TECHNIKUM GEODEZYJNO - DROGOWE

WYDZIAŁ DROGOWY

PRACA DYPLOMOWA

Emulsje asfaltowe i ich zastosowanie w budownictwie drogowym

PROWADZĄCA:

WYKONAŁ

SPIS TREŚCI.

Wstęp....................................................................................................................5

1. Składniki emulsji i technologia jej wytwarzania..........................................6

1.1 Przegląd literatury technicznej..........................................................................................6

Kationowe emulsje asfalowe w budowie i utrzymaniu dróg.................................................6

1. Co to jest emulsja asfaltowa...............................................................................................6

2. Rodzaje emulsji...................................................................................................................8

1. Natura jonowa......................................................................................................................8

2. Zawartość lepiszcza.............................................................................................................9

3. Skład...................................................................................................................................11

4. Proces rozpadu emulsji......................................................................................................13

5. Lepkość..............................................................................................................................15

3. Wymagania........................................................................................................................16

1. Wymagania wobec emulsji................................................................................................16

2. Wymagania wobec lepiszcza.............................................................................................17

4. Zalety stosowania emulsji asfaltowych...........................................................................18

5. Zakres stosowania emulsji asfaltowych..........................................................................19

1. Rodzaje zastosowań emulsji asfaltowych..........................................................................20

1.2. Praktyczne doświadczenia z wytwórni w Lubartowie..................................................25

Technologia wytwarzania emulsji.........................................................................................25

1. Metoda periodyczna..........................................................................................................25

2. Metoda ciągła.....................................................................................................................28

2.1. Przygotowanie składników emulsji...................................................................................29

1. Przygotowanie asfaltu........................................................................................................31

2. Przygotowanie fazy wodnej (rozpraszającej) ....................................................................32

3. Mieszadła do wytwarzania emulsji....................................................................................33

4. Młynki koloidalne..............................................................................................................35

5. Receptury na emulsje anionowe........................................................................................45

6. Receptury na emulsje kationowe.......................................................................................50

7. Opis badań emulsji i ich składników.................................................................................58

2. Zastosowanie drogowych emulsji asfaltowych..........................................74

Powierzchniowe utrwalanie dróg z zastosowaniem

drogowych emulsji asfaltowych..........................................................................................74

Cienkie warstwy na zimno SLURRY SURFACING...........................................................94

Mieszanki mineralno emulsyjne GE (Grave - Emulsion).................................................106

Stabilizacja dróg gruntowych żwirowych i żużlowych

przy użyciu emulsji asfaltowych.......................................................................................116

Praktyczne doświadczenia Przedsiębiorstwa Robót Drogowych S.A. z Lubartowa

przy stabilizacji dróg żużlowych emulsjami asfaltowymi..............................................123

Przykładowe odcinki stabilizacji dróg z żużli paleniskowych wykonane przez

PRD S.A. Lubartów..........................................................................................................129

Podsumowania i wnioski......................................................................................................131

Bibliografia............................................................................................................................133

Załącznik nr. 1 - Temat pracy.............................................................................................134

3. Przykłady specyfikacji technicznych........................................................136

Załącznik nr. 2 - Ogólna specyfikacja techniczna. -

Nawierzchnia powierzchniowo utrwalana....................................................................137

• nawierzchnia podwójnie powierzchniowo utrwalana

• nawierzchnia pojedyńczo powierzchniowo utrwalana

• regeneracja nawierzchni

• projektowanie powierzchniowego utrwalenia, wytyczne i zalecenia

Załącznik nr. 3 - Ogólne specyfikacje techniczne - Płyta CD.

1. Dolne warstwy podbudowy oraz oczyszczenie i skropienie

1.1. Koryto wraz z profilowaniem i zagęszczaniem podłoża.

1.2. Warstwy odsączające i odcinające.

1.3. Warstwa mrozoochronna.

1.4. Oczyszczenie i skropienie warstw konstrukcyjnych.

2.Wyrównanie podbudowy.

2.1. Wyrównanie podbudowy mieszankami mineralno-asfaltowymi.

2.2. Wyrównanie podbudowy chudym betonem.

2.3. Wyrównanie podbudowy gruntem lub kruszywem stabilizowanym cementem.

2.4. Wyrównanie podbudowy tłuczniem.

2.5. Wyrównanie podbudowy kruszywem stabilizowanym mechanicznie.

3.Podbudowa z mieszanki mineralno-cementowo-emulsyjnej metodą recyklingu na miejscu.

4.Nawierzchnia z mieszanek mineralno-asfaltowych wytwarzanych i wbudowywanych na zimno.

5.Nawierzchnia powierzchniowo utrwalana.

5.1.Nawierzchnia podwójnie powierzchniowo utrwalana

5.2.Nawierzchnia pojedyńczo powierzchniowo utrwalana

5.3.Regeneracja nawierzchni

5.4.Projektowanie powierzchniowego utrwalenia, wytyczne i zalecenia

6.Recykling.

6.1. Recykling na gorąco w otaczarce.

6.2. Recykling powierzchniowy nawierzchni na gorąco.

6.3. Frezowanie nawierzchni asfatowych na zimno.

7.Likwidacja kolein nawierzchni bitumicznych.

WSTĘP

Wzrost natężenia ruchu drogowego w ciągu ostatnich 50 lat i spowodowana tym konieczność szybkiej rozbudowy i modernizacji już istniejącej sieci

drogowej o nawierzchniach bitumicznych spowodowała rewolucję w dziedzinie materiałów stosowanych w budownictwie drogowym.

W grupie lepiszcz największym uznaniem zaczęły cieszyć się emulsje, a zwłaszcza emulsje kationowe.

Emulsje kationowe znalazły szerokie zastosowanie w budownictwie drogowym w wielu krajach bez względu na panujące w nich warunki klimatyczne.

Początek badań, produkcji i stosowania emulsji kationowych do robót drogowych przypada na lata pięćdziesiąte głównie w USA i Francji. W latach późniejszych emulsje zaczęły stosować kraje europejskie oraz Polska.

Emulsje kationowe w Polsce zaczęto stosować na początku lat sześćdziesiątych. W tym czasie powstała pierwsza w Polsce wytwórnia emulsji kationowych w Tarnowie i pierwsze doświadczalne odcinki na których zastosowano emulsje. Już dwa lata później zaczęto wytwarzanie emulsji na skalę techniczną z komponentów krajowych.

W drogownictwie stosowane są również emulsje anionowe. Emulsje te są znacznie łatwiejsze w produkcji niż kationowe, lecz ich stosowanie na budowie wymaga dobrej pogody, i suchych powierzchni na których będą rozprowadzane. Z tego powodu znajdują zastosowanie w krajach o ciepłym klimacie. Poza tym emulsje anionowe są najwięcej przydatne do robót przy użyciu kruszywa o charakterze zasadowym (wapienie, dolomity, gabro itp.).

Celem pracy jest analiza dotychczasowych doświadczeń, które wykorzystane będą do prognozowania zastosowań emulsji asfaltowych z wytwórni w Lubartowie.

1.Składniki emulsji i technologia jej wytwarzania.

1. Przegląd literatury technicznej.

Kationowe emulsje asfaltowe w budowie i utrzymaniu dróg

1. Co to jest emulsja asfaltowa?

Emulsja asfaltowa jest dyspersją stałych cząstek asfaltu w wodzie. Według definicji P. Bechera emulsję stanowi termodynamicznie niestabilny, niejednorodny układ składający się z co najmniej dwóch nie mieszających się cieczy silnie zdyspergowanych jedna w drugiej, przy czym średnica cząstek fazy rozproszonej jest zwykle większa od 0,1um.[1] W przypadku zastosowań drogowych średnica cząstek asfaltu jest większa i waha się w granicach 1-20 um. Układ taki jest niestabilny i aby zapobiec rozdzieleniu się cieczy należy wprowadzić do emulsji związek powierzchniowo-czynny tu zwany emulgatorem. Cząstki rozproszonego asfaltu otrzymują odpowiedni ładunek elektryczny i dzięki odpychającym siłom elektrostatycznym stabilność emulsji ulega znacznej poprawie, co umożliwia nawet kilkumiesięczne jej magazynowanie.

W drogownictwie stosuje się najczęściej emulsje kationowe, a w ostatnich latach także niejonowe. Stosowanie emulsji anionowych jest w zaniku.[1]

W przypadku emulsji kationowych stosowane są emulgatory kationowe dostarczające cząstkom asfaltu ładunków dodatnich. Są to tłuszczowe diaminy, imidazoliny, amidoaminy, czwartorzędowe sole amoniowe w postaci odpowiednich soli rozpuszczalnych w wodzie.

Najogólniej można typowy emulgator kationowy przedstawić w postaci wzoru:[2]

R- NH₃ ⁺ Cl ^-

• gdzie R reprezentuje łańcuch węglowodorowy, najczęściej tłuszczowy), (część hydrofobowa cząsteczki)

• grupa NH₃CI część hydrofilową cząsteczki.

W roztworze wodnym cząsteczka chlorowodorku aminy dysocjuje z wytworzeniem kationu R - NHs+ i anionu Cl^-.

Podczas wytwarzania emulsji kationy są adsorbowane przez cząstki asfaltu, przy czym część hydrofobowa lokuje się wewnątrz cząstki asfaltu, zaś grupa NH₃ ⁺ na granicy powierzchni asfalt/woda. Aniony chlorkowe Cl^- pozostają w wodzie.

Wytwarzanie emulsji asfaltowej polega na rozdrobnieniu asfaltu w fazie wodnej w postaci małych cząstek, co uzyskuje się dzięki włożeniu dużej energii mechanicznej przy jednoczesnym zastosowaniu emulgatora. Emulgator spełnia w emulsji asfaltowej 3 funkcje:[4]

- obniża napięcie powierzchniowe między dwiema fazami tj. wodą i

asfaltem,

- stabilizuje emulsję,

- poprawia przyczepność.

Podczas stosowania emulsji asfaltowej następuje jej rozpad z rozdzieleniem na

fazę asfaltową i wodną. Asfalt wówczas zaczyna pełnić swą właściwą rolę lepiszcza, a wydzielona z rozpadu emulsji woda odparowuje z mieszanki mineralno-asfaltowej, bądź ze skropionego emulsją podłoża.

2. Rodzaje emulsji

Emulsje asfaltowe można podzielić ze względu na:

- naturę jonową

- zawartość asfaltu

- skład

- szybkość rozpadu,

- lepkość,

2.1 Natura jonowa

Zależnie od rodzaju ładunku cząstek asfaltu w fazie wodnej uzyskiwanego za

pośrednictwem emulgatora wyróżnia się emulsje:[1]

* kationowe

* anionowe

* niejonowe.

W emulsjach kationowych cząstki asfaltu przenoszą ładunki dodatnie, zaś w anionowych - ujemne.

2.2 Zawartość lepiszcza

Emulsje asfaltowe mogą być produkowane z zawartością lepiszcza

od 40 do 80% (m/m).

Kationowe emulsjie asfaltowe niemodyfikowane

Drogowe kationowe emulsje asfaltowe dzieli się na klasy: K l, K2, K3 i K.4 w

zależności od wartości indeksu rozpadu.[2]

Klasy Kl-50, Kl-60, Kl-65 i Kl-70 - emulsje szybkorozpadowe. Liczby 50, 60,

65 i 70 oznaczają przeciętną procentową zawartość lepiszcza asfaltowego w emulsji. Emulsje te charakteryzują się krótkim czasem rozpadu po zetknięciu lepiszcza z nawierzchnią drogi i kruszywem. Są stosowane do powierzchniowych utrwaleń, robót utrzymaniowych i sklejania warstw nawierzchni.

Emulsja klasy Kl-50 jest przeznaczona do łączenia warstw i do wytwarzania

powłok ochronnych.

Emulsja klasy Kl-70 przeważnie jest stosowana w temperaturze 75-85°C w

zależności od lepkości emulsji i stosowanego sprzętu.

Pozostałe emulsje klasy K l można stosować w temperaturze otoczenia lub

ogrzane do maksimum 80°C w zależności od zaleceń producenta.

Emulsje klasy K2 - emulsje średniorozpadowe. Są to emulsje o zwolnionym

czasie rozpadu, aby umożliwić wymieszanie z kruszywem o uziamieniu>2mm i pełne otoczenie ziaren przed rozpadem emulsji. Są stosowane w temperaturze otoczenia lub ogrzane zgodnie z zaleceniem producenta. Stosuje je się głównie do otaczania grysów i stabilizacji nawierzchni dróg żwirowych. Do klasy K2 zaliczamy także emulsje olejowo-asfaltowe stosowane do mieszanek mineralno-bitumicznych do napraw nawierzchni na zimno.

Emulsje klasy K3 - emulsje wolnorozpadowe. Są to emulsje o tak zwolnionym

czasie rozpadu, że możliwe jest otoczenie mieszanki mineralnej o pełnym uziarnieniu. Są stosowane do recyklingu na zimno, do mieszanek mineralno-emulsyjnych do cienkich warstw na zimno (np. slurry seal), do mieszanek mineralno-emulsyjnych typu GE (grave-emulsion) i do stabilizacji nawierzchni dróg gruntowych, żwirowych i żużlowych.

Emulsje klasy K4 - emulsje nadstabilne. Są to emulsje o bardzo zwolnionym

czasie rozpadu, który określany jest próbą stabilności na cemencie. Służą do wykonywania mieszanek mineralno-emulsyjnych na warstwy nawierzchni oraz do stabilizacji dróg gruntowych, żwirowych i żużlowych.

Kationowe emulsje asfaltowe modyfikowane

Kationowe emulsje asfaltowe modyfikowane polimerami dzieli się na klasy

K1-65MP, K l-POMP i K3-60SS.[2]

Klasy K1-65MP i K l-POMP - emulsje do powierzchniowych utrwaleń, które

mogą być wykonywane na drogach obciążonych ruchem do bardzo ciężkiego

włącznie.

Klasa K3-60SS - emulsja wolnorozpadowa stosowana do mieszanek mineral-

no-emulsyjnych używanych do wykonywania cienkich warstw na zimno

(slurry surfacing).

2.3. SKŁAD

Kationowe emulsje asfaltowe niemodyfikowane

Drogowe emulsje kationowe zawierają w swym składzie asfalt, emulgator,

wodę i dodatki. Asfalt stosowany do produkcji emulsji powinien spełniać wymagania normy PN-65/C-96170. Stosownie do technologii należy używać asfalty charakteryzujące się penetracją od 40 do 300 0,1 mm. Asfalt może być upłynniony dodatkiem produktów pochodzenia naftowego lub węglowego.

Rodzaj asfaltu (charakteryzowany penetracją) do produkcji emulsji zależy od

zastosowania. Najczęściej stosowane są asfalty o penetracji 70/80, 120/140 i

180/200. Asfalty bardzo twarde (40 do 60) i bardzo miękkie (od 240 do 300)

stosowane są wyjątkowo do szczególnych zastosowań.[1]

Kationowe emulsje asfaltowe modyfikowane

Kationowe emulsje asfaltowe modyfikowane różnią się od emulsji niemodyfi-

kowanych dodatkiem polimeru do lepiszcza. Właściwości takiej emulsji

zależą od:

• rodzaju modyfikatora (polimeru),

• stopnia modyfikacji (zawartość modyfikatora w asfalcie),

• sposobu modyfikacji emulsji.

Modyfikacja emulsji, oznaczająca modyfikację lepiszcza pozostającego po

rozpadzie emulsji, wpływa na obniżenie jego penetracji, rozszerzenie przedziału

plastyczności, zwiększenie kohezji w wysokiej i niskiej temperaturze oraz poja-

wienie się sprężystości w przypadku modyfikacji elastomerami termoplastycznymi.[1]

Modyfikacja lepiszcza emulsji może nastąpić;[2]

• w czasie wytwarzania

• przez użycie do produkcji asfaltu wcześniej zmodyfikowanego

• przez dodanie polimeru w różnej postaci do fazy wodnej

• w czasie składowania

• przez dodanie i staranne wymieszanie lateksu kationowego z emulsją

asfaltową.

Gama stosowanych modyfikatorów jest bardzo szeroka. Poprawa właściwości

lepiszcza zależy między innymi od rodzaju modyfikatora, które dzielimy na ela-

stomery (np. SBS, SIS, SBR) i plastomery (np. EVA).[2]

Dotychczasowe doświadczenia wykazały, że stosowanie elastomerów jest

wskazane do produkcji emulsji do powierzchniowych utrwaleń.

Inne zastosowania emulsji np. do cienkich warstw na zimno pozwalają na stosowanie również plastomerów.

Kationowe emulsje asfaltowe modyfikowane podzielono na klasy A i B.

Klasa A obejmuje emulsje silnie modyfikowane elastomerami, zaś klasa B słabo modyfikowane plastomerami.

2.4. Proces rozpadu emulsji

Przez rozpad emulsji należy rozumieć proces, w wyniku którego faza

zdyspergowana (asfalt) oddziela się od fazy rozpraszającej (wody).[1]

Rozpad emulsji zachodzi stopniowo. Rozpoczyna się od łączenia cząstek asfaltu w większe aglomeraty (flokulacja). Proces ten jest jeszcze odwracalny, podobnie jak sedymentacja lub odstawanie zachodzące podczas magazynowania.

Kolejnym krokiem w procesie rozpadu jest koagulacja czasem nazywana koalescencją w czasie której zachodzi nieodwracalny proces powstawania ciągłej fazy asfaltowej.[1]

Rozpad emulsji asfaltowej może nastąpić wskutek:

- odparowania wody,

- reakcji chemicznej z materiałem mineralnym,

- wstrząsania,

- przepompowywania,

- ogrzewania powyżej temperatury 80°C,

- zmiany wartości pH.

Ze względu na szybkość rozpadu dzielimy emulsje na:[2]

- szybkorozpadowe,

- średniorozpadowe,

- wolnorozpadowe,

- nadstabilne.

Najczęściej spotykanym w drogownictwie rodzajem rozpadu emulsji

asfaltowych jest rozpad na skutek reakcji chemicznej z materiałem mineralnym. Powierzchnia materiału mineralnego, takiego jak np. kruszywo naturalne i kruszone, piasek pod wpływem wilgoci ulega powierzchniowej jonizacji w wyniku czego na jego powierzchni pojawiają się jony różne w zależności od rodzaju kruszywa.[4]

Na kruszywie zasadowym, którego głównym składnikiem jest węglan wapnia w wyniku dysocjacji pojawiają się kationy wapniowe Ca2 i aniony węglanowe COs2. Jeżeli użyta emulsja jest typu kationowego, w wyniku reakcji emulgatora znajdującego się na powierzchni cząstek asfaltu z powierzchnią kruszywa powstanie nierozpuszczalny węglan aminy:[1]

R-NH₃⁺ Cl^- + Ca CO3 -> CaCl2 + {R-NH₃⁺}₂ CO3

asfalt+emulgator kruszywo rozpuszczalny nierozpuszczalny

zasadowe chlorek wapnia węglan aminy

Na skutek reakcji chemicznej następuje zobojętnienie ładunków i rozpad emulsji przejawiający się łączeniem cząstek asfaltu ze sobą na powierzchni kruszywa i wystąpieniem zjawiska przyczepności asfaltu do kruszywa.[1]

Na kruszywie kwaśnym (kwarcyt, granit), którego głównym składnikiem są różne związki krzemu (Si0₂, krzemiany), na skutek jonizacji w obecności fazy wodnej emulsji na powierzchni kruszywa pojawiają się aniony krzemianowe

Si0₄4- silnie z nią związane.[1]

Jeżeli użyta emulsja jest typu kationowego, w wyniku reakcji emulgatora

znajdującego się na powierzchni cząstek asfaltu z powierzchnią kruszywa powstanie nierozpuszczalny krzemian aminy:

R-NH₃⁺ Cl^- + H₄SiO₄ -> HCI + {R-NH₃ ⁺}₄ Si0₄

asfalt+emulgator kruszywo rozpuszczalny nierozpuszczalny

kwaśne krzemian aminy

W wyniku rozpadu powstaje silne wiązanie adhezyjne pomiędzy kruszywem a

asfaltem.[1]

2.5. Lepkość

Lepkość emulsji jest jednym z ważniejszych parametrów użytkowych. Zależy ona od wielu czynników, a wśród nich od temperatury, zawartości asfaltu, rozmiaru cząstek asfaltu, lepkości fazy wodnej, zawartości soli w asfalcie.

3. Wymagania

3.1. Wymagania wobec emulsji

Właściwości drogowych emulsji kationowych niemodyfikowanych[2]

OZNACZENIA	KLASA EMULSJI
Badane właściwości	Szybkorozpadowe				Średnio -rozpadowe	Wolno- rozpadowe	Nadstabilne
		K1-50	K1-60	K1-65	K1-70	K2	K3	K4
Zawartość lepiszcza, %	45-55	58-62	63-67	68-72	50-70	54-66	54-66
Lepkość wg Englera, E	< 3	3-15	> 6	-	> 3	> 3	> 2
Lepkość BTA 4 mm, s	-	-	-	> 9	< 15	< 15	< 18
Jednorodność, % # 0,63mm	< 0,10	< 0,10	< 0,10	< 0,10	< 0,10	< 0,10	< 0,10
Jednorodność, % # 0,16mm	< 0,25	< 0,25	< 0,25	< 0,25	< 0,25	< 0,25	< 0,25
Sedymentacja, %	< 8,0	< 5,0	< 5,0	< 5,0	< 5,0	< 5,0	< 5,0
Przyczepność do kruszywa, %	> 85	> 85	> 85	> 85	> 85	> 85	> 85
Indeks rozpadu, g/100g	< 90	< 90	< 90	< 90	80-130	> 120	-
Stabilność na cemencie, g	-	-	-	-	-	-	< 2,0

Właściwości drogowych emulsji kationowych modyfikowanych[2]

OZNACZENIA	KLASA EMULSJI
Badane właściwości	Szbkorozpadowe		Wolnorozpadowe
		K1-65MP	K1-70MP	K3-60SS
Zawartość lepiszcza, %	64-66	69-71	58-65
Lepkość wg Englera, E	> 10	-	> 3
Lepkość BTA 4 mm, s	-	> 7	< 15
Jednorodność, % # 0,63mm	< 0,20	< 0,20	< 0,20
Sedymentacja, %	< 5,0	< 5,0	< 5,0
Przyczepność do kruszywa, %	> 85	> 85	> 85
Indeks rozpadu, g/100g	< 90	< 90	< 90

3.2. Wymagania wobec lepiszcza

Właściwości lepiszcza wytrąconego z drogowych emulsji kationowych nie-modyfikowanych do powierzchniowych utrwaleń powinny spełniać wymagania

PN-65/C-96170. Dodatkowo, penetracja lepiszcza powinna zawierać się w przedziale od 40 do 300. Dopuszczalne jest stosowanie asfaltu o innej penetracji do emulsji o specjalnych zastosowaniach.[2]

Właściwości lepiszcza wytrąconego z emulsji kationowych modyfikowanych,

stosowanych do powierzchniowych utrwaleń i do cienkich warstw powinny

spełniać wymagania podane w tablicy.

