PL249102B1

PL249102B1 - The main substructure of a flexible road surface with high fatigue strength

Info

Publication number: PL249102B1
Application number: PL443039A
Authority: PL
Inventors: Marek Iwański; Anna Chomicz-Kowalska; Krzysztof Maciejewski; Mateusz Iwański; Piotr Radziszewski; Adam Liphardt; Jan KRÓL; Jan Król; Michał Sarnowski; Piotr Pokorski
Original assignee: Politechnika Swietokrzyska; Politechnika Warszawska
Priority date: 2022-12-02
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2026-03-02
Also published as: PL443039A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest konstrukcja podatnej nawierzchni drogowej o wysokiej trwałości zmęczeniowej pakietu warstw asfaltowych, złożona z warstwy ścieralnej na bazie mieszanki mineralno-asfaltowej o ciągłym uziarnieniu, warstwy wiążącej z mieszanki mineralno-asfaltowej o ciągłym uziarnieniu, podbudowy zasadniczej na bazie mieszanki mineralno-asfaltowej o ciągłym uziarnieniu, która charakteryzuje się tym, że warstwa podbudowy (1) wykonana jest z mieszanki mineralno-asfaltowej układanej na ciepło w technologii asfaltu spienionego z fluksowanym lepiszczem w postaci polimeroasfaltu i zbrojona jest włóknami bazaltowymi w ilości od 0,1% do 0,3% m/m, warstwa wiążąca (2) wykonana jest z mieszanki mineralno-asfaltowej układanej na gorąco z lepiszczem w postaci polimeroasfaltu, a warstwa ścieralna (3) wykonana jest z mieszanki mineralno-asfaltowej układanej na gorąco z lepiszczem w postaci asfaltu wysokomodyfikowanego, przy czym grubość (h2) warstwy wiążącej (2) wynosi od 0,5 do 0,8 grubości (h1) warstwy podbudowy (1) i grubość (h3) warstwy ścieralnej (1) wynosi od 0,2 do 0,6 grubości (h1) warstwy podbudowy, przy czym grubość (h1) warstwy podbudowy (1) wynosi od 8 cm do 12 cm.The subject of the application is the structure of a flexible road surface with high fatigue durability of a package of asphalt layers, consisting of a wearing course based on a mineral-asphalt mixture with continuous graining, a binder course made of a mineral-asphalt mixture with continuous graining, a main sub-base based on a mineral-asphalt mixture with continuous graining, which is characterized in that the sub-base layer (1) is made of a mineral-asphalt mixture laid warm using the foamed asphalt technology with a fluxed binder in the form of polymer modified asphalt and is reinforced with basalt fibers in the amount of 0.1% to 0.3% by mass, the binder layer (2) is made of a mineral-asphalt mixture laid hot with a binder in the form of polymer modified asphalt, and the wearing course (3) is made of a mineral-asphalt mixture laid hot with a binder in the form of highly modified asphalt, the thickness of which is (h2) of the binding layer (2) is from 0.5 to 0.8 of the thickness (h1) of the sub-base layer (1) and the thickness (h3) of the wearing course (1) is from 0.2 to 0.6 of the thickness (h1) of the sub-base layer, wherein the thickness (h1) of the sub-base layer (1) is from 8 cm to 12 cm.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest podbudowa zasadnicza konstrukcji podatnej nawierzchni drogowej o wysokiej trwałości zmęczeniowej.The subject of the invention is the main substructure of a flexible road surface with high fatigue strength.

Projektowanie składu mieszanek mineralno-asfaltowych rozpoczyna się od propozycji wyjściowego składu mieszanki przyjętego na bazie ogólnych wytycznych, a w drodze kolejnych modyfikacji składu dokonanych na bazie wiedzy inżynierskiej i eksperckiej uzyskuje się ostateczny skład mieszanki. Szczegółowe i uznane w Polsce za wzorcowe wymagania dotyczące właściwości stosowanych w mieszankach mineralno-asfaltowych kruszyw, między innymi dotyczących uziarnienia, właściwości geometrycznych, fizycznych i chemicznych oraz lepiszczy asfaltowych zawarte są w dokumentach „WT-1 2014 - Kruszywa do mieszanek mineralno-asfaltowych i powierzchniowych utrwaleń na drogach krajowych Kruszywa - Wymagania Techniczne - Warszawa 2014 - Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad” oraz w „WT-2 2014 - Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych - Mieszanki mineralno-asfaltowe - Wymagania Techniczne - Warszawa 2014 - Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad”. Ponadto, w dokumencie „WT-2 2014 (...)” zawarto wymagania dotyczące właściwości gotowych mieszanek mineralno-asfaltowych.Designing asphalt mixtures begins with a proposed initial mix composition based on general guidelines, and subsequent modifications based on engineering and expert knowledge lead to the final mix composition. Detailed requirements for the properties of aggregates used in asphalt mixtures, including grading, geometric, physical and chemical properties, and asphalt binders, recognized in Poland as standard, are contained in the documents "WT-1 2014 - Aggregates for asphalt mixtures and surface treatments on national roads. Aggregates - Technical Requirements - Warsaw 2014 - General Directorate for National Roads and Motorways" and "WT-2 2014 - Asphalt pavements on national roads - Asphalt mixtures - Technical Requirements - Warsaw 2014 - General Directorate for National Roads and Motorways." In addition, the document "WT-2 2014 (...)" contains requirements regarding the properties of ready-mix asphalt.

