PL180485B1 - Makadam amortyzujacy wstrzasy PL PL PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Makadam amortyzujacy wstrzasy, przeznaczony do ukladania nawierzchni ulic lub nawierzchni sportowych i zlozony z ziaren gumowych o wielkosci do 40 mm w ilosci od 10% do 65% wagowo, z kruszywa mineralnego o wielkosci ziaren do 40 mm w ilosci od 25% do 90% wagowo oraz ze spoiwa bitumicznego modyfikowanego polimerem, znamien- ny tym, ze zawiera od 5% do 9% wagowo bitumicznego spoiwa modyfikowanego polime- rem, przy czym objetosc jego przestrzeni miedzyziarnowej wynosi od 5% do 25%. PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest makadam amortyzujący wstrząsy, przeznaczony do układania nawierzchni ulic lub nawierzchni sportowych i złożony z rozdrobnionej gumy, z kruszywa mineralnego o wielkości ziaren do 40 mm oraz ze spoiwa bitumicznego modyfikowanego polimerem.

Makadam, służący do układania tak zwanych nawierzchni podatnych, stanowi połączenie kruszywa ze spoiwem bitumicznym. Wytwarza się go przez ogrzewanie obydwu tych składników do temperatury 150°C do 180°C i następnie mieszanie ich, wskutek czego powierzchnia kruszywa zostaje powleczona spoiwem. Alternatywnie zamiast gorącego spoiwa stosuje się, przy wytwarzaniu makadamu zimnego względnie emulsyjnego - emulsję bitumu w wodzie.

Makadamy mają naturę ziarnistą, uzyskaną w wyniku wykorzystania do ich wytwarzania kruszywa naturalnego o wielkości ziaren dostosowanej do wymagań nawierzchni, zwykle ziaren o nominalnej wielkości: 3 mm, 6 mm, 10 mm, 14 mm, 20 mm, 28 mm lub 40 mm.

Makadam jest układany na nawierzchni przez ręczne zagrabianie go lub za pomocą maszyny drogowej, po czym podlega walcowaniu.

Z europejskiego opisu patentowego nr EP 0049485 znany jest makadam do pokrywania jezdni ulicznych, zawierający szlachetne kruszywo o wielkości ziaren od 2 mm do 8 mm w ilości od 60% do 70% wagowo, rozdrobnioną i regenerowana gumę o wielkości ziaren od 2 mm do 8 mm w ilości od 5% do 30% oraz środek wiążący, stanowiący homogenizowaną na gorąco (w temperaturze od 180°C do 220°C) mieszaninę bituminów i termoplastycznych polimeryzatów, zwłaszcza kopolimerów typu radialno-tele-blokowego o masie molekularnej od 50 000 do 600 000, w ilości do 20%.

Próby eksploatacyjne makadamu, wytworzonego według wymienionego wyżej opisu patentowego, wykazały jednak, że nie wykazuje on odpowiednio wysokiego stopnia amortyzacji wstrząsów, niezbędnego zwłaszcza dla niektórych rodzujów nawierzchni, na przykład sportowych, jak również nie wykazuje niezbędnej wytrzymałości na obciążenia nawierzchni, zwłaszczajezdni ulic.

180 485

Ponieważ znane dotychczas, konwencjonalne makadamy w zastosowaniu, na przykład, do nawierzchni sportowych nie amortyzują w wystarczającym stopniu wstrząsów, układanie takich nawierzchni, na przykład w postaci boiska piłki nożnej lub placu hokejowego, wymaga kolejno: ułożenia podłoża o grubości od 30 mm do 40 mm, złożonego z jednej lub dwóch warstw makadamu, następnie położenia na to podłoże gumowej wkładki amortyzującej i wreszcie pokrycia tej wkładki syntetycznym dywanem o grubej pokrywie włosowej (na przykład o długości około 23 mm) wypełnionej piaskiem. Gumowa wkładka amortyzująca składa się zwykle z rozdrobnionej lub granulowanej gumy, względnie z kauczuku styrenowo-butadienowego i stanowi matę o niewielkiej grubości (od 7,5 mm do 20 mm), związaną spoiwem żywicznym. Ponieważ wkładka amortyzująca jest stosunkowo cienka, w rzeczywistości gra sportowa odbywa się na piasku, przy czym pokrywa włazowa dywanu zatrzymuje piasek, zapobiegając jego nagromadzeniu się lub rozsypywaniu.

Podobną konstrukcję ma syntetyczna bieżnia lekkoatletyczna, lecz zamiast dywanu wypełnionego piaskiem nakładana jest na podłoże z makadamu gumowa wkładka amortyzująca z elastyczną powierzchnią odporną na kolce.