Właściwości lepiszcza wytrąconego z drogowych emulsji kationowych modyfikowanych do powierzchniowych utrwaleń i do cienkich warstw na zimno.[2]

Właściwości	Wymaganie dla K1-65MP i K1-70MP	Wymaganie dla K1-65MP i K1-70MP	Wymaganie dla K3-60SS
		Klasa A		Klasa B
Penetracja, 0,1mm	70-240	70-240	70-150
Temperatura mięknienia PiK, °C	> 42	> 37	> 37
Temperatura łamliwości, °C	< -15	< -15	< -15
Przedział plastyczności, °C	> 57	> 52	> 52
Nawrót sprężysty w 25°C, %	> 60	> 40	> 40
Kohezja zmodyfiko- waną metodą VIALIT w temp. -15°C, %	> 70	> 40	> 40
Kohezja zmodyfiko- waną metodą VIALIT w temp. 60°C, %	> 90	> 90	> 80

4. Zalety stosowania emulsji asfaltowych.

- wytworzenie emulsji asfaltowej wymaga zużycia znacznie mniejszej

energii niż inne sposoby upłynnienia asfaltu,

- kruszywa mineralne stosowane do produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej z zastosowaniem emulsji nie muszą być podgrzewane, co przynosi znaczne oszczędności energetyczne (około 10 l oleju opałowego na każdą tonę

wyprodukowanej mieszanki),

- emulsja asfaltowa jest łatwa w stosowaniu, może być transportowana i magazynowana w dłuższym czasie,

- emulsja jest prawie bezzapachowa, niepalna i nieszkodliwa dla środowiska pracy i środowiska naturalnego,

- stosowanie emulsji w robotach drogowych umożliwia uzyskiwanie wysokiej

wydajności pracy i dobrej jakości wykonywanych robót,

- stosowanie emulsji asfaltowej możliwe jest w bardzo wielu technologiach robót drogowych i przyczynia się do poprawy jakości wykonawstwa tych robót.

Brak w minionych latach w powszechnej praktyce drogowej w Polsce

stosowania emulsji uniemożliwiał lub znacznie utrudniał w pełni prawidłowe

wykonawstwo robót drogowych.[4]

5. Zakres stosowania emulsji asfaltowych.

Emulsja asfaltowa może mieć bardzo różne właściwości zależnie od:[2]

• rodzaju użytego asfaltu

• zawartości asfaltu

• rodzaju i ilości użytego emulgatora.

Najczęściej stosowane są w technologiach robót drogowych emulsje o

zawartości asfaltu od 50 do 70% m/m asfaltu. W ostatnich latach pojawiły się we Francji emulsje o zawartości asfaltu 80% m/m.

Różnorodność właściwości emulsji, a ponadto możliwość stosowania asfaltów o różnych właściwościach, w tym także modyfikowanych polimerami, powodują że mogą być one stosowane w wielu technologiach robót drogowych.

Głównym obszarem zastosowania emulsji asfaltowych są roboty utrzymaniowe, do których zaliczamy powierzchniowe utrwalanie i slurry surfacing (cienkie warstwy na zimno).[4]

Zużycie emulsji w innych zastosowaniach systematycznie wzrasta. Przy budowie nowych dróg emulsję asfaltową wykorzystuje się najczęściej do złączania warstw konstrukcji nawierzchni. Natomiast największym, dotąd nie w pełni wykorzystanym polem zastosowań są drogi lokalne i drogi o niższych kategoriach ruchu (KR1, KR2 wg Katalogu).

W przypadku dróg gruntowych o nawierzchni żwirowej, żużlowej, piaskowej stabilizacja emulsją asfaltową przynosi nadspodziewanie dobre efekty i jest tańsza niż wykonanie dywanika na gorąco.[3]

Rozszerzanie pola zastosowań emulsji asfaltowych nie ma na celu zastąpienia

technologii na gorąco. Co prawda próby takie są prowadzone i opracowane są

technologie wytwarzania i układania warstw na zimno o porównywalnej wytrzymałości do warstw na gorąco, ale ze względu na trudności techniczne i dość wysoką cenę nie przyjęły się w szerszym zakresie.

Jednym z dość powszechnych zastosowań emulsji asfaltowych są mieszanki

mineralno-emulsyjne do napraw cząstkowych. W tym zakresie konkurują z nimi mieszanki wykonywane na bazie asfaltów fluksowanych i upłynnianych, które mogą być stosowane także w okresie temperatur ujemnych.[4]

5.1. Rodzaje zastosowań emulsji asfaltowych.

Powierzchniowe utrwalenie polega na skropieniu podłoża warstwą emulsji

asfaltowej, równomiernym rozłożeniu warstwy grysu i zagęszczeniu walcem

ogumionym.

Powierzchniowe utrwalenie może być:[4]

• pojedyncze

• podwójne (zwykłe i odwrócone)

• klinowane (pojedyncze z podwójnym posypaniem grysem)

• typu "sandwich".

Rodzaj powierzchniowego utrwalenia i właściwości użytej emulsji asfaltowej powinny być dobrane każdorazowo do warunków wykonywanej roboty. Należy przy tym uwzględnić:[4]

• obciążenie ruchem,

• warunki topograficzne,

• warunki atmosferyczne,

• rodzaj i stan podłoża.

Powierzchniowe utrwalenie może być wykonywane jako zabieg utrzymaniowy dróg o różnej nawierzchni (bitumiczne, żwirowe) i o różnym standardzie. W przypadku emulsji asfaltowej modyfikowanej polimerem zabieg ten może być zastosowany nawet na nawierzchni autostradowej.[4]

Mieszanki mineralno-asfaltowe na zimno są produkowane tak jak mieszanki na gorąco, lecz z zastosowaniem specjalnej emulsji asfaltowej, co umożliwia ich

wytwarzanie w temperaturze otoczenia, bez uprzedniego suszenia i podgrzewania kruszywa i lepiszcza. Mieszanki na zimno stosowane mogą być do wykonywania warstw nakładek remontowanych nawierzchni bitumicznych lub w celu podniesienia standardu dróg żwirowych.[3]

Dobór uziarnienia mieszanki mineralnej umożliwia regulację grubości układanej warstwy nawierzchni. Produkowane mogą być mieszanki o uziarnieniu 0/2, 0/4, 0/6.3, 0/10, 0/12.8 mm.[4]

Odrębnym zastosowaniem w utrzymaniu dróg są ostatnio mieszanki typu "slurry seal" o uziarnieniu 0/4, 0/6, 0/8 i 0/11 mm. Wykonywane są z nich cienkie warstwy nakładek na remontowane nawierzchnie (o grubości do 1,5 cm) oraz wypełnianie kolein w nawierzchniach dróg. Zastosowanie selekcjonowanego kruszywa łamanego i modyfikowanej emulsji asfaltowej umożliwia zastosowanie tej technologii na drogach obciążonych bardzo ciężkim ruchem.

Mieszanki mineralno-asfaltowe na zimno do składowania są mieszankami

szczególnego rodzaju. Specjalna emulsja asfaltowa, wykonana z silnie upłynnionego lub fluksowanego asfaltu, zastosowana w tych mieszankach umożliwia ich długotrwałe składowanie. Wiązanie asfaltu w mieszance następuje po jej rozłożeniu i zagęszczeniu. Mieszanki takie są przydatne zwłaszcza do wykonywania remontów cząstkowych w okresie jesienno-wiosennym. Mieszankę produkuje się na skład w sezonie roboczym, a stosuje nawet po kilku miesiącach składowania.[4]

Remonty cząstkowe z zastosowaniem emulsji asfaltowej wykonuje się podobnie jak powierzchniowe utrwalenia (skropienie podłoża, rozłożenie grysów, zagęszczenie), ale tylko w uszkodzonych miejscach, a nie na całej nawierzchni. Zastosowanie emulsji asfaltowej nie wymagającej podgrzewania stwarza szczególną łatwość przemieszczania się zespołu roboczego.

W ostatnich latach do wykonywania takich robót stosowane są wieloczynnościowe remontery wyposażone w zbiorniki na kruszywo i emulsję, eliminujące konieczność używania kilku maszyn i środków transportowych.[4]

Utrwalenie wgłębne nawierzchni makadamowej polega na skropieniu kolejno rozkładanych warstw kruszywa jednofrakcyjnego i zagęszczeniu wykonanej nawierzchni.[1]

Złączenia międzywarstwowe emulsją asfaltową wykonywane jest w celu związania nowej, wykonywanej warstwy bitumicznej z podłożem. Może nim być stara nawierzchnia, bądź wcześniej wykonana warstwa. Zabieg taki jest niezbędny w celu zapewnienia połączenia pakietu warstw, tak aby wykonana konstrukcja nawierzchni stanowiła monolit.[1]

Zamknięcie podłoża gruntowego wykonywane jest przez skropienie emulsją

asfaltową i posypanie grysem. Zabieg taki zapewnia ochronę zagęszczonego podłoża pod nową nawierzchnię przed zniszczeniem kołami pojazdów roboczych, a także przed działaniem wody z opadów atmosferycznych.[4]

Skropienie podbudowy zapewnia jej ochronę przed zniszczeniem przez ruch

pojazdów roboczych. Zamykane tak powinny być tak podbudowy niezwiązane, jak i związane spoiwami hydraulicznymi. W tym drugim przypadku zamknięcie emulsją asfaltową zapewnia właściwe warunki dojrzewania warstwy, chroniąc ją przed wysychaniem. Zapobiega to powstawaniu spękań skurczowych.

Podbudowa stabilizowana emulsją asfaltową wykonywana może być z mieszanki gruntu miejscowego (pospółka, piasek, żwir) wymieszanego z emulsją. Mieszanie można wykonywać w wytwórni centralnej lub bezpośrednio na drodze przy użyciu remiksera lub sprzętu rolniczego. Mieszankę po rozłożeniu lub po wymieszaniu istniejącej warstwy nawierzchni z emulsją zagęszcza się. Po okresie dojrzewania emulsji utworzoną warstwę należy zamknąć stosując powierzchniowe utrwalenie lub warstwę slurry surfacing.[5]

Zazielenianie skarp może być wykonywane także z zastosowaniem emulsji

asfaltowej. Bezpośrednio po obsianiu trawą skarpa jest skraplana emulsją asfaltową co powoduje powierzchniowe związanie materiału skarpy. Zapobiega to utracie wilgotności, a równocześnie czarny kolor zwiększa absorbcję światła słonecznego i podwyższa temperaturę powierzchni skarpy. Tworzy to korzystniejsze warunki wzrostu trawy. Asfalt z emulsji nie stanowi zagrożenia dla roślin i środowiska naturalnego. Prace te można wykonywać na skarpach.[1]

`

Recykling (wtórne stosowanie) mieszanki mineralno-bitumicznej z nawierzchni może być wykonywany w technologii na zimno z zastosowaniem emulsji asfaltowej. Starą zfrezowaną lub pokruszoną mieszankę mineralno-bitumiczną, pochodzącą ze starej, zniszczonej nawierzchni, miesza się z dodatkiem nowej mieszanki mineralnej i lepiszcza w postaci emulsji asfaltowej, czasem z dodatkiem cementu.[4]

Mieszanka może być zastosowana w warstwach podbudowy nawierzchni drogowej. Wykonane próby pokazują że nowa mieszanka na zimno może zawierać nawet do 100% starej mieszanki. Technologia ta przynosi znaczne oszczędności energetyczne.

Szczególnym aspektem tej metody jest możliwość nieszkodliwego dla środowiska naturalnego recyklingu starych nawierzchni smołowych. Unika się w ten sposób podgrzewania starej mieszanki mineralno-smołowej, zawierającej wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne. Szkodliwy dla środowiska materiał starej mieszanki jest otoczony nieszkodliwym asfaltem i dzięki temu

odizolowany od otoczenia. Technologia taka jest właśnie ze względu na swą

nieszkodliwość przedmiotem szczególnego zainteresowania w krajach, gdzie szeroko były stosowane lepiszcza drogowe zawierające składnik smołowy, np. Niemcy. Problem wtórnego stosowania materiału starych nawierzchni bitumicznych staje się w ostatnich latach jednym z najistotniejszych w drogownictwie.

1.2. Praktyczne doświadczenia z wytwórni w Lubartowie.

Technologia wytwarzania emulsji.

Istnieją dwie zasadnicze metody wytwarzania emulsji: periodyczna i ciągła. Odnoszą się one zarówno do emulsji anionowych, jak i kationowych.[1]

1. Metoda periodyczna.

Tę metodę wytwarzania emulsji stosuje się głównie do wykonywania naukowych i doświadczalnych prac laboratoryjnych. Niekiedy sposób ten stosuje się również w produkcji emulsji na skalę techniczną, przy zapotrzebowaniu wynoszącym 5—10 ton emulsji dziennie, na przykład przy robotach remontowych, prowadzonych w znacznym oddaleniu od dużej wytwórni emulsji i przy istnieniu odpowiednich warunków i posiadaniu sprzętu do tego celu na miejscu robót lub w ich pobliżu. Sposób ten ma tę wadę, że w małym stosunkowo stopniu zapewnia jednorodność jakościową wytwarzanej emulsji.

Przy każdej szarży wytwarzanej periodycznie emulsji mogą być cokolwiek odmienne warunki lub czas produkcji, co wystarcza, żeby emulsja z jednej szarży produkcji różniła się wyglądem i niektórymi właściwościami od emulsji,

pochodzącej z produkcji innych szarż (gęstość, barwa, stopień rozproszenia asfaltu). Nie mniej jednak, wymienione mankamenty nie stanowią całkowicie uzasadnionej podstawy, żeby nie stosować tej metody produkcji emulsji w odpowiednio niewielkiej skali i w usprawiedliwionych warunkach miejscowych.

Periodyczna metoda wytwarzania emulsji, polega na tym, że w jednym pojemniku przygotowuje się odpowiednią porcję podgrzanego do

temperatury +100—120°C asfaltu łącznie z ewentualnym upłynniaczem i emulgatorem według ustalonej receptury.

W drugim pojemniku przygotowuje się podgrzaną do +80—85°C wodę razem z emulgatorem, ewentualnie również z innymi dodatkami, przewidzianymi w recepturze na emulsję anionową lub kationową. Następnie przygotowane porcje

asfaltu i wody zlewa się do jednego z wymienionych pojemników lub do specjalnego trzeciego pojemnika i poddaje się mieszaniu za pomocą mieszadeł różnego typu:[1]

• jednośmigłowych

• dwuśmigłowych

• turbinowych

Dla właściwego rozproszenia lepiszcza w fazie wodnej szybkość obrotu mieszadeł jest różna, zależnie od konstrukcji. Szybkość wirnika turbinki powinna wynosić 3000—7000 obr/min, zależnie od penetracji i temperatury podgrzania asfaltu oraz rodzaju i konstrukcji mieszadła, a także objętości przy-

gotowanej porcji składników emulsji.

Jeżeli jest do dyspozycji młynek koloidalny, o którego konstrukcji i odmianach oraz działaniu będzie mowa dalej, lub homogenizator, przygotowane i wymieszane w omówiony poprzednio sposób oraz zlane do jednego pojemnika składniki emulsji — po uprzednim wstępnym zmieszaniu za pomocą mieszadła ręcznego lub mechanicznego — przepuszcza się przez przygotowany do tego celu młynek, dla otrzymywania emulsji z dostatecznie dobrze zdyspergowanym lepiszczem bitumicznym.[1]

Metoda periodyczna wytwarzania emulsji jest kłopotliwa, pracochłonna i nadaje się właściwie tylko do badań laboratoryjnych i robót doświadczalnych na małą skalę.

Mechaniczne mieszadło turbinowe — młynek typu Ultra-Turrax.[1]

2. Metoda ciągła

Ta metoda wytwarzania emulsji zarówno kationowych, jak i anionowych, stosowana jest powszechnie w wytwórniach na dużą, jak i na średnią skalę, przeważnie przy wydajności instalacji produkcyjnej już powyżej 5 t/h.

Metoda ciągła wytwarzania emulsji polega na tym, że przygotowane w sposób poprzednio opisany składniki w postaci podgrzanego z dodatkami asfaltu i również z dodatkami podgrzanej fazy wodnej, podawane są do młynka koloidalnego lub homogenizacyjnego w sposób ciągły w odpowiedniej, przewidzianej receptą proporcji.

Podawanie podstawowych składników emulsji do młynka produkcyjnego może odbywać się dwoma sposobami, a mianowicie:

• w stanie wstępnie zmieszanym w odpowiednich proporcjach jednym

przewodem,

- oddzielnie - przygotowana faza asfaltowa i faza wodna dwoma

przewodami do leja młynka produkcyjnego.

Pierwszy z tych sposobów nosi nazwę jednostrugowego podawania składników emulsji, a drugi dwustrugowego.[1]

2.1. Przygotowanie składników emulsji

Przygotowanie składników emulsji w skali laboratoryjnej nie stanowi problemu pod żadnym względem. Natomiast w skali przemysłowej zagadnienie to związane jest z wykonaniem planowych pod względem funkcjonalnym urządzeń, z których główniejszymi są:[1]

- wybudowanie specjalnej hali z odpowiednimi magazynami i innymi

niezbędnymi pomieszczeniami, przewidzianej na projektowaną wielkość

produkcji,

- wykonanie i zainstalowanie szeregu zbiorników na różne materiały,

używane do produkcji emulsji, z uwzględnieniem ich pojemności,

dostosowanej do projektowanej produkcji,

- instalacja urządzeń grzejnych (przeważnie olejowych) do podgrzewania

asfaltu oraz kotła parowego do podgrzewania wody i ewentualnie asfaltu

(podtrzymywanie uzyskanej temperatury),

- instalacja młynka koloidowego lub homogenizatora do wytwarzania

emulsji,

- instalacja zbiornika na gotową emulsję,

- instalacja przewodów rurowych między poszczególnymi zbiornikami

oraz między zbiornikami, wytwornicami ciepła i młynkiem produkcyjnym.

Dysponując powyższymi instalacjami, stosunkowo łatwo jest przygotować wszystkie składniki do produkcji emulsji, jak i uruchomić samą produkcję. Przy wykonaniu omówionych instalacji należy mieć na uwadze umieszczenie zbiorników na składniki emulsji na takich poziomach, aby możliwie najwięcej był wykorzystany grawitacyjny sposób przelewania składników z jednego zbiornika do drugiego, zgodnie z ustalonym procesem technologicznym wytwarzania emulsji. To samo dotyczy pobierania gotowej emulsji ze zbiornika do pojemników przewozowych. Pompy powinny być stosowane w tych miejscach ciągu produkcyjnego, gdzie to jest nieuniknione.

Schemat urządzeń wytwórni emulsji.

1. Kotły do podgrzewania asfaltu,

2. Młynek koloidowy,

3. Autocysterna,

4. Pompa,

5. Pojemniki do składowania emulsji,

6. Zbiorniki sody żrącej (kaustycznej),

7. Mieszarka,

8. Urządzenie do zmiękczania wody,

9. Pojemnik na zmiękczoną wodę,

10. Kocioł do warzenia mydła,

11. Kotły do roztworu wodnego emulgatora

2.2. Przygotowanie asfaltu

Do wytwarzania emulsji najlepszy jest asfalt tzw. bezparafinowy, to jest zawierający nie więcej niż 2% parafiny w stosunku do jego ciężaru, określonej metodą Engler-Holde.[2]

Do wytwarzania emulsji stosuje się w zasadzie odpowiednio zmiękczony asfalt typu D-100, D-200 lub D-300 wg Polskich Norm. Twardsze asfalty, niż D-200 lub D-300, zmiękcza się przez dodanie odpowiedniej ilości upłynniacza w postaci możliwie lekkich frakcji olejowych, zwłaszcza z rop naftowych.[2]

Ogólnie biorąc, zmiękczanie asfaltu przeznaczonego do wytwarzania emulsji nie jest pożądane, bo czasem zakłóca układ koloidalny asfaltu i częściowo również stabilność emulsji. W większości przypadków jest to jednak zabieg niezbędny z uwagi na konieczność znacznego rozproszenia asfaltu w emulsji.

Asfalt stosowany do emulsji powinien być uprzednio podgrzany do stanu

płynności i lepkości, zbliżonej do wody. Temperatura podgrzania zależna jest od penetracji używanego asfaltu i jest tym wyższa, im asfalt jest twardszy. Na ogół temperatura podgrzewania asfaltu D-200 i D-300 powinna wynosić w momencie wytwarzania emulsji +100-110°C a dla asfaltu D-100 około +120°C.[2]

Podgrzewanie asfaltu do niezbędnej temperatury odbywa się przeważnie przy

użyciu palników olejowych. Wygodniej i bezpieczniej jest, gdy podgrzany asfalt dostarczany jest do pojemników produkcyjnych z kotła umieszczonego na zewnątrz hali produkcyjnej.

Kotły na asfalt powinny mieć izolację termiczną, zabezpieczającą asfalt po jego podgrzaniu przed zbyt szybkim spadkiem temperatury.

Temperatury składników głównych emulsji (asfaltu i wody z dodatkami) powinny być tak wysokie, aby ich średnia arytmetyczna wyniosła około +100°C. Temperaturę tę można regulować w ten sposób, że podgrzewanie wody doprowadza się do niższej temperatury niż asfaltu tak, żeby średnia temperatura mieszaniny obu faz lub gotowej emulsji po wyjściu z młynka była nieco niższa od +100°C.[1]

2.3. Przygotowanie fazy wodnej (rozpraszającej)

Do produkcji emulsji kationowych, tak samo jak i anionowych, nadaje się zwykła woda pitna, czysta, bez domieszek (zwłaszcza chemicznych), wpływających najczęściej ujemnie na proces wytwarzania emulsji i jej stabilność.[1]

Składniki mineralne (przeważnie związki magnezu i wapnia), które powodują

tzw. „twardość" wody, nie mają znaczenia w produkcji emulsji kationowej.

Wpływ tych składników jest neutralizowany przez dodatek do wody kwasu (przeważnie solnego), który na drodze chemicznej zamienia te składniki na substancje rozpuszczalne w wodzie. Chodzi tu głównie o sole wapnia, których jest w wodzie znaczna ilość, zwłaszcza w wodzie twardej.

