1

LEPISZCZA

LEPISZCZA

BITUMICZNE

KLASYFIKACJA LEPISZCZY

ASFALTY

SMOŁOWE

LEPISZCZA WĘGLOWODOROWE

JEZIORNE

SKALNE

NATURALNE

DROGOWE

PRZEMYSŁOWE

UPŁYNNIONE

PONAFTOWE

SMOŁA

SMOŁOWO-ASFALTOWE

2

FLOKSOWANE

EMULSJE ASFALTOWE

MODYFIKOWANE

EMULSJE ASFALTOWE

MODYFIKOWANE

2

ROPA NAFTOWA

3

PRODUKCJA ASFALTÓW

4

3

BUDOWA ASFALTÓW (3)

8,3

14,6

19,1

100%

48,9

38,7

30,8

30,8

36,3

41,6

20%

40%

60%

80%

asfalteny
aromaty polarne
nafteno-aromaty
nasycone

5

Penetracja

90

90

90

Lepkość (60°C)

140

210

340

PiK

45

46

50

12

10,4

8,5

0%

SKŁAD ASFALTÓW

• Skład chemiczny:

• Metale

Skład chemiczny:

– C - 82

÷88%

– H - 8

÷15%

– S - 0

÷7%

– O - 0

÷3%

– N - 0

÷1%

Metale

– V - 0,22%
– Ni - 0,12%
– Fe - 0,11%
– Ca - 0,05%

6

4

FORMY WYSTĘPOWANIA

ASFALTÓW

• zwykłe asfalty drogowe

• zwykłe asfalty drogowe
• emulsje asfaltowe
• asfalty upłynnione
• asfalty modyfikowane (elastomerem,

plastomerem)

7

plastomerem)

8

5

KLASYFIKACJA ASFALTÓW

DROGOWYCH

PN-65/C-96170

D300 D200 D100

D70

D50

D35

D20

Penetracja

270

÷ 180÷

90

÷

65

÷

45

÷

30

÷

15

÷

Penetracja

270

330

180

220

90

110

65

85

45

60

30

40

15

25

Temp. łamliwości

-18

-15

-7

-7

-6

-4

-1

Temp. mięknienia

25

÷

40

33

÷

45

38

÷

52

40

÷

55

42

÷

57

50

÷

65

56

÷

71

Temperatura zapłonu

200

220

220

220

220

220

220

Ciągliwość, 25°C

100

100

100

100

100

50

40

9

Odparowalność

2

1,5

1

1

1

1

1

Po odparowaniu w cienkiej warstwie

Spadek penetracji

40

40

40

40

40

40

40

Ciągliwość, 25°C

60

60

50

50

50

25

20

Temp. łamliwości

-15

-12

-7

-5

-4

-2

+1

NOWA KLASYFIKACJA

ASFALTÓW DROGOWYCH

10

6

BADANIA ASFALTÓW

• Gęstość

• Zawartość parafiny

Gęstość

• Penetracja
• Temperatura

mięknienia

• Ciągliwość
• Temperatura łamliwości

Zawartość parafiny

• Lepkość
• Wygrzewanie
• Jednorodność
• Moduł sztywności
• Badania reologiczne

11

• Temperatura zapłonu
• Temperatura palenia

g

PENETRACJA

Głębokość na jaką

zagłębi się igła

zagłębi się igła
penetracyjna

• obciążenie 100 g,
• temperatura 25°C,
• czas 5 s
• jednostka

12

penetracji
0,1 mm

7

WRAŻLIWOŚĆ TERMICZNA

Penetracja, 0.1 mm

średni

niska

13

Temperatura

25°C

wysoka

INDEKS PENETRACJI

PI

PI = (200-500A) / (1+50A)

A = {log[Pen(T1)] - log[Pen(T2)] } / (T1-T2)

• Pen(T) – penetracja w temperaturze T

14

Pen(T) penetracja w temperaturze T

• PI < -2.0 – duża wrażliwość
• najczęściej –1.0 to +1.0

8

TEMPERATURA MIĘKNIENIA

METODĄ „PIERŚCIEŃ I KULA”

Umowna temperatura

p

przejścia asfaltu ze stanu
lepko-sprężystego w stan
płynny

• Temperatura, przy której

asfalt umieszczony w
pierścieniu dotknie
podstawy aparatu pod

15

ciężarem kulki

• Prędkość przyrostu

temperatury 5°C/min

• Pen (T

PiK

) = 800 j.pen.