Znane i stosowane w budowie dróg układy konstrukcyjne nawierzchni drogowych składają się licząc od góry z warstwy ścieralnej, warstwy wiążącej i warstwy podbudowy wykonanych z mieszanek kruszyw i lepiszczy asfaltowych. Konstrukcje o takim układzie warstw są wykonywane z mieszanek mineralno-asfaltowych o uziarnieniu ciągłym w warstwie wiążącej i warstwie podbudowy, beton asfaltowy lub beton asfaltowy o wysokim module sztywności oraz z mieszanek mineralno-asfaltowych o uziarnieniu ciągłym lub nieciągłym w warstwie ścieralnej, beton asfaltowy, mastyks grysowy SMA, beton asfaltowy do cienkich warstw ścieralnych BBTM. Asfaltowe warstwy konstrukcyjne nawierzchni drogowych mogą być wykonane w technologii na gorąco lub na ciepło. Tradycyjne warstwy nawierzchni wykonane z mieszanek mineralno-asfaltowych po zagęszczeniu tworzą zwartą, szczelną strukturę. Tradycyjnie do wykonywania warstw nawierzchni stosuje się mieszanki mineralno-asfaltowe gdzie jako materiał wiążący zastosowano lepiszcze asfaltowe. W tradycyjnych rozwiązaniach konstrukcyjnych poszczególne asfaltowe warstwy nawierzchni odpowiadają za przeniesienie obciążeń na niższe warstwy, a pojawienie się w nich spękań jest funkcją intensywności ruchu i czasu eksploatacji nawierzchni. Znane są rozwiązania w zakresie porowatej warstwy ścieralnej opracowanej w Instytucie Badawczym Dróg i Mostów do wykonywania warstwy ścieralnej nawierzchni drogowych w technologii na gorąco o właściwościach przeciwspękaniowych i wygłuszających. W jej skład wchodzą kruszywo i asfalt zwykły lub modyfikowany oraz dodatki w postaci granulatu gumowego i włókien polimerowych pochodzących z recyklingu opon samochodowych. Dzięki dodatkowi granulatu gumowego można uzyskać efekt sprężystości i wyciszenia warstwy, a włókna polimerowe z recyklingu pełnią funkcję mikrozbrojenia. Wadą tego rozwiązania jest pogorszenie własności użytkowych w warunkach zimowych i niższa trwałość od nawierzchni szczelnych. Poza nawierzchniowymi warstwami ścieralnymi o właściwościach przeciwspękaniowych stosowane są także pośrednie warstwy przeciwspękaniowe. Ich zadaniem jest rozproszenie naprężeń powstałych w wyniku spękania warstwy podbudowy związanej spoiwem hydraulicznym, a tym samym zminimalizowanie spękań odbitych. Do wykonania pośrednich warstw przeciwspękaniowych stosuje się geosiatkę, która może być ułożona pod warstwą ścieralną, zatopiona w warstwie wiążącej, lub ułożona na podbudowie wraz z wyrównującą warstwą mieszanki mineralno-asfaltowej.Road pavement structural systems known and used in road construction consist of a wearing course, a binder course, and a base layer made of aggregate and asphalt binder mixtures. Structures with this layer arrangement are constructed using continuous-grained asphalt mixes in the binder course and base layer, asphalt concrete or high-modulus asphalt concrete, and continuous or discontinuous-grained asphalt mixes in the wearing course, asphalt concrete, SMA (grit mastic), and BBTM (thin-surface asphalt concrete). Asphalt structural layers of road pavements can be applied using either hot or cold processes. Traditional pavement layers made of mineral-asphalt mixtures, after compaction, form a compact, tight structure. Traditionally, asphalt mixes are used to construct the pavement layers, with an asphalt binder as the binding material. In traditional construction solutions, individual asphalt pavement layers are responsible for transferring loads to the lower layers, and the appearance of cracks in them is a function of traffic intensity and the surface's service life. A known solution involves the porous wearing course, developed at the Road and Bridge Research Institute, for creating a hot-rolled wearing course with anti-cracking and sound-deadening properties. It consists of aggregate and regular or modified asphalt, along with additives such as rubber granulate and polymer fibers derived from recycled car tires. The addition of rubber granulate provides a springy and sound-deadening effect, while the recycled polymer fibers act as micro-reinforcement. The disadvantage of this solution is its reduced performance in winter conditions and its reduced durability compared to sealed surfaces. In addition to anti-cracking wearing courses, intermediate anti-cracking layers are also used. Their function is to disperse stresses resulting from cracking in the hydraulically bonded subbase layer, thus minimizing reflected cracking. A geogrid is used to create intermediate anti-cracking layers. It can be placed under the wearing course, embedded in the binder course, or placed on the subbase along with a leveling layer of mineral-asphalt mix.

W opisie patentowym PL214138B1 ujawniono sposób wytwarzania asfaltu fluksowanego, pozwalającego wytworzyć mieszankę mineralno-asfaltową w obniżonych temperaturach, z wykorzystaniem fluksantu będącego produktem utleniania olejów roślinnych i/lub estrów kwasów tłuszczowych olejów roślinnych utlenianych w obecności katalizatora metalicznego i nadtlenku organicznego.Patent description PL214138B1 discloses a method for producing fluxed asphalt, which allows for the production of a mineral-asphalt mixture at reduced temperatures, using a flux being a product of oxidation of vegetable oils and/or fatty acid esters of vegetable oils oxidized in the presence of a metal catalyst and an organic peroxide.