Należy się wystrzegać wody, która może zawierać ścieki przemysłowe, nie zdradzające swej obecności wizualnie, ani też przez zapach.

Oprócz wody pitnej pobieranej z wodociągów, każda inna woda przed jej użyciem do produkcji emulsji powinna być zbadana i wypróbowana wstępnie (analiza co pewien okres) w laboratorium.

Przygotowanie fazy wodnej rozpraszającej powinno się odbywać w dwóch pojemnikach. Pojemniki te pod względem objętości powinny być odpowiednie dla zaprojektowanej wydajności produkcyjnej wytwórni emulsji. Z jednego z tych zbiorników czerpana jest przygotowana faza wodna do bieżącej produkcji, a w tym samym czasie następuje przygotowanie następnej porcji fazy wodnej w drugim zbiorniku i tak na przemian w celu zapewnienia ciągłości produkcji.[1]

Podgrzewanie fazy wodnej jest najprostsze przy użyciu pary wodnej

z wytwornicy.

Zbiorniki na kwas solny lub inny, na emulgatory oraz na stężony zarób wodny

emulgatora z kwasem, jak również na zakwaszoną fazę wodną powinny być zabezpieczone przed korozją. Głównie chodzi tu o pojemniki na mieszanki o znacznym stężeniu kwasu. Tak samo wszystkie zbiorniki powinny być zabezpieczone ze strony zewnętrznej przeciwko korozji.

2.4. Mieszadła do wytwarzania emulsji

Konstrukcja mieszadeł specjalnych do wytwarzania emulsji jest bardzo

różnorodna. Są mieszadła o poziomym, pionowym lub pochyłym położeniu swej osi obrotu. Poza tym łopatki mieszające mają różną konstrukcję:[1]

• jednośmigłowe,

• dwuśmigłowe,

• kilkuśmigłowe.

Oprócz tego położenie elementów mieszających (łopatek, śmigieł i innych części konstrukcji) w stosunku do osi, na której one są osadzone, może być różne; zwłaszcza dotyczy to kąta nachylenia końcówek elementów mieszających i ich kształtu, często dość skomplikowanego.

Mieszadła, używane do produkcji emulsji, mają zwykle 1400 - 7000 obr/min. Większa liczba obrotów mieszadła umożliwia otrzymanie emulsji bardziej drobnoziarnistej i stabilnej.

Z czasem zrezygnowano ze stosowania mieszadeł do produkcji emulsji w postaci końcowego produktu, ponieważ:[1]

- zajmują one dużo miejsca przy produkcji emulsji na skalę techniczną,

- powodują często rozpad wytwarzanej emulsji przy nieco za długim

mieszaniu lub za małe rozproszenie asfaltu przy zbyt krótkim czasie

mieszania,

- nadają się najlepiej tylko do produkcji metodą periodyczną.

Ustalenie ścisłego czasu mieszania jest bardzo trudne, gdyż zależne jest ono od kilku czynników, a mianowicie od:

- penetracji asfaltu lub stopnia jego zmiękczenia przez użycie odpowiedniego

upłynniacza,

- temperatury podgrzania obu faz emulsji,

- szybkości obrotów mieszadła, a głównie od szybkości obwodowej

końcówek elementów mieszających.

Z omówionych powodów do produkcji emulsji wprowadzono (zamiast mieszadeł) młynki koloidalne, rzadziej zaś homogenizatory.

Natomiast mieszadła w cyklu produkcyjnym emulsji zarówno na skalę

laboratoryjną, jak i techniczną, obecnie pełnią rolę przeważnie sprzętu

pomocniczego. Stosuje się je do wstępnego zmieszania obu przygotowanych odpowiednio faz emulsji przed ich skierowaniem do młynka koloidalnego lub homogenizatora. Szybkość obrotu tego rodzaju mieszadeł jest stosunkowo niewielka (ręczne 50—150, mechaniczne 150—500 obr/min).[1]

2.5. Młynki koloidalne (koloidowe)

Rozdrobnienie cieczy w młynku koloidalnym, a w omawianym przypadku asfaltu, polega na rozrywaniu jej, ścinaniu, zgniataniu i ścieraniu, zależnie od konstrukcji młynka, a ściślej od kształtu jego wirnika.[2]

Tak samo stopień rozdrobnienia asfaltu w mieszance dwóch faz (wodnej i

olejowo-asfaltowej), oprócz właściwości rozpraszanej fazy, jak jej lepkość (penetracja asfaltu), temperatura podgrzania itp., zależny jest od konstrukcji wirnika w młynku oraz od szybkości jego obrotów.

Zasada emulgowania asfaltu lub innej cieczy przeważnie oleistej w młynku

koloidalnym polega na przetłaczaniu mieszanki tej cieczy z wodą odpowiednio zaprawioną roztworem emulgatora i kwasu (przeważnie solnego) przez wąską

przestrzeń pomiędzy nieruchomym statorem młynka i szybko wirującym rotorem (wirnikiem). W czasie przetłaczania mieszanki obu faz następuje rozdrobnienie (zdyspergowanie) asfaltu.[1]

Stopień rozdrobnienia fazy rozproszonej znacznie się zwiększa przy wyjściu

cieczy, w momencie gwałtownego zmniejszenia ciśnienia w przestrzeni między statorem i rotorem, gdzie ono jest największe.

Przestrzeń między statorem i rotorem jest bardzo wąska, wynosi ona około

100- 300 mikronów zależnie od marki i konstrukcji młynka koloidalnego.

Dla prawidłowego działania młynka w czasie jego pracy wspominana przestrzeń nie powinna podlegać zmianom. Z tego względu powierzchnia zarówno statora, jak i rotora musi być równa, gładka i dokładnie wypolerowana.

Poza tym należy zwrócić uwagę na to, aby do cieczy, przechodzącej przez młynek koloidalny, nie dostały się zanieczyszczenia, zwłaszcza twarde, w postaci na przykład ziarn piasku lub drobnych okruchów skalnych. Mogą one porysować powierzchnię rotora i statora.

Istnieje duża ilość typowych konstrukcji młynków koloidalnych. Należy zwrócić uwagę, że każda wytwórnia emulsji powinna

być zaopatrzona w co najmniej dwa młynki tej samej konstrukcji jeden o małej wydajności 30—60 l/h dla doświadczeń laboratoryjnych, a drugi o dużej wydajności, przewidzianej dla zaprojektowanej wydajności zakładu na skalę techniczną. Pożądane jest to dla lepszej korelacji i porównania jakości, a zwłaszcza stopnia rozproszenia fazy olejowej emulsji, wytworzonej w laboratorium po opracowaniu jej receptury i jakością emulsji, produkowanej w wytwórni na skalę techniczną. Dla bardziej przybliżonego stopnia rozproszenia fazy olejowej (asfaltowej), a tym samym przybliżonej jakości obu rodzajów emulsji, wytworzonej w laboratorium i w wytwórni, szybkość obwodowa wirników w obu młynkach koloidalnych (laboratoryjnym i produkcyjnym) powinna być jednakowa, a przynajmniej przybliżona.

Młynek koloidalny typu „Premier"[1]

W młynku, typu „Premier" mieszanka wstępna obu faz emulsji wchodzi

przewodem i przeciska się przez szczelinę utworzoną i wykalibrowaną między rotorem i statorem.

Następnie mieszanina ta już w postaci emulsji przechodzi pod ciśnie-

niem wytworzonym przez pracę młynka do wylotu.

Konstrukcja omówionego młynka jest jedną ze starszych; był on już

produkowany przed 40 laty. Obecnie produkowane są młynki koloidalne o nowocześniejszej konstrukcji, o mniejszych średnicach tarcz, większych szybkościach obrotu wirników i o większej wydajności, jak również o osiąganym większym rozproszeniu fazy asfaltowej.

Młynek koloidalny typu „Mouton-Gaulin"[1]

W młynku koloidalnym „Mouton-Gaulin" mieszanka obu faz emulsji poddawana emulgowaniu wlewana jest przez wpust. Dzięki szybkim obrotom wirnika i specjalnym występom. na czołowej stronie jego powierzchni, mieszanka emulsyjna przeciskana jest przez szczelinę między statorem i wirnikiem. W czasie tego przeciskania faza olejowa (asfalt) podlega wstępnemu rozdrobnieniu, przechodząc następnie do szczeliny między statorem i tylną powierzchnią wirnika. Przechodząc przez tę szczelinę do wylotu, asfalt w mieszance podlega końcowemu rozdrobnieniu.

Należy zwrócić uwagę, że mieszanka emulsyjna, przechodząc przez szczelinę, dostaje się do wierzchołka wirnika, gdzie szybkość liniowa obwodowa na jego obwodzie jest największa i stąd ciśnienie, jakiemu podlega ta mieszanka w szczelinie, zaczyna stopniowo spadać, dochodząc w pobliżu osi wirnika prawie do zera. Poza tym mieszanka emulsyjna, przechodząc do szczeliny, zmienia kierunek przepływu swego strumienia. Oba te czynniki, to jest spadek ciśnienia i zmiana kierunku strumienia mieszanki, mają duży wpływ na stopień dyspersji (rozdrobnienia) asfaltu w fazie wodnej.

Zależnie od żądanego mniejszego lub większego stopnia rozdrobnienia asfaltu, wielkość szczeliny C można regulować specjalnie kalibrowaną tarczą nawet w czasie pracy młynka.

Młynek koloidalny typu ,,Mouton-Gaulin"

A - wpust mieszanki faz emulsji w statorze,

B, C - szczeliny produkcyjne młynka między statorem i rotorem,

R - rotor,

W - wylot gotowej emulsji,

P - płaszcz wodny

Młynek koloidalny typu „Atomix-Corlay"[1]

Młynki koloidalne produkcyjne typu „Atomix" z Zakładów Corlaya (Francja)

Mogą mieć różną wydajność. W handlu najpowszechniejsze są produkcyjne młynki koloidalne typu „Atomix" o wydajności około 10000 l/h przy 60% emulsji asfaltowej. Liczba obrotów wirnika (rotora) w młynku podanego typu wynosi około 3200 na minutę, a wysokość tłoczenia emulsji wytworzonej przy użyciu tego młynka wynosi do 10 m.

Ostatnia cecha tego młynka jest o tyle cenna, że nie trzeba stosować specjalnej

pompy do przetaczania wyprodukowanej emulsji do zbiorników magazynowych, które z reguły znajdują się na zewnątrz hali produkcyjnej.

Liczba obrotów wirnika (robocza) w młynku laboratoryjnym

wynosi 7 000—8 000, maksymalnie do 10 000 na minutę.

Dla porównania jakości emulsji wytworzonej w młynku koloidalnym

produkcyjnym i laboratoryjnym, a zwłaszcza dla porównania stopnia dyspersji asfaltu w fazie wodnej emulsji, która to dyspersja powinna być tego samego rzędu z obu młynków, szybkość liniowa na obwodzie wirników obu młynków powinna być w przybliżeniu jednakowa. Niezbędne to jest dla jakości i receptury emulsji dobranej laboratoryjnie, z emulsją wyprodukowaną przy zastosowaniu młynka produkcyjnego.

Młynek koloidalny „Atomix - Corlay", na podobieństwo innych te-

go rodzaju młynków, składa się z części stałej (statora) i wirnika (rotora). Różnica w stosunku do innych młynków polega głównie na tym, że wirnik tego młynka ma kształt zbliżony do turbiny. Między końcami skrzydełek wirnika i powierzchnią wewnętrzną statora jest niewielki luz, wynoszący część milimetra (zwykle kilkanaście do kilkudziesięciu mikronów).

Mieszanka obu faz emulsji, przechodząc przez szparę między wspom-

nianymi powierzchniami końców skrzydełek wirnika i statora, podlega dalszemu przemieszczaniu, a powodując przez tarcie oraz ścieranie asfaltu jego silną dyspersję, wytwarza właściwą emulsję.

Dla utrzymania odpowiedniej temperatury przechodzącej przez młynek i uprzednio podgrzanej mieszanki asfaltu z zakwaszoną wodą, stator młynka skonstruowany jest w ten sposób, że obudowa jogo zaopatrzona jest w wolną przestrzeń, przez którą przechodzi para wodna.

Młynek typu laboratoryjnego, zamiast tzw. płaszcza parowego, zaopatrzony jest w podgrzewacz elektryczny. W porównaniu z młynkiem produkcyjnym, młynek laboratoryjny charakteryzuje się: znacznie mniejszą wielkością i średnicą wirnika oraz większą szybkością liniową na jego obwodzie w czasie pracy.

Słabą stroną młynków koloidalnych marki ,,Atomix-Corlay" jest dość szybkie

ścieranie się ciernych końcówek skrzydełek wirnika oraz ciernej powierzchni wewnętrznej statora. Ścieranie tych powierzchni jest tym większe, im podatniejszy jest na ścieranie materiał, z którego te części są wykonane. Z tych względów stal, z której wykonywane są wspomniane poprzednio części młynka, powinna być bardzo twarda. Jednocześnie do zalet młynka ,,Atomix-Corlay" należy łatwość wymiany części ulegających szybkiemu zużyciu, co nie zawsze się spotyka w innych konstrukcjach.

Przekrój produkcyjnego młynka koloidowego systemu ..Atomix" produkcji Corlay

A - wpust mieszanki faz emulsji,

B - wylot gotowej emulsji,

C - rotor w kształcie turbinki

Młynek koloidalny (turbinowy) typu „Ultra-Turrax"[1]

Młynek turbinowy typu „Ultra-Turrax" zaliczany jest często do typu mieszadeł turbinowych. Przyrząd ten, tak jak przeważnie każdy młynek koloidalny, składa się ze statora i rotora (rys. 3.3), które są osadzone na osi pionowej z motorem elektrycznym i przekładnią oraz regulatorem obrotów wirnika umocowanych na statywie, umożliwiającym podnoszenie i opuszczanie całego przyrządu, zależnie od potrzeby.

Głowica młynka skonstruowana jest na kształt dwóch walców naciętych na całą grubość swych ścianek. Jeden z tych walców - zewnętrzny (stator) jest nieruchomy; drugi walec umieszczony wewnątrz pierwszego z małym luzem między nimi, wynoszącym niewielką część milimetra, jest wprawiany w ruch z szybkością do 10 000 obr/min przy użyciu wspomnianego poprzednio motoru elektrycznego.

Przy wytwarzaniu emulsji młynek opuszcza się do pojemnika z mieszanką obu faz, podgrzaną do temperatury +80—90°C, mniej więcej do połowy głębokości mieszanki, następnie uruchamia się silnik elektryczny, a tym samym i młynek.

Mieszanka przygotowanych do emulsji materiałów pod wpływem działania wirnika zostaje wciągana przez otwory, uwidocznione nad głowicą oraz znajdujące się również pod głowicą, a przechodząc pomiędzy statorem i rotorem, zostaje ścinana na granicy wspomnianych walców, rozcierana i rozdrabniana przez płaszczyzny między zębami rotora i statora. Gotowa emulsja wychodzi bocznymi otworami głowicy statora.

Opisany młynek koloidalny lub tzw. mieszadło turbinowe „Ultra-Turrax", najlepiej nadaje się do periodycznego wytwarzania emulsji.

Zależnie od wydajności tego młynka, a tym samym głównie i od średnicy jego wirnika, młynek ten można stosować zarówno do prób laboratoryjnych, jak i do doświadczeń terenowych. Można wytwarzać przy jego użyciu (zależnie od wielkości młynka) emulsję w pojemnikach od 1-500 l, a nawet nieco większych.

W praktyce laboratoryjnej wygodniejsze jest stosowanie młynka zanurzonego U-Turrax do wytwarzania próbnych lub kontrolnych emulsji, gdyż młynek ten nie wymaga ogrzewania i cały proces wytwarzania emulsji może być przeprowadzony przez jedną osobę.

Akustyczne urządzenie do wytwarzania emulsji.[1]

Do produkcji emulsji w urządzeniu akustycznym do emulgowania wykorzystuje się wibrację przetwornicy akustycznej. Przebieg produkcji emulsji jest następujący.

Wyjściowe składniki emulsji nagrzewa się do wymaganej temperatury roboczej. Podgrzane materiały wlewa się do pojemnika.

Poziom płynnych składników emulsji w pojemniku powinien być taki, aby

wytwornica akustyczna była całkowicie pokryta wspomnianymi składnikami.

Składniki z pojemnika podawane są przez pompę przewodami, do

hydrodynamicznej przetwornicy akustycznej. Przechodząc przez przetwornicę, materiały już nieco zmieszane powracają do pojemnika. Tego rodzaju stała cyrkulacja zmieszanych składników emulsji przez hydrodynamiczną przetwornicę odbywa się do tego czasu, aż w pojemniku roboczym wytworzy się właściwa emulsja. Gotową emulsję z pojemnika roboczego przepompowuje się pompą do zbiornika.

Przybliżone dane techniczne tego urządzenia wynoszą: pojemność robocza

270 l, moc silnika 4,5 K.W, ciśnienie w instalacji cyrkulacyjnej 6 atm, czas cyklu produkcji około 10 min.

2.6. Receptury na emulsje anionowe.

Uwagi wstępne.

Istnieje bardzo bogaty asortyment substancji, głównie chemicznych, które

stosuje się w charakterze emulgatorów w produkcji emulsji anionowych.

Ogólnie biorąc, emulsje anionowe przy ich użyciu do robót charakteryzują się wolniejszym rozpadem niż emulsje kationowe.

Przy produkcji i stosowaniu emulsji anionowych do robót należy dokładać

starań zarówno w doborze jakościowym i ilościowym odpowiednich emulgatorów, jak i w przebiegu odnośnych procesów technologicznych, dla przyspieszenia rozpadu tych emulsji. W odwrotnym kierunku muszą iść te starania, jeżeli chodzi o emulsje kationowe, których czas rozpadu jest krótszy.[4]

To samo dotyczy wiązania kruszywa przez asfalt wydzielony z emulsji. Wiązanie asfaltu z rozpadu emulsji kationowej z powierzchnią ziarn kruszywa następuje szybko na drodze reakcji chemicznej i przez usunięcie wody w czasie tej reakcji z powierzchni ziarn kruszywa. Natomiast wiązanie asfaltu z rozpadu emulsji anionowej z powierzchnią ziarn kruszywa następuje na tej samej zasadzie chemicznej, lecz znacznie wolniej, bo dopiero po wyparowaniu z powierzchni ziarn kruszywa wody, której nie jest w stanie usunąć emulgator anionoczynny w czasie wspomnianej reakcji ze względu na znacznie mniejszą jego aktywność chemiczną w porównaniu z emulgatorem kationoczynnym.

Z omówionych względów przed ustaleniem receptury dla produkcji emulsji należy dokładnie sprawdzić laboratoryjnie właściwości emulgatora, emulsji wytworzonej przy jego użyciu oraz wyprodukowanej z tą emulsją masy mineralno-asfaltowej.

Przykłady receptury na emulsje anionowe szybko rozpadowe (ASR)[4]

Przykład I

60,00 asfaltu D-200 lub D-100

1,00 oleju talowego

0,20 sody żrącej

38,80 wody

100,00% w stosunku do ciężaru sumy składników emulsji.

Przykład II

60,00 asfaltu D-200 lub D-100

0,30 smoły drzewnej

0,30 stearyny

0,17 sody żrącej

39,23 wody

100,00% w stosunku do ciężaru sumy składników emulsji

Przykład III

55,00 asfaltu D-200 lub D-100

5,00 oleju łupkowego (do asfaltu)

0,15 mydła siarczanowego

0,20 sody żrącej

39,65 wody

100,00% w stosunku do ciężaru sumy składników emulsji

Przykłady receptur na emulsje anionowe średnio rozpadowe (ASRR)[4]

Przykład I

60,00 asfaltu D-200 lub D-100

1,60 sopstoku (soapstocku)

0,20 sody żrącej

38,20 wody

100,00% w stosunku do ciężaru sumy składników emulsji

Przykład II

60,00 asfaltu D-200 lub D-100

1,60 oleju bawełnianego

0,25 sody żrącej

38,15 wody

100,00°/o w stosunku do ciężaru sumy składników emulsji

Przykład III

60,00 asfaltu D-200 lub D-100

0,70 kalafonii

0,15 sody żrącej

39,15 wody

100,00% w stosunku do ciężaru sumy składników emulsji

We wszystkich podanych przykładach pożądana jest woda miękka.

Przykłady receptur na emulsje anionowe wolno rozpadowe (AWR)[4]

Przykład I

60.00 asfaltu D-200 lub D-100

1,70 oleju (smoły generatorowej)

0.35 sody żrącej

37.95 wody

100,00% w stosunku do ciężaru sumy składników emulsji

Przykład II

60,00 asfaltu D-200 lub D-100

2,00 oleju łupkowego

1,50 sody żrącej

36,50 wody

100,00% w stosunku do ciężaru sumy składników emulsji

Przykład III

60,00 asfaltu D-200 lub D-100

1,75 koncentratu wywaru siarczyno-alkoholowego

38,25 wody

100,00% w stosunku do ciężaru sumy składników emulsji

Niezależnie od składników i użytych rodzajów emulgatora (nawet znormalizowanego), każda ustalona recepta na emulsję powinna być sprawdzona laboratoryjnie przez wyprodukowanie na skalę laboratoryjną emulsji według tej recepty i sprawdzenie jej jakości oraz przydatności do przeznaczonego celu. Przy dodatnich wynikach wszechstronnie prowadzonych badań próbnie wytworzonej emulsji można przystąpić do jej produkcji na skalę techniczną.

Ważnym zagadnieniem jest stosowanie takich emulgatorów do wytwarzania emulsji, przy których użyciu właściwości asfaltu, wydzielonego z emulsji po jej rozpadzie, zmieniają się możliwie mało lub wcale. Jako krańcowo największe dopuszczalne są takie zmiany właściwości asfaltów, pochodzących z rozpadu emulsji, jakie są przewidziane dla nich przez odpowiednie obowiązujące normy dla asfaltów wyekstrahowanych z mas mineralno-asfaltowych, wytwarzanych na gorąco.

2.7. Receptury na emulsje kationowe

Receptury na emulsje kationowe szybko rozpadowe (KSR).[2]

Uwagi wstępne.

Emulsje szybko rozpadowe przeznaczone są głównie do powierzchniowego utrwalania nawierzchni.

Recepty sprawdzane są laboratoryjnie pod względem jakości emulsji przy produkcji na skalę laboratoryjną i półtechniczną przy wykonaniu odcinków doświadczalnych. z zagranicznymi i polskimi emulgatorami.

