X L V I I I K O N F E R E N C J A N AU K O W A
KOMITETU INŻ YNIERII LĄ DOWEJ I WODNEJ PAN
I KOMITETU NAUKI PZITB
Opole – Krynica
2002
Irena GAWEŁ
1
Katarzyna BAGIŃ SKA
2
BADANIA PROCESU STARZENIA ASFALTU DROGOWEGO
1. Wstę p
Zmiany, jakie zachodzą z czasem w składzie i strukturze chemicznej asfaltu, prowadzące do
zwię kszenia jego twardości i kruchości, nazywamy starzeniem. Rozró ż niamy starzenie
kró tkotrwałe, podczas przygotowywania, transportu i układania mieszanki mineralno-
asfaltowej (starzenie technologiczne) oraz starzenie długotrwałe, któ re ma miejsce podczas
eksploatacji nawierzchni (starzenie eksploatacyjne).
Starzenie jest procesem złoż onym. Zależ y ono zaró wno od rodzaju asfaltu, materiału
mineralnego i typu mieszanki mineralno-asfaltowej, jak i od czynnikó w zewnę trznych.
Istnieje kilka czynnikó w, któ re powodują twardnienie asfaltu prowadzące do szybszego
zniszczenia nawierzchni. Najważ niejszą rolę w procesie starzenia asfaltu odgrywają reakcje
jego składnikó w z tlenem powietrza. Reakcje asfaltu z tlenem są poprzedzone jego dyfuzją
do składnikó w asfaltu. Podwyż szona temperatura ułatwia dyfuzję . W miarę wydłuż enia
czasu starzenia dyfuzja tlenu do lepiszcza zmniejsza się wskutek zwię kszenia jego lepkości.
Ze zwię kszeniem grubości warstwy dyfuzja tlenu staje się trudniejsza. Twardnienie asfaltu
spowodowane reakcją jego składnikó w z tlenem zależ y przede wszystkim od składu i
struktury chemicznej asfaltu śwież ego. Wraż liwość asfaltu na starzenie jest zró ż nicowana, w
zależ ności od jego pochodzenia i technologii produkcji. Najbardziej wraż liwe na utlenianie
są w asfalcie siarczki alkilowe i wę giel benzylowy, dlatego asfalty o wię kszej zawartości
siarczkó w oraz wę glowodoró w aromatycznych z bocznymi łańcuchami są bardziej podatne
na starzenie. Poznanie podatności asfaltó w na starzenie bę dzie pomocne w przewidywaniu
ich zachowania w nawierzchni.
Badania prezentowane w niniejszej pracy prowadzone były w kilku kierunkach.
Głó wnym ich celem było poznanie zmian, jakie zachodzą w składzie i strukturze chemicznej
oraz właściwościach asfaltó w podczas przygotowywania mieszanki mineralno-asfaltowej
oraz w czasie jej eksploatacji w nawierzchni. Pró by symulacji starzenia asfaltó w w
laboratorium i analiza zmian, jakie zaszły podczas tego procesu, miały na celu ocenę
podatności ró ż nych typó w chemicznych i rodzajó w asfaltó w na starzenie spowodowane
1
Dr hab. inż ., prof. nadzw., Politechnika Wrocławska, Instytut Chemii i Technologii Nafty
i Wę gla
2
Dr inż ., Politechnika Wrocławska, Instytut Chemii i Technologii Nafty i Wę gla
210
działaniem tlenu powietrza w podwyż szonej temperaturze, a takż e wyznaczenie czasu
starzenia w laboratorium odpowiadającego starzeniu w otaczarni. Podję to pró by opó źnienia
procesu starzenia poprzez dodatek substancji spełniających rolę inhibitoró w starzenia. Celem
pracy było ró wnież zbadanie podatności asfaltó w na biodegradację .
