PL198859B1 - Modyfikowana mieszanka mineralno-asfaltowa oraz sposób wytwarzania modyfikowanej mieszanki mineralno-asfaltowej - Google Patents

Abstract

Mieszanka mineralno-asfaltowa o nieci ag lym uziarnieniu, sk ladaj aca si e z asfaltu zwyk lego lub asfaltu modyfikowanego, kruszywa mineralnego maj acego frakcj e grysow a i frakcj e piaskow a oraz granulatu gumowego, charakteryzuje si e tym, ze zawiera granulat gumowy o uziarnieniu do 10 mm, korzystnie od 1 do 8 mm oraz w lókna polimerowe, korzystnie poliestrowe, o temperaturze topnienia nie ni zszej ni z 200°C. Proces produkcji mieszanki polega na tym, ze do ogrzanego do temperatury otaczania kruszywa dodaje si e korzystnie w sposób ci ag ly lub porcjami, granulat gumowy i w lókno polime- rowe, a nast epnie po wymieszaniu dodaje si e lepiszcze i ca lo sc miesza si e do uzyskania jednorodno sci. PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest modyfikowana mieszanka mineralno-asfaltowa oraz sposób wytwarzania modyfikowanej mieszanki mineralno-asfaltowej o nieciągłym uziarnieniu, zawierającej granulat gumowy, przeznaczonej do stosowania w nawierzchniach drogowych, zwłaszcza jako warstwa przeciwspękaniowa i ścieralna.

Pogarszający się stan sieci drogowej, wynikający ze zwiększenia natężenia ruchu samochodowego zarówno osobowego, jak i ciężkiego, wymusza poszukiwanie coraz to nowych i lepszych technologii, w celu poprawy bezpieczeństwa i komfortu jazdy użytkowników dróg. Dotyczy to zarówno dróg nowo budowanych, jak i dróg istniejących wymagających remontów. Jednym z rodzajów uszkodzenia eksploatowanych nawierzchni dróg są spękania, które zależnie do ich genezy, mogą być: zmęczeniowe - powstałe na skutek działania naprężeń wywołanych obciążeniami kół pojazdów samochodowych, niskotemperaturowe - wynikające z destrukcyjnego działania niskiej temperatury, odbite - mające swe źródło w pękaniu podbudowy. Spękania nawierzchni są szczególnie trudnym w naprawie rodzajem uszkodzenia nawierzchni. Prowadzone są liczne badania i doświadczenia w celu zapobieżenia i przeciwdziałania temu zjawisku. Wraz ze wzrostem rozwoju komunikacji samochodowej pojawił się problem utylizacji opon samochodowych. Od wielu już lat prowadzone są prace mające na celu zagospodarowanie zużytych opon w mieszankach mineralno-asfaltowych, stosowanych w drogownictwie.

Powszechnie znane są dwie metody wprowadzania rozdrobnionych opon w postaci granulatu, metoda na „mokro”, w której drobniejszy granulat dodawany jest do lepiszcza, w celu utworzenia w miarę możliwości jednorodnej mieszaniny lepiszcza z granulatem gumowym i metoda na „sucho”, w której granulat gumowy, o średnicy z reguły do kilku mm dodawany jest bezpośrednio do mieszanki mineralno-asfaltowej, zastępując tym samym część frakcji grysowej lub piaskowej mieszanki mineralno-asfaltowej.

Z francuskiego opisu patentowego nr 2 717 511 znana jest technologia „na sucho”, która polega na tym, że mieszanka, wytwarzana na gorąco, składa się asfaltu zwykłego lub asfaltu modyfikowanego i kruszywa o nieciągłym uziarnieniu, zawierającego żwir średni i frakcję piaskową, w której część frakcji piaskowej jest zastąpiona proszkiem z kauczuku naturalnego lub syntetycznego o rozdrobnieniu do 1,5 mm. Proces produkcji tej mieszanki polega na tym, że proszek kauczukowy o temperaturze otaczania dodaje się po zakończeniu suszenia kruszyw mineralnych, ale przed początkiem mieszania kruszyw z lepiszczem, ogrzanym do temperatury otaczania. W innym wykonaniu tego procesu proszek kauczukowy o temperaturze otaczania dodaje się w trakcie mieszania kruszywa z lepiszczem w temperaturze otaczania. Udział procentowy bitumu w masie mieści się pomiędzy 4-14%. Masa jest przeznaczona do wykonywania górnej warstwy, o grubości od 1,5 do 4 cm, nawierzchni drogowej.