Właściwości asfaltów D-100 i D-200, z którymi były wykonywane wszystkie

próby laboratoryjne wytwarzania emulsji kationowych i ich stosowania na skalę laboratoryjną, półtechniczną i techniczną, są następujące:[2]

Asfalt D-200:

a) penetracja 165°P

b) PiK 42°C

c) ciągliwość 100 cm

d) łamliwość wg Fraassa - 9°C

c) zawartość parafiny wg E. Holde'go 3,0—3,5%

Asfalt D-100:

a) penetracja 102°P

b) PiK 45°C

c) ciągliwość 100 cm

d) łamliwość wg Fraassa - 16°C

c) zawartość parafiny wg E. Holde'go 3,0—3,5%

Przykłady receptur.[2]

Przykład I

l mieszanka:

500 asfaltu D-200

30 nafty handlowej podgrzanej do temperatury +110°C

5 emulgatora M-2

535 g podgrzanej mieszanki do temperatury około +110°C

2 mieszanka:

400 wody podgrzanej do +90°C

8 kwasu solnego (HCL o ciężarze właściwym 1,19 g/cm3 rozcieńczonego w

stosunku l : l wodą

408 g podgrzanej mieszanki do temperatury ok. +90°C

Emulsja otrzymana z tych mieszanek zawiera około 57% asfaltu.

Wytworzenie emulsji.

Przy laboratoryjnym wytwarzaniu emulsji wlewa się obie mieszanki do jednego naczynia czystego, przepłukanego lekkim roztworem kwasu solnego lub octowego; zawartość można wstępnie przemieszać ręcznie szklanym, czystym pręcikiem. W naczyniu z mieszanką o temperaturze około +90°C zanurza się turbinkę mieszadła homogenizacyjnego Ultra-Turrax mniej więcej do połowy głębokości mieszanki, uruchamiając jego działanie na czas około 2 minut przy liczbie około 7000 obr/min. Następnie emulsję gotową odstawia się do całkowitego ostygnięcia i utraty piany, powstałej w czasie produkcji.[4]

Przykład II

Jest to emulsja szybko rozpadowa do powierzchniowego utrwalania[2]

l mieszanka:

500 asfaltu D-200

30 nafty handlowej

3 emulgatora AE

533 g podgrzanej mieszanki do temperatury około +110°C

2 mieszanka:

450 wody

3 HC1 (28-procentowy)

2 emulgatora AS

455 g podgrzanej mieszanki do temperatury około +90°C

Wytworzenie emulsji.

Mieszankę należy podgrzać do temperatury około +90°C. Według przytoczonej recepty została wytworzona emulsja metodą periodyczną w beczkach o pojemności gotowej emulsji około 250 kG przy użyciu dużego młynka produkcyjnego typu Ultra-Turrax.[4]

Receptury na emulsje kationowe średnio rozpadowe (KSRR).[2]

Uwagi wstępne.

Czas rozpadu tych emulsji mieści się w granicach od 5 minut do 5 godzin.

Na przykład emulsje do wgłębnego i półwgłębnego utrwalania nawierzchni muszą charakteryzować się tylko nieco wolniejszym rozpadem, niż emulsje szybko rozpadowe, stosowane do robót powierzchniowych. Chodzi bowiem o to, żeby emulsje te rozpadły się całkowicie w czasie ich przenikania przez pory utrwalanej nawierzchni. Wówczas większość powierzchni ziarn kruszywa na drodze przenikania emulsji zostanie powleczona asfaltem z rozpadu tych emulsji, stanowiąc lepiszcze dla związania kruszywa klinującego.[1]

Natomiast emulsje, które się stosuje do otaczania grysów muszą mieć jeszcze wolniejszy rozpad, niż poprzednie: w przeciwnym przypadku emulsje się rozpadną przed otoczeniem przez nie wszystkich ziaren grysów, co pozbawi je powleczenia przez asfalt z rozpadu wspomnianych emulsji. Im bardziej jest zróżnicowane uziarnienie otaczanych grysów, tym wolniejszy powinien być rozpad stosowanych do tego celu emulsji.

Z omówionych względów rozpad emulsji średnio rozpadowych powinien być każdorazowo dobrany, zależnie od ich przeznaczenia. Regulację rozpadu emulsji średnio rozpadowych uzyskuje się głównie przez zwiększenie ilości emulgatora i w niewielkim stopniu przez większe zakwaszenie fazy wodnej emulsji w stosunku do składników emulsji szybko rozpadowych. Dla emulsji, przeznaczonych do wgłębnego lub półwgłębnego utrwalania nawierzchni, zwiększenie emulgatora wynosi[1]

- zależnie od jego aktywności - 10-20% przy kwasowości pH = 3-5.

Zwiększenie ilości emulgatora przy produkcji emulsji, przeznaczonych do otaczania grysów, wynosi 50—80°/o w porównaniu do jego ilości, stosowanych przy produkcji emulsji szybko rozpadowych, używanych do utrwaleń powierzchniowych. Mniejsze ilości emulgatorów stosuje się do emulsji używanych do otaczania grysów jednofrakcyjnych, a większe - do grysów mieszanych, wielofrakcyjnych - przy utrzymaniu kwasowości

w granicach 2,5-4.

Przykłady receptur.

Przykład I

Emulsja średnio rozpadowa do wgłębnego i półwgłębnego utrwalania nawierzchni tłuczniowych, wytwarzana przy użyciu francuskiego emulgatora Base 116 i według receptury francuskiej.[2]

l mieszanka:

59,00 asfalt 180/220°P (D-200)

1,20 nafta handlowa

60,20 % w stosunku do ciężaru sumy wszystkich składników emulsji

2 mieszanka:

39,35 woda

0,20 emulgator Base 116

0,25 HC1 (36-procentowy)

39,80 % w stosunku do ciężaru sumy wszystkich składników emulsji

Należy zwrócić uwagę, że emulsje wytwarzane przy użyciu tego emulgatora należą do stosunkowo mało stabilnych i nie mogą być przechowywane przez dłuższy czas; powinny one być zużywane dość szybko.

Przykład II

Emulsja średnio rozpadowa, oparta na emulgatorach polskich i służąca do otaczania grysów jedno- ewentualnie dwufrakcjowych, stosowanych do wzmocnionych utrwaleń powierzchniowych. Emulsja tego rodzaju powinna charakteryzować się nieco wolniejszym rozpadem, niż emulsje służące do wgłębnych i półwgłębnych utrwaleń nawierzchni.[4]

Chodzi o to, żeby w czasie mieszania asfalt wydzielany z emulsji zdążył całkowicie otoczyć powierzchnie wszystkich ziarn grysu.

Przy zbyt szybko rozpadowej emulsji otoczenie asfaltem wszystkich

powierzchni ziarn grysów nie jest możliwe.

l mieszanka:

50 asfalt D-100

4,1 nafta handlowa

54,1% w stosunku do ciężaru sumy wszystkich składników emulsji

2 mieszanka:

44,40 woda

0,60 emulgator M-2 z oleiną DF l : l

0,30 amina stearynowa (AS)

0,56 HCL (36-procentowy)

45,86% w stosunku do ciężaru sumy wszystkich składników emulsji

Receptury na kationowe emulsje wolno rozpadowe (KWR)[2]

Uwagi wstępne.

Emulsje wolno rozpadowe, charakteryzują się znacznie wolniejszym rozpadem, niż poprzednio omówione i przytoczone w przykładach receptur emulsje szybko i średnio rozpadowe.

W zasadzie całkowity rozpad emulsji wolno rozpadowej powinien być

zakończony po 24 godzinach według wstępnych wytycznych badań emulsji kationowych przy użyciu do badania normowego piasku grubego (0,6-2,0 mm).

Rozpad ten zależy od:[1]

- uziarnienia kruszywa, a raczej od zawartości w nim części drobnych

głównie wypełniacza, (posiadającego dużą powierzchnię aktywną),

- charakteru chemicznego kruszywa, z którym tworzy mieszankę mineralno-asfaltową.

Emulsję wolno rozpadową dobiera się w ten sposób, żeby jej rozpad nastąpił po zmieszaniu z nią kruszywa i ułożeniu do odpowiedniego profilu otrzymanej w ten sposób masy.[1]

Po wykonaniu prób laboratoryjnych z wynikiem dodatnim opracowuje się

recepturę roboczą zarówno na wytwarzanie emulsji, jak i na jej zastosowanie na skalę techniczną.

Przykłady receptur.[4]

Przykład I

60,0 asfalt D-100

0,4 emulgator M-2

0,4 kwas olejowy

37,9 woda

0,4 emulgator AS

0,3 alfenol

0,6 HCL (34-procentowy)

100,0% w stosunku do sumy ciężarów wszystkich składników emulsji

Przykład II

57,8 asfalt D-100

3,0 nafta

0,5 emulgator ASO

38,0 woda

0,3 emulgator S-22

0,4 HCL (36-procentowy)

100,0% w stosunku do sumy ciężarów wszystkich składników emulsji

Przykład II

50,00 asfalt D-100

3,00 nafta

0,50 emulgator SAO

45,85 woda

0,30 emulgator S-22

0,35 HCL (34-procentowy)

100,00% w stosunku do sumy ciężarów wszystkich składników emulsji

2.8. Opis badań emulsji i ich składników.

Jednorodność emulsji (ziarnistość) i barwa.

Do emulsji, przechowywanej w szczelnie zamkniętym pojemniku, wkłada się po jego otwarciu czysty szklany pręcik. Pręcikiem tym bada się dno i ścianki naczynia. Jeżeli przy użyciu tego pręcika stwierdza się cienki równomierny osad asfaltu z częściowego rozpadu emulsji w miejscach zetknięcia się ze ściankami naczynia oznacza to, że emulsja nie jest rozłożona. Osad ten na dnie i ściankach naczynia zabezpiecza emulsję przed dalszym jej rozpadem. Tę samą rolę odgrywa również warstewka asfaltu wydzielonego na powierzchni emulsji w postaci cienkiego ,,kożuszka".[1]

Jeżeli natomiast pręcikiem szklanym wyczuwa się w emulsji lub na dnie grudki różnej wielkości, oznacza to początek postępującego rozpadu emulsji.

Przy zaawansowanym rozpadzie skupienia grudek asfaltu są znacznej

wielkości i łatwo wyczuwalne w emulsji przy użyciu wspomnianego pręcika.

Jeżeli emulsja nie wykazuje rozpadu, to szklany pręcik, którym ona była

zamieszana, pokryty jest po wyjęciu cienką, brązową, jednorodną i gładką warstewką emulsji.[1]

Niejednorodną jest taka emulsja, która w próbce nie daje się doprowadzić do jednorodności (zhomogenizować) przez wymieszanie jej szklanym pręcikiem.

Ocenę przy użyciu pręcika można zastąpić przez rozprowadzenie na arkuszu białego papieru emulsji pobranej z naczynia (po uprzednim jej wymieszaniu) zanurzonym nożem. Na papierze widoczne są dobrze wszelkie nierówności uziarnienia emulsji oraz ewentualne grudki asfaltu.

Zawartość wody w emulsji.

Metoda badania polega na określeniu zawartości wody w emulsji przy zastosowaniu destylacji według normy PN-66/C-04523. Metoda ta znana jest również pod nazwą destylacji z ksylenem. Ten sposób destylacji został opracowany dla określenia zawartości wody w różnego rodzaju olejach. Metoda została przystosowana do badania zawartości wody również w emulsji.[1]

Wykonanie badania przeprowadza się ściśle według normy PN-66/C-04523 przy użyciu:

1) aparatu destylacyjnego z wyposażeniem według normy PN-66/C-04523,

2) ksylenu — w ilości około 200—250 g,

3) wagi laboratoryjnej o dokładności do 0,01 g.

Lepkość emulsji.

Określa się ją w stopniach Englera (°E) w temperaturze +20°C.

Lepkość według Englera wyraża się stosunkiem czasu wypływu ze zbiornika lepkościomierza (wiskozymetru) Englera 200 ml emulsji (w +20°C) do czasu wypływu z tego zbiornika i w tej samej temperaturze 200 ml wody destylowanej.[2]

Wykonanie badania przeprowadza się według normy PN/C-04014

przy użyciu:

1) lepkościomierza (wiskozymetru) Englera z przepisowym osprzętem,

odpowiadającego normie PN/C-04014,

2) tkanego sitka mosiężnego o boku oczka 0,6 mm,

3) roztworu wodnego emulgatora o stężeniu 0,2°/o (lub kwasu octowego

2-procentowego przy badaniu emulsji kationowej) do przemywania zbiornika lepkościomierza, kolb pomiarowych i naczyń na emulsję,

4) wody destylowanej.

Określenie ilości pozostałości na sicie.

Badanie polega na określeniu (w %) ilości asfaltu, który pozostanie na sicie o boku oczka 0,6 mm, po przesączeniu przez nie określonej ilości emulsji.[2]

Do przeprowadzenia takiego badania używa się:

1) tkanych sit mosiężnych (2 szt.) o boku oczka w świetle 0,6 mm, oprawionych w cylindryczną nierdzewną (mosiężną) ramę, o średnicy d = 4 cm i wysokości h = 5 cm,

2) wagi laboratoryjnej o dokładności do 0,01 g,

3) eksykatora,

4) zlewki o pojemności 200—250 ml,

5) suszarki,

6) benzenu lub płynu TRI,

7) spirytusu denaturowanego lub acetonu,

8) 2-procentowego roztworu emulgatora i kwasu octowego,

9) wody destylowanej.

Samo badanie wykonuje się następująco:

Sita przed badaniem przemywa się benzenem lub trójchloroetylenem (płyn TRI), a następnie spirytusem denaturowanym. Zamiast spirytusu można przemywać sito acetonem i wodą destylowaną. Po przemyciu sito suszy się w suszarce w temperaturze +100—110°C i ochładza w eksykatorze.[1]

Wysuszone sito waży się z dokładnością do 0,01 g, otrzymując jego ciężar Si.

Przed wlaniem emulsji na sito należy je zwilżyć roztworem emulgatora, który zastosowano do produkcji emulsji. Jeżeli emulgator nie jest znany, to sito przemywa się wodą destylowaną (lub 2-procentowym kwasem octowym przy badaniu emulsji kationowej).

Przemywanie sita wykonuje się w celu uniknięcia rozpadania się emulsji w

czasie jej przesączania przez sito.

Następnie odważa się w zlewce około 100 g emulsji i przelewa przez sito umieszczone nad drugą zlewką, zwracając uwagę na to, żeby w czasie przesączania siatka sita była całkowicie przykryta badaną emulsją. Znając ciężar zlewki z emulsją oraz ciężar zlewki po wylaniu emulsji na sito, określa się ciężar emulsji S2 wylanej na sito w czasie badania.[4]

W razie potrzeby, przepływ emulsji przez sito ułatwia się przez lekkie

uderzenia w jego oprawę pręcikiem (szklanym lub metalowym).

Pozostałość na sicie nie zemulgowanego asfaltu przemywa się najpierw

wspomnianym poprzednio roztworem emulgatora lub 2-procentowym kwasem, octowym przy emulsji kationowej, a następnie — wodą destylowaną do czasu, gdy woda przechodząca przez sito będzie bezbarwna.

Przemyte w podany sposób sito z pozostałością na nim asfaltu suszy się przez

dwie godziny w suszarce w temperaturze +100-110°C następnie ochładza się go w eksykatorze przez l godzinę i waży z dokładnością do 0,01 g, otrzymując ciężar S3.

Zawartość w emulsji cząsteczek nie zemulgowanego asfaltu, które są większe

niż 0,6 mm, oblicza się z różnicy ciężarów (S3—S1) w procentach w stosunku do ciężaru przelanej w czasie badania przez sito, emulsji (S2).

Kwasowość emulsji (stężenie jonów wodorowych).

Metoda pomiaru polega na oznaczeniu stężenia jonów wodorowych w fazie wodnej emulsji.[2]

Badanie kwasowości przeprowadza się w temperaturze pokojowej+18—25°C

w dwojaki sposób:

- gotowej emulsji, na przykład na budowie w laboratorium polowym,

- fazy wodnej przygotowanej do produkcji emulsji (łącznie z emulgatorem. i ewentualnymi ustalonymi dodatkami).

Z obu tych pomiarów ważniejszy jest drugi sposób, który ma duży wpływ na jakość emulsji, gdyż można skorygować kwasowość fazy wodnej przed wyprodukowaniem emulsji, a tym samym i kwasowość samej emulsji.

Badanie można przeprowadzić dwoma sposobami przez pomiar kwasowości;

- wskaźnikowy,

- pehametrem.

Pomiar kwasowości pehametrem jest znacznie dokładniejszy, niż przy stosowaniu papierków wskaźnikowych. Przy produkcji emulsji stosuje się tylko pomiar pehametrem.

Wskaźnikowy pomiar kwasowości wykonuje się przy użyciu pasków papieru

wskaźnikowego i skali barwnej. Taki pasek częściowo zanurza się w badaną emulsję na okres około l sekundy. Po 10 sekundach od wyjęcia zanurzonego paska papieru wskaźnikowego porównuje się jego zabarwienie z barwną skalą. Cyfra na skali barwnej, odpowiadająca zabarwieniu klatki na skali i takiemu samemu zabarwieniu paska papieru wskaźnikowego (na długości 3—5 mm od zetknięcia się z badaną cieczą), oznacza kwasowość tej cieczy. Należy pamiętać, że pomiar ten daje wyniki przybliżone i przy produkcji (zwłaszcza ustalaniu zakwaszenia przygotowanej fazy wodnej) emulsji nie powinien być stosowany.[4]

Szybkość rozpadu emulsji na piasku normowym.

Metoda badania polega na otoczeniu badaną emulsją (w określonej ściśle

ilości) trzech próbek grubego piasku normowego (0,6—2,0 mm) i przemywaniu prądem zwykłej wody kolejno próbek:[4]

-pierwszej po 5 minutach,

-drugiej po 5 godzinach

-trzeciej po 24 godzinach

od chwili dokładnego wymieszania piasku z emulsją.

Do takiego badania potrzeba:

1) 3—6 parownic porcelanowych o średnicy 10—12 cm,

2) 3—6 zlewek szklanych o pojemności 100—150 ml,

3) grubego piasku normowego (0,6—2,0),

4) bagietki metalowej lub szklanej do mieszania emulsji z piaskiem,

5) wagi laboratoryjnej o dokładności do 0,1 g.

Badanie rozpoczyna się od odważenia w parownicach porcelanowych (czystych i wysuszonych) po 30 g piasku normowego, a następnie w trzech zlewkach po

5 g badanej emulsji. Potem należy wsypać odważony piasek do zlewki z emulsją i mieszać przez 30 sekund, a następnie wymieszane próbki pozostawić w spokoju: jedną na 5 minut, drugą na 5 godzin, trzecią na 24 godziny.[4]

Próbki po zmieszaniu z emulsją powinny być przykryte dla uniknięcia

przedwczesnego rozpadu emulsji przez odparowanie wody. Po wymienionym okresie czasu należy przemywać próbki prądem wody, aż do momentu, gdy odpływająca woda będzie bezbarwna. Następnie próbki należy wyłożyć na papier filtracyjny i określić stopień otoczenia ziarn piasku asfaltem, wytrąconym z emulsji, określając w ten sposób zależny od wyników charakter emulsji.

Przyczepność do kruszywa asfaltu wytrąconego z emulsji.[2]

Metoda badania polega na:

- otoczeniu określonej ilości badanego grysu kamiennego określoną ilością badanej emulsji,

- określeniu ilości (wizualnie) powierzchni kruszywa pozbawionej błonki asfaltu, pochodzącego z rozpadu użytej emulsji podczas gotowania tego kruszywa w wodzie.

Do tego badania potrzebne są:

1. palnik gazowy (lub spirytusowy),

2. parownica porcelanowa średnicy 10—12 cm,

3. waga laboratoryjna o dokładności do 0,1 g,

4. bagietka lub łopatka do mieszania kruszywa z lepiszczem,

5. papier filtracyjny,

6. stoper,

7. zlewka szklana o pojemności 100 ml,

8. kruszywo normowe granulowane o określonych właściwościach

petrograficznych i o uziarnieniu 5—8 mm.

Badanie wykonuje się następująco. Próbkę badanego kruszywa o masie 30 g należy otoczyć emulsją w ilości 2 g w małej parownicy, pozostawiając ją następnie w spokoju na 24 godziny dla całkowitego wytrącenia asfaltu z emulsji. Następnie próbkę należy przełożyć do zlewki szklanej, zalać wodą i gotować przez 5 minut.[2]

Po odlaniu wody próbkę wykłada się na bibułę filtracyjną lub biały papier i po wyschnięciu określa się powierzchnię kruszywa, z której nastąpiło odmycie (desorpcja) lepiszcza. Przyczepność lepiszcza do powierzchni kruszywa określa się procentowym stosunkiem nie odmytej powierzchni kruszywa do jego powierzchni całkowitej. Miarodajny jest wynik średni z trzech badań.

Trwałość emulsji.

Metoda badania trwałości emulsji polega na określeniu jej właściwości i zgodności wyników badań z wymaganiami technicznymi po ustalonym w przepisach terminie przechowywania emulsji w odpowiednich zbiornikach.[2]

Takie badanie wymaga użycia:

1) aparatury - zgodnej z poszczególnymi metodami i sposobami badań,

2) puszki z blachy stalowej, nie ocynkowanej, o średnicy d = 100 mm

i wysokości h = 120 mm,

3) próbki emulsji.

Dla wykonania badania, zgodnie z wymienionymi w niniejszych wytycznych metodami, należy pobrać próbki emulsji kationowej po co najmniej 4 tygodniach składowania w puszkach napełnionych do 4/5 objętości. Próbki emulsji anionowej pobiera się najwcześniej po 6 tygodniach.

Odporność emulsji na wstrząsy mechaniczne.

Metoda badania polega na określeniu wpływu wstrząsów na trwałość emulsji przy zastosowaniu przyrządów, imitujących wstrząsy emulsji w różnego rodzaju pojemnikach podczas jej transportu z wytwórni na budowę.[4]

Aparatura, sprzęt i materiały:

Aby przeprowadzić takie badanie trzeba mieć:

l) wstrząsarkę laboratoryjną, używaną do analizy sitowej kruszywa,

o wychyleniu tarczy około 30 mm i 300 obr/min,

Wstrząsarka do prób odporności emulsji na rozpad

2) puszkę z blachy stalowej nie ocynkowanej o średnicy d == 100 mm

i wysokości h = 120 mm z szczelnie zamykaną pokrywką,

3) pręcik szklany,

4) próbkę emulsji.

