PL249108B1

PL249108B1 - Beton asfaltowy z emulsją asfaltową, cementem i modyfikatorami polimerowymi przeznaczony do warstwy wiążącej konstrukcji nawierzchni drogowej

Info

Publication number: PL249108B1
Application number: PL447714A
Authority: PL
Inventors: Przemysław Buczyński; Grzegorz Mazurek; Maciej KRASOWSKI; Maciej Krasowski
Original assignee: Politechnika Świętokrzyska
Priority date: 2024-02-07
Filing date: 2024-02-07
Publication date: 2026-03-02
Also published as: PL447714A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest beton asfaltowy z emulsją asfaltową, cementem i modyfikatorami polimerowymi, przeznaczony do warstwy wiążącej konstrukcji nawierzchni drogowej, zawierający w składzie mieszankę mineralną, emulsję asfaltową, cement portlandzki, proszek polimerowy, lateks karboksylo-styrenowo-butadienowy oraz wodę, który charakteryzuje się tym, że składa się z kruszywa naturalnego w ilości 88% -93%, korzystnie 91,5% wagowych, emulsji asfaltowej w ilości 3,3% - 10,0% wagowych, korzystnie 5%, cementu w ilość 0,5% - 2,25%, korzystnie 1,5% wagowych, modyfikatora polimerowego w postaci redyspergowalnego proszku polimerowego, będącego termoplastycznym kopolimerem polietylenu-co-octanu winylu w ilości 0,5% - 3,0%, korzystnie 2% wagowych w stosunku do wagi mieszanki, lateksu karboksylo-styrenowo-butadienowego w ilości 0,5% - 6,0%, korzystnie 4% wagowych w stosunku do wagi asfaltu, tak aby suma udziału procentowego poszczególnych składników w mieszance wynosiła 100%.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest beton asfaltowy z emulsją asfaltową, cementem i modyfikatorami polimerowymi (ACBE+CPB) przeznaczony do warstwy wiążącej konstrukcji nawierzchni drogowej, produkowany w technologii betonu asfaltowego z emulsją asfaltową ACBE (z ang. Asphalt Concrete with Bituminous Emulsion) produkowanej w technologii „na zimno” o poprawionych parametrach wytrzymałościowych przeznaczonych do warstwy wiążącej konstrukcyjnych nawierzchni drogowych.

Mieszanki mineralno-asfaltowe są powszechnie stosowane jako warstwy konstrukcyjne nawierzchni drogowych. Mieszanki mineralno-asfaltowe podzielić można pod względem temperatury produkcji. Wyróżnia się:

- mieszanki na gorąco - Hot mix asphalt, (HMA) - 150-180°C

- mieszanki na ciepło - Warm mix asphalt, (WMA) - 120-150°C

- mieszanki na pół-ciepło - Half-warm mix asphalt (H-WMA) - 60-100°C

- mieszanki na zimno - Cold mix asphalt, (CMA) - temperatura otoczenia.

Każdorazowe zmniejszenie temperatury produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej prowadzi do oszczędności finansowych. Mieszanka mineralno-asfaltowa na zimno (CMA) zapewnia szereg korzyści, które czynią ją obiecującą alternatywą dla mieszanek asfaltowych na gorąco i asfaltów na ciepło, w tym redukcję zarówno energii grzewczej, jak i emisji, a także dłuższy czas transportu i układania mieszanki. Jednakże wyzwania stojące przed procedurą projektowania ograniczają powszechne stosowanie CMA. Ma to również ogromny wpływ na ochronę środowiska. Znanych jest wiele sposobów wytwarzania mieszanki mineralno-asfaltowej o niższej temperaturze wbudowania, a do najczęstszych należą metody polegające na obniżeniu lepkości asfaltu przez zastosowanie wosków, środków chemicznych zwiększających adhezję do kruszywa czy też spienianie asfaltu.

Z publikacji opisu patentowego nr PL219042 znany jest sposób obniżenia temperatury produkcyjnej klasycznej mieszanki z betonu asfaltowego. Sposób polega na dodaniu do upłynnionego asfaltu syntetycznego wosku F-T (Fischera-Tropscha) w ilości 2,0-3,5% i po wymieszaniu poddaje się spienianiu, by następnie połączyć pianę asfaltową z mieszanką mineralną podgrzaną do temperatury nie wyższej niż 100°C. Zastosowanie wosku F-T pozwala na wytworzenie betonu asfaltowego w temperaturze o 50% niższej. Pozwala również na obniżenie temperatury wbudowania i zagęszczania mieszanki z 100-140°C do 60-80%.