Inna, znana m. in. z polskich publikacji, np. aprobaty technicznej IBDiM nr 0888 z 2000 r., technologia „na sucho”, polega na tym, że mieszanki mineralno-asfaltowe, wytwarzane metodą „na gorąco”, zawierają granulat gumowy o uziarnieniu od 2 do 12,8 mm, uzyskiwany z opon samochodowych, dodawany w ilości od 3 do 6% składników mieszanki. Granulat gumowy jest w procesie produkcji mieszanki traktowany jako kruszywo, a więc razem z kruszywem wprowadzany jest do bębna suszącego a następnie w mieszarce następuje wymieszanie kruszywa z lepiszczem, którym może być asfalt drogowy lub asfalt modyfikowany - elastomeroasfalt. Mieszanki, w których granulat gumowy zastępuje część frakcji grysowej kruszywa, są przeznaczone do wykonywania warstwy ścieralnej o grubości do 2,5 mm nawierzchni drogowych oraz do chodników, ścieżek rowerowych, placów zabaw, parkingów, obiektów sportowych.

Jednakże obydwie te metody, „na mokro” i „na sucho”, mają swoje mankamenty. Ciężki ruch samochodowy, w momencie kontaktu koła z nawierzchnią prowadzi do poważnych odkształceń w nawierzchni, ponieważ powoduje duże naprężenia pomiędzy ziarnami kruszyw i osłabia wiązania w lepiszczu z granulatem gumowym, wypełniającym przestrzeń pomiędzy ziarnami kruszyw. Cyklicznie powtarzające się naprężenia w takiej nawierzchni powodują przedwczesne zmęczenie połączeń, a w konsekwencji prowadzą do zużycia nawierzchni drogowej. Z drugiej strony zastosowany drobny granulat gumowy, który w nawierzchni poddany jest dużym siłom nacisku, powoduje zmniejszenie wolnych przestrzeni w strukturze mieszanki mineralno-asfaltowej, powodując powstawanie deformacji trwałych (kolein).

Żadna ze znanych mieszanek mineralno-asfaltowych, a więc także zawierających kauczuk, nie eliminuje słabych stron nawierzchni drogowych, zwłaszcza związanych ze spękaniami. Zastosowanie tych mieszanek do nawierzchni drogowych nie hamuje propagacji istniejących spękań zmęczeniowych,

PL 198 859 B1 ani też nie zapobiega powstawaniu spękań w nowych, obecnie budowanych, nawierzchniach. Zwiększenie odporności nawierzchni na spękania i koleinowanie uzyskuje się przeważnie poprzez zastosowanie membran przeciwspękaniowych. Powszechnie znane i stosowane technologie przeciwspękaniowe wykorzystujące, geosyntetyki, włókniny i siatki przeciwspękaniowe, są rozwiązaniami drogimi i wymagającymi specjalnych zabiegów, możliwych do zastosowania przy budowie nowych nawierzchni. Tych dodatkowych zabiegów można uniknąć stosując mieszanki mineralno-asfaltowe, odporne na spękanie i koleinowanie, zarówno przy budowie nowych, jak i przy remontach nawierzchni drogowych.

Wynalazek dotyczy produkcji modyfikowanej mieszanki mineralno-asfaltowej odpornej na spękanie i deformację pod wpływem obciążenia oraz sposobu wytwarzania mieszanki.