Zgodnie z opisami patentowymi PL241133B1 i PL240955B1 znane jest wystąpienie efektu zbrojenia rozproszonego w wyniku zastosowania odpowiedniej ilości określonego rodzaju włókien. Zbrojenie rozproszone w mieszankach mineralno-asfaltowych może wpływać pozytywnie na jeden lub więcej ich parametrów technicznych, najczęściej odporność na zjawisko zmęczenia, odporność na pękanie, wytrzymałość na rozciąganie, wrażliwość na zmiany temperatury. Dodatki tego rodzaju, rzadko stosuje się w technologii mieszanek mineralno-asfaltowych ze względu na ich ograniczoną efektywność i względnie duży koszt stosowania powszechnie znanych rozwiązań w tym zakresie.According to patent descriptions PL241133B1 and PL240955B1, the dispersed reinforcement effect is known to occur as a result of using an appropriate amount of a specific type of fiber. Dispersed reinforcement in asphalt mixtures can positively influence one or more of their technical parameters, most commonly fatigue resistance, crack resistance, tensile strength, and sensitivity to temperature changes. Such additives are rarely used in asphalt mixture technology due to their limited effectiveness and the relatively high cost of using commonly known solutions in this field.

Z opisu patentowego GB 1407229 znana jest także konstrukcja nawierzchni drogowej z pośrednią warstwą przeciwspękaniową ułożoną między asfaltową warstwą ścieralną, a spękanym podłożem betonowym. Warstwa przeciwspękaniowa stanowi cienką warstwę lepko-sprężystą wykonaną z mieszanki mineralno-asfaltowej z dodatkiem rozdrobnionej gumy. Mieszanka ta jest przeznaczona do stosowania na zimno. Wadą tego rozwiązania jest mniejsza trwałość i odporność na starzenie w porównaniu z mieszankami stosowanymi na gorąco.Patent GB 1407229 also describes a road surface design with an intermediate anti-cracking layer placed between the asphalt wearing course and the cracked concrete base. The anti-cracking layer is a thin viscoelastic layer made of a mineral-asphalt mixture with the addition of crushed rubber. This mixture is intended for cold application. The disadvantage of this solution is its lower durability and resistance to aging compared to hot-applied mixtures.

Z opisu patentowego PL226747B1 znana jest także konstrukcja nawierzchni drogowej o podwyższonej trwałości zmęczeniowej, złożona z warstwy ścieralnej wykonanej z mieszanki mineralno asfaltowej układanej na gorąco, warstwy wiążącej z mieszanki mineralno-asfaltowej układanej na gorąco o uziarnieniu ciągłym lub nieciągłym, podbudowy pomocniczej, oraz warstwy przeciwspękaniowej wykonanej z mieszanki mineralno-asfaltowej o uziarnieniu ciągłym lub nieciągłym, układanej na gorąco na podbudowie pomocniczej, gdzie jako warstwę przeciwspękaniową zastosowano mieszankę mineralno-asfaltowej z dodatkiem lepiszcza gumowo-asfaltowego w postaci jednorodnej mieszaniny asfaltu modyfikowanego mieszanką stabilizowanej termicznie gumy z plastyfikatorem olejowym. Zaletą tego rozwiązania jest zwiększona trwałość użytkowa co pozwala na wydłużenie okresu eksploatacji całej konstrukcji bez konieczności przebudowy warstwy wiążącej, wadą rozwiązania jest natomiast konieczność wytwarzania lepiszcza za pomocą specjalnej instalacji i brak możliwości składowania lepiszcza gumowo-asfaltowego w czasie i brak możliwości jego transportu na odległość.Patent description PL226747B1 also describes a road surface structure with increased fatigue life, consisting of a wearing course made of a hot-laid mineral-asphalt mixture, a binding course made of a hot-laid mineral-asphalt mixture with continuous or discontinuous graining, a sub-base, and an anti-cracking course made of a hot-laid mineral-asphalt mixture with continuous or discontinuous graining, laid on the sub-base, where the anti-cracking course is a mineral-asphalt mixture with the addition of a rubber-asphalt binder in the form of a homogeneous mixture of asphalt modified with a mixture of thermally stabilized rubber with an oil plasticizer. The advantage of this solution is the increased service life, which allows for extending the service life of the entire structure without the need to rebuild the binder layer. The disadvantage of this solution is the need to produce the binder using a special installation and the inability to store the rubber-asphalt binder over time and the inability to transport it over long distances.