Znany jest również sposób na obniżenie temperatury produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej z wykorzystaniem zeolitów. W publikacji opisu patentowego nr PL226803 przedstawiono sposób wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych o obniżonych temperaturach technologicznych. Proces oparty został na wykorzystaniu dodatku zeolitu syntetycznego o nazwie handlowej Aspha-Min. Środek ten dodawany jest w procesie produkcyjnym, na etapie dozowania lepiszcza asfaltowego, w ilości 0,3% w stosunku do masy mieszanki mineralno-asfaltowej, co obniża temperaturę produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej o 12°C.

Z polskiej publikacji zgłoszenia opisu patentowego nr P.426039 znany jest sposób wytwarzania i beton asfaltowy do wykonywania nawierzchni drogowych w niższej temperaturze wbudowywania. W rozwiązaniu tym do glinokrzemianu o strukturze heulandytu dodaje się perlit. Oba składniki mieszane są z wodą, a powstała mieszaninę w ilości 3-8% dodaje się do upłynnionego asfaltu. Osobno rozgrzewa się mieszankę mineralną do temperatury większej lub równej 120°C. Następnie dodawane jest lepiszcze a po otrzymaniu jednolitej mieszaniny odbywa się zagęszczanie w temperaturze 110-120°C.

Rozpatrując temperatury produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych należy zauważyć, że produkcja mieszanek na zimno jest najbardziej ekologiczna. W procesie produkcyjnym nie występuje podgrzewanie poszczególnych składników. Ze względu na temperaturę produkcji jako lepiszcze w mieszankach CMA stosuje się najczęściej emulsję asfaltową. Przykładem mieszanki produkowanej „na zimno” (CMA) jest mieszanka z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową ACBE.

Mieszanki mineralno-asfaltowe produkowane w technologii „na zimno” na szeroką skalę wykonywane są w krajach takich jak: Francja, Hiszpania, Włochy, Indie czy Stany Zjednoczone. Mieszanki te doceniane są za szybkie tempo wykonawstwa, dobre właściwości wytrzymałościowe w porównaniu z niskimi nakładami finansowymi. Nie cieszą się jednak dużym powodzeniem w Polsce. Spowodowane jest to dłuższym czasem, niż w mieszankach na gorąco, potrzebnym do uzyskania satysfakcjonujących parametrów wytrzymałościowych. W krajach takich jak Hiszpania czy Portugalia, klimat powoduje szybszy spadek wilgotności mieszanki produkowanej w oparciu o emulsję asfaltową. Polska położona jest w strefie klimatu umiarkowanego, co powoduje trudności z wykorzystaniem mieszanek mineralno-asfaltowych produkowanych na zimno. Niezbędne jest zatem poszukiwanie metody modyfikacji mieszanek CMA, w celu szybszego przyrostu właściwości wytrzymałościowych, poprawy odporności na oddziaływanie wody oraz podniesienia kohezji mieszanki bez podgrzewania lepiszcza. Poprawa właściwości mieszanek doprowadzić może do znacznych oszczędności w zakresie produkcji i wbudowania mieszanek. Zaowocuje to również w zakresie ochrony środowiska naturalnego.

W stanie techniki znane są róże rodzaje mieszanek mineralno-asfaltowych produkowanych w temperaturze otoczenia. Z publikacji opisu patentowego nr PL223945 znana jest mieszanka mineralno-organiczna, której skład pozwala na magazynowanie w workach oraz wbudowywanie w temperaturze powyżej 5°C. Zgodnie z wynalazkiem w skład mieszanki mineralno-organicznej wchodzą kruszywa mineralne w ilości 85-95% z wypełniaczem, lepiszcze asfaltowe w ilości 4,8%-15,0%. Wykorzystywane lepiszcze asfaltowe stanowi mieszaninę asfaltu drogowego 160/220, surowego oleju talowego, kationowego środka adhezyjnego oraz sproszkowanego tlenku żelaza o zawartości żelaza, co najmniej 40%. Produkcja mieszanki nie wymaga podgrzewania kruszywa mineralnego.