2. Czę ść doświadczalna i omó wienie wynikó w
2.1. Materiał do badań
Materiał do badań stanowiły asfalty drogowe dwó ch rodzajó w (D70 i D50) oraz dwó ch
zró ż nicowanych typó w chemicznych, a mianowicie parafinowo-naftenowy asfalt uralski i
naftenowy asfalt wenezuelski. Symulację procesu starzenia w laboratorium prowadzono na
kilku pró bkach asfaltó w ró ż nych rodzajó w i typó w chemicznych, co miało na celu uzyskanie
wię kszej ilości danych, potrzebnych do sporządzenia wykresó w zależ ności mię dzy zmianami
właściwości asfaltu podczas jego starzenia dwiema ró ż nymi metodami laboratoryjnymi.
We wspó łpracy z Laboratorium Drogowym we Wrocławiu sporządzono mieszanki
mineralno-asfaltowe (MMA), z któ rych nastę pnie ułoż ono odcinki nawierzchni o
zró ż nicowanym natę ż eniu ruchu. Do badań pobierano pró by mieszanek z otaczarni
(bezpośrednio po otoczeniu kruszywa asfaltem) oraz wycinki nawierzchni wykonywanych z
tych mieszanek.
Skład mieszanek M-A przedstawiono w tablicy 1.
Tablica 1. Charakterystyka mieszanek mineralno-asfaltowych
Rodzaj
mieszanki
Skład MMA, %m/m
Temperatura
wytwarzania,
°
C
Natę ż enie
ruchu
SMA 0/8
Asfalt D70 Uralski 6,5
Kruszywo drobne granulowane 0/5 14,0
Grys 5/8 67,3
Mączka wapienna 12,2
176
Ruch
miejski
średni
MMA
średnioziarnista
(wg BN-
74/8934-06)
Asfalt D70 Uralski 5,6
Piasek naturalny 13,2
Kruszywo bazaltowe 0/5 41,9
Grys bazaltowy 2/6,3 20,3
Grys bazaltowy 6,3/12,8 23,6
Mączka wapienna 8,0
176
Ruch
lokalny
Beton
asfaltowy
Asfalt D50 Wenezuelski 5,2
Piasek naturalny 7,6
Kruszywo bazaltowe 0/4 37,5
Grys bazaltowy 2/6,3 11,1
Grys bazaltowy 6,3/12,8 32,1
Mączka wapienna 6,5
183
Ruch
cię ż ki
Beton
asfaltowy
Asfalt D50 Uralski 5,1
Kruszywo bazaltowe 0/5 38,9
Grys 4/6,3-koks hutniczy 5,7
Grys 6,3/12,8-koks hutniczy 12,3
Grys 12,8/20-koks hutniczy 31,3
Mączka wapienna 6,7
168
Ruch
cię ż ki
211
Ekstrakcja
Toluen
Toluen
2.2. Odzyskiwanie lepiszcza z mieszanki
Z dokonanego przeglądu literatury na temat sposobó w odzyskiwania lepiszcza
z mieszanki M-A wynika, ż e wł aściwe odzyskiwanie lepiszcza z mieszanki jest trudne,
gł ó wnie ze wzglę du na moż liwość niekompletnej ekstrakcji asfaltu, twardnienia asfaltu
spowodowanego oddział ywaniem rozpuszczalnika oraz niecał kowitego usunię cia
rozpuszczalnika.