Nieoczekiwanie okazało się, że można uzyskać mieszankę mineralno-asfaltową do budowy dróg w wyniku modyfikacji mieszanki mineralno-asfaltowej o nieciągłym uziarnieniu, charakteryzującą się bardzo dobrymi cechami użytkowymi, a więc wykazującą dobrą odporność na deformację i odporność na spękania zmęczeniowe oraz niskotemperaturowe.

Zgodnie z wynalazkiem modyfikowana mieszanka mineralno-asfaltowa składająca się z lepiszcza asfaltowego, tj. asfaltu zwykłego lub asfaltu modyfikowanego polimerem, kruszywa mineralnego, którego skład granulometryczny umożliwia zaprojektowanie mieszanki o nieciągłym uziarnieniu i granulatu gumowego, zastępującego część frakcji grysowej kruszywa zawiera granulat gumowy o średnicy do 10 mm oraz włókna polimerowe o temperaturze topnienia nie niższej niż 200°C, korzystnie poliestrowe, o długości do 15 mm, korzystnie od 2 do 8 mm. Zawartość procentowa granulatu gumowego w mieszance wynosi do 4% m/m, korzystnie od 1 do 3% m/m.

Granulat gumowy, w zależności od jego pochodzenia, może być „czysty” i/lub może zawierać włókna poliestrowe lub poliamidowe, pochodzące ze zbrojenia (osnowy) opon samochodowych ewentualnie innych wyrobów gumowych. Jest to bardzo ważny element wynalazku, ponieważ nie ma takiej konieczności, aby dodatkowo oddzielać włókna zawarte w granulacie gumowym, co niewątpliwie podrażałoby koszt użytego granulatu gumowego. Granulat gumowy zastosowany w mieszankach mineralno-asfaltowych według wynalazku o średnicy do 10 mm, korzystnie od 2 do 8 mm, nadaje mieszance mineralno-asfaltowej właściwość sprężystości. Takie uziarnienie granulatu gumowego nie powoduje zwiększenia frakcji wypełniacza mieszanki mineralno-asfaltowej, dzięki czemu nie zmniejsza się zawartość wolnych przestrzeni w mieszance, w następstwie czego występuje większa odporność mieszanki mineralno-asfaltowej na koleinowanie. Użyty w tej postaci granulat, wypełniający przestrzenie pomiędzy kruszywem, przyspiesza jednak odspajanie się połączeń asfaltu od kruszywa, powodując przedwczesne zniszczenie nawierzchni drogowej. Aby temu zjawisku zapobiec, zgodnie z wynalazkiem, dodaje się do mieszanki włókna polimerowe, korzystnie poliestrowe, o długości do 15 mm. Ze względów technologicznych zalecane jest stosowanie włókien o długości od 2 do 8 mm. Włókna polimerowe tworzą mikro zbrojenie w mieszance mineralno-asfaltowej poprzez zdolność do tworzenia połączeń o charakterze fizykochemicznym. Bardzo ważny jest dobór włókien, ich rodzaj, ilość oraz rozmiar. Według wynalazku zastosowano włókna poliestrowe, ponieważ uzyskuje się lepszy efekt „zbrojenia” mieszanki mineralno-asfaltowej, co poprawia jej cechy użytkowe.

Ze względu na małą gęstość objętościową włókna, należy dodać odpowiednią ich ilość do mieszanki mineralno-asfaltowej. Zbyt duża ilość może spowodować tworzenie się dużych konglomeratów włókien, co utrudnia równomierne rozprowadzenie ich w mieszance. Aby maksymalnie wykorzystać efektywność włókien poliestrowych, powinny one mieć odpowiednią długość. Zbyt krótkie włókna nie utworzą oczekiwanej mikro siatki w mieszance mineralno-asfaltowej, zbyt długie natomiast nie będą miały możliwości optymalnego zakotwienia się w mieszance mineralno-asfaltowej.

