1. Klasyfikacja lepiszczy bitumicznych.

Lepiszcza węglowodorowe:

• Lepiszcza zawierające asfalt:

• Asfalt w asfalcie naturalnym;

• Asfalty naftowe i pochodne:

• Asfalty drogowe:

• Asfalty miękkie;

• Drogowe asfalty twarde

• Asfalty modyfikowane:

• Asfalty modyfikowane polimerami;

• Asfalty specjalne;

• Asfalty przemysłowe:

• Asfalty utlenione;

• Asfalty przemysłowe twarde;

• Naftowe asfalt upłynnione;

• Naftowe asfalty fluksowane;

• Emulsje asfaltowe:

• Anionowe emulsje asfaltowe

• Kationowe emulsje asfaltowe;

• Modyfikowane polimerami emulsje asfaltowe

• Smoła i lepiszcza zawierające smołę:

• Smoła;

• Lepiszcza smołowo- asfaltowe.

2. Budowa asfaltu (wymienić składniki i podać ich wpływ na właściwości asfaltu).

Asfalt - mieszanina (układ koloidalny) wielkocząsteczkowych węglowodorów. Chemiczna budowa asfaltu jest bardzo skomplikowana, ale wyodrębniono w nim trzy główne składniki:

• Asfalteny - w asfalcie występują w ilości 5-25%, są to czarne lub brązowe ciała stałe o temperaturze mięknienia ok. 150-200ْ C; ich zawartość ma bardzo duży wpływ na właściwości asfaltu;

• Żywice - stałe lub półstałe ciała koloru brązowego, mają wpływ na zdolności adhezyjne asfaltu, od ich proporcji z asfaltenami zależy ty koloidalny asfaltu (zol, żel lub zol- żel);

• Oleje - są najlżejszą frakcją asfaltu, stanowią fazę rozpraszającą.

Wzajemne proporcje między tymi składnikami decydują o właściwościach asfaltu.

3. Podział asfaltów(naturalne, ponaftowe, asfalty specjalne, asfalty modyfikowane, spienione)

Odpowiedź w pytaniu 1.

4. Właściwości asfaltu.

• Penetracja - jest jedną z miar konsystencji asfaltu (twardości). Badanie to polega na pomiarze głębokości zanurzenia igły penetracyjnej w próbce asfaltu o temperaturze +25ْC, w czasie 5 sekund, gdy igła wraz z obciążnikiem waży 100 gramów.

• Indeks penetracji - (wrażliwość termiczna) - mówi o tym, jak szybko asfalt zmienia swoją twardość podczas zmian temperatur. Do celów drogowych nadają się tylko te asfalty, które przy podgrzewaniu ani nie miękną za szybko (bo nawierzchnie rozjechałyby się latem), ani nie pozostają zbyt długo twarde (bo wtedy trzeba by było produkować beton asfaltowy o temperaturze 200ْC). Optymalny zakres PI dla asfaltów drogowych wynosi od -1,0 do +1,0.

• Temperatura mięknienia -Powszechnie stosuje się metodę Pierścienia i Kuli. Sposób wykonania badania tą metodą polega na wypełnieniu asfaltem dwóch pierścieni i ułożeniu na nim kulek. Całość, założoną na specjalny stojak, umieszcza się w szklanym naczyniu wypełnionym wodą lub gliceryną i podgrzewa w równomierny sposób z prędkością 5ْC/min. Temperatura, w której warstwa asfaltu obciążona kulkami dotknie podstawy, jest uznawana za temperaturę mięknienia asfaltu.

• Łamliwość - asfalt w niskich temperaturach twardnieje. Staje się coraz bardziej sztywny, aż zaczyna przypominać kruche ciasto stałe. Moment, w którym asfalt staje się kruchy (albo łamliwy) jest dla drogowców bardzo istotny. Do oznaczania temperatury łamliwości wykorzystuje się badanie metodą A. Fraaasa.

• Lepkość - jest to tarcie wewnętrzne między cząsteczkami przy przesuwaniu się jednej warstwy asfaltu względem drugiej; jest to opór płynięcia cieczy. Im wyższa jest temperatura asfaltu, tym mniejsza jest jego lepkość. Asfalt musi mieć odpowiednio małą lepkość, (czyli być ciekły), aby dał się przepompować.

5. Cztery podstawowe parametry reologiczne asfaltu. Stany reologiczne asfaltu.

Asfalt jest materiałem termoplastycznym- mięknie podczas podgrzewania i twardnieje podczas ochładzania. Zachowanie asfaltu w różnych temperaturach można podzielić na trzy stany (tzw. stany reologiczne):

• Stan I - sprężysty;

• Stan II - lepko- sprężysty;

• Stan III - lepki.