Badania właściwości nawierzchni, ułożonej z różnego rodzaju makadamów, które doprowadziły do wynalazku wykazały, że znaczne polepszenie stopnia amortyzacji wstrząsów, jak również wytrzymałości nawierzchni, można nieoczekiwanie uzyskać przez zmniejszenie zawartości spoiwa bitumicznego modyfikowanego polimerem do wartości od 5% do 9%, a równocześnie przez stosowanie w makadamie gumy o takiej ilości ziaren, aby objętość przestrzeni międzyziarnowej w makadamie była zawarta w granicach od 5% do 25%.

Badania, które doprowadziły do wynalazku wykazały, że przy wytwarzaniu makadamu tworzy się wiązanie cząsteczkowe między powierzchnią ziaren rozdrobnionej, regenerowanej gumy lub kauczuku i polimerem, służącym do modyfikacji spoiwa. Ziarna gumy, pogrążone między ziarnami kruszywa mineralnego, pozostają jednak nie związane z polimerem i te właśnie ziarna zapewniają właściwą amortyzację wstrząsów nawierzchni wykonanej z makadamu. Po poddaniu tej nawierzchni obciążeniom, wewnątrz makadamu występują naprężenia, powodujące odkształcenie ziaren gumy, a tym samym rozciąganie lub ściskanie otaczającego te ziarna spoiwa bitumicznego. Po zwolnieniu obciążenia i zaniku wewnątrz warstwy makadamu, sprężyste i elastyczne ziarna gumy powracają do swego stanu przed obciążeniem, odziaływując równocześnie na łączące je spoiwo bitumiczne.

Przy wykorzystaniu makadamu jako nawierzchni drogowej lub innej części struktury drogi, obciążenia tej nawierzchni powodują z reguły ściskanie gumy, zaś zwolnienie obciążeń powrót ziaren gumy do postaci nieściśniętej, wskutek czego równocześnie zmniejsza się efekt ścierania, a więc zwiększa żywotność nawierzchni drogowej.

Nieoczekiwanie okazało się, że ograniczenie zawartości spoiwa bitumicznego, modyfikowanego polimerem, do wartości od 5% do 9% wraz z równoczesnym utrzymaniem objętości przestrzeni międzyziarnowej makadamu w zakresie od 5% do 25%, powoduje nie obniżenie, lecz wzrost wytrzymałości nawierzchni jezdni ułożonej z tego makadamu, z jednoczesnym znacznym wzrostem stopnia amortyzacji wstrząsów. Szczególny wzrost stopnia amortyzacji uzyskano w przypadku stosowania w makadamie ziaren gumy o wielkości od 10 mm do 15 mm.

Warunkiem uzyskania tych korzystnych właściwości makadamu jest jednakże taki dobór jego składników, zwłaszcza zaś wielkości ziaren gumy i ziaren kruszywa, aby zapewniały one objętość jego przestrzeni międzyziarnowej w podanych wyżej granicach.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego składu makadamu, który zapewni nie tylko bardzo wysoki stopień amortyzacji wstrząsów, przekraczający stopień amortyzacji znanych dotychczas makadamów, ale również niezbędną elastyczność i wytrzymałość nawierzchni.

Cel ten został zrealizowany w makadamie według wynalazku, który charakteryzuje się tym, że zawiera od 30% do 70%, korzystnie od 30% do 45% ziaren gumowych o wielkości od 4 mm do 40 mm oraz od 6,5% do 7,5% wagowo bitumicznego spoiwa modyfikowanego polimerem, przy czym objętość jego przestrzeni międzyziarnowej wynosi od 5% do 25%.

Ziarna gumy i kruszywa winny być przy tym tak dobrane, aby objętość jego łączącej się ze sobą przestrzeni międzyziarnowej wynosiła korzystnie od 15% do 25%.

180 485

W przypadku zastosowania makadamu do wykonywania nawierzchni jezdni o dużych obciążeniach, objętość jego niepołączonej ze sobą przestrzeni międzyziarnowej winna wynosić od 5% do 20% .

Ziarna rozdrobnionej gumy makadamu według wynalazku w większości przypadków winny mieć wielkość do 15 mm.

Spoiwo bitumiczne modyfikowane polimerem korzystnie składa się z nierozgałęzionego kopolimeru blokowego styrenowo-butadienowo-styrenowego oraz zgodnego z tym polimerem lepiszcza albo też z kauczuku butadienowo-styrenowego i zgodnego z tym kauczukiem lepiszcza, przy czym zawartość polimeru wynosi od 6% do 8% wagowo.