W polskiej publikacji zgłoszenia wynalazku nr. P.400926 przedstawiono mieszankę mineralno-organiczną, przeznaczoną głównie do naprawy nawierzchni drogowej sposobem „na zimno”, która składa się z kruszywa mineralnego w ilości 85-95%, lepiszcza asfaltowego fluksowanego olejem talowym z dodatkiem kationowego środka adhezyjnego w ilości 4,8-15,0%. Lepiszcze modyfikowane jest dodatkowo sproszkowanym tlenkiem żelaza w ilości 1,0-3,0% w stosunku do lepiszcza. W procesie wytwarzania zaleca się wykorzystanie kruszyw bazaltowych, asfaltu drogowego 160/220 oraz surowego oleju talowego w ilości 40-70% w stosunku do zawartości asfaltu.

Z polskiej publikacji opisu patentowego nr P.418114 znana jest mieszanka mineralno-emulsyjna do budowy dróg, złożona z kruszyw mineralnych o uziarnieniu 0/2, 0/4, 2/8, 8/11 w ilości sumarycznej 90%, wodę w ilości 3% oraz lepiszcze w postaci emulsji asfaltowej, która zawiera w swoim składzie wodny roztwór polimeru na bazie styrenu i butadienu w ilości 1-2% wagowo. Emulsja asfaltowa stanowi 7% składu gotowej mieszanki, przy czym lepiszcze zawiera asfalt drogowy 160/220 w ilości 60%, emulgator w ilości 1,6% oraz fazę wodną.

Z polskiej publikacji opisu patentowego nr P.427126 znana jest mieszanka mineralno-emulsyjna do warstwy ścieralnej stosowana przy budowie i utrzymaniu nawierzchni dróg. Mieszanka złożona jest z kruszywa mineralnego o ciągłym uziarnieniu, które stanowi 90% składu mieszanki, emulsji asfaltowej w ilości 8-9% oraz wody w ilości 1-2%. Sama emulsja asfaltowa składa się z asfaltu twardego 70/100 w ilości 58-62%, emulgatora w ilości 0,8%, modyfikatora w ilości 0,2-0,4% i wody w ilości około 39%. Podkreśla się korzystny efekt zastosowania substancji polyram L920 jako emulgatora. Proces wbudowania odbywa się w temperaturze otoczenia.

Jednym z typów mieszanek mineralno-asfaltowych jest beton asfaltowy. Wykorzystywany jest z powodzeniem w warstwach ścieralnych, wiążących i podbudowy, konstrukcji nawierzc hni drogowej dla wszystkich kategorii ruchu. Uziarnienie mieszanki jest ciągłe, a ziarna wzajemnie się klinują, przez co wolne przestrzenie między większymi ziarnami wypełniają ziarna mniejsze. Beton asfaltowy składa się głównie z kruszywa o ciągłej krzywej uziarnienia oraz lepiszcza asfaltowego w postaci asfaltu.

Mieszanka mineralna w betonach asfaltowych złożona jest z poszczególnych frakcji materiału mineralnego. Dla przykładu beton asfaltowy o oznaczeniu AC16 W komponowany jest z różnego rodzaju grysów o przykładowym składzie: 0/2, 2/5,6, 5,6/8, 8/11, 11/16. Oznacza to większą złożoność oraz większa dokładność w uziarnieniu mieszanki. Granice dobrego uziarnienia mieszanek są ściśle określona, a więc sam proces projektowania mieszanki mineralnej do produkcji betonu asfaltowego jest procesem złożonym i wymagającym znacznej uwagi. Precyzyjne projektowanie mieszani mineralnej w betonach asfaltowych jest niezbędne do uzyskania trwałej, szczelnej i wytrzymałej warstwy finalnego produktu, jakim jest na przykład warstwa więżąca konstrukcji nawierzchni drogowej.

W stanie techniki znana jest mieszanka mineralno-cementowa z emulsją asfaltową i modyfikatorem polimerowym (MCEP) przeznaczona do podbudów drogowych. Z opisu patentowego PL241557B1 znana jest mieszanka produkowana metodą „na zimno” w technologii głębokiego recyklingu na zimno. Technologia ta znajduje zastosowanie w wytwarzaniu podbudowy drogowej w momencie przebudowy lub remontu nawierzchni drogowej. Mieszanka składa się z destruktu asfaltowego, czyli materiału z rozbiórki istniejącej nawierzchni drogowej, kruszywa, emulsji asfaltowej, cementu oraz redyspergowalnego proszku polimerowego. Mieszanka z zastosowaniem modyfikatora polimerowego charakteryzuje się lepszymi właściwościami w zakresie odporności na działanie wody, a także wody i mrozu, w porównaniu z mieszanką przed modyfikacją. Przyrost odporności na szkodliwe działanie wody i mrozu, spowodowany jest zastosowaniem w mieszance cementu oraz proszku polimerowego.