Podbudowa zasadnicza konstrukcji podatnej nawierzchni drogowej o wysokiej trwałości zmęczeniowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wykonana jest z mieszanki mineralno asfaltowej typu beton asfaltowy o wysokim module sztywności w zakresie od 11 000 MPa do 17 000 MPa, z dodatkiem zbrojenia rozproszonego w postaci włókien bazaltowych w ilości od 0,1% do 0,3% m/m, korzystnie od 0,15% do 0,25%, charakteryzujących się długością w zakresie od 16 mm do 32 mm, korzystnie 24 mm, średnicą od 10 μm do 50 μm, korzystnie < 0,03 mm, gęstością 2,55-2,75 Mg/m³ oraz temperaturą topnienia większą niż 250°C. Mieszanka mineralno-asfaltowa przeznaczona do wykonania warstwy podbudowy zasadniczej zawiera kruszywa naturalne w ilości od 94,5% do 95,5% oraz spieniony wodą fluksowany polimeroasfalt w ilości od 4,5% do 5,5%, wytwarzana jest w temperaturze 160°C, zaś stosowany polimeroasfalt zawiera jako modyfikator polimerowy kopolimer trójblokowy styren-butadien-styren (SBS) w ilości od 2% m/m do 5% m/m w stosunku do masy lepiszcza asfal towego bazowego. Ponadto w polimeroasfalcie stosuje się fluksant będący produktem utleniania estrów kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego w obecności katalizatora metalicznego w postaci soli kobaltu i nadtlenku organicznego w postaci wodoronadtlenku kumenu, przy czym grubość warstwy podbudowy wynosi od 8 cm do 12 cm.The main substructure of a flexible road surface structure with high fatigue strength, according to the invention, is characterized in that it is made of a mineral-asphalt mixture of the asphalt concrete type with a high stiffness modulus in the range from 11,000 MPa to 17,000 MPa, with the addition of dispersed reinforcement in the form of basalt fibers in an amount from 0.1% to 0.3% m/m, preferably from 0.15% to 0.25%, characterized by a length in the range from 16 mm to 32 mm, preferably 24 mm, a diameter from 10 μm to 50 μm, preferably < 0.03 mm, a density of 2.55-2.75 Mg/ ^m3 and a melting point of more than 250°C. The mineral-asphalt mixture intended for the base course contains natural aggregates in an amount of 94.5% to 95.5% and water-foamed fluxed polymer modified asphalt in an amount of 4.5% to 5.5%. It is produced at a temperature of 160°C. The polymer modified asphalt used contains a styrene-butadiene-styrene (SBS) triblock copolymer as a polymer modifier in an amount of 2% to 5% by weight of the base asphalt binder. Furthermore, the polymer modified asphalt uses a flux obtained by oxidizing rapeseed oil fatty acid esters in the presence of a metal catalyst in the form of a cobalt salt and an organic peroxide in the form of cumene hydroperoxide, with the base course thickness ranging from 8 cm to 12 cm.

Warstwa podbudowy zasadniczej wytwarzana i układana na ciepło charakteryzuje się wykorzystaniem w jej składzie zbrojenia rozproszonego w postaci włókien bazaltowych oraz fluksowanego polimeroasfaltu spienianego wodą.The warm-produced and laid base layer is characterized by the use of dispersed reinforcement in the form of basalt fibers and water-foamed fluxed polymer asphalt.

Efektem zastosowania rozwiązania według opisu patentowego jest wytworzenie mieszanki mineralno-asfaltowej w obniżonej temperaturze, charakteryzującej się podstawowymi parametrami technicznymi porównywalnymi z mieszanką wytworzoną metodą tradycyjną, a ponadto wykazującą znacznie zwiększoną odporność na zjawisko zmęczenia. Efekt ten uzyskuje się przez wystąpienie synergii jednoczesnego zastosowania zbrojenia włóknami bazaltowymi, lepiszcza asfaltowego w formie asfaltu spienionego wodą oraz fluksantu. Włókna bazaltowe spełniając funkcję rozproszonego mikrozbrojenia wpływają pozytywnie na właściwości mechaniczne i reologiczne gotowej mieszanki, korzystnie wpływając na zjawisko redystrybucji naprężeń oraz ograniczania powstawania mikropęknięć w mieszance mineralno-asfaltowej, w efekcie czego obserwuje się zwiększenie trwałości zmęczeniowej i odporności na pękanie mieszanki mineralno-asfaltowej i wykonanej z niej warstwy konstrukcyjnej nawierzchni. Lepiszcze asfaltowe w formie asfaltu spieni onego charakteryzując się wysoką zdolnością do otaczania mieszanki mineralnej oraz włókien bazaltowych umożliwia wytworzenie w obniżonej temperaturze jednorodnej mieszanki mineralno-asfaltowej, pozbawionej w swojej strukturze wewnętrznej karbów, to jest koncentratorów naprężeń. Dodatek fluksantu obniżając lepkość asfaltu spienionego zwiększa zdolność piany asfaltowej do otaczania mieszanki mineralnej oraz ułatwia zagęszczanie mieszanki mineralno-asfaltowej podczas jej wbudowywania w nawierzchnię, kompensując negatywny wpływ jaki ma dodatek zbrojenia rozproszonego na jej urabialność. Lepiszcze asfaltowe z dodatkiem fluksantu zachowuje dużą sztywność i odporność na działanie wysokiej temperatury i sprężystość po wbudowaniu mieszanki mineralno-asfaltowej wpływając korzystnie na właściwości eksploatacyjne i trwałość nawierzchni asfaltowej z tym lepiszczem.The patented solution produces a mineral-asphalt mixture at a reduced temperature, characterized by basic technical parameters comparable to those produced using traditional methods, and also exhibiting significantly improved fatigue resistance. This effect is achieved through the synergy of the simultaneous use of basalt fiber reinforcement, an asphalt binder in the form of water-foamed asphalt, and flux. Basalt fibers, acting as dispersed microreinforcement, positively influence the mechanical and rheological properties of the finished mixture, favorably affecting stress redistribution and limiting the formation of microcracks in the mineral-asphalt mixture. As a result, the fatigue life and crack resistance of the mineral-asphalt mixture and the pavement layer made from it are increased. Foamed asphalt binder, characterized by its high ability to encapsulate the mineral mixture and basalt fibers, enables the production of a homogeneous mineral-asphalt mixture at low temperatures, free of internal notches (stress concentrators). By reducing the viscosity of foamed asphalt, the addition of fluxant increases the ability of the asphalt foam to encapsulate the mineral mixture and facilitates compaction of the mineral-asphalt mixture during its incorporation into the pavement, offsetting the negative impact of dispersed reinforcement on its workability. Asphalt binder with fluxant retains high stiffness, resistance to high temperatures, and elasticity after the mineral-asphalt mixture is incorporated, positively impacting the operational properties and durability of the asphalt pavement using this binder.