Przeprowadzone prace miały na celu dobranie optymalnego sposobu odzyskiwania
lepiszcza z mieszanki M-A. Obejmowały one dobó r metody ekstrakcji oraz odzysku asfaltu z
jego roztworu w rozpuszczalniku. Przeprowadzono ekstrakcję asfaltu z mieszanki przy
uż yciu trzech ró ż nych rozpuszczalnikó w, a po odpędzeniu rozpuszczalnika badano
właściwości odzyskanego asfaltu i poró wnywano je z właściwościami asfaltu uż ytego do
sporządzenia mieszanki. Na tej podstawie wybrano toluen jako rozpuszczalnik powodujący
najmniejsze zmiany we właściwościach lepiszcza. Ze wzglę du na wykazane zmiany w
asfalcie, spowodowane jego ekstrakcją na gorąco, do odzyskania lepiszcza z mieszanek M-A
wybrano metodę ekstrakcji na zimno w wiró wce przepływowej. Odzyskiwanie asfaltu z jego
roztworu w toluenie prowadzono zmodyfikowaną metodą Absona oraz metodą destylacji w
wyparce pró ż niowej. Poró wnanie wydajności oraz właściwości asfaltó w odzyskanych z
roztworu toluenowego obiema metodami wykazało wyż szość metody destylacyjnej nad
metodą Absona i pozwoliło dobrać optymalne parametry destylacji. Destylację prowadzono
dwustopniowo stosując w każ dym z dwó ch etapó w zró ż nicowane temperatury i ciśnienia
oraz czas destylacji. Na rysunku 1 przedstawiono schemat odzyskiwania asfatu z mieszanki
mineralno-asfaltowej.
Rys. 1. Sposó b odzyskiwania asfaltu z mieszanki M-A
Dekantacja
Są czenie
Dekantacja
Destylacja
Substancja mineralna
Osad
Substancja mineralna
Osad
Asfalt
212
2.3. Badanie zmian w składzie i strukturze chemicznej oraz właściwościach asfaltó w
Dokonano analizy zmian, jakie zaszły w składzie i strukturze chemicznej oraz we
właściwościach asfaltó w podczas przygotowywania mieszanki M-A w otaczarni oraz jej
uż ytkowania na drodze.
Oznaczono składy grupowe (metodą ASTM D-4124) asfaltó w odzyskanych z
mieszanek z otaczarni oraz z drogi i poró wnano je ze składami grupowymi asfaltó w przed
ich starzeniem. Zmiany składu grupowego lepiszcza podczas jego starzenia przedstawiono
na przykładzie asfaltó w D50 z ropy wenezuelskiej i uralskiej (rys.2). Z obserwacji zmian
składu grupowego tych asfaltó w wynika, ż e typ chemiczny asfaltu ma istotny wpływ na
zmiany jego składu w procesie starzenia. Kró tkotrwałe działanie tlenu w podwyż szonej
temperaturze panującej w otaczarni spowodowało znaczny wzrost zawartości asfaltenó w w
asfalcie typu naftenowego, ale podczas dłuż szego kontaktu tego asfaltu z powietrzem, w
czasie uż ytkowania drogi, nie nastąpiło dalsze zwię kszenie zawartości asfaltenó w. Inaczej
przebiegają zmiany w składzie grupowym asfaltu z ropy parafinowo-naftenowej, dla któ rego
obserwuje się mniejszy niż dla asfaltu wenezuelskiego przyrost zawartości asfaltenó w w
warunkach panujących w otaczarni, za to w czasie eksploatacji na drodze zachodzą dalsze,
znaczne zmiany w jego składzie. Te ró ż nice w zachowaniu obu asfaltó w wynikają z ró ż nic
8,04
10,79
8,40
38,67
28,14
31,95
37,33
37,39
36,21
15,04
22,60
22,10
0
20
40
asfalt wyjściowy
otaczarnia
droga
za
w
a
rt
o
ść
s
k
ła
d
n
ik
a
,
%
m
/m
nasycone
nafteno-aromaty
ż ywice
asfalteny
Asfalt z ropy wenezuelskiej
7,50
12,20
6,86
33,06
21,46
27,18
39,39
42,75
41,18
18,89
22,56
24,35
0
20
40
asfalt wyjściowy
otaczarnia
droga
Z
a
w
a
rt
o
ść
s
k
ła
d
n
ik
a
,
%
m
/m
Asfalt z ropy uralskiej
Rysunek 2. Zmiana składu grupowego asfaltó w D50 w wyniku starzenia technologicznego i
eksploatacyjnego
Rys. 2. Zmiana składu grupowego asfaltó w D50 w wyniku starzenia
technologicznego i eksploatacyjnego
213
w typie chemicznym surowca, z któ rego zostały wyprodukowane oraz od warunkó w produkcji.