Celem wynalazku jest opracowanie mieszanki do wykonania nawierzchni drogowej o podwyższonych parametrach eksploatacyjnych przy zastosowaniu technologii mieszanek mineralno-asfaltowych „na zimno”, to jest produkowanych w temperaturze otoczenia. Rozpatrywana jest mieszanka z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową zgodna z normą PN-EN 13108-31 tj. Mieszanki mineralno-asfaltowe; Wymagania; Część 31: Beton asfaltowy z emulsją asfaltową z zastosowaniem cementu oraz modyfikatorów polimerowych do warstwy wiążącej konstrukcji nawierzchni drogowej.

Beton asfaltowy z emulsją asfaltową, cementem i modyfikatorami polimerowymi przeznaczony do warstwy wiążącej konstrukcji nawierzchni drogowej, zawierający w składzie mieszankę mineralną, emulsję asfaltową, cement, proszek polimerowy, lateks karboksylo-styrenowo-butadienowy oraz wodę, charakteryzuje się tym, że składa się z kruszywa naturalnego w ilości 88-93%, korzystnie 91,5% wagowych, emulsji asfaltowej w ilości 3,3-10,0% wagowych, korzystnie 5%, cementu w ilość 0,5-2,25%, korzystnie 1,5% wagowych, modyfikatora polimerowego w postaci redyspergowalnego proszku polimerowego, będącego termoplastycznym kopolimerem polietylenu-co-octanu winylu w ilości 0,5-3,0% korzystnie 2% wagowych w stosunku do wagi mieszanki, lateksu karboksylo-styrenowo-butadienowego w ilości 0,5-6,0% korzystnie 4% wagowych w stosunku do wagi asfaltu, tak aby suma udziału procentowego poszczególnych składników w mieszance wynosiła 100%.

Rozwiązanie to korzystnie wpływa na uzyskanie lepszych parametrów jakościowych mieszanki mineralno-asfaltowej z emulsją asfaltową w porównaniu z tradycyjnym betonem asfaltowym z emulsją asfaltową. Poprawie ulega zawartość wolnych przestrzeni, nasiąkliwość, odporność na pośrednie rozciąganie, odporność na działanie wody i mrozu oraz moduł sztywności (Sm) badany metodą IT-CY. Rozpatrywana mieszanka ACBE+CPB znacznie różni się składem oraz zastosowaniem, w porównaniu z mieszanką opisywaną w opisie patentowym nr PL241557B1. Co najważniejsze mieszanka ACBE+CPB swoje zastosowanie znajduje w innym miejscu konstrukcji drogowej. Dedykowana jest ona do wykonywania warstwy wiążącej, której zadaniem jest rozłożenie naprężeń z warstwy ścieralnej oraz przekazanie ich na warstwę podbudowy. Grubość warstwy wiążącej jest zdecydowanie niższa niż warstwy podbudowy, przez co niezbędne jest świadome projektowanie trwałej warstwy konstrukcyjnej. Mieszanka mineralno-cementowo-emulsyjna (MCE) opisywana w opisie patentowym nr PL241557B1 jest mieszanką wytwarzaną z kruszywa mineralnego oraz z recyklingu. Jest to miejsce utylizacji materiałów zawierających składniki smołowe, których utylizacja może odbywać się jedynie metodą „na zimno”. W mieszankach MCE przykłada się mniejszą uwagę do uziarnienia, a niejednorodność składu jest zjawiskiem powszechnym. Zgodnie z Katalogiem Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych opracowanym w Katedrze Inżynierii Drogowej Politechniki Gdańskiej najgrubszą warstwą mieszanki MCE jest 20 cm dla ruchu KR3-4. Podczas gdy maksymalną grubością warstwy wiążącej jest 8 cm. Co bezpośrednio przekłada się na potrzebę uzyskania jednorodnej, szczelnej i wytrzymałej warstwy konstrukcyjnej.

Warstwa wiążąca wykonywana jest z mieszanek mineralno-asfaltowych, niemalże zawsze produkowana w technologii „na gorąco” lub „na ciepło”, to jest w przedziale temperatury 120-180°C. Przedstawiona technologia zastosowania mieszanki z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową i modyfikatorem polimerowym pozwala na wytworzenie trwałej warstwy wiążącej wytworzonej w technologii „na zimno”, to jest w temperaturze otoczenia, bez podgrzewania składników.