PL 249102 Β1PL 249102 Β1

Estry metylowe kwasów tłuszczowych oleju rzepakowego, otrzymane w wyniku transestryfikacji oleju roślinnego metanolem, miesza się z katalizatorem kobaltowym w ilości 0,1-0,2% m/m w przeliczeniu na metal oraz z dodatkiem wodoronadtlenku kumenu w ilości 1-2% m/m. Komponowanie upłynniacza odbywa się w warunkach intensywnego mieszania składników przez 15 minut przy dostępie powietrza, a następnie poddaje utlenianiu tlenem powietrza w temperaturze 20°C. Utlenianie prowadzi się zapewniając dużą powierzchnię kontaktu gazu z ciekłym surowcem. Czas utleniania wynosi 2 godziny przy przepływie powietrza 450-550 l/kg h.Rapeseed oil fatty acid methyl esters, obtained by transesterification of vegetable oil with methanol, are mixed with a cobalt catalyst at 0.1-0.2% w/w (m/m) based on metal and with cumene hydroperoxide at 1-2% w/w. The liquefier is formulated by intensively mixing the ingredients for 15 minutes in the presence of air, followed by oxidation with air oxygen at 20°C. Oxidation is carried out by ensuring a large surface area of contact between the gas and the liquid feedstock. The oxidation time is 2 hours at an air flow of 450-550 l/kg/h.

Polimeroasfalt z dodatkiem fluksantu spienia się poprzez podanie pod ciśnieniem 450-600 kPa i w ilości 1-2,5% m/m, korzystnie 1,5-2% m/m, wody spieniającej do płynnej mieszaniny asfaltu i fluksantu, to jest fluksowanego lepiszcza asfaltowego o temperaturze 160°C. Lepiszcze asfaltowe należy wymieszać z kruszywem i włóknami bazaltowymi niezwłocznie po spienieniu.Polymer modified asphalt with the addition of flux is foamed by adding foaming water at a pressure of 450-600 kPa and in an amount of 1-2.5% m/m, preferably 1.5-2% m/m, to a liquid mixture of asphalt and flux, i.e. fluxed asphalt binder at a temperature of 160°C. The asphalt binder should be mixed with aggregate and basalt fibers immediately after foaming.

Mieszanka mineralno-asfaltowa przeznaczona do wykonania warstwy podbudowy zasadniczej nawierzchni drogowej, według wynalazku, zawiera kruszywa naturalne w ilości od 94,5% do 95,5% oraz spieniony wodą fluksowany polimeroasfalt w ilości od 4,5% do 5,5%, charakteryzuje się tym, że jest wytwarzana w temperaturze 160°C i zawiera włókna bazaltowe w ilości od 0,1% do 0,3%, korzystnie od 0,15% do 0,25%. Włókno bazaltowe ma długość 24 mm, średnicę < 0,03 mm, gęstość 2,55-2,75 Mg/m³, a jego temperatura topnienia jest większa niż 250°C.The mineral-asphalt mixture intended for the construction of a road pavement base course, according to the invention, contains natural aggregates in an amount of 94.5% to 95.5% and water-foamed fluxed polymer asphalt in an amount of 4.5% to 5.5%, is characterized in that it is produced at a temperature of 160°C and contains basalt fibers in an amount of 0.1% to 0.3%, preferably from 0.15% to 0.25%. The basalt fiber has a length of 24 mm, a diameter of < 0.03 mm, a density of 2.55-2.75 Mg/ ^m3 , and its melting point is greater than 250°C.

Fluksowane lepiszcze asfaltowe, według wynalazku, jest mieszaniną asfaltu w ilości 94-99% m/m zfluksantem w ilości 1-6% m/m, korzystnie 1,5-2,5% m/m, spienioną dodatkiem wody.The fluxed asphalt binder, according to the invention, is a mixture of asphalt in the amount of 94-99% m/m with fluxate in the amount of 1-6% m/m, preferably 1.5-2.5% m/m, foamed by the addition of water.

Asfalt stosowany do wytworzenia mieszaniny charakteryzuje penetracja w zakresie od 25 do 55 dmm (wg PN-EN 1426) oraz temperatura mięknienia większą niż 60°C (wg PN EN 1427). Korzystnie, jako asfalt stosuje się asfalt modyfikowany 25/55-60 zgodny z normą PN-EN 14023 według najnowszego datowania.The asphalt used to produce the mixture is characterized by penetration in the range of 25 to 55 dmm (according to PN-EN 1426) and a softening point greater than 60°C (according to PN-EN 1427). Preferably, the asphalt used is modified asphalt 25/55-60 compliant with the PN-EN 14023 standard according to the latest dating.

Skład mieszanki mineralno-asfaltowej do warstwy podbudowy zasadniczej zestawiono w tabeli 1.The composition of the mineral-asphalt mixture for the base layer is presented in Table 1.