Według wynalazku włókna polimerowe dodaje się w ilości od 0,05 do 0,25% m/m, korzystnie od 0,1do 0,15% m/m w stosunku do mieszanki mineralno-asfaltowej. Zawartość asfaltu w mieszance wynosi od 4 do 10% m/m.

Proces produkcji mieszanki według wynalazku polega na tym, że kruszywo podgrzewa się do temperatury otaczania i następnie dodaje się do tego kruszywa granulat gumowy i włókna poliestrowe w sposób ciągły lub periodycznie, z tym, że najpierw dodaje się granulat gumowy, a następnie włókna poliestrowe lub najpierw włókna poliestrowe, a następnie granulat gumowy lub obydwa składniki jednocześnie. Granulat gumowy a przede wszystkim włókna polimerowe ze względu na małą gęstość objętościową i trudności w ich równomiernym rozprowadzeniu w mieszance zaleca się dodawać porcjami. Znajdujące się w temperaturze otoczenia granulat gumowy i włókna polimerowe nie wymagają wstępnego podgrzewania i proces ten nie wymaga dodatkowego, wydłużonego, czasu wygrzewania kruszywa z granulatem gumowym. Na końcu procesu mieszania

PL 198 859 B1 kruszywa z granulatem gumowym i włóknem polimerowym dodaje się lepiszcze bitumiczne i całość miesza w temperaturze otaczania około 180°C.

Modyfikowana mieszanka mineralno-asfaltowa wytwarzana jest w technologii na gorąco może służyć przede wszystkim do warstwy przeciwspękaniowej. Zastosowanie mieszanki mineralno-asfaltowej oraz technologia jej wykonania doskonale zdaje egzamin na drogach, na których zaobserwowano zniszczenia nawierzchni w postaci spękań. Zgodnie z wynalazkiem mieszanka ta może służyć do wykonania warstwy przeciwspękaniowej w nawierzchniach nowych i eksploatowanych oraz do wykonania warstwy ścieralnej wyrównawczej nawierzchni drogowych. W zależności od wykonywanej warstwy nawierzchni asfaltowej, grubość warstwy może wynosić od 1,5 do 14 cm.

Dzięki dodaniu do mieszanki mineralno-asfaltowej o uziarnieniu nieciągłym granulatu gumowego, nadającego sprężystości oraz włókna poliestrowego, nadającego tej mieszance elastyczności uzyskuje się trwałą mieszankę mineralno-asfaltową, w wysokim stopniu przeciwdziałającą powstawaniu nowych spękań, jak również hamującą rozprzestrzenianie się istniejących spękań w nawierzchni drogowej.

Wynalazek jest przedstawiony w następujących przykładach wykonania. Przygotowano dwa warianty mieszanki mineralno asfaltowej o nieciągłym uziarnieniu o składzie według wynalazku, podanym w tabeli 1.

T a b e l a 1

Składy mieszanki mineralno-asfaltowej o nieciągłym uziarnieniu.

Lp.	Skład mieszanki	Rodzaj mieszanki
A	B
Zawartość w % m/m
1	Grys bazaltowy 6,3/9,6		72,5
2	Grys bazaltowy 4/6,3	58,4
3	Piasek łamany 0/2	28,4	14,3
4	Granulat gumowy 2/7 (skład granulometryczny według tabl. 2)	3,4	2,8
5	Mączka wapienna	3,1	2,9
6	Włókno poliestrowe	0,2	0,2
7	Asfalt D-50	6,5
8	Asfalt modyfikowany		7,3

T a b e l a 2 *Skład granulometryczny granulatu gumowego 2/7:

Sito mm	Udział %
6,3	0,2
4	30,4
2	69
Poniżej 2	0,4

Proces wykonania mieszanki o składzie podanym w tabeli 1 przebiega następująco:

Odważona porcja kruszywa po wysuszeniu w piecu obrotowym podawana jest do otaczarni, do której wsypuje się następnie porcjami granulat gumowy i włókno poliestrowe w trakcie mieszania oraz wypełniacz wapienny. Po dodaniu do kruszywa całej, zgodnej z receptą ilości granulatu i włókien poliestrowych i wymieszaniu z kruszywem w temperaturze otaczania dodaje się lepiszcze i całość miesza się w temperaturze otaczania, około 180°C, aż do uzyskania jednorodności.