Warstwa wiążąca definiowana jest jako warstwa znajdująca się pomiędzy warstwą ścieralną a podbudową zasadniczą zapewniająca lepsze rozłożenie naprężeń od kół pojazdów i przekazywanie ich na podbudowę. Materiałami wykorzystywanymi do wykonywania warstwy wiążącej są mieszanki mineralno-asfaltowe.

W warstwie podbudowy wykorzystywane są:

- mieszanki mineralno-asfaltowe,

- mieszanki niezwiązane,

- mieszanki związane spoiwem hydraulicznym,

- mieszanki z recyklingu.

Przez co niezbędne jest poszukiwanie metody udoskonalania mieszanek stosowanych do warstwy wiążącej (mała ilość możliwości stosowanych materiałów w porównaniu z podbudową). Przykładem poszukiwania jest przedstawiony projekt. Zastosowanie mieszanki ACBE+CPB produkowanej w technologii „na zimno” do warstwy wiążącej.

PL 249108 Β1

Proces projektowania mieszanki rozpoczyna się od dobrania składu mieszanki. Mieszanka z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową składa się z następujących składników:

lepiszcze - emulsja asfaltowa - spełniająca wymagania przedstawione w normie EN 13808;

kruszywo mineralne - spełniające wymagania przedstawione w normie EN 13043;

- woda - spełniająca wymagania przedstawione w normie EN 1008;

- dodatki poprawiające właściwości mieszanki - do zadeklarowania.

Mieszanka mineralna spełniać musi dodatkowo deklarowane uziarnienie. Poniższa tabela 1. przedstawia wymagania dotyczące ogólnych granic uziarnienia docelowej mieszanki, które zostały określone w normie PN EN 13108-31.

Tabela 1

D	4	5(5,6)	8	11(11,2)	16	22 (22,4)	32(31,5)
Sito mm	Procentowo przechodzi przez sito
1,4 D	100	100	100	100	100	100	100
D	90 do 100	90 do 100	90 do 100	90 do 100	90 do 100	90 do 100	90 do 100
2	50 do 85	15 do 72	10 do 72	10 do 60	10 do 50	10 do 50	10 do 65
0,063	5,0 do 17,0	2,0 do 15,0	2,0 do 13,0	2,0 do 12,0	0 do 12,0	Odo 11,0	Odo 11,0

Minimalną zawartość asfaltu w mieszance może zostać określona w dokumentach związanych z wykonawstwem mieszanki. Powinna być ona określona z dokładności 0,1%. Udział w asfaltu w mieszance powinien wynosić 3,0-8,0% przy założeniu gęstości mieszanki mineralnej 2,65 Mg/m³.

Minimalna zawartość lepiszcza w mieszance określa się jako Bminx, gdzie x oznacza minimalną zawartość lepiszcza w mieszance mineralno-asfaltowej z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową.

Minimalną zawartość asfaltu w mieszance należy skorygować przez poniższy współczynnik a.

2,650 a =---P gdzie:

p - gęstość przyjętej mieszanki mineralnej, wyrażana w Mg/m³ ustalona 230 zgodnie z normą EN 1097-6. ¹

Wprowadzenie na etapie wytwarzania do składu betonu asfaltowego z emulsją asfaltową cementu, modyfikatora polimerowego i lateksu karboksylo-styrenowo-butadienowego, według wynalazku, wpływa korzystnie na właściwości fizyczne oraz mechaniczne mieszanki. W efekcie modyfikator oraz emulsja asfaltowa powoduje poprawę urabialności doprowadzając do spadku zawartości wolnych przestrzeni w stosunku do standardowej mieszanki. Dodatkowo w wyniku hydratacji cementu obserwowana jest poprawa parametrów fizykomechnicznych mieszanki, jak wytrzymałość na rozciąganie pośrednie, oraz przyrost wytrzymałości w czasie. Widoczny jest również wzrost wartości modułu sztywności w wysokich temperaturach w porównaniu z tradycyjną mieszanką z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową.

Do wykonania mieszanek z wykorzystano Cement Portlandzki popiołowy klasy II o wytrzymałości 42.5 MPa, z wysoką wytrzymałością wczesną „R”, określoną zgodnie z EN 197-1. Podstawowe właściwości użytego spoiwa hydraulicznego, przedstawiono poniżej w Tabeli 2.