Tabela 1. Skład mieszanki mineralno-asfaltowej będącej przedmiotem wynalazku.Table 1. Composition of the mineral-asphalt mixture which is the subject of the invention.

Składnik Ingredient Opis składnika Ingredient Description Udział procentowy składnika w mieszance mineralno-asfaltowejPercentage of the component in the asphalt mixture A A Mieszanka kruszyw 0/22 wg p. 5.2 WT-1 2014 i p. 8.2 WT-2 2014 o gęstości pa 0/22 aggregate mixture according to p. 5.2 WT-1 2014 and p. 8.2 WT-2 2014 with a density of pa 100%- (BmiiU o^-C 100%- (BmiiU o^-C B B Spienione fluksowane lepiszcze asfaltoweFluxed foam asphalt binder Bmin¹⁾ a Bmin ¹⁾ a C C Włókna bazaltoweBasalt fibers 0,15% -0,25% 0.15% -0.25% Suma: Total: A + B + C = 100% A + B + C = 100% ^υ zawartość i rodzaj lepiszcza asfaltowego zgodnie z WT-2 2014 ²⁾ współczynnik a = 2,65 / p_a Uwaga: do lepiszcza dodaje się środek adhezyjny zgodnie z zaleceniami jego producenta (najczęściej 0,3% względem masy lepiszcza asfaltowego) ^υ content and type of asphalt binder in accordance with WT-2 2014 ²⁾ coefficient a = 2.65 / p _a Note: an adhesive agent is added to the binder in accordance with the manufacturer's recommendations (usually 0.3% of the asphalt binder mass)

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest zwiększona trwałość użytkowa i ultra wysoka odporność na powstawanie spękań zmęczeniowych jak przedstawiono w przykładzie na fig. 1 i w tabeli 3, gdzie uzyskano zwiększenie trwałości o 250%, co pozwala na wydłużenie okresu eksploatacji całej konstrukcji oraz przenoszenie ponadnormatywnych obciążeń od ruchu pojazdów. Warstwa podbudowy o grubości h1 i warstwa wiążąca o grubości h2 zapewniają nośność konstrukcyjną, a dodatek włókien bazaltowych w warstwie podbudowy o grubości h1 ogranicza powstawanie i propagację spękań zmęczeniowych.The advantage of the inventive solution is increased service life and ultra-high resistance to fatigue cracking, as shown in the example in Figure 1 and Table 3, where a 250% increase in durability was achieved, extending the service life of the entire structure and supporting excessive traffic loads. The h1-thick sub-base layer and h2-thick binder layer provide structural load-bearing capacity, and the addition of basalt fibers in the h1-thick sub-base layer limits the formation and propagation of fatigue cracks.

PRZYKŁAD WYKONANIAEXAMPLE OF PERFORMANCE

Na wytwórni mieszanek mineralno-asfaltowych wytworzono w warunkach przemysłowych mieszanki mineralno-asfaltowe do wykonania konstrukcji nawierzchni.At the asphalt mixing plant, asphalt mixing mixtures for the pavement structure were produced under industrial conditions.

Mieszanki do wykonania warstwy ścieralnej i wiążącej wykonano zgodnie z wymaganiami WT-22014.The mixtures for the wearing and binding layers were made in accordance with the requirements of WT-22014.

Do wykonania warstwy podbudowy zasadniczej przygotowano dwa rodzaje mieszanek mineralno-asfaltowych AC 22 WMS P KR 3-7:Two types of mineral-asphalt mixtures AC 22 WMS P KR 3-7 were prepared for the construction of the main sub-base layer:

- mieszankę tradycyjną zgodnie z WT-2 2014,- traditional mixture in accordance with WT-2 2014,

- mieszankę wg wynalazku.- mixture according to the invention.

PL 249102 Β1PL 249102 Β1

Szczegółowy skład mieszanek mineralno-asfaltowych przeznaczonych do wykonania podbudowy zasadniczej przedstawiono w tabeli 2.The detailed composition of mineral-asphalt mixtures intended for the construction of the main base course is presented in Table 2.

Tabela 2. Skład przykładowych mieszanek mineralno-asfaltowych przygotowanych w celu oceny wpływu zastosowania wynalazkuTable 2. Composition of exemplary mineral-asphalt mixtures prepared to assess the impact of the invention application

Składnik Ingredient Opis składnika Ingredient Description Skład mieszanki mineralno-asfaltowej (kg)Asphalt mix composition (kg) Mieszanka do warstwy podbudowy zasadniczej tradycyjnaTraditional base layer mix Mieszanka do warstwy podbudowy zasadniczej wg wynalazku Mixture for the base layer according to the invention A A Mieszanka kruszyw 0/22 wg p. 5.2WT-1 2014 i p. 8.2 WT-2 2014 o gęstości p_a = 2,74 Mg/m³ Aggregate mix 0/22 according to p. 5.2 WT-1 2014 and p. 8.2 WT-2 2014 with density p _a = 2.74 Mg/m ³ 95,1 95.1 94,9 94.9 - - Współczynnik a Coefficient a 0,980 0.980 0,980 0.980 BB Lepiszcze asfaltowe 25/55-60Asphalt binder 25/55-60 5,0 0,980 = 4,9 5.0 0.980 = 4.9 - - Spienione wodą fluksowane lepiszcze asfaltowe 25/55-60 (2% fluksantu)Water-foamed fluxed asphalt binder 25/55-60 (2% flux) - - 5,0 0,980 = 4,9 5.0 0.980 = 4.9 C C Włókna bazaltoweBasalt fibers - - 0,2 0.2 Suma: Total: 100 100 100 100 Uwaga: do lepiszcza dodano środek adhezyjny (Wetfix BE) zgodnie z zaleceniami jego producenta (0,3% względem masy lepiszcza asfaltowego)Note: An adhesive agent (Wetfix BE) was added to the binder according to the manufacturer's recommendations (0.3% by weight of the asphalt binder)