Otrzymanie asfaltu D50 z cięż kiej ropy wenezuelskiej wymaga znacznie kró tszego czasu
utleniania pozostałości niż produkcja odpowiedniego asfaltu z ropy uralskiej. Stąd zmiany składu,
któ re w asfalcie z ropy wenezuelskiej miały miejsce w podwyż szonej temperaturze panującej w
otaczarni, w asfalcie z ropy uralskiej dokonały się już w czasie jego produkcji, w wyniku
długotrwałego utleniania pozostałości. Potwierdzeniem tego jest wyż sza zawartość asfaltenó w w
asfalcie uralskim, jeszcze przed poddaniem go starzeniu.
Zmiany, jakie zaszły w składzie chemicznym asfaltó w podczas operacji z tymi
materiałami na gorąco oraz w czasie uż ytkowania na drodze, znalazły odzwierciedlenie w
zmianach ich właściwości (tab. 2). Asfalt z ropy wenezuelskiej zmienił swoje właściwości
podczas operacji w otaczarni w wię kszym stopniu niż pozostałe asfalty, ale podczas jego
uż ytkowania na drodze zmiany te były wolniejsze niż w przypadku odpowiedniego asfaltu z
ropy uralskiej, któ ry zachowywał się w sposó b odwrotny. Z danych zamieszczonych w
tablicy 2 wynika, ż e rodzaj ruchu nie ma wpływu na starzenie eksploatacyjne asfaltu,
natomiast wydłuż enie czasu uż ytkowania drogi powoduje pogłę bienie zmian we
właściwościach lepiszcza.
Tablica 2. Właściwości asfaltó w wyjściowych oraz odzyskanych z mieszanek
mineralno-asfaltowych z otaczarni i z drogi
Właściwości
Uralski D70
Uralski
D70
Wenezuelski
D50
Uralski
D50
PRÓ BY WYJŚCIOWE
Penetracja w 25
°
C, 0,1mm
Indeks penetracji (IP)
Temperatura mię knienia,
°
C
Ciągliwość, cm w 25
°
C
w 15
°
C
Temperatura łamliwości,
°
C
Lepkość w 60
°
C, Pa
×
s
70
-0,71
48,0
>100
>100
-16,5
230
69
-0,65
49,0
>100
>100
-16,0
285
56
+0,23
51,0
>100
>100
-11,5
578
48
-0,41
55,0
>100
20
-12,5
695
OTACZARNIA
Zmiana penetracji, %
Wzrost temperatury mię knienia,
°
C
Ciągliwość, cm w 25
°
C
w 15
°
C
Temperatura łamliwości,
°
C
Lepkość w 60
°
C, Pa
×
s
Indeks stwardnienia
35,7
4,0
>100
21
-14,0
820
3,57
34,8
3,0
>100
19
-13,0
855
3,00
42,7
8,5
56
9
-10,5
2700
4,64
20,8
2,0
38
16
-11,0
2000
2,87
DROGA/Rodzaj ruchu
Miejski średni Lokalny
Cię ż ki
Cię ż ki
Czas eksploatacji, m-ce
Zmiana penetracji, %
Wzrost temperatury mię knienia,
°
C
Ciągliwość, cm w 25
°
C
w 15
°
C
Temperatura łamliwości,
°
C
Lepkość w 60
°
C, Pa
×
s
Indeks stwardnienia
12
35,7
5,0
>100
16
-8,5
740
3,22
18
37,1
5,5
>100
13
-8,0
840
3,65
20
43,5
4,0
>100
11
-7,5
1060
3,72
18
41,0
8,0
90
9
-10,5
2400
4,15
20
47,9
9,5
14
1
-2,5
3700
5,32
214
W celu dokonania oceny zmian, jakie zaszły w strukturze chemicznej asfaltó w w
wyniku ich starzenia, poddano frakcje polarne, wyodrę bnione z asfaltó w, badaniu metodą
spektroskopii w podczerwieni. W pró bie asfaltu D70, wyjściowego oraz wyekstrahowanego
z mieszanek pobranych z otaczarni i z drogi (po 1,5 roku eksploatacji) oznaczono zawarto ść
kwaśnych grup hydroksylowych.
