodzaju mieszanki
ITSR
=
ITS
ITS
w
d
⋅100
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

Asfalt niemodyfikowany 50/70
Asfalt modyfikowany 45/80-55
widoczne cząstki
rozproszonego polimeru o
kształcie sferycznym
cząstki polimeru mogą tworzyć
różne struktury
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

Mieszanka mineralno-asfaltowa
(MMA) z asfaltem modyfikowanym
Widoczne cząstki rozproszonego
polimeru o kształcie sferycznym
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

Różne struktury polimeroasfaltów
Różne możliwości rozproszenia polimeru w MMA
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

zwiększenie zawartości lepiszcza
stosowanie dodatków poprawiających
przyczepność (adhezyjnych)
zastosowanie asfaltów modyfikowanych polimerami → wpływ na
poprawę adhezji nie potwierdzony jednoznacznie w badaniach
zastosowanie asfaltów modyfikowanych metodą mieszaną →
polimer + kwas polifosforowy → nowa metoda
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

KRUSZYWO
dolomit 5/8 gabro 5/8
żwiry
polodowcowe
kruszone 5/8
LEPISZCZE
asfalt
PmB
asfalt PmB asfalt
PmB
50/70 45/80-55 50/70 45/80-55 50/70 45/80-55
ŚRODEK
ADHEZYJNY
0%
0,4%
0%
0,4%
0%
0,4%
0%
0,4%
0%
0,4%
0%
0,4%
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

ŻWIRY
KRUSZONE
GABRO
DOLOMIT
GĘSTOŚĆ [g/cm 3 ] 2,680 2,990 2,810
ZAWARTOŚĆ SiO 2 [%]
75 - 90 40 - 50 < 5
LEPISZCZE
50/70 PmB 45/80-55
PiK [°C] 50,8 55,2
PENETRACJA [0,1 mm] 52 51
LEPKOŚĆ w 60°C [Pa*s] 342 1442
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

metoda butelkowa
test gotowania
(PN- EN 12697-11 + AC:2007)
(PN – 84 B-06714/22)
Oddziaływanie wody w temp.
pokojowej na kruszywo otoczone
asfaltem poddane procedurze
mieszania.
?
Oddziaływanie wrzącej wody na
kruszywo otoczone asfaltem:
Temp. 100 °C
Czas 3 min od zagotowania
Temp. 25 °C
Czas 24 h
Wizualnie określona ocena stopnia odmycia lepiszcza z luźnych ziaren kruszywa
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

100
90
80
70
60
Największą efektywność działania środek adhezyjny wykazuje na próbkach
kruszywa pokrytego asfaltem niemodyfikowanym
ODMYCIE [%]
50/70
50/70+ADH
PmB 45/80-55
PmB 45/80-55+ADH
50/70
50/70+ADH
PmB 45/80-55
PmB 45/80-55+ADH
50/70
50/70+ADH
PmB 45/80-55
PmB 45/80-55+ADH
50
40
30
20
10
0
DOLOMIT GABRO ŻWIRY KR.
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

80
70
ZASTOSOWANIE POLIMEROASFALTU – SPADEK ODMYCIA
ODMYCIE[%]
60
50
40
30
20
10
0
50/70
PmB 45/80-55
50/70
PmB 45/80-55
50/70
PmB 45/80-55
DOLOMIT GABRO ŻWIRY KR.
50/70 PmB 45/80-55
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

100
90
ŻWIRY KRUSZONE - NAJLEPSZA ADHEZJA
KRYTERIUM KWASOWOŚCI NIEJEDNOZNCZNĄ PODSTAWĄ OCENY PRZYDATNOŚCI
80
70
TEST GOTOWANIA
METODA BUTELKOWA
ODMYCIE [%]
60
50
40
30
20
10
0
50/70
50/70
50/70
DE80B
DE80B
DE80B
50/70
50/70
50/70
DE80B
DE80B
DE80B
DOLOMIT(ZASADOWA) 50/70 DE80B GABRO(POŚREDNIA) 50/70 ŻWIRY KR(KWAŚNA) DE80B
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

100
90
METODA GOTOWANIA
TEST BUTELKOWA
80
ODMYCIE [%]
70
60
50
40
30
20
10
0
50/70
PmB 45/80-55
TEST GOTOWANIA
GABRO
50/70
PmB 45/80-55
METODA BUTELKOWA
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

ODMYCIE – TEST GOTOWANIA, [%]
80
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
R² = 0,941
R² = 0,9139
R² = 0,704
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
ODMYCIE – TEST BUTELKOWY, [%]
DOLOMIT GABRO ŻWIRY KRUSZONE
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

Dodatek środka adhezyjnego do lepiszcza asfaltowego poprawia
adhezję.
Największą efektywność działania środek adhezyjny wykazuje na
próbkach kruszywa pokrytych asfaltem niemodyfikowanym w teście
gotowania.
Stosowanie asfaltu modyfikowanego polimerem wpływa na
poprawę przyczepności lepiszcza do kruszywa.
Poprawę przyczepności można obserwować szczególnie na próbkach
bez dodatku środka adhezyjnego.
Korzystny wpływ stosowania polimeroasfaltu w poprawie adhezji
należy wiązać z wyższą lepkością lepiszcza modyfikowanego i większą
odpornością na mechaniczne odrywanie od powierzchni kruszywa.
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.

Rodzaj zastosowanego kruszywa ma znaczący wpływ na
przyczepność do lepiszcza asfaltowego.
Kryterium kwasowości kruszywa (zawartość SiO2) nie może stanowić
jedynej podstawy oceny przydatności kruszywa do celów drogowych.
Na przykładzie żwirów kruszonych stwierdzono, że twardość,
ścieralność i struktura krystaliczna oraz mikro- i makro- tekstura w
dużym stopniu wpływają na przyczepność lepiszcza asfaltowego do
kruszywa.
Wyniki badań uzyskane w metodzie gotowania i w metodzie
butelkowej nie są porównywalne.
Obie metody stosują inny mechanizm oddzielenia lepiszcza z
powierzchni ziarna, co w znacznym stopniu różnicuje uzyskane wyniki.
Jakość robót drogowych i jej kontrola
Ostróda 7-8 października 2010 r.