Właściwość	Test	J.M.	Rezultat
Czas wiązania	EN 196-3 [68]	min	246
Wytrzymałość na ściskanie
po 2 dniach	EN 196-1 [69]	MPa	26.2
po 28 dniach		MPa	57.5
Stałość objętości	EN 196-3 [68]	mm	0.8
Powierzchnia właściwa	EN 196-6 [70]	cm2Ąi	4354

PL 249108 Β1

Zastosowany modyfikator polimerowy to termoplastyczny kopolimer EVA (polietylen-co-octanwinylu). Modyfikator dodawany jest w postaci białego proszku, który powstaje w wyniku odparowania wody z dyspersji polimerowej. Substancja wytwarzana jest w procesie suszenia rozpyłowego.

Skład chemiczny zastosowanego modyfikatora polimerowego przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2

Składnik_______________C_____________O_______Mg__________Si_______Ca________Al

Udział (%)67.67 29.13 0.52 1.65 0.75 0.29

Do wykonania mieszanek lateks karboksylo-styrenowo-butadienowy.

W poniższej Tabeli 3 podstawowe właściwości modyfikatora.

Tabela 3

Właściwości lateksu karboksylo-styrenowo-butadienowego

Właściwość	J.M.	Rezultat
Wygląd	[-]	Lepka ciecz barwy białej
Gęstość, 20“C	g/cm³	0,90 - 0,95
Lepkość dynamiczna	mPa s	50-2000
Kwasowość	PH	5,0 - 10,0
Zawartość substancji stałej	%	>60

Mieszanka z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową wytwarzana jest w temperaturze otoczenia jednak nie niższej niż 5°C. Kruszywo mineralne, bez podgrzewania, mieszane jest w urządzeniu typu wytwórnia mieszanek bitumicznych lub węzeł betoniarski. Urządzenia te wyposażone są w dozatory kruszywa w ilościach zadanych komputerowo. Zadana ilość kruszywa, zgodna z przyjętą receptą, każdej z frakcji dozowana jest automatycznie do komory mieszającej urządzenia. Naważanie odbywa się automatycznie (objętościowo). Następnie rozpoczynany jest proces mieszania kruszywa celem uzyskania jednorodnego szkieletu mineralnego. Kolejno dodawana jest woda celem wstępnego zwilżenia. Jednorodna mieszanka mineralna mieszana jest z wodą. Kolejno do komory mieszającej dodawany jest modyfikator polimerowy w formie redyspergowalnego proszku polimerowego, będący kopolimer polietylenu-co-octanu winylu oraz cement. Następnie ponownie uruchamiany jest proces mieszania zwilżonej mieszani mineralnej z proszkiem polimerowym i cementem. Po pełnym wymieszaniu dodawana jest emulsja asfaltowa oraz lateks karboksylo-styrenowo-butadienowy. Jednorodna mieszanka mineralna z proszkiem polimerowym i cementem zostaje wymieszana z emulsją asfaltową i lateksem karboksylo-styrenowo-butadienowym. Uzyskany w ten sposób materiał ładowany jest na skrzynie załadunkową samochodów samowyładowczych i dostarczany na budowę. Następnie układany jest układarką samojezdną i zagęszczany walcami drogowymi. Cały proces wykonywany może być w mobilnych wytwórniach mieszanek mineralno-asfaltowych, bądź odpowiednio przygotowanych węzłów betoniarskich. W związku z tym mieszanka może być produkowana w niewielkich odległościach od docelowego miejsca wbudowania, co znacznie wpływa na czas wykonywania danej warstwy, zmniejsza koszty oraz ogranicza zanieczyszczenie środowiska.

Przykład wykonania

W przykładzie wykonana została mieszanka z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową i modyfikatorem polimerowym, przeznaczona do warstw konstrukcyjnych nawierzchni drogowej z następujących składników: kruszywa mineralnego w ilości 91,50%, emulsji asfaltowej wolnorozpadowej C60B10 R w ilości 5,0%, cementu w ilości 1,5%, modyfikatora polimerowego w postaci proszku polimerowego, jakim jest termoplastyczny kopolimer polietylenu-co-octanu winylu w ilości 2% oraz lateks karboksylo-styrenowo-butadienowy w ilości 4% wagowych w stosunku do wagi asfaltu. Skład dodatków przedstawiono w tabelach 2-4.