Z poró wnania widm spektroskopowych w podczerwieni, zarejestrowanych dla frakcji
ż ywic i asfaltenó w pochodzących z asfaltó w przed i po ich starzeniu wynika, ż e wskutek
starzenia asfaltó w w otaczarni i na drodze nastę puje zwię kszenie zawartości sulfotlenkó w,
alkoholi aromatycznych oraz grup karbonylowych. W ż ywicach obserwuje się zwię kszenie
zawartości fenolowych grup hydroksylowych. Zwię kszenie liczby kwasowej asfaltó w
podczas ich starzenia w otaczarni i na drodze potwierdza wyniki badań w podczerwieni.
Wzglę dny przyrost liczby kwasowej wynosi 88% dla asfaltu wyekstrahowanego z mieszanki
pobranej z otaczarni i 116% dla asfaltu pochodzącego a drogi.
2.4. Symulacja procesu starzenia w laboratorium
Panuje opinia, ż e zmiany zachodzące w asfalcie podczas przyspieszonego starzenia w
laboratorium odpowiadają w przybliż eniu zmianom jego składu i właściwości podczas
starzenia technologicznego.
Pró bki asfaltó w, ró ż niących się typem chemicznym oraz penetracją, poddano starzeniu
w laboratorium metodami TFOT i RTFOT, najczę ściej stosowanymi w Polsce do symulacji
procesu starzenia. Badano skład i strukturę chemiczną oraz właściwości tych asfaltó w przed i
po ich starzeniu.
Metoda RTFOT powoduje nieco wię ksze zmiany we właściwościach asfaltó w w
poró wnaniu z metodą TFOT, i to niezależ nie od pochodzenia i rodzaju asfaltu. Zależ ności
mię dzy penetracją, temperaturą mię knienia oraz lepkością po starzeniu metodami TFOT i
RTFOT zostały przedstawione w postaci krzywych na rysunkach 3-5 oraz za pomocą
ró wnań. Otrzymane dane potwierdzają dobrą korelację mię dzy tymi trzema podstawowymi
właściwościami asfaltó w po ich starzeniu metodami TFOT i RTFOT, wykazano natomiast
brak zgodności mię dzy temperaturą łamliwości i ciągliwością asfaltó w po starzeniu tymi
dwiema metodami [1].
Rys. 3. Zależ ność mię dzy temperaturą mię knienia asfaltó w po starzeniu
metodą TFOT i RTFOT
T P iK R T F O T = 0 ,9 7 4 3 T P iK T F O T + 2 ,8 5 7 8
5 2
5 3
5 4
5 5
5 6
5 7
5 8
5 9
6 0
6 1
5 0
5 1
5 2
5 3
5 4
5 5
5 6
5 7
5 8
5 9
T P iK p o T F O T
T
P
iK
p
o
R
T
F
O
T
°
C
°
C
215
pen RTFOT = 0,9693 pen TFOT - 0,5105
25
30
35
40
45
50
55
60
20
30
40
50
60
70
penetracja po TFOT
p
en
et
ra
cj
a
p
o
R
T
F
O
T
2,4
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,6
2,4
2,6
2,8
3
3,2
3,4
3,6
lepkoś ć, log(Pa s) po TFOT
le
p
k
o
ść
,
lo
g
(P
a
s)
p
o
R
T
F
O
T
Rys. 4. Zależ ność mię dzy penetracją asfaltó w po starzeniu metodą TFOT i RTFOT
Rys. 5. Zależ ność mię dzy lepkością asfaltó w po starzeniu metodą TFOT i RTFOT
Log
hRTFOT=0,9978 log hTFOT+0,0566
216
Starzenie asfaltu prowadzi zawsze do zwię kszenia zawartości asfaltenó w. Badania
zmian składu grupowego asfaltó w podczas ich starzenia w laboratorium wykazały, ż e
metoda RTFOT powoduje wię kszy wzrost zawartości asfaltenó w w poró wnaniu z metodą
TFOT. Odporność asfaltu na starzenie zależ y w duż ym stopniu od jego typu chemicznego i
metody produkcji. Stwierdzono [2], ż e asfalty o zbliż onym składzie, ale otrzymane ró ż nymi
metodami, ró ż nią się podatnością na starzenie. Przedstawiany w literaturze [3,4] schemat
przemian zachodzących w składzie asfaltó w podczas ich starzenia, zgodnie z któ rym
składniki cykliczne ulegają konwersji do ż ywic a ż ywice do asfaltenó w, jest słuszny dla
asfaltó w z rop naftenowych, natomiast dla niektó rych asfaltó w z rop parafinowo-
naftenowych obserwuje się obok konwersji ż ywic do asfaltenó w, czę ściowy rozpad ż ywic z
utworzeniem frakcji naftenowo- aromatycznej [2].