Stan sprężysty występuje w niskich temperaturach, stan lepki w wysokich, a lepko- sprężysty w temperaturach pośrednich. Umownie przyjęto rozgraniczenie zakresów temperaturcprzy pomocy temperatur łamliwości T_Fraaas i mięknienia T_PiK. Zakres temperaturowy asfaltu w nawierzchni mieści się głównie w stanie II: lepko- sprężystym. Kiedy asfalt zaczyna pracować pod obciążeniem w stanie I lub III pęka i kruszy się, albo mięknie i płynie.

6. Różnica między modułem sprężystości Younga, a modułem sztywności.

• Moduł sprężystości Younga E- stosunek naprężenia do odkształcenia. Prawo Hooke'a opisuje zależność między naprężeniami (przyczyną), a odkształceniem (czyli skutkiem). Prawo to ma zastosowanie do ciał sprężystych (np. stal). Podczas rozciągania występuje zależność:

moduł sprężystości =
lub
; gdzie

E- moduł sprężystości Younga [MPa]

σ- naprężenie (siła działająca na powierzchnię) [MPa]

ε- odkształcenie (stosunek
, czyli wydłużenie jednostkowe) [-]

• Moduł sztywności S - uzyskany po uwzględnieniu czynnika lepkiego; różni się od modułu sprężystości tym, iż

• Zależy od temperatury;

• Zależy od czasu obciążenia.

;

gdzie:

S_(T,t)- moduł sztywnośći [MPa] zależny od temperatury T i czasu obciążenia t;

σ- naprężenie [MPa]

ε_(T,t)- odkształcenie zależne od temperatury T i czasu obciążenia t

Czas obciążenia jest to czas, w którym obciążenie działa na element. Obciążenie w czasie t=0,04s odpowiada obciążeniu od pojazdu jadącego z prędkością 25 km/h.

7. Adhezja i kohezja - ich rola w trwałości nawierzchni. Czynniki wpływające na adhezję asfaltu do kruszywa.

• Adhezja (przyleganie) - powstawanie połączenia między warstwami powierzchniowymi dwóch ciał (stałych lub ciekłych) doprowadzonych do kontaktu. Rozróżniamy dwa rodzaje adhezji:

• Adhezję bierną- oznacza zdolność lepiszcza do zwilżania suchego kruszywa, przypadek ten zachodzi podczas wykonywania mieszanek mineralno- asfaltowych metodami „na gorąco”;

• Adhezję czynną- oznacza zdolność lepiszcza do otaczania wilgotnego kruszywa, sytuacja taka ma najczęściej miejsce w technologiach „na zimno”- lepiszcze „wypiera” wodę z powierzchni kruszywa.

Słaba adhezja bierna asfaltu może wynikać głównie z następujących przyczyn:

• Zawilgocenia kruszywa (warstwa wody na kruszywie uniemożliwia prawidłowe otoczenie ziaren asfaltem);

• Zapylenia kruszywa (gdy warstwa pyłu znajdująca się na ziarnach kruszywa przejmuje pewną ilość asfaltu, nie dopuszczając do właściwego otoczenia kruszywa; dodatkowo pył, mieszając się z asfaltem niekorzystnie zwiększa jego lepkość);

• Stopnia kwasowości kruszywa (kruszywa zasadowe mają znacznie lepszą adhezję do asfaltu, niż kruszywa kwaśne);

• Właściwości fizyko- chemicznych asfaltu (związane z rodzajem ropy, z której asfalt został wykonany oraz technologią produkcji)

• Kohezja - oddziaływanie cząsteczkowe między dwiema częściami tej samej substancji stałej. Wartość kohezji wpływa na odporność danego ciała na określone deformacje (np. rozciąganie). Słabe „powiązania wewnętrzne”, czyli kohezja asfaltu, powodują podatność nawierzchni na spękania. Ma to szczególne znaczenie w niskich temperaturach, kiedy asfalt się usztywnia i kruszy.

8. Starzenie technologiczne asfaltu oraz wbudowanego w nawierzchnię.

W czasie podgrzewania w asfalcie zachodzą procesy, w wyniku których w asfalcie zmieniają się proporcje między składnikami (utlenianie frakcji olejowych, przyśpieszone utlenianie asfaltu). Na skutek odparowania olejów asfalt twardnieje, a to znaczy, że:

• Spada jego penetracja;

• Wzrasta temperatura mięknienia;

• Wzrasta temperatura łamliwości;

• Wzrasta lepkość.