Uzyskaną mieszankę stosuje się na gorąco do wykonania górnej warstwy, jak również warstw pośrednich nawierzchni drogowej. Mieszanka może być zastosowana na zniszczonej drodze, posiadającej zarówno spękania zmęczeniowe jak i niskotemperaturowe.

Nawierzchnia wykonana z mieszanki według wynalazku jest odporna na zniszczenie i po kilku latach eksploatacji nie obserwuje się pojawiających się spękań, pomimo trudnych ze względu na duże

PL 198 859 B1 skoki temperatur, warunków atmosferycznych. Jest to dowodem na to, że mieszanka wykazuje dużą odporność na spękania i odkształcenia i nadaje się do wykonywania warstwy przeciwspękaniowej, która może zastępować stosowane dotychczas membrany z geowłókniny i siatek syntetycznych.

Claims (11)

1. Modyfikowana mieszanka mineralno-asfaltowa o nieciągłym uziarnieniu, składająca się z asfaltu zwykłego lub asfaltu modyfikowanego, kruszywa mineralnego składającego się z frakcji grysowej i frakcji piaskowej, oraz granulatu gumowego, znamienna tym, że zawiera granulat gumowy o uziarnieniu do 10 mm, korzystnie od 1 do 8 mm oraz włókna polimerowe, korzystnie poliestrowe, o temperaturze topnienia nie niższej niż 200°C.

2. Modyfikowana mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że zawartość procentowa granulatu gumowego wynosi do 4%, korzystnie od 1 do 3% w stosunku do mieszanki.

3. Modyfikowana mieszanka według zastrz. 1, albo 2, znamienna tym, że granulat gumowy pochodzi z utylizacji wyrobów gumowych i zawiera włókna osnowy, stanowiącej zbrojenie tych wyrobów.

4. Modyfikowana mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że włókna polimerowe mają długości do 15 mm, korzystnie od 2 do 8 mm.

5. Modyfikowana mieszanka według zastrz. 1, albo 4, znamienna tym, że zawartość włókna polimerowego w mieszance wynosi od 0,05 do 0,25%, korzystnie od 0,1 do 0,15%, w stosunku do mieszanki.

6. Sposób produkcji modyfikowanej mieszanki mineralno-asfaltowej o nieciągłym uziarnieniu, składającej się z asfaltu zwykłego lub asfaltu modyfikowanego jako lepiszcza, kruszywa mineralnego posiadającego frakcję grysową i piaskową oraz granulat gumowy, znamienny tym, że do kruszywa ogrzanego do temperatury otaczania dodaje się granulat gumowy o uziarnieniu do 10 mm, korzystnie od 1 do 8 mm oraz włókna polimerowe, korzystnie poliestrowe, o temperaturze topnienia nie niższej niż 200°C, a następnie miesza się te składniki z lepiszczem asfaltowym.

7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że granulat gumowy dodaje się w ilości do 4%, korzystnie od 1 do 3%, w stosunku do mieszanki.

8. Sposób według zastrz. 6, albo 7, znamienny tym, że dodaje się granulat gumowy, pochodzący z utylizacji wyrobów gumowych, zawierający włókna osnowy, stanowiącej zbrojenie tych wyrobów.

9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że dodaje się włókna polimerowe o długości do 15 mm, korzystnie od 2 do 8 mm.

10. Sposób według zastrz. 6, albo 9, znamienny tym, że dodaje się włókna polimerowe w ilości od 0,05 do 0,25%, korzystnie od 0,1 do 0,15%, w stosunku do mieszanki.

11. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że do podgrzanego kruszywa, podczas mieszania, dodaje się granulat gumowy i włókna poliestrowe w sposób ciągły, ewentualnie porcjami.