Makadam według wynalazku charakteryzuje się wysokim stopniem amortyzacji· wstrząsów, odpowiadającym normom brytyjskim nr BS 7044, BS 7188 oraz BS 5696, a równocześnie wystarczającą, nawet w przypadku dużych obciążeń, wytrzymałością nawierzchni. Te właściwości makadamu kwalifikują go jako materiał szczególnie przydatny do wykonywania nawierzchni sportowych, przy czym nieoczekiwanie okazało się, że przy budowie takich nawierzchni można go wykorzystać zarówno jako podłoże, jak i jako wkładkę amortyzującą, na którą kładzie się dywan wypełniony piaskiem. Podobnie makadam według wynalazku można wykorzystać do zastąpienia warstwy gumowo-żywicznej podłoża typowej bieżni lekkoatletycznej, na którą to warstwę nakłada się dodatkowo warstwy z elastyczna, powierzchnią odporną na kolce.

Makadam według wynalazku, stosowany do pokrycia nawierzchni jezdni, wykazuje prócz wysokiego stopnia amortyzacji wstrząsów i wysokiej wytrzymałości zwiększoną przyczepność kól oraz obniżenie poziomu szumu, powstającego w wyniku toczenia.

Makadam amortyzujący wstrząsy według wynalazku zawiera od 10% do 65%, korzystnie od 30% do 45% wagowo rozdrobnionej gumy o wielkości ziaren do 40 mm, a korzystnie do 15 mm, od 25% do 90% wagowo kruszywa o wielkości ziaren do 40 mm, korzystnie do 15 mm, oraz od 5% do 9% wagowo spoiwa bitumicznego modyfikowanego polimerem. Wielkość ziaren gumy i tworzywa winny być przy tym tak dobrane, aby objętość międzyziarnowa makadamu wynosiła od 5% do 25%, korzystnie 17%. Puste przestrzenie międzyziarnowe mogą być ze sobą połączone, umożliwiając drenaż wody przedostającej się do wnętrza makadamu, przy czym objętość łączącej się ze sobą przestrzeni międzyziarnowej winna zawierać się w granicach od 15% do 25%.

W przypadku, gdy celowe jest uzyskanie odpowiedniej wytrzymałości nawierzchni, przestrzenie międzyziarnowe korzystnie nie są. ze sobą połączone, zaś rozkład wielkości cząstek ma charakter ciągły, zbliżony do krzywej gęstości maksymalnej. Korzystna objętość nie połączonej ze sobą przestrzeni międzyziarnowej wynosi od 5% do 20%.

Ponadto, w zależności od rodzaju i wielkości zastosowanego kruszywa oraz spoiwa, tekstura makadamu może być otwarta, średnia lub gęsta.

Stosowana do wytwarzania makadamu rozdrobniona guma może stanowić gumę pierwotną (na przykład kauczuk) albo gumę regenerowaną, uzyskaną na przykład przez mielenie zużytych opon pojazdów mechanicznych. Makadam zawiera od 10%o do 65%, a korzystnie od 30% do 45%, wagowo rozdrobnionej gumy o wielkości ziaren do 40 mm, lecz korzystnie do 15 mm, a najkorzystniej o wielkości około 10 mm. W zależności od żądanej objętości przestrzeni międzyziarnowej makadam może zawierać rozdrobnioną gumę o rożnych wielkościach ziaren, na przykład od 5 mm do 15 mm.

Kruszywo stosowane do wytwarzania makadamu może stanowić kruszywo naturalne albo też przemysłowy produkt uboczny, przy czym, w zależności od żądanej objętości przestrzeni międzyziarnowej, stosuje się część kruszywa grubego o wielkości ziaren powyżej 2,36 mm, a korzystnie około 15 mm i odpowiednią część kruszywa drobnego lub piasku o wielkości cząstek powyżej 70 u.m, lecz mniejszej od 2,36 mm. Zawartość kruszywa drobnego nie powinna przekraczać 35% wagowo masy makadamu. Makadam może również zawierać kruszywo ultradrobne o wielkości ziaren poniżej 75μηι, które nie powinno przekraczać 10% wagowo masy makadamu. Najczęściej stosuje się kruszywa mieszane o wielkości ziaren 10 mm i 6 mm.

180 485

Spoiwo bitumiczne modyfikowane polimerem składa się z polimeru elastomerycznego lub plastomerycznego, względnie z ich mieszaniny - ze zgodnym bitumem. Szczególnie nadaje się do tego celu nierozgałęziony kopolimer blokowy styrenowo-butadienowo-styrenowy oraz kauczuk styrenowo-butadienowy. Ilość spoiwa winna być zawarta korzystnie w granicach od 5% do 9% wagowo, masy makadamu, przy czym zawartość polimeru w spoiwie winna wynosić od 6% do 8% wagowo, masy spoiwa.