• Starzenie technologiczne - powodują je najintensywniejsze procesy starzenia asfaltu zachodzące podczas mieszania go z gorącym kruszywem w mieszalniku otaczarki. Właśnie dlatego rozmaite przepisy zabraniają nadmiernego przegrzewania mieszanki mineralno- asfaltowej.

• Starzenie eksploatacyjne - zachodzi podczas eksploatacji nawierzchni asfaltowych i polega na oddziaływaniu tlenu, promieni UV oraz substancji zawartych w wodach opadowych.

Przyśpieszony proces starzenia asfaltu zachodzi:

• Podczas przegrzewania asfaltu w wysokiej temperaturze;

• W zbiorniku, podczas długotrwałego przechowywania asfaltu w wysokiej temperaturze;

• W mieszankach o małej zawartości asfaltu;

• W mieszankach o strukturze otwartej.

9. Dodatki i modyfikatory do asfaltów i mieszanek mineralno-asfaltowych.

• Polimery:

• Elastomery - tworzywa sztuczne mające właściwości elastyczne, czyli sprężyste. Właściwości te, po zastosowaniu, są przekazywane (w jakimś stopniu) asfaltowi lub mieszance mineralno- asfaltowej. Poprawiają właściwości asfaltu zarówno w wysokich temperaturach (większa odporność na koleinowanie), jak i w niskich (mniejsze ryzyko spękań).

• Plastomery - ich działanie polega głównie na zwiększaniu lepkości asfaltu; ich zaletą jest polepszenie odporności nawierzchni na koleinowanie.

• Kompozyty elastomerów i plastomerów - zachowują część zalet elastomerów oraz plastomerów, są tańsze niż czyste elastomery.

• Stabilizatory mieszanek mastyksu grysowego SMA - rolą stabilizatora w SMA jest utrzymanie nadmiaru mastyksu na grubych ziarnach i niedopuszczenie do jego spłynięcia podczas przechowywania SMA w silosie oraz podczas transportu na budowę.

• Stabilizatory z włókien celulozowych - luzem lub granulowane- bardzo dobrze rozprowadzają się w mieszance i skutecznie chłoną asfalt;

• Stabilizatory z włókien mineralnych - mogą tworzyć wewnątrz mieszanki dodatkowe „zbrojenie”;

• Stabilizatory z odpadów skórzanych i włókienniczych (podobne do celulozowych)

• Żywice syntetyczne - ich zastosowanie ma na celu podwyższenie lepkości asfaltu;

• Miał gumowy - wpływa na elastyczność mieszanki;

• Związki organo-metaliczne - zawiera związki manganu, miedzi i kobaltu; ich zadaniem jest zwiększenie sztywności warstw bitumicznych.

• Asfalteny - jedna z frakcji asfaltów, ich dodatek:

• Obniża penetrację i podwyższa temperaturę mięknienia Pik;

• Pogarsza temperaturę łamliwości wg Fraaasa;

• Nie zmienia indeksu penetracji;

• Korzystnie wpływa na wytrzymałość na zmęczenie, ściskanie i odporność na koleinowanie.

• Siarka - ze względów ekologicznych nie stosuje się; wpływa na:

• Obniża lepkość asfaltu;

• Poprawia przyczepność asfaltu do kruszywa;

• Korzystnie zmienia indeksy Pik.

10. Asfalty modyfikowane - właściwości, metody badań.

Asfalt modyfikowany - asfalt drogowy zawierający określoną ilość tzw. modyfikatora w postaci polimeru. Modyfikator został wprowadzony podczas procesu technologicznego nazywanego modyfikacją. Mamy dwa główne rodzaje polimeroasfatów:

• Elastomeroasfalty- modyfikowane polimerami z grupy elastomerów, tworzą w asfalcie przestrzenną sieć

• Plastomeroasfalty- modyfikowane polimerami z grupy plastomerów, nie tworzą sieci, lecz rozpuszczają się w asfalcie i pozostają w nim w postaci zawiesiny.

Zestawienie właściwości dwóch głównych rodzajów polimeroasfaltów w porównaniu do zwykłego asfaltu o zbliżonej penetracji:

Właściwości	Elastomeroasflat	Plastomeroasfalt
Temperatura mięknienia PiK	wyższa	wyższa
Temperatura łamliwości wg Fraaasa	niższa	bez zmian/wyższa
Przedział plastyczności	szerszy	bez zmian/szerszy
Lepkość	wyższa	wyższa
Indeks penetracji	wyższy/znacznie wyższy	wyższy
Kohezja w niskiej temperaturze	wyższa	bez zmian
Adhezja	wyższa	wyższa
Sprężystość	wyższa	bez zmian
Wytrzymałość zmęczeniowa	wyższa	wyższa
Odporność na koleinowanie	wyższa	wyższa
Odporność na starzenie	wyższa	bez zmian/wyższa