Z poró wnania składó w grupowych asfaltó w po starzeniu w laboratorium i w otaczarni
wynika (rys. 6), ż e podczas starzenia technologicznego zachodzą głę bsze zmiany w składzie
niż w czasie przyspieszonego starzenia w laboratorium. Poró wnanie zmian struktury
chemicznej asfaltó w po starzeniu metodami TFOT i RTFOT wykazało wię kszą zawartość
funkcyjnych grup tlenowych w pró bkach poddanych starzeniu metodą RTFOT.
Celem znalezienia czasu starzenia asfaltu w warunkach laboratoryjnych, potrzebnego
do osiągnię cia przez ten asfalt lepkości odpowiadającej jego lepkości po starzeniu w
otaczarni, poddano pró bkę asfaltu D70 z ropy uralskiej starzeniu w laboratorium. Stosowano
zró ż nicowane temperatury i czasy utleniania, natomiast przepływ powietrza był stały i
wynosił 240 l/godz. Każ dorazowo mierzono lepkość asfaltu w temperaturze 60
°
C po jego
utlenianiu w przyję tych warunkach. Z wykresó w zależ ności lepkości od czasu utleniania w
danej temperaturze wyznaczono czas potrzebny do uzyskania przez ten asfalt lepkości
odpowiadającej jego lepkości po starzeniu w otaczarni. W temperaturze 163
°
C wynosił on
98 minut, a wię c był o 23 minuty dłuż szy od czasu ogrzewania w tej temperaturze zgodnie z
metodą RTFOT. Podczas utleniania tego asfaltu w niż szej temperaturze, wynoszącej 90
°
C,
czas potrzebny do uzyskania przez niego lepkości odpowiadającej lepkości po starzeniu w
otaczarni wydłuż ył się do 3556 minut.
2.5. Ocena moż liwości opó źnienia procesu starzenia asfaltu
Jako inhibitory starzenia asfaltu zastosowano emulgatory kationowe. Stanowiły one
pochodne amin alifatycznych. Dodatek uż ytych substancji do asfaltu wynosił 1%. Ogrzany
asfalt o lepkości 334Pa
×
s, mieszano z wybranym dodatkiem przez okres 1 godziny, po czym
poddawano go starzeniu metodą RTFOT. Nastę pnie mierzono lepkość tych asfaltó w w
temperaturze 60
°
C. Wszystkie zastosowane związki chemiczne spowodowały zmniejszenie
starzenia asfaltu, objawiające się zmniejszeniem jego lepkości po przyspieszonym starzeniu
w laboratorium (rys. 7); dwa spośró d uż ytych związkó w okazały się bardzo skutecznymi
inhibitorami starzenia asfaltu, spowodowały bowiem dwukrotne zmniejszenie jego lepkości
po starzeniu.