Przedmiot wynalazku w postaci konstrukcji nawierzchni jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na fig. 1, który przedstawia konstrukcję nawierzchni drogowej o ultra wysokiej trwałości zmęczeniowej w przekroju pionowym.The subject of the invention in the form of a pavement structure is shown in the embodiment in Fig. 1, which shows a road pavement structure with ultra-high fatigue life in a vertical cross-section.

Warstwa podbudowy 1, będąca przedmiotem wynalazku, warstwa wiążąca 2, oraz warstwa ścieralna 3, tworzą konstrukcję pakietu warstw asfaltowych o ultra wysokiej trwałości zmęczeniowej. Warstwa podbudowy 1 jest wykonana na bazie mieszanki mineralno-asfaltowej o uziarnieniu ciągłym. Warstwa wiążąca 2 jest wykonana z mieszanki mineralno-asfaltowej o uziarnieniu ciągłym. Warstwa ścieralna 3 jest wykonana z mieszanki mineralno-asfaltowej o uziarnieniu ciągłym. Grubość h2 warstwy wiążącej 2 wynosi od 0,5 do 0,8 grubości h1 warstwy podbudowy 1. Grubość h3 warstwy ścieralnej 1 wynosi od 0,2 do 0,6 grubości h1 warstwy podbudowy. Grubość h1 warstwy podbudowy wynosi od 8 cm do 12 cm.The subbase layer 1, which is the subject of the invention, the binder layer 2, and the wearing course 3 form a package of asphalt layers with ultra-high fatigue strength. The subbase layer 1 is made of a continuous-grained asphalt mixture. The binder layer 2 is made of a continuous-grained asphalt mixture. The wearing course 3 is made of a continuous-grained asphalt mixture. The thickness h2 of the binder layer 2 is from 0.5 to 0.8 times the thickness h1 of the subbase layer 1. The thickness h3 of the wearing course 1 is from 0.2 to 0.6 times the thickness h1 of the subbase layer. The thickness h1 of the subbase layer is from 8 cm to 12 cm.

Warstwa podbudowy 1 jest wykonana na bazie mieszanki mineralno-asfaltowej o uziarnieniu ciągłym typu beton asfaltowy o wysokim module sztywności w zakresie od 11 000 MPa do 17 000 MPa z dodatkiem zbrojenia rozproszonego w postaci włókien bazaltowych w ilości od 0,1 do 0,3% m/m charakteryzujących się długością w zakresie od 16 mm do 32 mm i średnicy od 10 pm do 50 pm, wytworzonej na ciepło w technologii fluksowanego polimeroasfaltu spienionego, gdzie jako modyfikator polimerowy użyto kopolimer trójblokowy styren-butadien-styren (SBS) w ilości od 2% m/m do 5% m/m w stosunku do masy lepiszcza asfaltowego bazowego.The sub-base layer 1 is made of a mineral-asphalt mixture with continuous graining of asphalt concrete type with a high stiffness modulus ranging from 11,000 MPa to 17,000 MPa with the addition of dispersed reinforcement in the form of basalt fibers in the amount of 0.1 to 0.3% m/m, characterized by a length ranging from 16 mm to 32 mm and a diameter from 10 pm to 50 pm, produced by heat in the technology of fluxed foamed polymer asphalt, where a styrene-butadiene-styrene (SBS) triblock copolymer was used as a polymer modifier in the amount of 2% m/m to 5% m/m in relation to the mass of the base asphalt binder.

Fluksowane lepiszcze asfaltowe, jest mieszaniną asfaltu w ilości 94-99% m/m zfluksantem w ilości 1-6% m/m, korzystnie 1,5-2,5% m/m, spienioną dodatkiem wody.Fluxed asphalt binder is a mixture of asphalt in the amount of 94-99% m/m with fluxate in the amount of 1-6% m/m, preferably 1.5-2.5% m/m, foamed by the addition of water.

Właściwości przygotowanych w celu oceny wpływu zastosowania wynalazku mieszanek mineralno-asfaltowych charakteryzowały się właściwościami przestawionymi w tabeli 3. Mieszanka wykonana według wynalazku charakteryzuje się znacznie zwiększoną odpornością na zjawisko zmęczenia, zwiększoną odpornością na koleinowanie i zwiększoną odpornością na działanie wody.The properties of the mineral-asphalt mixtures prepared to assess the impact of the invention were presented in Table 3. The mixture made according to the invention is characterized by significantly increased resistance to fatigue, increased resistance to rutting and increased resistance to water.

PL 249102 Β1PL 249102 Β1

Tabela 3. Właściwości przykładowych mieszanek mineralno-asfaltowych przygotowanych w celu oceny wpływu zastosowania wynalazku.Table 3. Properties of sample asphalt mixtures prepared to evaluate the impact of the invention.