Puszkę blaszaną o pojemności około l litra napełnia się badaną emulsją w ilości 600 ± 5 g. Następnie puszkę z emulsją szczelnie zamkniętą należy umocować w uchwycie wstrząsarki i uruchomić ją.[4]

Po każdej godzinie wstrząsania kontroluje się jednorodność emulsji wizualnie

przez zanurzenie w niej szklanego pręcika. Badanie prowadzi się dalej, jeżeli nie zmienia się wygląd emulsji (ewentualnie nie ma cech rozpadu).

Po trzech godzinach wstrząsania emulsję odstawia się na 2 godziny, po czym przeprowadza się sprawdzanie jej jakości. Jeżeli zbadana emulsja nie wykazuje zmian po 3 godzinach wstrząsania, to odporność jej określa się jako 3-godzinną.

W razie stwierdzenia zmian w emulsji odporność jej określa się w całych godzinach, po których nie wykazywała ona zmian. Dla prawidłowego wyniku wystarczają dwa oznaczenia. Przy różnych wynikach za miarodajny należy uważać wynik gorszy, to jest o krótszym czasie trwałości.

Odporność emulsji na niskie temperatury.[2]

Metoda badania polega na:

- przechowywaniu badanej emulsji, uprzednio przesączonej przez sito

0,6 mm, przez 24 godziny w temperaturze -4° C,

- sprawdzeniu po tym okresie jej wyglądu,

- przesączeniu przez sito i oznaczeniu pozostałości na sicie 0,6' mm.

Jeżeli emulsja nie uległa zmianie, to wynik badania należy uważać za dodatni, a emulsję za odpowiadającą wymaganiom odporności na wpływ niskiej temperatury. Jeżeli natomiast okaże się, że emulsja zmieniła wygląd i ziarnistość lub nastąpiła częściowa koagulacja rozproszonych w emulsji zemulgowanych cząstek asfaltu (pozostałość na sicie w końcowej części badania), to wynik badania należy uważać za ujemny, a emulsję za nieodporną lub mało odporną na wpływ ujemnej temperatury.

Takie badanie wymaga użycia:

1) puszki z blachy ocynkowanej o wysokości 120—150 mm i o pojem-

ności około 0,6—1,0 litra,

2) termometru o skali +50 do -10°C,

3) lodówki z możliwością regulowania temperatury,

4) sita tkanego z siatki mosiężnej o boku 0,6 mm,

5) zlewek szklanych,

6) bagietek (pręcików szklanych),

7) wagi laboratoryjnej o dokładności do 0,1 g.

Przeprowadzenie badania polega na wykonaniu następujących czynności.

Do puszki należy wlać badaną emulsję, uprzednio przesączoną przez przepisowe sito. Emulsja powinna wypełniać około 2/3 naczynia, lecz nie powinno być jej mniej niż 250 +10 g. Puszka powinna być szczelnie zamknięta pokrywką.

Wskazane jest (jeżeli istnieje taka możliwość) umieszczenie w pokrywce

korka z dopasowanym termometrem kontrolnym, którego skala znajduje się powyżej korka, czyli jest widoczna.

Puszkę z badaną emulsją umieszcza się na 24 godziny w lodówce o nastawionej temperaturze -4°C.

Po 24 godzinach puszkę z emulsją wyjmuje się z lodówki. Po dojściu emulsji w puszce do temperatury pokojowej (+18 - 25°C) należy ją poddać badaniu identycznemu z badaniem dla ilości pozostałości na sicie, jeżeli emulsja odpo-

wiada tym wymaganiom, to wynik badania należy uznać za dodatni.

Stabilność emulsji (sedymentacja).

Metoda badania polega na procentowym oznaczeniu objętości oddzielonej

wody i asfaltu z emulsji w ciągu 7 dni magazynowania.[1]

Do badania potrzebne są:[2]

1) cylinder pomiarowy szklany z podziałką co l ml, objętości 100 ml,

średnicy d == 30 mm, wysokości h = 260 mm,

2) próbka emulsji jednorodnej, przepuszczonej bezpośrednio przed ba-

daniem przez sito 0,6 mm,

3) sonda pomiarowa (warunkowo).

Badanie wykonuje się następująco. Do cylindra przemytego roztworem emulgatora przy badaniu każdej emulsji lub 2-procentowym roztworem kwasu octowego przy badaniu emulsji kationowych należy wlać ostrożnie po ściance cylindra 100 ml emulsji przesączanej przez sito.[2]

Cylinder pomiarowy należy zamknąć doszlifowanym korkiem szklanym lub odpowiednim korkiem gumowym, a następnie pozostawić z emulsją na okres 7 dni w miejscu nie narażonym na wstrząsy, w temperaturze +20±5°C. Po upływie 7 dni należy odczytać w ml ilość cieczy jaśniejszej od emulsji, oddzielonej z niej w wyraźnej warstwie. Zabarwienie wydzielonej cieczy, wyglądającej mniej lub bardziej mętnie, może być od koloru jasnożółtego do ciemnobrunatnego.

Objętość w procentach wydzielonej z emulsji w ciągu 7 dni fazy wodnej w

odniesieniu do całej próbki (100 ml) wziętej do badania stanowi wynik tego badania. Wynik ten oblicza się z jednej próbki.

W ten sam sposób dokonuje się pomiaru warstwy osadzonej na dnie cylindra (cząstek) asfaltu. Nie pochodzi ona z rozpadu emulsji i daje się łatwo zhomogenizować przez przemieszanie z pozostałą emulsją i częściowo oddzieloną fazą wodną, wymienioną poprzednio.

Jeżeli wydzielona na dnie cylindra warstwa asfaltu nie jest zupełnie dobrze widoczna na skali pomiarowej cylindra, to pomiar jej można wykonać sondą pomiarową (zakończoną dyskiem), umieszczając ją (wizualnie i na wyczucie) raz na wierzchu warstwy asfaltu, a drugi raz na dnie cylindra. Różnica pomiarów jest grubością osadzonej warstwy asfaltu.

Rozpad emulsji na grysach kamiennych.

Metoda badania polega na otoczeniu 10 g emulsji grysów kamiennych o wymiarach 8-12 mm (przechodzących całkowicie przez sito o oczkach okrągłych (S 12 mm i pozostających całkowicie na sicie o oczkach 08 mm) w ilości 100 g i określeniu czasu rozpadu badanej emulsji na powierzchni ziarn grysu.[2]

Do badania używane są:

1) 2 parowniczki porcelanowe o średnicy 10—12 cm,

2) 10—12 parowniczek porcelanowych o średnicy 5—6 cm, zależnie

od potrzeby,

3) l bagietka (pręt szklany albo porcelanowy),

4) grysy kamienne o wymiarze 8—12 mm nie zapylone bazaltowe,

granitowe lub inne, zależnie od potrzeby i celu badania,

5) stoper.

Przystępując do badania, należy odważyć 100 g grysu kamiennego,a w parownicy - 10 g badanej emulsji. Następnie trzeba wsypać przygotowany i odważony grys do parownicy z emulsją i natychmiast oba materiały przemieszać tak, żeby wszystkie ziarna grysu były otoczone emulsją. Rozpoczynając mieszanie, należy włączyć stoper. Mieszanie przy otaczaniu grysu emulsją powinno trwać 20-30 sekund.

Otoczony grys rozkłada się po 5-10 ziarn w małych, numerowanych parowniczkach (10-12 szt), które się przykrywa. Po trzech minutach przepłukuje się wodą destylowaną ziarna grysu w pierwszej parowniczce, licząc czas od początku otaczania grysu emulsją. Płukanie grysu prowadzi się do czasu, aż woda spłukująca grys będzie bezbarwna.

Takie samo przepłukanie grysów kolejno w odstępach 3-minutowych przeprowadza się w następnych parowniczkach, obserwując stopień otoczenia ziarn grysu wytrąconym z emulsji asfaltem. Obserwację tę prowadzi się do czasu, gdy w którejś z parowniczek otrzyma się 100°/o otoczenia powierzchni ziarn grysu. Wtedy badanie należy uważać za zakończone, tak jak i rozpad badanej emulsji.

Uwzględniając numer kolejny parowniczki, w której nastąpił całkowity rozpad emulsji lub licząc czas od uruchomienia stopera, można obliczyć czas rozpadu badanej emulsji na użytym do badania grysie.

W zależności od użytego grysu (pod względem petrograficznym), wyniki badania czasu rozpadu emulsji mogą się nieco różnić. Poważny wpływ na wyniki badania ma zapylenie grysu i w ogóle jego czystość oraz świeżość przełomu płaszczyzn poszczególnych ziarn, jak również stopień zwietrzenia skały, z której pochodzi grys. Dlatego też przy podawaniu wyników badania należy również określić poprzednio wyszczególnione dane.

Dla miarodajnego wyniku wystarczają najwyżej dwa badania.

2. Zastosowanie drogowych emulsji asfaltowych.

Powierzchniowe utrwalania dróg z zastosowaniem drogowych emulsji asfaltowych.

Powierzchniowe utrwalanie może być z powodzeniem stosowane na wszystkich rodzajach i kategoriach dróg o nawierzchniach utwardzonych. Jest oszczędną, względnie prostą metodą utrzymaniową.

Metoda ta wymaga zwrócenia szczególnej uwagi na projektowanie, wykonawstwo, nadzór przed, w trakcie i w krótkim czasie po wykonaniu powierzchniowego utrwalania. Dołożenie starań w powyższym zakresie pozwala na uzyskanie maksymalnie efektywnego pokrycia nawierzchni.

Brak staranności i błędy wykonawcze mogą wpłynąć na znaczne skrócenie okresu użytkowania powierzchniowego utrwalenia.

Cele powierzchniowego utrwalenia.[4]

Celami powierzchniowego utrwalenia jako zabiegu utrzymaniowego są:

• wytworzenie szorstkiej warstwy ścieralnej,

• uszczelnienie nawierzchni drogowej przed przenikaniem wody,

• powstrzymanie destrukcji nawierzchni,

• wykonanie warstwy ścieralnej o jednolitym wyglądzie i poprawionej estetyce.

Rodzaje powierzchniowych utrwaleń.

Znanych i stosowanych jest kilka rodzajów powierzchniowego utrwalania w zależności od liczby i kolejności układanych warstw kruszywa i lepiszcza. Podstawowymi rodzajami powierzchniowego utrwalania są:[4]

• pojedyncze powierzchniowe utrwalanie,

• klinowane powierzchniowe utrwalanie,

• podwójne powierzchniowe utrwalanie,

• powierzchniowe utrwalanie typu „sandwich",

Pojedyncze powierzchniowe utrwalanie polega na skropieniu nawierzchni drogowej warstwą lepiszcza i pokryciu jej warstwą grysów. Postępowanie to wymaga wykonania najmniejszej ilości operacji, zużywana jest najmniejsza ilość materiałów a uzyskane efekty są wystarczające dla większości przypadków. Jednak ograniczeniem tej metody jest zastosowanie na drogach, gdzie nie pojawiaj ą się największe obciążenia.[1]

Klinowane powierzchniowe utrwalanie polega na ułożeniu pierwszej warstwy grysów w ilości 90 % w porównaniu z pojedynczym., a następnie ułożeniu drugiej warstwy drobniejszych grysów, które klinując większe grysy w danej pozycji tworzą stabilny układ warstwy; tego rodzaju powierzchniowe utrwalanie jest używane na drogach, gdzie ruch jest szczególnie ciężki lub szybki.[1]

Podwójne powierzchniowe utrwalanie polega na dwukrotnym wykonaniu zabiegu pojedynczego powierzchniowego utrwalania. Ten rodzaj powierzchniowego utrwalania jest odpowiedni dla dróg o nawierzchniach niedobitumowanych („chudych") i obciążonych ruchem co najmniej ciężkim.

Powierzchniowe utrwalanie typu "sandwich" polega na ułożeniu pierwszej warstwy grysów bezpośrednio na podłożu (bez skropienia lepiszczem), a potem wykonaniu typowego powierzchniowego utrwalania; tego rodzaju zabieg wykonuje się na nawierzchniach z nadmiarem lepiszcza.

Warunki techniczne wykonywania powierzchniowych utrwaleń.

1. Kategorie ruchu

Głównym czynnikiem przy wyborze wymagań w odniesieniu do warstwy powierzchniowego utrwalania jest oczekiwane natężenie ruchu, które musi przenieść dana droga.

Zagłębianie się grysów w podłoże powodują głównie pojazdy ciężarowe. Dlatego dla celów projektowych główną miarą ruchu powinnna być ilość pojazdów ciężarowych przypadająca dziennie na dany pas ruchu.

Pojazd ciężarowy jest definiowany jako pojazd o wadze (bez ładunku) większej niż 1,5 Mg.

Prawy pas zarówno dróg dwupasmowych, jak i trzypasmowych przenosi zwykle większość ruchu pojazdów ciężarowych. Inaczej jest w obszarach miejskich, gdzie ze względu na parkujące pojazdy, ruch skanalizowany jest ku środkowi korony drogi.

Z powyższych względów często konieczne jest przygotowanie odrębnych specyfikacji dla każdego pasa ruchu dróg wielopasmowych.

Na pasach dróg, po których ruch, szczególnie pojazdów ciężarowych, jest skanalizowany i porusza się względnie wolno (poniżej 50 km/h), obciążenie nawierzchni przez każdy z pojazdów będzie przyłożone dłużej niż w innych przypadkach. Z kolei pasy, po których ruch porusza się względnie szybko (powyżej 100 km/h) będą narażone na niebezpieczeństwo uszkodzenia z powodu wyrywania ziam grysów przez koła pojazdów.

Prędkość ruchu jest przyjmowana jako prędkość, z którą (lub wolniej) porusza się 85% pojazdów.

2. Twardość i stan podłoża

Przed rozpoczęciem projektowania konieczne jest sprawdzenie twardości nawierzchni, na której ma być wykonane powierzchniowe utrwalanie, w celu wybrania odpowiedniego rodzaju grysów. Jest to szczególnie ważne w przypadku naszych nawierzchni bitumicznych, które przeważnie są przebitumowane.

Proponuje się zastosowanie w tym celu sondy do pomiaru twardości CTRA.

Pomiary twardości są wykonywane na reprezentatywnym odcinku drogi w koleinie zewnętrznej na każdym pasie ruchu.

Temperaturę nawierzchni podczas pomiarów, która powinna mieścić się w granicach 15-35°C, należy mierzyć i zapisywać, dla każdych 10 odczytów twardości. Kategorię twardości nawierzchni ocenia się korzystając z odpowiednich wykresów.

Kontrola twardości powinna być przeprowadzana w roku poprzedzającym rok, w którym wykonywane będzie powierzchniowe utrwalanie.

Zamiast pomiaru twardości w terenie można wykonywać pomiary w laboratorium posługując się wyciętymi z nawierzchni próbkami o średnicy

150 mm.

Nawierzchnie dróg można podzielić na 5 kategorii pod względem twardości.

Twardość nawierzchni	Opis nawierzchni
Bardzo twarda	Nawierzchnie betonowe i wyjątkowo bitumiczne z „chudych" mieszanek gruboziarnistych, w które wciskanie grysów przez bardzo ciężki ruch jest pomijalne.
Twarda	Nawierzchnie z twardych mieszanek mineralno-bitumicznych, w które grysy są niewiele wciskane przez ciężki ruch.
Normalna	Nawierzchnie, w które grysy będą umiarkowanie wciskane przez średni i ciężki ruch.
Miękka	Nawierzchnie, w które grysy będą znacznie wciskane przez ciężki i średni ruch.
Bardzo miękka	Nawierzchnie, w które nawet największe grysy będą zatapiać się pod ciężkim ruchem. Są one zwykle przebitumowane.

Stan podłoża (nawierzchni) jest bardzo ważny dla ustalenia najbardziej odpowiedniego rodzaju powierzchniowego utrwalania. Ważne jest, aby w początkowym okresie, zanim grysy zagłębią się w podłoże, ilość lepiszcza była odpowiednia. Stąd nawierzchnie zasobniejsze w lepiszcze wymagają mniej lepiszcza niż tzw. nawierzchnie "chude".[1]

Nawierzchnie można podzielić na 5 kategorii ze względu na zawartość lepiszcza:[1]

• bardzo bogate w lepiszcze,

• bogate w lepiszcze,

• normalne,

• porowate,

• bardzo porowate i "chude".

Zaliczenie nawierzchni do danej kategorii jest oceną subiektywną i dlatego powinno być to powierzone doświadczonej osobie.

3. Wymagania odnośnie szorstkości.

Jedną z przyczyn wykonywania powierzchniowego utrwalania jest to, że tekstura i szorstkość nawierzchni jest nieadekwatna do prędkości rozwijanej przez pojazdy na danej drodze.

Ze względów bezpieczeństwa ruchu powierzchniowe utrwalenia powinny charakteryzować się głębokością makrotekstury odpowiednią do prędkości pojazdów.

Głębokości makrotekstury[1]

Maksymalna dopuszczalna prędkość pojazdów, km/h	Głębokość makrotekstury, mm
< 70	0,2-0,4
70-110	0,4 - 0,8
>110	0,8-1,2
„czarne punkty"	>1,2

Powierzchniowe utrwalenie powinno przez okres 3 lat - w przypadku lepiszczy niemodyfikowanych i 5 lat - w przypadku lepiszczy modyfikowanych polimerami, zachowywać głębokość makrotekstury wg powyższej tablicy.

4. Pory roku i przewidywane warunki pogodowe

Powierzchniowe utrwalania jest technologią sezonową. Wynika to nie tylko z trudności w ich wykonywaniu podczas zimnej pogody, ale także dlatego, że trwałość tego zabiegu zależy od stopnia zagłębienia się grysów w podłoże przed nastaniem chłodów. Jeżeli grysy nie zagłębią się dostatecznie, mogą zostać wyrwane przez koła pojazdów.

Częściowym rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie lepiszczy modyfikowanych.

Powierzchniowe utrwalania powinny być wykonywane w okresie:[4]

• od l maja do 30 września z asfaltem, asfaltem upłynnionym lub polimeroasfaltem,

• od l czerwca do 31 sierpnia z emulsją asfaltową.

Ze względu na to, że pogoda w każdym roku jest inna od założonej średniej, okresy te mogą ulegać wydłużeniu lub skróceniu w zależności od sytuacji.

Należy brać pod uwagę, że żadne lepiszcze nie toleruje ekstremalnych warunków pogodowych. Emulsje rozpadają się wolniej podczas zimnej lub deszczowej pogody lub jeżeli występuje duża wilgotność powietrza. W okresie upałów zalecane jest stosowanie emulsji o wydłużonym czasie rozpadu (indeks rozpadu do 100 g/l00g emulsji).

Kiedy wilgotność powietrza przekracza 80%, rozpad emulsji jest na tyle opóźniony, że może być potrzebne użycie dodatków przyśpieszających rozpad.

5. Materiały.

Grysy.

Wszystkie grysy powinny odpowiadać wymaganiom normowym odnośnie wymiarów, kształtu ziaren i wytrzymałości. Przed rozpoczęciem robót należy zbadać próbki grysów, które mają być użyte do wykonania warstwy powierzchniowego utrwalania. Jeżeli nadejdą następne dostawy,badania należy powtórzyć.

Grysy niepowlekane

Ze względu na przyczepność błonki lepiszcza ważne jest to, aby grysy były czyste.

Stopień czystości grysów określany jest zawartością procentową ziarn przechodzących przez sito 0.075 mm. Zawartość tej frakcji nie może przekraczać 0,5% (m/m).

Pogorszenie się przyczepności lepiszcza do grysów wskutek ich zapylenia zaostrza się w niskich temperaturach i w przypadku drobniejszych grysów.

Grysy niepowlekane zaleca się stosować z emulsjami asfaltowymi.

Właściwości grysów o niezadowalającej adhezji można poprawić stosując spryskanie specjalnie do tego celu opracowanym środkiem adhezyjnym.

Grysy powlekane (lakierowane)

Grysy otacza się niewielką ilością lepiszcza w otaczarce. Uzyskana w ten sposób błonka lepiszcza pomaga zapewnić szybką przyczepność lepiszcza do grysów.

Grysy lekko powlekane lepiszczem są stosowane z asfaltami upłynnionymi, szczególnie przy niższych temperaturach na początku i na końcu sezonu wykonywania powierzchniowych utrwaleń.

Błonka lepiszcza powinna być na tyle cienka, jak to możliwe i nie musi być ciągła. Zbyt grube powleczenie grysów może spowodować zlepianie się grysów podczas upałów i w związku z tym ich nierównomierne rozsypywanie.

Ilość lepiszcza używanego do powlekania grysów jest uzależniona od rodzaju kruszywa, więcej lepiszcza stosuje się do bardziej porowatych kruszyw.

• dla grysów 4/6,3 mm stosuje się 1%lepiszcza,

• dla 6,3/10 - 0,8%,

• dla 10/14 mm - 0,6%.

Grysy podgrzewane.

W pewnych okolicznościach może być konieczne użycie gorących grysów. Zarówno grysy niepowlekane, jak i powlekane powinny być stosowane w temperaturze 60-120° C, zależnie od temperatury otoczenia. Należy zwracać uwagę na to, aby unikać dodatkowego zapylenia podczas procesu ogrzewania.

Podgrzewane grysy mogą wywołać problemy przy stosowaniu emulsji; może nastąpić lokalny rozpad emulsji wokół grysów i opóźnić się jej rozpad w pozostałej części warstwy powierzchniowego utrwalania. Są jednak czasami jedynym rozwiązaniem, w przypadku wykonywania robót przy niskiej temperaturze powietrza i nawierzchni.

Lepiszcza.

Lepiszcza niemodyfikowane

Do wykonywania powierzchniowych utrwalań stosowane są następujące lepiszcza niemodyfikowane:

• kationowa szybkorozpadowa emulsja asfaltowa 65 i 70 %,

• asfalt upłynniony o lepkości 50 i l00s.

Zalecane jest stosowanie emulsji asfaltowych wytworzonych z asfaltu drogowego o penetracji 130±20. 0,1 mm.

Lepiszcza modyfikowane

Obecnie są dostępne również lepiszcza modyfikowane polimerami lub innymi dodatkami.

Wymagania dotyczące ich przydatności bazują na dodatkowych metodach badań. Dodatek polimerów do lepiszczy asfaltowych modyfikuje ich jakość w wieloraki sposób, zależnie od użytego polimeru. Polepszenie jakości jest przeważnie możliwe w jednym lub wielu wymienionych zakresach:

• zmniejszenie wrażliwości na działanie temperatury,

• polepszenie elastyczności wypełnienia pęknięć włoskowatych,

• przyśpieszenie przyczepności lepiszcza do grysów,

• polepszenie trwałości.