2.6. Podatność asfaltu na biodegradację
Z pró by starego asfaltu, pobranego ze zniszczonej nawierzchni, wyizolowano szczepy
bakterii. Badania diagnostyczne pozwolił y na zakwalifikowanie ich do pię ciu
nastę pujących rodzajó w: Pseudomonas, Flavobacterium, Micrococcus, Bacillus i
Arthrobacter. Przeprowadzono selekcję bakterii mającą na celu eliminację z mieszanej
kultury bakterii wyizolowanych z asfaltu takich szczepó w, któ re nie są w stanie
wykorzystać skł adnikó w asfaltu w charakterze jedynego źró dła wę gla i energii. Badania
217
Rys. 6. Skład grupowy asfaltó w z otaczarni i starzonych metodą TFOT i RTFOT
22,60
16,80
17,54
37,39
41,01
40,23
28,14
33,35
33,28
10,79
7,97
7,99
otaczarnia
TFOT
RTFOT
Z
aw
ar
to
ść
s
k
ła
dn
ik
a,
%
m
/m
nasycone
nafteno-aromaty
żywice
asfalteny
Asfalt D50 z ropy wenezuelskiej
22,56
20,74
22,67
42,75
39,18
38,70
21,46
31,31
30,25
12,20
8,01
7,53
otaczarnia
TFOT
RTFOT
Z
aw
ar
to
ść
s
k
ła
dn
ik
a,
%
m
/m
Asfalt D50 z ropy uralskiej
19,06
13,98
14,97
47,36
46,22
44,12
26,35
33,42
34,83
5,79
5,64
5,02
otaczarnia
TFOT
RTFOT
Z
aw
ar
to
ść
s
kł
ad
n
ik
a,
%
m
/m
Asfalt D70 z ropy uralskiej
218
Rys. 7. Wpływ dodatkó w na lepkość asfaltu po starzeniu
wykazały, ż e spośró d pięciu wyizolowanych rodzajó w bakterii, aktywność degradacyjną
względem asfaltu przejawia tylko jeden szczep należ ący do gatunku Pseudomonas aeruginosa.
Ze wzglę du na łatwiejszą biodegradowalność wę glowodoró w o mniejszej masie
cząsteczkowej, poddano biodegradacji frakcję niepolarną wyodrę bnioną z asfaltu metodą
kolumnowej chromatografii cieczowej. Biodegradację prowadzono stosując bakterie rodzaju
Pseudomonas aeruginosa oraz dwa konsorcja bakterii, zawierające opró cz bakterii gatunku
Pseudomonas jeszcze inne szczepy. Efekt biodegradacji był oceniany na podstawie wynikó w
analizy zmian składu frakcji asfaltu poddanej działaniu bakterii. Analiza ta wykazała, ż e
najbardziej podatne na biodegradację są łańcuchowe wę glowodory nienasycone, któ re nie
powinny się znajdować w asfalcie wyprodukowanym w warunkach zachowawczych, a w
nastę pnej kolejności n-alkany. Wę glowodory aromatyczne i alkiloaromatyczne znacznie
trudniej ulegają biodegradacji. Wykazano, ż e rozkład związkó w wystę pujących w asfalcie,
spowodowany działaniem bakterii, przebiega powoli.
3. Wnioski
1. Badania prowadzone w celu doboru optymalnej metody odzyskiwania asfaltu z
mieszanki mineralno-asfaltowej wykazały, ż e najkorzystniej jest prowadzić ekstrakcję
lepiszcza z mieszanki toluenem na zimno, a nastę pnie usunąć rozpuszczalnik poprzez
dwustopniową destylację pod pró ż nią, w wyparce obrotowej.