W ramach badań nad mieszanką, będącą przedmiotem wynalazku, wykonano mieszankę z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową, cementem, modyfikatorem polimerowym w formie proszku oraz lateksu. Proces produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową przebiega w sposób następujący. Przygotowaną mieszankę mineralną poddaje się procesowi mieszania do uzyskania jednorodnego szkieletu mineralnego, następnie dodaje się wodę do uzyskania wilgotności optymalnej, i całość miesza do jednorodnego pokrycia ziaren kruszywa wodą. Kolejnym krokiem jest dodanie do wilgotnej mieszanki mineralnej modyfikatora polimerowego w formie redyspergowalnego proszku polimerowego, będącego termoplastycznym kopolimerem polietylenu-co-octanu winylu

PL 249108 Β1 oraz cementu. Całość miesza się do momentu uzyskania jednorodnej mieszanki. Do powstałej mieszanki dodaje się asfalt w formie emulsji asfaltowej w temperaturze otoczenia, bez podgrzewania oraz lateks karboksylo-styrenowo-butadienowy. Materiał miesza się do uzyskania jednorodnej mieszanki mineralnej jednorodnie pokrytej emulsją asfaltową. W wyniku mieszania kruszywa mineralnego, z dodatkiem modyfikatora polimerowego, cementu, z emulsją asfaltową i modyfikatorem dochodzi do rozpadu emulsji asfaltowej na wodę oraz asfalt. Woda poprawia zagęszczanie mieszanki, w wyniku którego wyciskana jest z wolnych przestrzeni w mieszance. Asfalt otacza ziarna kruszywa tworząc szczelną strukturę mieszanki, spajając szkielet mineralny zapewnia kohezję mieszanki betonu asfaltowego z emulsją asfaltową.

Następnie wykonano próbki w warunkach laboratoryjnych. Zgodnie z zapisami normy PN-EN 13108-31 tj. Mieszanki mineralno-asfaltowe; Wymagania; Część 31: Beton asfaltowy z emulsją asfaltową próbki zagęszczono w formach Marshalla 0 100 mm na prasie hydraulicznej zgodnie z normą EN 12697-56, przy zachowaniu energii zagęszczania równej 11,9 MPa/300 s. Wysokość docelowa próbki musi być równa 62,5 mm ±5%. Próbki przechowuje się na płaskiej, perforowanej powierzchni, w temperaturze +20°C ±5°C do momentu badania.

Po wykonaniu próbek przeprowadzono badania sprawdzające następujące parametry mieszanki: - zawartość wolnych przestrzeni - Vm [%],

- odporność na pośrednie rozciąganie - ITSdry [kPa], moduł sztywności w rozciąganiu pośrednim metodą IT-CY - Sm [MPa].

W związku ze zmianą parametrów mieszanki, wraz ze spadkiem wilgotności badanie odporności na rozciąganie pośrednie ITSdry wykonano po 7, 28 dniach od zagęszczenia mieszanki.

Poniższa tabela 4 zawiera przykładowe zestawienie zbadanych parametrów dla mieszanki z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową ACBE, betonu asfaltowego z emulsją asfaltową i cementem ACBE+C, kolejno betonu asfaltowego z emulsją asfaltową, cementem i proszkiem polimerowym ACBE+CP oraz betonu asfaltowego z emulsją asfaltową, cementem, proszkiem polimerowym i lateksem karboksylo-styrenowo-butadienowym o oznaczeniu ACBE+CPB.

Tabela 4

Mieszanka	A3C0B0P0	A3C1.5B0P0	A3C1.5B0P2	A3C1.5B4P2
TYP	ACBE	ACBE+C	ACBE+CP	ACBE+CPB
Vm [%]	15,0	15,9	17,8	12,8
ITS™v [kPa] - 7 dni od wykonania	294,42	250,70	278,65	399,05
ITSdr/ [kPa]-28 dni od wykonania	349,70	351,99	559,28	682,22
Sm [MPa] - badanie w temperaturze 13°C	4201,7	4093,0	7451,75	7872,25

Zastosowanie w mieszance kombinacji modyfikatorów wpływa korzystnie na urabialność, co w konsekwencji wpływa na niski poziom zawartości wolnych przestrzeni. Mieszanka z betonu asfaltowego z emulsją asfaltową ACBE charakteryzuje się zawartością wolnych przestrzeni równą 15%. Dodanie do mieszanki cementu w ilości 1,5% prowadzi do wzrostu analizowanego parametru. Mieszanka ACBE+C charakteryzuje się zawartością wolnych przestrzeni wynoszącą 15,9%. Wykorzystanie modyfikatora polimerowego w postaci redyspergowalnego proszku polimerowego prowadzi do wzrostu poziomu zawartości wolnych przestrzeni. Wartość analizowanego parametru wynosi 17,8%. Dodanie do mieszanki lateksu karboksylo-styrenowo-butadienowego prowadzi do zmniejszenia poziomu zawartości wolnych przestrzeni. Zastosowanie modyfikatora powoduje zmniejszenie parametru do wartości 12,8%, co jest najkorzystniejszym z analizowanych wyników.