6. Przygotowanie podłoża.

Przed wykonaniem powierzchniowego utrwalania należy zbadać nawierzchnię, na której będzie ono układane. Ta ocena powinna być przeprowadzona w poprzednim sezonie, a następnie należy wykonać niezbędne prace remontowe. Metody napraw różnią się w zależności od tego czy nawierzchnia jest bitumiczna, czy z betonu cementowego.

Nawierzchnie bitumiczne.

Wszystkie poważne uszkodzenia w podłożu powinny być naprawione przy użyciu materiału podobnego do materiału podłoża. Najlepiej, gdy prace remontowe są wykonywane w poprzednim sezonie. Jednakże, jeśli to niemożliwe, powinny być prowadzone w miesiącach poprzedzających sezon wykonywania powierzchniowych utrwaleń ze względu na czas konieczny na stwardnienie łat.[4]

Jeśli naprawy nawierzchni są wykonywane później niż miesiąc przed powierzchniowym utrwalaniem nie należy stosować materiałów bogatych w lepiszcza fluxowane.

Zaleca się wykonywanie napraw metodami powierzchniowego utrwalenia, slurry seal, zaprawą betonową.

W przypadku porowatych nawierzchni może być konieczne wykonanie podkładki pod powierzchniowe utrwalanie, aby uniknąć utraty części lepiszcza, które wsiąknie w pory i nie będzie przydatne do utrzymania grysów w warstwie powierzchniowego utrwalania.

Twardość nawierzchni, które były wcześniej powierzchniowo utrwalane zazwyczaj jest zredukowana do tego stopnia, że konieczne jest użycie większych grysów. Takie nawierzchnie charakteryzuje większa zawartość lepiszcza niż nawierzchnie z betonu asfaltowego i mogą one w związku z tym mięknąć podczas przedłużających się upałów, szczególnie podczas pierwszego okresu po wykonaniu powierzchniowego utrwalania.

W związku z tym na drogach bardzo obciążonych ruchem może zajść konieczność sfrezowania poprzedniej warstwy powierzchniowego utrwalania, być może w okresach co 15 lat.

Nawierzchnie z betonu cementowego.

Jeżeli warstwa betonu cementowego jest wystarczająco wytrzymała można ułożyć na niej warstwę powierzchniowego utrwalania. Prace remontowe należy wykonać przy użyciu podobnego materiału, tzn. cementowego lub żywicy.

Pojedyncze powierzchniowe utrwalanie z niemodyfikowanym lepiszczem.

Przy wyborze rodzaju powierzchniowego utrwalania tylko w przypadku pasów dróg o ruchu kategorii E, F, G i H zaleca się wykonanie pojedynczego powierzchniowego utrwalania niemodyfikowanym lepiszczem.

Jednakże mogą zaistnieć okoliczności, że pojedyncze powierzchniowe utrwalanie będzie wykonywane na drogach przenoszących ruch wyższych kategorii. Dlatego zalecenia podane w tym i w następnych rozdziałach odnoszą się do wszystkich kategorii ruchu.

Wielkość i ilość ziaren grysów

Wielkość ziam grysów powinna być dobrana odpowiednio do kategorii ruchu i twardości podłoża.

Powierzchniowe utrwalania z większymi grysami powinny być wykonywane na początku sezonu wykonywania tego zabiegu, w celu zapewnienia odpowiedniego zagłębienia się grysów w podłoże przed nastaniem chłodów.

Chociaż dopuszcza się możliwość stosowania ziam grysów nawet o wielkości 20 mm, powinny one używane bardzo ostrożnie, tzn. nie może być nadmiaru luźnych ziam grysów w momencie, gdy dopuszcza się nieograniczony ruch pojazdów na warstwie powierzchniowego utrwalania, ze względu na niebezpieczeństwo rozbijania szyb pojazdów.

Ilość grysów powinna być taka, aby odcinek drogi był pokryty od jej jednej krawędzi do drugiej w ilości 100-105 %.[4]

Rodzaj i ilość lepiszcza

Kategorie ruchu A, B i C są rozważane jako specjalne przypadki. Dla kategorii ruchu A i B preferowane są modyfikowane emulsje asfaltowe Kl-70MP lub modyfikowane asfalty upłynnione.

Dla kategorii C mogą być też używane emulsje asfaltowe zwykłe Kl-70.[4]

Lepiszcza o dużej lepkości powinny być używane na drogach o kategorii ruchu D-H, gdzie 85 % pojazdów porusza się z prędkością większą od

100 km/h, w celu ograniczenia wyrywania ziaren grysów przez koła pojazdów.

W tym przypadku są odpowiednie niemodyfikowane emulsje lub asfalty upłynnione.

Gdy używane są asfalty upłynnione o dużej lepkości zaleca się stosowanie grysów lekko powlekanych lepiszczem.

Ilość i jednorodność spryskiwania lepiszczem to jedne z najważniejszych czynników wpływających na jakość .

Ilość lepiszcza powinna być szczególnie uważnie kontrolowana we wczesnym stadium układania powierzchniowego utrwalania. Wymagania odnośnie ilości lepiszcza zależą od wymiaru i kształtu ziam grysów, natury powierzchni nawierzchni i stopnia zagłębiania się grysów pod wpływem ruchu pojazdów.[1]

Pojedyncze powierzchniowe utrwalanie modyfikowanym lepiszczem.

Metoda projektowania pojedynczego powierzchniowego utrwalania z

niemodyfikowanym lepiszczem jest również przydatna w przypadku zastosowania modyfikowanego lepiszcza.

W przypadku zastosowania lepiszcza modyfikowanego możliwe jest wykonanie powierzchniowego utrwalania na drodze o większym obciążeniu ruchem w porównaniu do wykonania lepiszczem niemodyfikowanym.

Najpopularniejsze i dające sprawdzone dobre efekty techniczne i ekonomiczne daje zastosowanie emulsji modyfikowanej polimerem poprzez lateks SBR.

Klinowane powierzchniowe utrwalanie z niemodyfikowanym lepiszczem.

Wielkość i ilość ziaren grysów

Grysy w pierwszej warstwie są zwykle niepowlekane lub powlekane asfaltem

upłynnionym, jak w przypadku pojedynczego powierzchniowego utrwalania; natomiast grysy w drugiej warstwie są prawie zawsze niepowlekane lepiszczem.

Wymiar ziam grysów powinien być tak dobrany, by odpowiadał kategorii ruchu i twardości podłoża.

Powierzchniowe utrwalanie z grysami 10/14 w dolnej warstwie powinny być wykonywane jak najwcześniej, na początku sezonu wykonywania powierzchniowych utrwaleń, w celu zapewnienia odpowiedniego zagłębienia się ziam grysów w podłoże przed nastaniem chłodów.

Pierwsza warstwa grysów powinna być rozłożona w takiej ilości, aby uzyskać pokrycie odcinka nawierzchni od krawędzi do krawędzi w 90 %.[4]

Druga warstwa grysów powinna być układana z pewnym nadmiarem. Wielkość nadmiaru zaleca się pozostawić doświadczeniu wykonawcy.

Na drugorzędnych skrzyżowaniach i w innych miejscach, gdzie ruch może przejeżdżać w poprzek po nowej warstwie powierzchniowego utrwalania, korzystne jest użycie nadmiaru drobniejszych grysów w celu zmniejszenia ryzyka uszkodzenia warstwy.

Rodzaj i ilość lepiszcza.

Rodzaje lepiszczy i okresy, w jakich powinny być stosowane są takie same, jak w przypadku pojedynczych powierzchniowych utrwaleń.

Najważniejszymi czynnikami wpływającymi na jakość , które należy uważnie kontrolować szczególnie w pierwszym stadium wykonywania powierzchniowego utrwalania są ilość i jednorodność spryskiwania lepiszczem.

Wymagana ilość lepiszcza zależy od wielkości i kształtu ziam grysów, stanu podłoża i stopnia zagłębiania się grysów w podłoże pod wpływem ruchu pojazdów.

Ilości lepiszcza nie powinny odbiegać od wartości zaprojektowanej o więcej niż ± 10 %, zarówno w kierunku podłużnym, jak i poprzecznym.

Klinowane powierzchniowe utrwalanie z modyfikowanym lepiszczem.

Podobnie, jak w przypadku pojedynczego powierzchniowego utrwalania metoda projektowania klinowanego powierzchniowego utrwalania z niemodyfikowanym lepiszczem jest również przydatna, gdy stosuje się lepiszcze modyfikowane. Jedynie ilość lepiszcza może być inna. Także zastosowane może być na drogę o odpowiednio większym ruchu pojazdów.

Podwójne powierzchniowe utrwalanie.

Wielkość i ilość ziaren grysów.

Wielkość ziaren grysów jest taka sama, jak w przypadku klinowanego powierzchniowego utrwalania. Ilość grysów użytych do wykonania pierwszej warstwy powinna być taka, aby osiągnąć pokrycie odcinka nawierzchni w ilości około 95 %, a w drugiej warstwie: 100-105 %.

Wymagana ilość zależy od rozmiaru i kształtu ziaren grysów.

Rodzaj i ilość lepiszcza.

Ze względu na to, że ten rodzaj powierzchniowego utrwalania jest stosowany na obszarach szczególnie obciążonych, do wykonywania tego zabiegu zaleca się stosowanie głównie lepiszczy modyfikowanych. Oczywiście zastosowanie lepiszcza niemodyfikowanego pozwala otrzymać nawierzchnię odpowiednią nawet dla ruchu ciężkiego, co jest niezalecane w przypadku pojedynczego powierzchniowego utrwalania.

Stosowane w podwójnym powierzchniowym utrwaleniu ilości lepiszczy i

grysów dla nawierzchni o kategorii twardości: normalna.

Frakcja grysu, mm	Emulsja 70% kg/m2	Asfalt upłynniony, kg/m2	Grys, l/m2
6,3/10 2/4	1,0-1,1 1,1-1,3	0,9 0,9	7-8 4-5
10/14 4/6	1,1-1,3 1,2- 1.4	1,1 1,0	10-11 6-7

Powierzchniowe utrwalanie typu "sandwich"

Ilości i rodzaje materiałów używane do wykonania tego rodzaju powierzchniowego utrwalania są zbliżone jak w przypadku klinowanego powierzchniowego utrwalania. W tablicy podano przykładowe zalecane ilości grysu i emulsji.

Stosowane w powierzchniowym utrwaleniu typu sandwich ilości lepiszczy i grysów dla nawierzchni o kategorii twardości: normalna.[4]

Frakcja grysu, mm	Emulsja 70% kg/m2	Lepiszcze, kg/m2	Grys, l/m2
4/6 2/4	1,3	1,05	5-6 4-5
6,3/10 2/4	1,75	1,35	7-8 6-7
10/14 4/6	2,1	1,60	8-9 7-8

Powierzchniowe utrwalania z lepiszczem bazującym na żywicach.

Lepiszcza bazujące na żywicach epoksydowych są materiałami o wysokiej jakości, które w pełni mogą przenosić naprężenia wywoływane przez działanie ruchu w najbardziej trudnych warunkach, np. dojściach do sygnalizacji świetlnej.

Ze względu na to, że tego rodzaju lepiszcza nie miękną pod wpływem działania paliwa lub oleju, mogą być stosowane w miejscach, gdzie istnieje

zagrożenie wycieku tych substancji. Poza tym zwiększona trwałość lepiszczy z żywicami pozwala na użycie kruszyw o gorszej odporności na polerowanie.[4]

Początkowy koszt powierzchniowego utrwalania z tego rodzaju lepiszczem jest wprawdzie duży, w porównaniu powierzchniowym utrwalaniem z konwencjonalnym lepiszczem, ale jego wyjątkowa trwałość, zdolność do zachowania dużej szorstkości przez wiele lat i wyżej wymienione zalety czynią to rozwiązanie opłacalnym w dłuższej perspektywie czasowej dla niektórych odcinków dróg.

CIENKIE WARSTWY NA ZIMNO - SLURRY SURFACING.

W obiegowym użyciu znajduje się szereg nazw określających cienkie warstwy

bitumiczne na zimno. Najstarszą stosowaną nazwą jest: zaprawa emulsyjna odpowiadająca zagranicznej nazwie "slurry seal'. Nazwy te stosowano dla opracowanych w latach 60-tych rozwiązań.[4]

Zaprawą emulsyjną nazywano mieszankę mineralno-emulsyjna składająca się z kruszywa nie selekcjonowanego 0/2 - 0/6 mm o dużej zawartości frakcji piaskowej, wolnorozpadowej kationowej lub anionowej emulsji asfaltowej i regulatora czasu rozpadu.[1]

W latach 70-tych udoskonalono skład i stosowane składniki. Zastosowano modyfikowane polimerami kationowe emulsje asfaltowe z nową generacją emulgatorów oraz łamane kruszywa o określonej krzywej uziarnienia i własnościach mechanicznych.

Pojawiło się szereg nazw, często nadawanych przez poszczególnych producentów, np. mikrobeton asfaltowy na zimno, mikrodywan, zimny asfalt, makroseal, Raiumac i inne.[4]

Przy opracowaniu norm europejskich CEN w grupie roboczej 2 komitetu technicznego CEN/TC 227 WG 2 zdefiniowano i uzgodniono terminologię (4).

W trzech głównych językach Unii Europejskiej cienkie warstwy bitumiczne na zimno nazwano:

• Slurry surfacing,

• Materiaux bitumineux coules a froid,

• Dunne Asphaitschichten in Kaltbauweisen.

"Slurry surfacing" zdefiniowano jako zabieg utrzymaniowy wykonywany na zimno mieszanką składającą się z kruszyw mineralnych, wody, emulsji asfaltowej i dodatków, wytwarzaną i układaną na miejscu wbudowania.

Definicja ta obejmuje wszystkie rodzaje cienkich warstw na zimno.

3.1 Zastosowanie cienkich warstw bitumicznych na zimno.

Cienkie warstwy bitumiczne na zimno są stosowane w pracach utrzymaniowych, przy budowie nowych dróg i przy rekonstrukcji istniejących.[4]

W przypadku wykonywania zabiegów utrzymaniowych cienkie warstwy na zimno stosuje się w celu:[3]

• ulepszenia tekstury nawierzchni i poprawy szorstkości,

• polepszenia równości lekko zdeformowanych nawierzchni (głównie równości poprzecznej),

• wypełnienia kolein,

• otrzymania jednorodnej, estetycznie wyglądającej nawierzchni,

• uszczelniania lekko spękanych i/lub porowatych nawierzchni,

• zamknięcia nawierzchni i poprawy odporności na przenikanie wody.

W przypadku nowobudowanych i remontowanych dróg cienkie warstwy na zimno stosuje się jako warstwy ścieralne układane na warstwie wykonanej z mieszanki mineralno-bitumicznej na zimno, gravel emulsion, na stabilizowanej podbudowie.

Cienkie warstwy na zimno mogą być układane na większości nawierzchni drogowych, zarówno na nawierzchniach podatnych (beton asfaltowy, SMA) jak i na nawierzchniach sztywnych (beton). Podłoże może stanowić powierzchniowe utrwalanie, warstwa po recyklingu lub podbudowa stabilizowana cementem.[4]

Technika ta jest stosowana w różnych wariantach, które różnią się rodzajem, wymiarami i krzywą uziarnienia kruszywa, rodzajem asfaltu i emulgatora użytego do produkcji emulsji, rodzajem zastosowanego modyfikatora w zależności od warunków ruchu drogi, na którą jest projektowana. Obecnie jest możliwe zastosowanie cienkiej warstwy na zimno na wszystkich rodzajach dróg obciążonych ruchem od lekkiego do bardzo ciężkiego włącznie.

3.2 Materiały

Emulsje asfaltowe.

Emulsja asfaltowa jest najistotniejszym składnikiem technologii slurry surfacing.

Musi ona dobrze mieszać się z kruszywem i wypełniaczem, a potem szybko rozpadać się i dojrzewać po rozłożeniu na drodze. Asfalt pozostały z rozpadu emulsji powinien charakteryzować się dobrą adhezją i kohezją oraz w przypadku emulsji modyfikowanych wysokim nawrotem sprężystym, indeksem penetracji i przedziałem plastyczności.[1]

Aktualnie stosowane są wyłącznie emulsje kationowe wolnorozpadowe lub nadstabilne. Są one wytwarzane z zastosowaniem jednego lub dwóch emulgatorów z czystego lub modyfikowanego polimerem asfaltu, ewentualnie z czystego asfaltu i lateksu będącego emulsją polimeru syntetycznego lub naturalnego w wodzie.

Zawartość asfaltu w emulsji wynosi od 58 do 65%. Niższa zawartość asfaltu w emulsji jest wybierana w celu uzyskania jak najszybszego ujednorodnienia całej mieszanki, jeśli czas mieszania w mieszalniku jest względnie krótki.

Stosowane są asfalty o penetracji od 60 do 200 0.1-mm w zależności od obciążenia ruchem drogi i warunków klimatycznych.

W przypadku modyfikacji polimerem stosuje się jego dodatek 2 - 4%. Na drogi o ruchu do średniego włącznie stosowanie modyfikacji jest zbyteczne.

Często stosuje się emulsje niemodyfikowane na ruch ciężki pod warunkiem zastosowania asfaltu z ropy wenezuelskiej, która wydaje się najlepszym lepiszczem do slurry surfacing.[4]

Indeks rozpadu emulsji wolnorozpadowej powinien być powyżej 120g mączki/100g emulsji. Najczęściej używane są emulsje o indeksie rozpadu

150 - 180g.

Emulsje o wyższych wartościach indeksu rozpadu lub emulsje nadstabilne są stosowane dla kruszyw o wysokiej reaktywności i zawierających dużą ilość frakcji < 0,075 mm oraz w okresie wysokich temperatur otoczenia.

Kruszywa.

Kruszywo w slurry surfacing decyduje o stabilności, trwałości i szorstkości wykonanej nawierzchni. Do zapraw emulsyjnych wykorzystywane są kruszywa lokalne często nie najwyższej klasy. Natomiast do cienkich warstw na ruch ciężki z emulsji modyfikowanych konieczne jest wyselekcjonowanie kruszywa spełniającego szereg warunków.

Są nimi twardość, polerowalność i skład ziarnowy. Zaleca się stosowanie kruszyw o ścieralności w metodzie Los Angeles < 25, o wartości współczynnika polerowalności w metodzie przyśpieszonej > 0,45 i o wskaźniku piaskowym >50% (najlepiej > 75%) oraz o wartości wskaźnika testu błękitu metylenowego < 1 [4].

Należy tu zaznaczyć, że kruszywa granitowe w metodzie Los Angeles uzyskują wyższe wartości ścieralności sugerujące gorszą jakość kruszywa, co w rzeczywistości nie ma miejsca. Dlatego kruszywa te są często stosowane do wykonywania cienkich warstw na zimno pomimo wyższej od wymagania wartości ścieralności.

Stosowane są różne frakcje grysów, różne w różnych krajach. W projekcie specyfikacji technicznej wyróżniono następujące klasy rozmiarów: 0/2, 0/4, 0/6, 0/8 i 0/10-0/11 mm. W praktyce odpowiednia klasa jest wybierana w zależności od oczekiwanej szorstkości i natężenia ruchu pojazdów.

Określone krzywe uziarnienia są uzyskiwane przez wymieszanie 3-4 frakcji. Kruszywa otrzymywane z bezpośredniego przemiału z reguły nie mieszczą się w krzywych uziarnienia dla poszczególnych klas rozmiarów. Najczęściej stosowanymi kruszywami są: granit, kwarcyt, bazalt, diabaz.

Spotykane jest stosowanie także innych kruszyw, jak melafir, żużle stalownicze, gabro i inne.

Zawartości poszczególnych frakcji w wyżej wymienionych mieszankach mineralnych.[4]

Rozmiary oczka sita, mm	Zawartość ziaren przechodzących, % (m/m)
		0/2	0/4	0/6	0/8	0/11
16,0	-	-	-	-	100
11,2	-	-	-	100	70-100
8,0	-	-	100	85-100	55-95
6,3	-	100	91-100	72-94	45-90
4,0	100	80-100	70-95	50-80	30-75
2,0	70-100	50-80	40-70	30-60	20-55
1,0	50-80	35-60	25-50	20-45	15-40
0,063	5-18	4-16	4-14	3-12	3-10

Dodatki.

Możliwości technologii slurry surfacing zależą głównie od szybkości rozpadu emulsji. Rozpad ten zależy zarówno od właściwości emulsji, jak i pozostałych składników.

W celu regulacji czasu rozpadu stosuje się różne dodatki. Jednym z nich jest cement portlandzki, stosowany w ilości 0,5 - 2,0% (m/m). Cement oprócz właściwości regulujących czas rozpadu wpływa na wzrost kohezji wykonanej cienkiej warstwy. W zależności od rodzaju emulgatora zastosowanego przy produkcji emulsji asfaltowej, cement może być przyspieszaczem lub opóźniaczem.

Drugim z regulatorów jest najczęściej wodny roztwór czwartorzędowej soli amonowej aminy tłuszczowej,[4] który dodawany w ilości 1 - 2% do kruszywa opóźnia czas rozpadu mieszanki mineralno-emulsyjnej.

Trzecim składnikiem jest woda dodawana do mieszanki w ilości 10 - 25%. Woda jest dodawana w celu poprawy urabialności mieszanki, a także w celu wydłużenia czasu rozpadu.

Projektowanie

Technologia slurry surfacing jest najtrudniejszą z technologii drogowych. Ustalenie składu mieszanki wymaga przeprowadzania wielu badań, a potem w czasie pracy nieustannej kontroli i bieżącej korekty. '

Typowy skład mieszanki jest następujący:[4]

- kruszywo 100 części wagowych

- cement portlandzki 0,5-3 cz. wag.

- woda 10-20 cz. wag.

- regulator czasu rozpadu 1-5 cz. wag.

- emulsja 60% 10 - 25 cz. wag.

Dla każdej emulsji i kruszywa trzeba przeprowadzić badania sprawdzające.

Podstawowymi badaniami przy projektowaniu mieszanki są:[4]

- czas rozpadu mieszanki mineralno-emulsyjnej,

- oznaczenie kohezji po 30 i 60 min.

- oznaczenie ścieralności na mokro.

Celem projektowania jest przede wszystkim optymalizacja właściwości uzyskanej cienkiej warstwy.

Badania bieżące prowadzone w laboratorium muszą poprzedzać pracę na drodze. Badanie takie polega na wymieszaniu używanych składników i sprawdzenie czy:

- rozpad emulsji nie następuje przed upływem 1 min,

- mieszanka jest płynna i urabialna,

- po rozpadzie w ciągu 15 min wydziela się czysta woda.

Takie testy laboratoryjne nie uwzględniają zachowania się mieszanki w realnych warunkach podczas pracy i tylko duże doświadczenie pozwala na dokonywanie zmian podczas pracy.