TEMPERATURA ŁAMLIWOŚCI

WG FRAASSA

Umowna temperatura przejścia

asfaltu ze stanu

lepkosprężystego w stan

lepkosprężystego w stan

kruchy (sprężysty)

• Na płytkę stalową 41

×20 mm

nanieść 0,4 g asfaltu

• Płytkę umieścić w aparacie i

wyginać do długości 36,5 mm

• Prędkość oziębiania 1°C/min
• Zginanie przeprowadza się co

16

Zginanie przeprowadza się co

1 min

• Pojawienie się rysy lub

pęknięcia oznacza

temperaturę łamliwości

• Pen (T

Fraassa

) = 1,25

÷1,5 j.pen.

9

CIĄGLIWOŚĆ

Długość próbki asfaltu w

chwili jej zerwania

• Temperatura 25°C, 15°C, ...
• Prędkość rozciągania

υ=5 cm/min dla t≥25°C
υ=0,5 cm/min dla t≤25°C

17

18

10

TEMPERATURA ZAPŁONU

WG MARCUSSONA

Najniższa temperatura, przy której

j

p

, p y

j

asfalt wydziela ilość pary

wystarczającą do wytworzenia z

powietrzem mieszaniny zapalającej

się przy zbliżeniu płomienia

• Szybkość ogrzewania 3

÷4°C/min

• Co 1

°C zbliżamy płomień palnika

• Temperatura przy której pary zapalą

19

Temperatura przy której pary zapalą

się z lekkim wybuchem jest

temperaturą zapłonu

PARAFINA

Parafiny powszechnie uważa się za szkodliwe:

– wzrost wrażliwości temperaturowej
– zmniejszenie ciągliwości
– zmniejszenie przyczepności do kruszyw

zmniejszenie przyczepności do kruszyw

– występowanie spękań nawierzchni (w niskich temperaturach)
– trudności przy zagęszczaniu,
– mniejsza odporność na deformacje.

• Postacie: krystaliczna, bezpostaciowa (rozproszona)
• Zazwyczaj podaje się wymóg <2%
• Różnice oznaczeń między różnymi metodami są 3-

20

ę y

y

ą

krotne

11

LEPKOŚĆ

LEPKOŚĆ DYNAMICZNA (dla cieczy w ruchu) – siła

LEPKOŚĆ DYNAMICZNA (dla cieczy w ruchu) siła

potrzebna do pokonania tarcia wewnętrznego cieczy
powstającego przy przesuwaniu względem siebie
dwóch warstw cieczy o powierzchni A, odległych od
siebie o dx, z prędkością d

υ [Pa•s = 10

1

P (puaz)]

dx

dυ

A

F

η

=

21

• LEPKOŚĆ KINEMATYCZNA – iloraz lepkości

dynamicznej i gęstości cieczy [m

2

/s = 10

4

St (stokes)]

dx

A

LEPKOŚĆ DYNAMICZNA

22

12

LEPKOŚĆ (1)

23

LEPKOŚĆ KINEMATYCZNA

24

13

LEPKOŚCIOMIERZ

KAPILARNY

• Mierzy się czas

• Mierzy się czas

wypełnienia rurki
kapilarnej, pomiędzy
2 zaznaczonymi
punktami

•

η = t × stała kapilary

25

η t × stała kapilary

LEPKOŚĆ KINEMATYCZNA (1)

26

14

KARTA JAKOŚCI ASFALTU

BTDC

27

28

Zagęszczanie – max.30 Pa*s Mieszanie – 0,2 Pa*s

15

STARZENIE ASFALTÓW

Proces powodujący twardnienie asfaltów -

Proces powodujący twardnienie asfaltów -

zwiększenie ich lepkości i zmniejszenie
ich elastyczności w danej temperaturze.