• Metody badań (kryteria oceny):

• Badanie stabilności układu polimer- asfalt- „test tubowy”- polega na wygrzewaniu próbki asfaltu w aluminiowej tubie w temp. 180ْ C przez 72h. Po tym okresie tubę ochładza się i rozcina na trzy części. Następnie wykonuje się badanie polimeroasfaltu z górnej i dolnej części tuby (temperatura mięknienia Pik i penetracja w 25ْ C). Polimeroasfalt uznaje się za stabilny, gdy różnica T_PiK jest mniejsza od 2,0ْ C, a różnica penetracji mniejsza od 5 [0,1mm].

• Badanie nawrotu sprężystego - wykorzystuje się takie same próbki jak do oznaczenia ciągliwości. Badanie wykonuje się w 25ْ C. Po rozciągnięciu próbki do wydłużenia 20 cm wstrzymuje się rozciąganie i przecina próbkę w połowie jej długości. Po 30 minutach należy zmierzyć odległość między przeciętymi nitkami próbki. Stosunek długości rozciągniętej próbki do jej długości po nawrocie wyraża się w procentach, gdzie 100% oznacza całkowity powrót do pierwotnego kształtu.

11. Rodzaje, wymagania i rola wypełniaczy w MMB.

Wypełniacze mineralne to drobno zmielona skała. Dzieli się je według normy na dwa rodzaje, uzależnione od rodzaju skały, z której powstał wypełniacz:

• Podstawowy (ze skał osadowych o zawartości węglanu wapnia powyżej 90%), stosowany powszechnie;

• Zastępczy z innych skał, stosowany w ilości do 20% całej potrzebnej ilości wypełniacza.

• Mączka wapienna - materiał mineralny ziarnisty pochodzący z przemiału (rozdrobnienia) skał wapiennych, charakteryzujący się rozdrobnieniem odpowiadającym wymaganiom;

• Wypełniacz wapienny - część mączki wapiennej przechodząca podczas oznaczania składu ziarnowego przez sito kontrolne o nominalnym wymiarze oczka 0,075mm.

• Wymagania:

• Dopuszczalna wilgotność wypełniacza to 3% m/m, niedopuszczalne są jakiekolwiek grudki spowodowane zawilgoceniem;

• W wypełniaczu podstawowym przesiew przez sito 0,075mm powinien wynosić
  80%;

• Po opadach deszczu lub okresie zwiększonej wilgotności powietrza mączka „zawiesza się” w silosie- może to spowodować jej nieprawidłowe dozowanie do mieszalnika i zmienić skład produkowanej mieszanki;

• Czasami wykorzystuje się pyły z układu odpylania otoczarki zamiast pewnej ilości wypełniacza- norma dopuszcza taką możliwość z pewnymi zastrzeżeniami.

12. Rodzaje i cechy betonów asfaltowych

13.Projektowanie mieszanek mineralno asfaltowych metodą krzywych granicznych.

Metoda ta wynika bezpośrednio z metody „krzywych modelowych". krzywe graniczne, które tworzą obszar najlepszego uziarnienia, to znaczy takiego gdzie możemy spo­dziewać się uzyskania składu optymalnego. Każdy rodzaj mie­szanki mineralnej typu betonowego oraz pośredniego ma swój obszar najlep­szego uziarnienia, ograniczony przez krzywe uziarnienia, a metoda projekto­wania takich mieszanek mineralnych jest taka sama. Projektowana mieszan­ka mineralna powinna znajdować się w tym obszarze. Krzywa uziarnienia tam zawarta powinna zapewnić nam wszystkie założone parametry przyszłej mieszanki mineralno-asfaltowej, a wynikające z mieszanki mineralnej.

14.Co określamy w teście Marshalla, w jakim celu wykonuje się badanie?

Metoda ta służy do wyznaczania zawartości asfaltu w mieszance mineralno- asfaltowej.

Polega na wyznaczeniu pięciu parametrów, które pozwalają na prawidłowe oszacowanie zawartości asfaltu w mieszance mineralno- asfaltowej. Parametrami tymi są:

• Gęstość objętościowa mieszanki mineralno- asfaltowej;

• Zawartość wolnej przestrzeni wypełnionej asfaltem w mieszance mineralnej;

• Stabilność;

• Odkształcenie.

15. Metody badań wytrzymałościowych mieszanek mineralno-asfaltowych.

1

NAWIERZCHNIE DROGOWE

LABORATORIA

Opracowała: Ela Dereszyńska