Praktycznie po dobraniu odpowiedniego kruszywa i emulsji roboty na drodze

przebiegają szybko i bez większych sensacji i nie wymagają nieustannej obsługi laboratoryjnej. Jednak jakakolwiek zmiana właściwości kruszywa lub emulsji może sprawić, że mieszanka będzie tężała w mieszalniku lub przeciwnie rozpad emulsji będzie niezmiernie wydłużony, uniemożliwiając otwarcie ruchu. Wtedy laboratorium okazuje się niezbędne.

Technologia wykonania.

Mieszanie składników i rozkładanie na drodze wykonuje jeden kombajn wyposażony w zasobnik kruszywa, cementu zbiorniki emulsji, wody i opóźniacza, dozowniki, mieszalnik i skrzynkowe urządzenie rozścielające pracujący ciągle. Pojemność, zasobnika kruszywa (10-15 m3) wymusza okresowość pracy, choć znane są urządzenia z możliwością załadunku podczas pracy.

Wytwarzanie mieszanki polega na zwilżeniu wodą i opóźniaczem kruszywa z

cementem w momencie wlotu do mieszalnika, gdzie dodawana jest emulsja asfaltowa.

Materiały te przesuwają się ciągle w poziomym mieszalniku, z którego przepływają grawitacyjnie rynną do skrzynkowego urządzenia rozścielającego. Urządzenie to składa się z dwóch komór, z reguły wyposażonych w ślimaki lub poziome mieszadła wielołopatkowe zapewniające równomierne rozkładanie mieszanki mineralno-emulsyjnej.

Gumowy fartuch umieszczony w tylnej części urządzenia rozścielającego zapewnia gładkość rozkładanej warstwy.

Kombajn porusza się z prędkością około 3-4 km/h i umożliwia rozłożenie warstwy o grubości od 0,2 do 2 cm i szerokości do 3 m.

Po całkowitym dojrzeniu mieszanki można układać drugą warstwę. W takim przypadku należy przestrzegać by złącza poprzeczne były przesunięte względem siebie.

Po rozłożeniu w ciągu 2-3 min. należy wykonać wszelkie poprawki stosując ręczny sprzęt. Potem warstwa twardnieje i wydziela się z niej woda z rozpadu emulsji.

Minimalną kohezję pozwalającą puścić ruch warstwa uzyskuje po 15 - 30 min, w niektórych przypadkach po 30 - 60 min. Pełną stabilność warstwa uzyskuje po całkowitym odparowaniu wody. Nie wymaga ona zagęszczenia.

W szczególnych sytuacjach może być zastosowany walec ogumiony. Podłoże w zasadzie nie wymaga stosowania środków złączających warstwy, ale przy wykonywaniu robót na nawierzchni bardzo twardej i spękanej można zastosować skropienie lepiszczem 0,2 kg/m2.

Celowe jest także ograniczenie prędkości ruchu pojazdów do 40 km/h na okres 1 - 3 dni, w zależności od warunków atmosferycznych.

Cienkie warstwy na zimno powinny być wykonywane przy temperaturze istniejącej nawierzchni co najmniej 5°C.

Najlepsze rezultaty uzyskuje się wykonując prace w okresie słonecznej pogody i nie później niż do końca września.

Wymagania techniczne i kontrola jakości

Najbardziej ogólnym i aktualnym dokumentem są Ogólne Specyfikacje Techniczne "Cienkie warstwy na zimno (typu slurry seal)" GDDP, Warszawa 1995.

W świadectwach dopuszczenia IBDiM dla poszczególnych mieszanek wydanych wcześniej można znaleźć nieco inne wymagania opracowywane na podstawie ówczesnej wiedzy i wymagań stosowanych w kraju producenta lub licencjodawcy. Brak jest odpowiedniej normy lub innego dokumentu podobnej rangi. Przyczyną takiego stany rzeczy jest stosunkowo

niedawne zaistnienie technologii slurry surfacing na drogach krajowych.[4]

Częstym problemem nadzorujących i odbierających roboty wykonywane jeszcze głównie przez firmy zagraniczne lub przez wynajmowane za granicą ekipy i sprzęt, brak odpowiednich wymagań technicznych. Obecnie lukę tę częściowo wypełniają OST.

Badania przed przystąpieniem do budowy obejmują:

- sprawdzenie stanu istniejącej nawierzchni,

- sprawdzenie jakości dostarczonych materiałów,

- kontrolę czasu rozpadu mieszanki mineralno-emulsyjnej o składzie zgodnym ze składem roboczym, z użyciem materiałów aktualnie stosowanych.

Badania w czasie budowy obejmują wizualną ocenę czystości istniejącej nawierzchni, warunków pogodowych, jednorodności wbudowywanej mieszanki, grubości układanej warstwy oraz na pobraniu próbek i oznaczeniu w nich zawartości asfaltu, a także składu ziarnowego mieszanki mineralnej.

Badania przy odbiorze warstwy obejmują sprawdzenie wyglądu zewnętrznego, równości, tekstury, uziarnienia i zawartości asfaltu (z próbek pobranych w trakcie budowy) i grubości warstwy.

Doświadczenia krajowe

Cienkie warstwy na zimno znajdują w kraju coraz szersze zastosowanie stając się alternatywą dla powierzchniowego utrwalania nawierzchni. Układanie ich wymaga jednak posiadania specjalistycznego sprzętu, dość kosztownego.

Historycznie pierwsze odcinki zostały wykonane w 1990 r w Piotrkowie Trybunalskim i w 1992 r. w Poznaniu. Następnie około 10 firm wykonywało zabiegi utrzymaniowe układając cienkie warstwy na zimno.

Najczęściej inwestorzy oczekują poprawy profilu drogi przez wypełnienie kolein, dlatego też układane są dwie warstwy. Uziarnienie mieszanki, zazwyczaj 0/8 mm dla ruchu bardzo ciężkiego i do wypełniania głębszych kolein oraz 0/6 i 0/4 mm dla dróg mniej obciążonych, jest wybierane w zależności od rodzaju i stanu podłoża i natężenia ruchu pojazdów. Lepsze rezultaty uzyskuje się dla mieszanek 0/4 i 0/6 mm.

Zdarzały się nieudane roboty, gdzie położona warstwa odstała od podłoża i stopniowo wykruszyła się. Były to głównie prace wykonane w październiku lub później. W naszym klimacie najlepiej zakończyć układanie cienkich warstw do połowy września.

Stosowane są różne emulsje asfaltowe, zwykłe i modyfikowane, z asfaltów z ropy wenezuelskiej i z rop parafinowych. Znaczna, lecz malejąca część emulsji jest jeszcze importowana. Kolejne krajowe wytwórnie poszerzają asortyment swoich wyrobów o emulsje do cienkich warstw na zimno. Obecnie nie zachodzi konieczność importowania emulsji asfaltowych. Mimo tego nie odstrasza to kolejnych firm europejskich do prób sprzedaży swoich technologii wraz ze swoimi materiałami na naszym rynku.

Najpopularniejszym kruszywem jest granit z różnych źródeł. W tej technologii praktycznie nie ma strat luźnego kruszywa jak w powierzchniowym utrwalaniu, uzyskuje się lepszą jednorodność pokrycia. Stosowana jest ona do wszystkich zapobiegawczych i korekcyjnych prac utrzymaniowych zarówno na drogach pozamiejskich, jak i na drogach miejskich, gdzie nie ma konkurencji ze względu

na szybkość wykonania i oddania do ruchu, brak zagrożenia ze strony "latających grysów" oraz łatwość wykończenia przy studzienkach, torach tramwajowych itp.

Należy spodziewać się, że cienkie warstwy bitumiczne na zimno we wszystkich wersjach będą coraz szerzej stosowane zwiększając ilość dróg o dobrej szorstkości i trwałości, przyczyniając się przez to do poprawy komfortu podróżowania samochodem.

Mieszanki mineralno-emulsyjne GE (Grave-Emulsion)

Mieszanka mineralno-emulsyjna GE powstała we Francji na przełomie lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych. Pierwsza próba miała miejsce w roku 1958.

Dawniej, przy odnawianiu starych dróg, doziarnianie nowym kruszywem i mieszanie z emulsją wykonywano na miejscu. Dostosowanie technologii do dróg o większym znaczeniu polegało na dowozie całości surowca mineralnego (na przykład 0/50) na teren budowy i mieszanie go tam z emulsją. Nazywano to stabilizacją na miejscu lub z angielska retread process.

Później mieszanie zaczęto wykonywać w wytwórniach stacjonarnych produkujących mieszanki "na zimno". Obecnie, po ulepszeniu technologii produkt ten jest nazywany mieszanką mineralno-emulsyjna typu GE, która de facto jest kruszywem stabilizowanym emulsją. [4]

Mieszanka mineralno-emulsyjna GE daje użytkownikom bezsprzeczne zalety.

Doświadczenia zebrane w ciągu 30 lat stosowania czynią możliwe precyzyjne określenie warunków, w których musi być produkowana i stosowana.

Mieszanki mineralno-emulsyjne są materiałem, który stosowany w odpowiednich warunkach, daje dobre wyniki. Warunki stosowania wynikają w szczególności z następujących przesłanek:[4]

• Jest to materiał wytwarzany na zimno. Może być produkowany w wytwórniach prostych i łatwo przenaszalnych co pozwala na wykonywanie małych robót (na przykład 10 000 ton na jedno miejsce). Wytwórnie bardziej złożone i większe umożliwiają dużą wydajność i lepszą kontrolę jakości produkcji.

• Jest to materiał na bazie asfaltu. Ilość czystego asfaltu jest taka sama jak w przypadku mieszanki mineralno-bitumicznej.

• Wytwórnie emulsji znajdują się w obrębie całego kraju, co ułatwia zaopatrzenie w emulsję; jednak istnienie "tajemnic" produkcji ogranicza tą zaletę.

• Woda zawarta w mieszance powinna mieć możliwość prawie całkowitego odparowania. W przeciwnym wypadku jej własności nie będą wiele odbiegały od mieszanek mineralnych bez dodatków stabilizujących; przepuszczalne podłoże jest korzystnym czynnikiem.

• Mieszanka mineralno-emulsyjna jest materiałem łatwym do rozłożenia lecz trudnym do dobrego zagęszczenia; należy podkreślić, że uzyskanie dobrego wskaźnika zagęszczenia jest podstawowym warunkiem uzyskania wysokich parametrów technicznych.

• Jeżeli nośność podłoża i poziom ruchu umożliwiają takie wymiarowanie, mieszanka mineralno-emulsyjna może być wbudowywana warstwą o ograniczonej grubości. Jest to materiał bardzo przydatny do wyrównań i korekt przekroju poprzecznego.

Podsumowując, mieszanka mineralno-emulsyjna jest materiałem, którego zachowanie w nawierzchni okazało się bardzo dobre, jeżeli stosowane są warstwy o małej grubości (10 do 12 centymetrów lub mniej) na drogach o niezbyt dużym ruchu.

Ponadto jest to materiał najlepiej przystosowany do korekt przekroju poprzecznego.

Najbardziej znanym dokumentem opisującym tę technologię jest "Instrukcja dla budowy warstw podbudowy nawierzchni z mieszanki mineralno-emulsyjnej GE" wydana przez francuskie Centralne Laboratorium Mostów i Dróg (LCPC) w 1974 r.

Zasada zabiegu "retread process"

Zabieg odnawiania ("retread process") jest zwykle stosowany na drugorzędnej sieci drogowej i polega na spulchnieniu nawierzchni, poprawieniu profilu równiarką, poprawieniu krzywej uziarnienia przez dodanie nowego kruszywa oraz na nadaniu odpowiedniej kohezji materiałowi mineralnemu przez wprowadzenie emulsji asfaltowej zastosowanej w ilości 5-6 kg/m2. Ten zabieg składa się z szeregu operacji. Są to:

- spulchnianie

- bronowanie

- profilowanie

- dodatek kruszywa

- skropienie emulsją asfaltową

- mieszanie pługiem i broną

- końcowe wyrównanie

- wałowanie.

Sprzęt wykonujący skraplanie i mieszanie na ogół przejeżdża przez odcinek dwa do trzech razy. Doskonałe wyniki są uzyskiwane przy zastosowaniu tej technologii postępowania do odnowienia starych dróg żwirowych i żużlowych.

Charakterystyka mieszanek

Mieszanka mineralno-emulsyjna jest uzyskiwana poprzez wymieszanie "na zimno" wolnorozpadowej emulsji asfaltowej z mieszanką mineralną.

Lepiszcze wytrącone z emulsji selektywnie osadza się na drobnych cząstkach, tworząc mastyks bardzo bogaty w asfalt, który pokrywa większe ziarna i zespala całą mieszankę.

Nie ma pełnego podobieństwa pomiędzy mieszanką mineralno-emulsyjna a mieszanką mineralno-bitumiczną wykonaną na gorąco, nawet jeśli mieszanka ta została wykonana z tego samego kruszywa i z tego samego asfaltu użytego w tej

samej ilości.

Mieszanka mineralno-emulsyjna po wymieszaniu składników jest dobrze urabialna i pozostaje taka aż do końca zagęszczania.[4]

Podczas zagęszczania następuje ostateczny rozpad emulsji i powstający mastyks znacznie zwiększa kohezję. Ponieważ asfalt wydzielający się z emulsji w pierwszej kolejności pokrywa (otacza) w nadmiarze małe cząstki mieszanki mineralnej, w rezultacie powstały mastyks odkształca się niewiele pod wpływem szybkozmiennych naprężeń przekazywanych dolnej warstwie podbudowy, zaś powolne odkształcenia mieszanki mineralno-emulsyjnej nie powodują pęknięć podbudowy.

Zachowanie wysokiej wartości kąta tarcia wewnętrznego powoduje, że GE jest odporna na koleinowanie. Zjawisko to, podobnie jak i pełzanie, praktycznie nie występuje.

Materiał ten można stosować bez przeszkód nawet na znacznych wzniesieniach. Znane są przykłady wielokilometrowych odcinków o spadku 22%. [4]

Pod wpływem obciążeń statycznych zachodzą jedynie niewielkie odkształcenia. Emulsja asfaltowa o kontrolowanym czasie rozpadu stosowana w ilości 6 % w stosunku do kruszywa 0/20 0/14 a nawet 0/10 zapewnia mieszance odpowiednią kohezję bez osłabienia tarcia wewnętrznego. W wyniku tego właściwie zagęszczona mieszanka mineralno-emulsyjna nie deformuje się a jedynie dostosowuje się do odkształceń podbudowy.

Szczególnie dobrze mieszanka mineralno-emulsyjna dostosowuje się do powolnych odkształceń podbudowy i jej użycie jest specjalnie wskazane w miejscach, gdzie grunty mogą się odkształcać.

Cechy szczególne

Mieszanki mineralno-emulsyjne są jednym z lepszych rozwiązań, które są stosowane do ulepszania właściwości mieszanek żwirowo-piaskowych (pospółkowych) zawierających największą zawartość składników nie kruszonych.

Korzystanie z przewoźnych wytwórni sprawia, że produkcja mieszanki mineralno-emulsyjnej jest opłacalna.

Mieszanka mineralno-emulsyjna może być układana w warstwach różnej grubości i jest ona odpowiednia zarówno do warstw dużej grubości, jak i do konstrukcji wielowarstwowych.

Po wyrównaniu nawierzchni wykonanej z mieszanki mineralno-emulsyjnej ruch pojazdów może być dopuszczony natychmiast.

Dzięki temu istnieją możliwości:

• przejazdu ciężarówek z materiałami na miejsce budowy po budowanej nawierzchni,

• utrzymania ciągłości ruchu pojazdów; często mieszanki mineralno-emulsyjne są kładzione bez zatrzymywania ruchu,

• otwarcia ruchu wkrótce po położeniu mieszanki mineralno-emulsyjnej a także na okres przed położeniem warstwy ścieralnej.

Inną cechą charakterystyczną mieszanek mineralno-emulsyjnych jest zdolność do zatrzymywania (nie przenoszenia) spękań z dolnej warstwy stabilizowanej cementem lub innym spoiwem hydraulicznym.

Mieszanka mineralno-emulsyjna może być magazynowana przez kilka miesięcy, co umożliwia wyprodukowanie jej na zapas i stosowanie w razie potrzeby.

Stosowanie

Mieszanka mineralno-emulsyjna GE jest odpowiednia do budowy i utrzymania nawierzchni drogowych. Jest stosowana niemal we wszystkich pracach drogowych.[4]

W budowie nowych nawierzchni : do górnej i dolnej warstwy podbudowy, a także do warstwy wiążącej.

W robotach utrzymaniowych do napraw cząstkowych, remontów kapitalnych,

poprawy geometrii itp.

Górna warstwa podbudowy.

Mieszanka mineralno-emulsyjna GE jest jednym z najlepszych materiałów do budowy górnej warstwy podbudowy. Zalecane jest 100 % zagęszczenie takiej warstwy, aby zapewniona była odpowiednia nośność.

Dolna warstwa podbudowy takiej nawierzchni powinna być wykonana ze żwirów, jeśli grunt ma małą nośność. Będzie to ułatwiało odwodnienie nawierzchni.

Skuteczny system odwodnienia umożliwia szybką eliminację przenikającej wody i redukuje zmiany nośności i ryzyko uszkodzeń występujące przy zamarzaniu.

Górna warstwa podbudowy z mieszanki mineralno-emulsyjnej GE i dolna ze żwiru niestabilizowanego stanowią optymalną konstrukcję nawierzchni.

Najczęściej stosowaną grubością mieszanki mineralno-emulsyjnej GE

jest 8-15 cm. Czasami stosowana jest grubość 20-25 cm.

Warstwa wiążąca

Częste zmiany temperatury nawierzchni są źródłem pęknięć skurczowych w warstwach wykonywanych z betonów cementowych. Przeprowadzone kilka lat wcześniej prace wykazały, że rozwiązaniem tego problemu jest umieszczenie 8 cm warstwy wiążącej z mieszanki mineralno-emulsyjnej GE pomiędzy warstwą z betonu cementowego i warstwą ścieralną.

Doświadczenie wskazuje, że pęknięcia skurczowe warstwy z betonu cementowego nie przenoszą się przez warstwę z mieszanki mineralno-emulsyjnej GE. Konstrukcje takie dobrze zachowują się przy obciążeniu każdym rodzajem ruchu, a szczególnie, gdy zastosowano żwiry piaszczyste, a asfalt do produkcji emulsji ma penetrację 180/220. W nowych konstrukcjach lub przy pełnej przebudowie powyższe rozwiązanie pozwala uzyskać bardziej ekonomiczną strukturę nawierzchni niż struktury tradycyjne.

Zakres zastosowań.

Jeśli istniejąca warstwa ścieralna wymaga poprawy szorstkości i usunięcia deformacji nawierzchni, to należy wyrównać zdeformowaną nawierzchnię przed położeniem nowej warstwy ścieralnej. Mieszanka mineralno-emulsyjna GE jest najodpowiedniejszym materiałem do wykonania reprofilowania.[4]

Naprawy cząstkowe.

Naprawy cząstkowe obejmują prace o małym zakresie. Dlatego materiały mineralne otaczane emulsją są odpowiednie do takich prac. Używając mieszanki mineralno-emulsyjnej GE, mogą być wykonywane takie naprawy miejscowe jak wypełnianie ubytków w nawierzchni lub reprofilowanie krawędzi.

Naprawy lub nowe warstwy wykonane ze szczelnych mieszanek mineralno- emulsyjnych GE mogą być zamknięte powierzchniowym utrwaleniem, natomiast wykonane z otwartych mieszanek muszą być zamknięte przed zastosowaniem powierzchniowego utrwalenia.

Strategia utrzymania drogi o małym lub średnim ruchu i na której przewiduje się wzrost liczby ciężkich pojazdów może polegać na zastosowaniu kolejno reprofilowania i powierzchniowego utrwalania.

Poprawa geometrii

Kiedy poziom ruchu przekracza pewien próg, wtedy konieczne jest poszerzenie nawierzchni. Prace poszerzeniowe muszą uwzględniać nie tylko aktualny poziom ruchu ale i przewidywany jego średni wzrost.

Mieszanka żwirowo-emulsyjna jest odpowiednim materiałem do wykonywania prac poszerzeniowych ponieważ umożliwia:

• prawidłowe wykonywanie złącz ze starą nawierzchnią,

• ułożenie poszerzenia na kilka dni przed warstwą ścieralną i otwarcie ruchu, co niweluje występujący efekt osiadania.

Prace wzmocnienia konstrukcji.

Kiedy wzrost obciążenia ruchem jest niewielki, wzmocnienie konstrukcji może być ograniczone do położenia nowej warstwy w ilości 200 - 250 kg/m2 mieszanki mineralno-emulsyjnej. Na powierzchni tej warstwy wykonuje się powszechnie dwukrotne powierzchniowe utrwalanie.

Kiedy ruch wzrasta w poważnym stopniu lub kiedy wykonanie wzmocnienia opóźnia się, wtedy warstwa wzmacniająca mieszanki mineralno-emulsyjnej powinna być grubsza - przynajmniej 300 kg/m2. Zazwyczaj grubość warstwy określana jest w zależności od natężenia ruchu i ugięcia.

Jeśli wykonywana jest bitumiczna warstwa ścieralna na gorąco, wtedy grubość warstwy mieszanki mineralno-emulsyjnej zmniejsza się o grubość tej warstwy bitumicznej.

Wzmocnienie konstrukcji nawierzchni

WYTWARZANIE.

Produkcja mieszanki mineralno-emulsyjnej jest wykonywana wyłącznie w instalacjach stałych (łatwych do ewentualnego przenoszenia).

Instalacje do produkcji ciągłej są stosowane częściej ze względu na większą mobilność. Jednak, niektóre instalacje do produkcji nieciągłej (otaczarki) mogą

również być stosowane.

Instalacja do wytwarzania GE powinna się zawierać:

1. zbiorniki wody i emulsji,

2. dozownik wody,

3. dozownik emulsji,

4. mieszalnik

5. dozatory kruszywa.

STABILIZACJA DRÓG GRUNTOWYCH, ŻWIROWYCH l ŻUŻLOWYCH PRZY UŻYCIU EMULSJI ASFALTOWYCH.

Stabilizacja polega na takiej obróbce luźnych mieszanek mineralnych, która powoduje ich usztywnienie i zestalenie.[5]

Najlepsze efekty przy stabilizacji mieszanek mineralnych są uzyskiwane, jeśli stosuje się lepiszcza organiczne. Do tego celu nadają się najbardziej emulsje asfaltowe.