Twardnienie asfaltu jest wynikiem redukcji

ilości związków o mniejszej masie
cząsteczkowej i wzrostu ilości związków o

29

cząsteczkowej i wzrostu ilości związków o
dużej masie cząsteczkowej, głównie
asfaltenów.

CZYNNIKI POWODUJĄCE

STARZENIE

• wysoka temperatura,
• promieniowanie UV,
• utlenianie.
• Największa część zmian zachodzi w

30

• Największa część zmian zachodzi w

procesie produkcji i wbudowania
mieszanek mineralno-asfaltowych.

16

STARZENIE (1)

31

STARZENIE (2)

32

17

STARZENIE (3)

• W grubej warstwie

g

j

• W cienkiej warstwie TFOT
• W cienkiej wirującej warstwie

RTFOT

• Warunki badania BN-70/0537-

04:

– 5 godzin, 163°C, 50 cm

3

, 3

mm

33

mm

– suszarka z obrotowym

talerzem i wymuszonym

przepływem powietrza

• Określa się ubytek masy oraz

zmiany podstawowych

parametrów asfaltu

STARZENIE TFOT

34

18

PAV – Pressure Aging Vessel

Po RTFOT

P 2 07 MP

20

d

90 100 l b 110°C

P=2,07 MPa - 20 godz. - 90, 100 lub 110°C

Symulacja – 7-10 lat

35

36

19

MODUŁ SZTYWNOŚCI

• Służy do wyznaczania

σ

E

• Służy do wyznaczania

sztywności mas bitumicznych i
nośności nawierzchni

• Jest miarą wrażliwości

temperaturowej

• Jest miarą zachowań

l i

h

ε

σ

E

=

t)

ε(T,

σ

t)

S(T,

=

37

reologicznych

)

( ,

NOMOGRAM VAN DER

POELA

38

20

ADHEZJA

39

PRZYCZEPNOŚĆ BIERNA

• PN-84/B-06714-22

PN 84/B 06714 22

– kruszywo 4/6,3; 6,3/10 lub 10/12,5 otoczyć bitumem w ilości

2,5

÷3%

– próbki MMA ostudzone do temperatury pokojowej zalać wodą

destylowaną i gotować 3 minuty

– wynik ocenia się wzrokowo pod lupą – procent odmytej

powierzchni kruszywa

METODA LCPC

40

• METODA LCPC

– kruszywo otoczone asfaltem przechowuje się w wodzie

destylowanej w temperaturze 40°C w ciągu 24 godzin

– ocena – j.w.

21

ŚRODKI POPRAWIAJĄCE

ADHEZJĘ

• Dodatki kationowe: aminy tłuszczowe Są bardziej

Dodatki kationowe: aminy tłuszczowe. Są bardziej
uniwersalne i efektywne.

• Dodatki anionowe: sole tłuszczowe sodu lub potasu

(mydła).

• Wapno hydratyzowane

41

• Można je dozować do asfaltów jak i do kruszyw

(lepsze efekty, mniejsze zużycie).

REOLOGIA ASFALTÓW

42

22

KONSYSTENCJA

43

REOLOGIA ASFALTÓW

MODEL BURGERSA

CYKL REAKCJI W
MODELU BURGERSA

44

23

WŁAŚCIWOŚCI LEPKO-

SPRĘŻYSTE

45

46

24

ASFALTY MODYFIKOWANE

• Modyfikatory:

Modyfikatory:

– Elastomery
– Plastomery
– Kompozyty elastomer + plastomer

• Najczęściej stosowane są elastomery SBS

(styren-butadien-styren) o budowie liniowej

• Butadien nadaje sprężystość i ciągliwość

47

• Butadien nadaje sprężystość i ciągliwość
• Styren zwiększa odporność termiczną: lepkość, PiK
• Przestrzenna sieć tworzy się w temperaturze około

100°C

ASFALTY MODYFIKOWANE 4

48

25

ASFALTY MODYFIKOWANE

49

Zwiększona kohezja i nawrót sprężysty asfaltu modyfikowanego

KLASYFIKACJA ASFALTÓW

MODYFIKOWANYCH

• Klasyfikacja TWT PAD 97:

• Klasyfikacja TWT-PAD-97:

– ze względu na penetrację:

• DE 30, DE 80, DE 150, DE 250

– ze względu na temperaturę mięknienia (dodatek

modyfikatora)

• A, B, C

50

26

CEL MODYFIKACJI

ASFALTÓW

•

wydłużenie okresu eksploatacji nawierzchni drogowej;

y

p

j

g

j;

•

poprawa właściwości użytkowych asfaltu i mieszanki

mineralno – asfaltowej, tak aby spełniała wymagania
odporności na:

deformacje trwałe lepkosprężyste

51

pękanie temperaturowe
zmęczenie
starzenie
działanie zewnętrznych czynników destrukcyjnych

Podstawowe modyfikatory

(1)

•

Elastomery (polimery termoplastyczne):

52

rożne postaci elastomerów

27

KORZYŚCI ZE STOSOWANIA

ELASTOMEROASFALTÓW (1)

•

większy przedział plastyczności

53

efekt:

-

większa odporność na kloleinowanie w lecie i spękania w zimie

KORZYŚCI ZE STOSOWANIA

ELASTOMEROASFALTÓW (2)

•

sprężystość (nawrót sprężysty) – zwiększa się:

wytrzymałość zmęczeniowa

y y

ę

odporność na spękania
odporność na koleinowanie

54

28

KORZYŚCI ZE STOSOWANIA

ELASTOMEROASFALTÓW (3)

•

większa odporność na kolienowanie

•

większa odporność na kolienowanie

55

KORZYŚCI ZE STOSOWANIA

ELASTOMEROASFALTÓW (4)

56

29

KORZYŚCI ZE STOSOWANIA

ELASTOMEROASFALTÓW (5)

•

lepsza adhezja do kruszyw

p

j

y

•

dobra ciągliwość (+sprężystość)

•

zwiększona lepkość (+wyższa T

PiK

)

57

WŁAŚCIWOŚCI ASFALTÓW

WYNIKAJĄCE Z MODYFIKACJI

PLASTOMERAMI (1)

•

modyfikacja kopolimerem etylenu PE:

modyfikacja kopolimerem etylenu PE:

–

zmniejszenie penetracji;

–

wzrost T

PiK

;

–

zmniejszenie wrażliwości temperaturowej;

•

modyfikacja kopolimerem PIB:

–

zmniejszenie kruchości asfaltu w niskiej temperaturze;

58

–

zmniejszenie kruchości asfaltu w niskiej temperaturze;

•

modyfikacja kopolimerem EVA:

–

lepsze właściwości lepiszcza w podwyższonych temperaturach
użytkowych;

–

zmniejszenie wrażliwości temperaturowej;

30

Właściwości asfaltów wynikające

z modyfikacji plastomerami (2)

•

modyfikacja mieszaniną PIB i EVA

:

–

lepiszcze o polepszonych właściwościach w
niskich i wysokich temperaturach

:

wzrost T

PiK

59

PiK

obniżenie temperatury łamliwości

rozszerzenie zakresu plastyczności

MIESZANINY ELASTOMERÓW

I PLASTOMERÓW

•

mieszaniny plastomerów i elastomerów (głównie
EVA + SBS):

- do MMA na warstwy ścieralne, gdzie wymagana jest wysoka

odporność na koleinowanie i spękania;

- poprawa cech technicznych lepiszczy drogowych ale również

względy ekonomiczne

60

31

WYKAZ PRODUCENTÓW

POLIMEROASFALTÓW W POLSCE

Producent

Miejsce
produkcji

Rodzaj
polimeroa.