Metoda badawcza Research method Mieszanka do warstwy podbudowy zasadniczej tradycyjnaTraditional base layer mix Mieszanka do warstwy podbudowy zasadniczej wg wynalazku Mixture for the base layer according to the invention Temperatura wytwarzania mieszanki Mixture making temperature - - 180 180 160 160 Temperatura zagęszczania próbek Sample compaction temperature - - 145 145 115 115 Zawartość wolnej przestrzeni V_a (%) Free space content V _a (%) PN-EN 12697-8 PN-EN 12697-8 2,6 2.6 3,68 3.68 Odporność na działanie wody, ITSR (%)Water resistance, ITSR (%) PN-EN 12697-12, WT-2 2014 PN-EN 12697-12, WT-2 2014 94,1 94.1 99,9 99.9 Odporność na deformacje trwałe: WTS (mm/1000 cykli) PRD (%)Resistance to permanent deformation: WTS (mm/1000 cycles) PRD (%) PN-EN 1269722:2007 (procedura B) PN-EN 1269722:2007 (procedure B) 0,045 4,9 0.045 4.9 0,031 6,1 0.031 6.1 Sztywność (MPa)Stiffness (MPa) PN-EN 12697-26, 4PB-PR, temperatura 10°C, częstotliwość 10Hz PN-EN 12697-26, 4PB-PR, temperature 10°C, frequency 10Hz 12 536 12,536 11 782 11,782 Odporność na zmęczenie (ilość cykli)Fatigue resistance (number of cycles) PN-EN 12697-24, 4PB-PR, temperatura 10°C, częstotliwość 10Hz PN-EN 12697-24, 4PB-PR, temperature 10°C, frequency 10Hz 4 587 156 4 587 156 7 556 018 7 556 018

Przedstawiony na fig. 2a układ warstw asfaltowych odpowiada typowej katalogowej konstrukcji nawierzchni podatnej (wg Katalogu typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych KTKNPiP) przyjmowanej dla najwyższej kategorii obciążenia ruchem KR-7. Zastosowanie technologii będącej przedmiotem wynalazku pozwala na uzyskanie znacznego zwiększenia trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni przy jednoczesnym zmniejszeniu grubości warstw asfaltowych. Układ konstrukcyjny warstw asfaltowych o zwiększonej trwałości zmęczeniowej według wynalazku przedstawiono na fig. 2b.The asphalt layer arrangement shown in Fig. 2a corresponds to a typical cataloged flexible pavement structure (according to the KTKNPiP Catalog of Typical Flexible and Semi-Rigid Pavement Structures) adopted for the highest traffic load category KR-7. The use of the technology being the subject of the invention allows for a significant increase in the fatigue life of the pavement structure while simultaneously reducing the thickness of the asphalt layers. The structural arrangement of asphalt layers with increased fatigue life according to the invention is shown in Fig. 2b.

W tabeli 4 przedstawiono trwałości zmęczeniowe porównywanych konstrukcji nawierzchni. Trwałość zmęczeniowa konstrukcji tradycyjnej przedstawionej na fig. 2a wynosi zgodnie z Katalogiem Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych 64,3 min. osi obliczeniowych 100 kN. Trwałość zmęczeniowa konstrukcji według wynalazku przedstawionej na fig. 2b wynosi 129,2 min. osi obliczeniowych 100 kN.Table 4 presents the fatigue lives of the compared pavement structures. The fatigue life of the traditional structure shown in Fig. 2a is, in accordance with the Catalog of Typical Flexible and Semi-Rigid Pavement Structures, 64.3 min of design axes 100 kN. The fatigue life of the structure according to the invention shown in Fig. 2b is 129.2 min of design axes 100 kN.

Tabela 4. Trwałości zmęczeniowe porównywanych w przykładzie wykonania konstrukcji nawierzchniTable 4. Fatigue endurance of the pavement structures compared in the example

Wariant pakietu warstw asfaltowychAsphalt layer package variant Trwałość ze względu na zmęczenie warstw asfaltowych, [liczba osi obi. 100 kN]Fatigue durability of asphalt layers, [number of axles 100 kN] tradycyjny traditional 64 330 000 64,330,000 wg. wynalazku according to the invention 129 226 600 129 226 600

Claims

1. The main substructure of a flexible road surface structure with high fatigue strength, characterized in that it is made of a mineral-asphalt mixture of the asphalt concrete type with a high stiffness modulus in the range from 11,000 MPa to 17,000 MPa, with the addition of dispersed reinforcement in the form of basalt fibers in the amount of 0.1% to 0.3% m/m, preferably from 0.15% to 0.25%, characterized by a length in the range from 16 mm to 32 mm, preferably 24 mm, a diameter from 10 pm to 50 pm, preferably < 0.03 mm, a density

PL 249102 Β1

2.55-2.75 Mg/ ^m3 and a melting point of more than 250°C, wherein the mineral-asphalt mixture intended for the execution of the main base course contains natural aggregates in the amount of 94.5% to 95.5% and water-foamed fluxed polymer asphalt in the amount of 4.5% to 5.5%, is produced at a temperature of 160°C, and the polymer asphalt used contains a styrene-butadiene-styrene triblock copolymer (SBS) as a polymer modifier in the amount of 2% w/w to 5% w/w in relation to the mass of the base asphalt binder, furthermore, the polymer asphalt uses a fluxant which is a product of oxidation of rapeseed oil fatty acid esters in the presence of a metal catalyst in the form of a cobalt salt and an organic peroxide in the form of cumene hydroperoxide, wherein the thickness of the base course is from 8 cm to 12 cm.