Makadam według wynalazku może zawierać również inne dodatki i składniki, na przykład środki barwiące, dodatki zapobiegające oderwaniu powłok oraz środki opóźniające wiązanie, na przykład naftę, których zastosowanie wpływa na zmianę określonych właściwości nawierzchni.

Makadam według wynalazku wytwarza się przy użyciu konwencjonalnych urządzeń służących do mieszania asfaltu, które powinny być wyposażone w dodatkowy pojemnik z dozownikiem do wprowadzania do misy mieszalnika rozdrobnionej gumy. Proces wytwarzania makadamu polega na wstępnym ogrzaniu kruszywa do temperatury 200°C ± 20°C, a następnie dodaniu do niej rozdrobnionej gumy w temperaturze otoczenia, albo też w temperaturze mięknięcia niższej od 100°C. Po wymieszaniu dodaje się modyfikowane polimerem spoiwo bitumiczne w temperaturze od 150°C do 200°C, korzystnie w temperaturze 180°C i zawartość misy poddaje się dalszemu mieszaniu.

Uzyskana mieszankę makadamu nakłada się ręcznie, korzystając z konwencjonalnych urządzeń służących do tego celu, albo też umieszcza się ją w formach i poddaje prasowaniu, aż do uzyskania żądanego stosunku objętości międzyziarnowej.

Makadam według wynalazku może być również wytwarzany w znany sposób jako makadam zimny lub makadam emulsyjny.

Przykład

W mieszarce mechanicznej wykonano makadam o następującym składzie:

Spoiwo bitumiczne, zawierające 7% nierozgałęzionego kopolimeru blokowego styrenbutadien-styren zmieszanego z 93% zgodnego bitumu w łącznej ilości 7% wagowo, zmieszano z kruszywem o wielkości ziaren 10 mm w ilości 24% wagowo i z kruszywem o wielkości ziaren 6 mm w ilości 10,5% wagowo oraz z piaskiem w ilości 21,3% wagowo, a następnie z rozdrobnioną gumą regenerowaną o stopniu rozdrobnienia podanym niżej, w ilości 35% i z wypełniaczem w ilości 2,2%, uzyskując makadam o następujących właściwościach:

penetracja w temperaturze 25°C - 90 ± 20° dmn, temperatura mięknięcia - 85±10°C, maksymalna temperatura składowania - 75°C.

Stopień rozdrobnienia gumy regenerowanej:

100% przechodzi przez sito 10,0 rmn,

35% ]rz:^^^^<^<zi;i]rz^^z stto 6,,3 mm,

0% pochodzi pzzez sRo 4,0 mm.

Otrzymanym makadamem pokryto plac miejski w temperaturze otoczenia 15°C, uzyskując nawierzchnię o stopniu amortyzacji wstrząsów odpowiadającym normie BS 7044, oraz wytrzymałości na obciążenia i przyczepności przekraczającej wartości podane w tej normie.

180 485

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz Cena 2,00 zł.

Claims (7)

Zastrzeżenia patentowe

1. Makadam amortyzujący wstrząsy, przeznaczony do układania nawierzchni ulic lub nawierzchni sportowych i złożony z ziaren gumowych o wielkości do 40 mm w ilości od 10% do 65% wagowo, z kruszywa mineralnego o wielkości ziaren do 40 mm w ilości od 25% do 90% wagowo oraz ze spoiwa bitumicznego modyfikowanego polimerem, znamienny tym, że zawiera od 5% do 9% wagowo bitumicznego spoiwa modyfikowanego polimerem, przy czym objętość jego przestrzeni międzyziarnowej wynosi od 5% do 25%.

2. Makadam według zastrz. 1, znamienny tym, że objętość jego łączącej się ze sobą przestrzeni międzyziarnowej wynosi od 15% do 25%.

3. Makadam według zastrz. 1, znamienny tym, że objętość nie połączonej ze sobą przestrzeni międzyziarnowej wynosi od 5% do 20%.

4. Makadam według zastrz. 1, znamienny tym, że ziarna rozdrobnionej gumy mają wielkość do 15 mm.

5. Makadam według zastrz. 1, znamienny tym, że spoiwo bitumiczne modyfikowane polimerem składa się z nierozgałęzionego kopolimeru blokowego styrenowo-butadienowostyrenowego oraz zgodnego z tym polimerem lepiszcza.

6. Makadam według zastrz. 1, znamienny tym, że spoiwo bitumiczne modyfikowane polimerem zawiera kauczuk butadienowo-styrenowy i zgodnie z tym kauczukiem lepiszcze.

7. Makadam według zastrz. 7, znamienny tym, że spoiwo bitumiczne modyfikowane polimerem zawiera od 6% do 8% wagowo polimeru.