Nazwa
handlowa

Rafineria
Gdańska

Gdańsk elastomeroasfalt

Modbit

(Elastobit)

BP Bitumen
Poland

Ścinawa

elastomeroasfalt

Olexobit

PKN Orlen

Płock

elastomeroasfalt

Orbiton

Rafineria

T

bi i

l t

f lt

El t f lt RT

61

Rafineria
Trzebinia

Trzebinia

elastomeroasfalt

Elastofalt RT

INCO Veritas

Warszawa

elastomeroasfalt

Incobit B

PL Bitunova

Bierawa

elastomeroasfalt

PmA PL-Bitunowa

ASFALTY UPŁYNNIONE

• Produkuje się z asfaltu i lżejszych węglowodorów:

– asfalt+benzyna – AU szybkowiążący

f lt+

ft

AU ś d i

i ż

– asfalt+nafta – AU średniowiążący
– asfalt+oleje – AU wolnowiążący

• Przez dobór dodatku oraz proporcje można otrzymać

asfalt upłynniony o pożądanej lepkości

• Stosuje się aby uprościć technologię, nie wymaga

podgrzewania na budowie, jest bezpieczniejszy

• PN-70/C-96171 Asfalt upłynniony AUG do stabilizacji

62

PN 70/C 96171 Asfalt upłynniony AUG do stabilizacji

gruntów

• PN-74/C-96173 Asfalt upłynniony AUN do

nawierzchni drogowych

– AUN 250/400
– AUN 10/15

32

EMULSJE ASFALTOWE

• BN-71/6771-02, EmA-94
• Cząsteczki asfaltu (0,1

÷5 μm) rozproszone w wodzie

ą

(

μ )

p

• Rodzaje: anionowa (zasadowe)

kationowa (kwaśne)

• Rodzaje 2:szybkorozpadowe S

do 5 min

średniorozpadowe ŚR

5 min

÷ 5 h

wolnorozpadowe W

5 h

÷ 24 h

nadstabilne

≥24 h

63

nadstabilne

≥24 h

• Skład:

woda 30

÷50%

asfalt ~D200 50

÷70%

emulgator

0,4

÷1%

EMULSJE ASFALTOWE 2

• Produkowane w młynkach koloidalnych. Składniki

są przepuszczane przez wąską szczelinę (0,1

÷0,3

mm) z rotorem (1400

÷7000 obrotów/min)

64

33

EMULSJE ASFALTOWE 3

• Emulgator:

• Emulgator:

– zmniejszenie napięcia międzyfazowego –

umożliwienie wymieszania cieczy niemieszalnych

– zapewnienie stabilności
– współdziałanie przy wytrącaniu asfaltu na ziarnach

kruszywa

65

• Rodzaje emulgatorów:

– związki kwasów tłuszczowych
– sole aminowe

BADANIA EMULSJI

• zawartość wody (asfaltu) -

destylacja, suszarka

• lepkość (wg Englera i BTA)
• jednorodność - pozostałość na sicie 0,63 i 0,16 mm –

przesiew na

jednorodność pozostałość na sicie 0,63 i 0,16 mm

przesiew na

mokro

• kwasowość (pH) –

papierkiem wskaźnikowym

• sedymentacja
• czas rozpadu
• przyczepność
• trwałość –

wszystkie badania po 3 miesiącach (jednorodność 28 dni)

• odporność na wstrząsy

66

p

ą y

• odporność na niskie temperatury
• rozcieńczalność wodą
• indeks rozpadu
• kohezja

- metoda Vialit w temperaturze -15°C i 60°C

• stabilność na cemencie -

emulsje nadstabilne

34

WYMAGANIA DLA EMULSJI

67

WYMAGANIA DLA EMULSJI

MODYFIKOWANYCH

68