Efekty stosowania stabilizacji

Stabilizacja materiału mineralnego przy pomocy lepiszcza bitumicznego, a emulsji asfaltowej w szczególności, pozwala na polepszenie wielu jego właściwości.[5]

Pierwszym efektem stosowania emulsji do stabilizacji jest zmniejszenie przepuszczalności, gdy część wolnej przestrzeni zostaje wypełniona wprowadzonym lepiszczem. Część kanalików kapilarnych znajdujących się w

mieszance mineralnej na przykład o drobnym uziarnieniu zostaje zamknięta, co powoduje zmniejszenie przepuszczalności wody.

Wielkość przepuszczalności wody zależy od pozostałej wolnej przestrzeni w strukturze mieszanki mineralnej, jej uziarnienia, stopnia zagęszczenia i zawartości lepiszcza.

Niższe warstwy podbudowy i podłoże są dzięki temu lepiej chronione przed szkodliwym działaniem wody.

Drugim efektem stosowania stabilizacji jest zmniejszenie destrukcyjnego oddziaływania wody. W przypadku gruntów drobnych oraz piasków i żwirów z dużą zawartością cząstek drobnych zamykanie kanalików kapilarnych przez lepiszcze zmniejsza migrację wody i w konsekwencji zmniejsza jej niekorzystny wpływ na materiał warstwy.[3]

Trzecim efektem jest poprawa kohezji. Lepiszcze organiczne tworzy wiązania punktowe pomiędzy ziarnami materiału. W konsekwencji stabilizacja mieszanek

mineralnych emulsją nadaje kohezję materiałom niekohezyjnym i zwiększa kohezję materiałów o właściwościach kohezyjnych.[3]

Czwartym efektem jest poprawa wytrzymałości mechanicznej, gdy ze wzrostem kohezji i wzrostem odporności na wodę, stabilizacja emulsją powoduje wzrost odporności na siły ścinające i ściskające. Natomiast ze względu na stosunkowo małą zawartość lepiszcza, nie wpływa na zmniejszenie kąta tarcia wewnętrznego choć czasami możliwe jest jego niewielkie zmniejszenie.[3]

Kwalifikacja materiałów do stabilizacji emulsją

Celem stabilizacji emulsją nie jest całkowite otoczenie ziaren mieszanki mineralnej lepiszczem bitumicznym. Istotne jest, aby równomierne rozprowadzenie lepiszcza w materiale mineralnym utworzyło wiązania punktowe między ziarnami i zablokowało jak najwięcej naczyń kapilarnych.

W materiałach ilastych równomierne rozprowadzenie lepiszcza bitumicznego jest praktycznie niemożliwe. Co więcej, przy użyciu emulsji asfaltowej obecność nadmiernej ilości najdrobniejszych cząstek powoduje bardzo szybki jej rozpad.[5] W związku z tym mieszanki mineralne zawierające dużo frakcji ilastych nie mogą być efektywnie stabilizowane przy użyciu emulsji asfaltowej.

Emulsję asfaltową można stosować do stabilizacji następujących materiałów :[5]

- piasek lekko zanieczyszczony gliną lub mułem,

- piasek o odpowiednim uziarnieniu,

- żwir naturalny,

- kruszywo pozagatunkowe,

- żwir sortowany lub mieszanka kruszyw.

- żużlem paleniskowym.

Materiały mineralne poddawane stabilizacji powinny spełniać następujące kryteria:[5]

Wszystkie materiały, indeks plastyczności - maksimum 6,

Piaski lekko zaglinione: przesiew przez sito 0,075 mm -10-30 %,

Piasek: wskaźnik piaskowy - minimum 30,

Żwir lub kruszywo', wskaźnik piaskowy - minimum 30,

maksymalny wymiar ziaren - 40 mm.

Nawet jeśli powyższe warunki są spełnione, to nie zawsze są one wystarczające. W każdym indywidualnym przypadku należy przeprowadzić badania laboratoryjne, które pozwolą ustalić, czy w stabilizowanym materiale nie ma wysokoaktywnych cząstek ilastych czy niektórych soli, które mogą zakłócać reakcję emulsji z materiałem mineralnym oraz czy zostaną uzyskane wystarczające parametry wytrzymałościowe.

Badania i ocena właściwości

Wybór emulsji

Wybór asfaltu do produkcji emulsji jest dokonywany na podstawie wymagania dotyczącego wytrzymałości stabilizowanej warstwy nawierzchni. Głównymi kryteriami wyboru są:[3]

• położenie w nawierzchni,

• przewidywany ruch,

• klimat,

Stosowane są asfalty o penetracji od 40 do 220 dmm.

Skład emulsji ustala się na podstawie badań laboratoryjnych.

Badane są próbne składy emulsji z mieszankami mineralnymi i oceniane jest równomierne rozprowadzenie lepiszcza, co jest głównym kryterium kwalifikacyjnym. W warunkach polskich dobre efekty uzyskuje się przy stosowaniu emulsji nadstabilnych. Nadają się one do żużli paleniskowych.[3]

Stosowanie emulsji średniorozpadowych i wolnorozpadowych jest również możliwe jednak daje gorsze efekty. Sieć połączeń lepiszczem w przypadku emulsji nadstabilnych jest gęsta i cienka. Gdy rozpad emulsji następuje zbyt szybko, tworzą się lokalne koncentracje lepiszcza, przez co stabilność jest zdecydowanie niższa.

Badania gruntów stabilizowanych

Jedną z metod stosowanych do badania gruntów stabilizowanych jest metoda Hubbard-Fielda. Skład optymalny jest ustalany na podstawie wyników następujących badań :[3]

• zagęszczenia,

• granicy wydzielania się wody,

• stabilności wg Hubbard-Fielda w 18°C i 60°C przed i po nasycaniu w

wodzie,

• nasiąkliwości po 7 dniach,

• spęcznienia.

Według zaleceń BCEOM wymagania dla podbudowy są następujące :

Badanie	dolna warstwa	górna warstwa
Stabilność wg Hubbard-Fielda w 18°C	>500 kg	>700 kg
Stabilność wg Hubbard-Fielda w 60°C	>400 kg	>500 kg
Stabilność wg Hubbard-Fielda w 18°C po 7 dniach połzanurzenia	>250 kg	>300 kg
Nasiąkliwość po 7 dniach	<7%	<4%
Nasiąkliwość objętościwa po 7 dniach (spęcznienie)	<4%	<2 %

W badaniu tym próbki gruntu przed wymieszaniem z emulsją suszy się do usunięcia 80-90 % zawartości wody. Wyniki tych badań prowadzą do ustalenia zawartości pozostałego lepiszcza, która zawiera się w granicach 1,8 - 4,2 % czyli 3 - 7 % emulsji. [5]

Technologia wykonania stabilizacji emulsją.

Mieszanie na miejscu.

W celu uzyskania równomiernego rozprowadzenia lepiszcza, konieczne jest uzyskanie optymalnej zawartości wody w mieszance mineralnej przed rozlaniem emulsji. Stabilizowany materiał jest rozdrabniany, aby wyeliminować istniejące grudki, co jest istotne szczególnie w przypadku gruntów spoistych.

Przy wykonywaniu stabilizacji, stosowany jest sprzęt rolniczy, np : pługi, brony, kultywatory, glebogryzarki i równiarki.

Jeśli materiał stabilizowany emulsją jest zbrylony, to najpierw rozdrabnia się go na sucho. Po rozdrobnieniu brył skrapla się go wodą, aby uzyskać optymalną wilgotność.[3]

Przygotowanie mieszanki w wytwórni stacjonarnej

Przygotowanie mieszanki z materiału stabilizowanego i emulsji można przeprowadzić w wytwórni stacjonarnej. Należy pokreślić, że grunty o charakterze spoistym są niezbyt odpowiednie do mieszania w wytwórniach stacjonarnych, z uwagi na tendencję do skawalania się w leju zbiornika wyładowczego.

Tak przygotowane mieszanki są rozkładane za pomocą równiarki lub rozkładarki.

Zagęszczanie i dojrzewanie warstw stabilizowanych

Do zagęszczania używa się walec gładki lub ogumiony. Zastosowanie walców wibracyjnych daje dobre efekty przy zagęszczaniu mieszanek piaskowych i żwirowych.

Jeśli po wykonaniu stabilizacji droga otwierana jest natychmiast do ruchu, warstwa stabilizowana musi być zabezpieczona przed ścieraniem np przez wykonanie powierzchniowego utrwalenia.[5]

Położenie kolejnej warstwy lub końcowej warstwy ścieralnej jeden lub dwa tygodnie później umożliwia odparowanie wody i szybsze dojrzewanie materiału.

Zakres zastosowań.

Decyzja o wykonaniu stabilizacji emulsją asfaltową powinna być podjęta po badaniach, które pozwolą stwierdzić, czy stabilizowany materiał osiągnie odpowiednią wytrzymałość mechaniczną stosowną do naprężeń, którymi zostanie obciążony pod ruchem kołowym.

W warunkach polskich można powiedzieć, że drogi żużlowe nadają się do stabilizacji emulsją nadstabilną pod warunkiem zamknięcia nawierzchni cienką warstwą emulsji do powierzchniowych utrwaleń posypaną grubym żwirem lub

(lepiej lecz drożej) pojedynczym lub podwójnym powierzchniowym utrwaleniem.

Praktyczne doświadczenia Przedsiębiorstwa Robót Drogowych S. A. z Lubartowa przy stabilizacji dróg żużlowych emulsjami asfaltowymi.

BADANIE STABILNOŚCI ŻUŻLA PALENISKOWEGO

W przeprowadzonych badaniach stosowano kationowe emulsje asfaltowe nadstabilne. W pracy określono optymalne:

• ilość lepiszcza i wody dla żużla paleniskowego,

• ilość lepiszcza wody dla piasku leśnego oraz

• właściwości stabilizowanych mieszanek piasku leśnego z żużlem

paleniskowym.

Przeprowadzono badania stabilności metodą Hubbard Fielda

1. po 7 dniach suszenia w 20°C

2. po 7 dniach suszenia w 20°C i po 7 dniach zanurzenia w wodzie w 20°C

3. po 14 dniach suszenia w 20°C

4. po 14 dniach suszenia w 20°C i po 7 dniach zanurzenia w wodzie w 20°C

5. po 90 dniach suszenia w 20°C

6. po 90 dniach suszenia w 20°C i po 7 dniach zanurzenia w wodzie w 20°C

Wykonano 2 serie po 5 próbek:

• seria l - próbki zawierały 10% wody dodanej do żużla

• seria 2 - próbki zawierały 15% wody dodanej do żużla

Zawartość lepiszcza i wody w badanych próbkach

Zawartość lepiszcza, % (m/m)	Zawartość emulsji, % (m/m)	Seria l		Seria 2
				Woda dodana do żużla, % (m/m)	Sumaryczna za wartość wody, % (m/m)	Woda dodana do żużla, %(m/m)	Sumaryczna za wartość wody, % (m/m)
4,0	12,31	10	18,66	15	23,65
4,5	13,85	10	19,79	15	24,79
5,0	15,38	10	20,97	15	25,93
5,5	16,92	10	22,09	15	27,09
6,0	18,46	10	23,26	15	28,26
6,5	20,00	10	24,41	15	29,41
7,0	21,54	10	25,63	15	30,63

Stabilność próbek kondycjonowanych w wodzie jest nieco niższa niż przechowywanych na powietrzu, ale pozostaje na wysokim poziomie

0,80 - 0.90.

Wzrost stabilności w okresie przechowywania próbek, tj. 7, 14 i 90 dni jest wyraźny w początkowym okresie tzn. przez 14 dni, później wzrost jest już

bardzo powolny.

Po przekroczeniu 6,5% (m/m) lepiszcza zaczyna się spadek stabilności.

Wartość stabilności wg Hubbard-Fielda - 700 kg jest osiągana przy zawartości lepiszcza od 5 % do 7 % (m/m).

Z uzyskanych wyników wyciągnięto następujące wnioski:

• optimum uzyskano przy dozowaniu ok. 5.5% asfaltu, co odpowiada

dozowaniu 11 emulsji na l m-' na l cm grubości stabilizacji.

• aby uzyskać warstwę 5 cm stabilizowanego żużla, należy użyć 51 emulsji

65%/m-' ; po dwukrotnym rozcieńczeniu emulsji woda daje to 101 l/m-'.

• wilgotność żużla powinna wynosić 20 do 27% (łącznie z wodą z emulsji).

BADANIE STABILNOŚCI PIASKU LEŚNEGO.

Badanie to wykonano w podobnym zakresie jak badania żużla paleniskowego

Z przeprowadzonych prób wyciągnięto następujące wnioski:

• optimum (stabilność > 5 kN) uzyskano przy dozowaniu 3,5 % - 4,0 % (m/m) asfaltu, co odpowiada dozowaniu 11 emulsji na l m2 na l cm grubości stabilizacji,

• aby uzyskać warstwę 5 cm stabilizowanego piasku, należy użyć 5 l emulsji 65%/m po dwukrotnym rozcieńczeniu emulsji woda daje to 10 l /m2.

• wilgotność piasku powinna wynosić 7 do 7.5% (łącznie z woda z emulsji), ponieważ jest on wtedy bardziej stabilny,

• asfalt stosowany przy produkcji emulsji do takiej stabilizacji powinien być twardy (D70 ew. D100) w przeciwnym przypadku nic zostanie spełniony warunek stabilności.

BADANIE STABILNOŚCI PIASKU LEŚNEGO MIESZANEGO Z

ŻUŻLEM.

Przeprowadzono badania stabilności metodą Hubbard-Fielda na próbkach:

1. po 7 dniach suszenia w 20"C i po 7 dniach moczenia w 20"C

2. po 14 dniach suszenia w 20°C.Wykonano oznaczenie nasiakliwości i wytrzymałości na ściskanie.

Wykonano 3 serie próbek zawierających odpowiednio 30, 40 i 50% żużla

paleniskowego.

Skład próbek piasku leśnego mieszanego z żużlem.

Zawartość lepiszcza, %	4,5			4,8			5,1
Zawartość żużla, %	30			40			50
Zawartość wody,%	12,0	112,5	13,0	13,5	14,0	14,5	15,0	15,5	16,0
Oznaczenie próbki	A371	A372	A373	A461	A462	A463	A551	A552	A553

Zawartości lepiszcza i wody w mieszance zostały obliczone na podstawie optimów znalezionych dla żużla paleniskowego i piasku leśnego osobno.

W praktyce mieszanka stabilizowana powinna zawierać, co najmniej o 2% wody

więcej od ilości obliczonej.

Orientacyjne zawartości lepiszcza i wody

Składnik w stosunku do suchej masy	piasek	żużel
Lepiszcze po rozpadzie emulsji, %(m/m)	3,8	6,0
Woda przed zagęszczeniem, %(m/m)	7,5	12,3

W celu dobrania optymalnych ilości wody i lepiszcza wykonano następujące

obliczenia dla mieszanki zawierającej 30% żużla i 70% piasku:[3]

• zawartość lepiszcza: 0,30 x 6 % + 0,70 x 3,8 % = 4,46 %,

po zaokrągleniu 4,5%,

• zawartość wody: 0,30 x 23 % + 0,70 x 7,5 % = 12,15 %

po zaokrągleniu 12 %.

Analizując wnioski z trzech ostatnich badań można powiedzieć że:

• mieszanka piasku z żużlem 1:1 wykazuje najlepsze parametry wytrzymałościowe,

• zasadność interpolacji liniowej ilości lepiszcza i wody dla piasku i żużla, w wyniku powyższych badań, potwierdziła się,

• mieszanki piasku z żużlem paleniskowym mogą być stosowane jako dolne i górne warstwy podbudowy,

• zaleca się stosowanie emulsji na bazie asfaltu D70.

PODSUMOWANIE.

Żużel paleniskowy jest materiałem szczególnie podatnym na stabilizację emulsją asfaltową. Jako warstwa podbudowy zamknięta, co najmniej powierzchniowym utrwaleniem lub cienka warstwą na zimno, jest doskonałym materiałem na drogę lokalna pod ruch KR1.

Przeprowadzone badania pokazują w jaki sposób można uzyskać podstawowe dane do zaprojektowania warunków wykonania.

Zostały one wykorzystane w praktyce. Wykonano setki kilometrów stabilizacji na dawnych drogach żużlowych przy pomocy zarówno sprzętu rolniczego, jak i różnego typu remixerów drogowych. Efekty są nadspodziewanie dobre.

Po przeszło 5 latach doświadczeń i udoskonaleniu technik wykonawczych wiele dawnych dróg żużlowych stabilizowanych emulsja asfaltowa, wygląda nie gorzej niż drogi z betonem asfaltowym.

Praca jest typowym przykładem postępowania proekologicznego. Materiał odpadowy, jakim jest żużel jest z pożytkiem wykorzystywany do budowy dróg lokalnych.

Zastosowanie emulsji asfaltowej, lepiszcza które zastąpiło w drogownictwie kancerogenną smołę węglową, do stabilizacji spowodowało całkowite zapobiegnięcie pyleniu dróg żużlowych i ich zamianę w ,,prawdziwe" drogi.[5]

Nawierzchnia żużlowa po stabilizacji emulsja, jest nawierzchnią podatną, nie pękająca jak nawierzchnie stabilizowane z użyciem cementu. Każda z dróg stabilizowanych, po wzroście obciążenia ruchem, można przykryć warstwą betonu asfaltowego, który nic będzie pękał jak na podbudowie betonowej lub stabilizowanej cementem.

Przykładowe odcinki stabilizacji dróg z żużli paleniskowych wykonane przez PRD Lubartów.

Ulepszenie nawierzchni żużlowej drogi gminnej w m, Trębaczów

• Długość odcinka - 2,000 km

• Powierzchnia - 6453 m2

Opis technologiczny.

Wyprofilowanie istniejącej, nawierzchni żużlowej, oraz jej zastabilizowanie emulsją asfaltową K 3 - 65 w ilości 8,5 kg/ m.

Grubość zastabilizowanej podbudowy około, 10 cm.

Następnie wykonano cienki dywanik nawierzchni gr, 1,5 cm,

przez dwukrotne rozłożenie kombajnem mieszanki mineralno-emulsyjnej

typu " slurry seal " - zaprawa emulsyjna.

OPINIA LABORATORYJNA.

1. Wbudowane materiały posiadają wymagane detlaracje jakościowe.

2. Tekstura nawierzchni wizualnie jednorodna.

1. Prawidłowa przyczepność (kohezja) mieszanki mineralno-emulsyjnej do podłoża.

Zastabilizowanie drogi żużlowej, wykonanie powierzchniowego utrwalenia nawierzchni ulicy Kosmonautów w Lubartowie.

Nawierzchnia szerokości - 5,50 m

Istniejąca nawierzchnię żużlową w celu:

• nadania jej sztywności

• zestalenia,

• zapobieżenia pylności

• łatwości powstawania wybojów,

zastabilizowano emulsją asfaltową wolnorozpadową w ilości 10kg/m2.

Grubość zastabilizowanej warstwy - 5 - 6 cm.

Na tak utwardzonej nawierzchni wykonano pojedyncze powierzchniowe utrwalenie, przez skropienie emulsją asfaltowa kationowa szybkorozpadowa

KI-70 w ilości 1,50 kg/ m2.

Równomierne rozłożenie kruszywa - grys bazaltowy 2 /6,5 mm pochodzenia Wilków w ilości 12,00 kg/ m2.

Przywałowanie warstwy walcem ogumionym wielokołowym.

Podsumowanie i wnioski.

Jak pokazują doświadczenia z ostatnich kilkudziesięciu lat, budownictwo drogowe jest dziedziną niezwykle chłonną jeżeli chodzi o nowatorskie rodzaje rozwiązań technologicznych, oraz szeroką gamę różnorodnych materiałów wykorzystywanych przy budowie, remontach i utrzymaniu dróg.

Jednym z tych materiałów są wspomniane wyżej emulsje asfaltowe.

Pomimo, że technologia robót drogowych z zastosowaniem emulsji asfaltowych jest rozwinięta na wysokim poziomie, cały czas powstają nowe aspekty stosowania emulsji.

Emulsje asfaltowe są materiałem ekologicznym, łatwym i przede wszystkim tanim w wyprodukowaniu, można je dosyć długo przechowywać, oraz wbudowywanie mieszanek z zawartością emulsji jest łatwiejsze i mniej pracochłonne niż stosowanych obecnie mieszanek mineralno bitumicznych na gorąco.

Zastosowanie emulsji asfaltowych nie wymagających podgrzewania stwarza szczególną łatwość przemieszczania się zespołu roboczego.

Ponadto zastosowanie emulsji w technologiach drogowych ma szerszy zakres niż stosowanie mieszanek mineralnych „na gorąco.”

Emulsje asfaltowe są stosowane niemal w każdej dziedzinie budownictwa drogowego.

Poczynając od zamknięcia podłoża gruntowego, złączeń miedzywarstwowych i skropienia podbudowy, poprzez zazielenianie skarp i remonty cząstkowe, aż do powierzchniowych utrwaleń, recyklingu, mieszanek mineralno asfaltowych, oraz z wykonywaniem podbudów włącznie.

Podbudowy stabilizowane emulsjami asfaltowymi jest to stosunkowo młoda dziedzina zastosowań emulsji.

Jednakże doświadczenia praktyczne, szczególnie Przedsiębiorstwa Robót Drogowych w Lubartowie dowodzą, że emulsje asfaltowe doskonale spełniają wszelkie wymagania stawiane materiałom używanym do tego typu robót.

Jednocześnie technologia ta pozwala nam na zastosowanie łatwo dostępnych, oraz tanich materiałów tj. piasek, żwir, kruszywo, żużle paleniskowe i wielkopiecowe.

Jak widzimy emulsje asfaltowe są materiałem, który zdobywa coraz większą popularność w drogownictwie i powinniśmy okazać większe zainteresowanie w tym kierunku, co na pewno przyniesie niewspółmierne efekty.

BIBLIOGRAFIA.

1. Stanisłw Luszawski, Nawierzchniowe emulsje asfaltowe,WKiŁ,Warszawa 1973

2. Drogowe kationowe emulsje asfaltowe EmA-99. Warunki Techniczne,

IBDiM-Informacje, Instrukcje Zeszyt 60, Warszawa 1999

3. Sprawozdanie z realizacji tematu N-174 (wykonywanie stabilizacji na

drodze), IBDiM, Warszawa 1994

4. Zenon Szczepaniak, Zastosowanie emulsji asfaltowych w drogownictwie,

Warszawa 1998

5. Zenon Szczepaniak, Eugeniusz Urban, Referat- Żużel paleniskowy

stabilizowany emulsją asfaltową jako doskonały materiał na nawierzchnie

dróg gminnych,

26

128

---