Niezwykle ważnym parametrem jest odporność na pośrednie rozciąganie. Badanie ITS wykonywane było po 7 oraz 28 dniach od wykonania mieszanki. Po 7 dniach od wykonania klasyczna mieszanka ACBE charakteryzuje się wartością odporności wynoszącą 294,42 kPa. Dodanie cementu do mieszanki prowadzi do spadku odporności. Mieszanka ACBE+C charakteryzuje się odpornością wynoszącą 250,70 kPa, co oznacza nieznaczny spadek odporności w porównaniu z klasycznym rozwiązaniem. Dodanie do mieszanki proszku polimerowego prowadzi do wzrostu odporności w porównaniu z mieszanką z dodatkiem cementu, jednak odporność jest niższa niż w klasycznej mieszance i wynosi

278,65 kPa. Najkorzystniejszy wynik odnotowano dla mieszanki zawierającej w składzie cement, redyspergowalny proszek polimerowy oraz lateks karboksylo-styrenowo-butadienowy, o oznaczeniu ACBE+CPB. Odporność mieszanki na pośrednie rozciąganie po 7 dniach od wykonania wynosi 399,05 kPa, co jest wynikiem najkorzystniejszym spośród analizowanych.

Powtórzone badanie odporności na rozciąganie pośrednie po 28 dniach dało podobny efekt. Mieszanka ACBE charakteryzuje się odpornością w rozciąganiu pośrednim wynoszącą 349,70 kPa. Dodanie cementu powoduje nieznaczny wzrost odporności. Mieszanka ACBE+C charakteryzuje się odpornością wynoszącą 351,99 kPa. Dodanie do mieszanki redyspergowalnego proszku polimerowego prowadzi do znacznego wzrostu odporności w rozciąganiu pośrednim. Mieszanka ACBE+CP charakteryzuje się odpornością wynoszącą 559,28 kPa. Ponownie znaczny wzrost odporności odnotowano po dodaniu lateksu karboksylo-styrenowo-butadienowego. Mieszanka ACBE+CPB charakteryzuje się najwyższą odpornością, wynoszącą 682,22 kPa.

Wykonano badanie modułu sztywności w rozciąganiu pośrednim metodą IT-CY w temperaturze 13°C. Klasyczna mieszanka ACBE charakteryzuje się modułem sztywności wynoszącym 4201,7 MPa. Zastosowanie dodatku cementu w ilości 1,5% nieznacznie zmniejsza analizowany parametr, a mieszanka ACBE+C charakteryzuje się modułem wynoszącym 4093,0 MPa. Zastosowanie redyspergowalnego proszku polimerowego powoduje wzrost wartość modułu sztywności. Dla mieszanki ACBE+CP odnotowano moduł sztywności wynoszący 7451,75 MPa. Zastosowanie dodatku w postaci lateksu karboksylo-styrenowo-butadienowego wpływa najbardziej korzystnie na właściwości mieszanki. Analizowana kompozycja ACBE+CPB charakteryzuje się najbardziej korzystną wartością modułu sztywności wynoszącą 7872,25 MPa.

Claims

1. Beton asfaltowy z emulsją asfaltową, cementem i modyfikatorami polimerowymi przeznaczony do warstwy wiążącej konstrukcji nawierzchni drogowej, zawierający w składzie mieszankę mineralną, emulsję asfaltową, cement portlandzki, proszek polimerowy, lateks karboksylo-styrenowo-butadienowy oraz wodę, znamienny tym, że składa się z kruszywa naturalnego w ilości 88-93%, korzystnie 91,5% wagowych, emulsji asfaltowej w ilości 3,3-10,0% wagowych, korzystnie 5%, cementu w ilość 0,5-2,25%, korzystnie 1,5% wagowych, modyfikatora polimerowego w postaci redyspergowalnego proszku polimerowego, będącego termoplastycznym kopolimerem polietylenu-co-octanu winylu w ilości 0,5-3,0%, korzystnie 2% wagowych w stosunku do wagi mieszanki, lateksu karboksylo-styrenowo-butadienowego w ilości 0,5-6,0%, korzystnie 4% wagowych w stosunku do wagi asfaltu, tak aby suma udziału procentowego poszczególnych składników w mieszance wynosiła 100%.