2. Poró wnanie właściwości asfaltó w, odzyskanych z mieszanek M-A pobranych z dró g o
zró ż nicowanym czasie eksploatacji oraz natę ż eniu ruchu, potwierdziło wpływ czasu
eksploatacji na postę p starzenia, ale nie wykazało wpływu rodzaju ruchu na starzenie
asfaltu w nawierzchni. Ponieważ starzenie eksploatacyjne jest procesem przebiegającym
865
638
521
437
411
0
1000
Asfalt bez
dodatku
1
2
3
4
le
p
k
o
ść
w
6
0
C
,
P
a
s
Asf al ty z dodatka mi
219
powoli, a czas realizacji projektu badawczego pozwolił na obserwację przebiegu
starzenia przez okres maksymalnie 20 miesię cy od chwili ułoż enia odcinkó w
doświadczalnych, ten wniosek należ y traktować z pewną ostroż nością, a jego
potwierdzenie wymagałoby kontynuacji badań.
3. Typ chemiczny asfaltu i metoda produkcji mają istotny wpływ na zmiany zachodzące w
jego składzie podczas starzenia technologicznego, eksploatacyjnego oraz symulowanego
starzenia w laboratorium. Asfalty, któ re podczas produkcji poddawane były dłuż szemu
utlenianiu, wykazują mniejsze zmiany składu i właściwości podczas starzenia
technologicznego w poró wnaniu z asfaltami utlenianymi kró cej, jednak postę p w ich
starzeniu w czasie eksploatacji nawierzchni jest znacznie wię kszy.
4. Symulacja procesu starzenia asfaltu w laboratorium metodą RTFOT powoduje nieco
głę bsze zmiany w jego składzie i strukturze chemicznej oraz we właściwościach w
poró wnaniu z metodą TFOT. Stwierdza się jednak dobrą korelację mię dzy lepkością,
penetracją i temperaturą mię knienia asfaltó w po starzeniu tymi dwiema metodami.
5. Dla asfaltu D70 z ropy parafinowo-naftenowej znaleziono czas symulowanego starzenia
w laboratorium, potrzebny do uzyskania przez ten asfalt lepkości odpowiadającej jego
lepkości po starzeniu w otaczarni. Czas ten był o 23 minuty dłuż szy od czasu
stosowanego zgodnie z normą na starzenie asfaltu metodą RTFOT.
6. Wybrane emulgatory kationowe okazały się skutecznymi inhibitorami starzenia
asfaltó w. W dwó ch przypadkach zmniejszyły dwukrotnie lepkość asfaltu po starzeniu.
7. Stwierdzono, ż e biodegradacja asfaltó w przebiega powoli. Najbardziej podatne na
biodegradację są alkeny i n-alkany, natomiast wę glowodory aromatyczne i
alkiloaromatyczne obecne w asfalcie trudno poddają się biodegradacji.
Literatura
[1] BAGIŃ SKA K., GAWEŁ I., Korelacje mię dzy składem i właściwościami asfaltó w po
starzeniu metodami TFOT i RTFOT. Drogownictwo, 2001, vol. 56, Nr 9, s. 271.
[2] GAWEŁ I., BAGIŃ SKA K., Changes in generic composition of bitumens after Thin
Film Oven Test. Eurobitume Workshop 99.Luxembourg 3-6 May 1999, Workshop
Briefing, referat nr 083.
[3] TALLAFIGO M. F., Evolution of chemical composition during oxidation in laboratory
with the Thin Film Oven Test Method. Papers of 5
th
Eurobitume Congress, Sztokholm
1993, T.IA, s. 215.
[4] CHOQUET F.S., The search for an ageing test based on changes in the generic
composition of bitumens. Proc. of International Symposium Chemistry of Bitumens,
Rzym 1991, T.II, s. 787.
STUDIES OF THE AGEING PROCESS OF ROAD ASPHALT
Summary
The study showed that the suscepitibility of bitumen to ageing is largely dependent on its
chemical type and the method of production. A good correlation was found between the main
properties of bitumens after the TFOT and RTFOT laboratory ageing methods. The optimum
method of binder removal from asphalt mixtures was developed. The effectiveness of the chosen
cationic emulsifiers as the anti-oxidants in bitumen technology was stated. Biodegrability tests
showed that biodegradation of the main bitumen components proceeded at a slow rate.