PL240573B1

PL240573B1 - Sposób spieniania asfaltu z zastosowaniem mineralnego dodatku

Info

Publication number: PL240573B1
Application number: PL433575A
Authority: PL
Inventors: Agnieszka Woszuk; Wojciech Franus
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2022-05-02
Also published as: PL433575A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób spieniania asfaltu z zastosowaniem mineralnego dodatku pozwalający na pozwalający na obniżenie temperatury produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych.

Z załącznika do zarządzenia nr 47 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dnia 18.11.2014 r. NAWIERZCHNIE ASFALTOWE NA DROGACH KRAJOWYCH WT-2 2014 - część I Mieszanki mineralno-asfaltowe Wymagania Techniczne (WT 2 2014), str. 22, 25, 27, 28, 31,34, 38, 39, 41 znane są wymagania odnośnie uziarnienia mieszanki mineralnej i zawartości lepiszcza asfaltowego do mieszanek mineralno-asfaltowych do warstw podbudowy, wiążącej, wyrównawczej i ścieralnej.

Z WT 2 2014 punkt 7.2 strona 15 znane są również rodzaje lepiszczy asfaltowych stosowanych w mieszankach mineralno-asfaltowych. Są to:

- asfalty drogowe według PN-eN 12591:2010,

- asfalty modyfikowane polimerami według PN-EN 14023:2011,

- asfalty drogowe wielorodzajowe według PN-EN 13924-2:2014-04

Z publikacjii Rubio M.C., Martinez G., Baena L., Moreno F. Warm mix asphalt: an overview. Journal of Cleaner Production, 2012, 24, str. 76-84, znane są rożne metody spieniania asfaltu: bezpośrednie spienianie asfaltu wodą oraz spienianie asfaltu poprzez dodatki zawierające wodę np. zeolity.

Z publikacji Woszuk A., Franus W. 2017 A review of the application of zeolite materials in Warm Mix Asphalt technologies. Applied sciences, 7, 293, wiadomo, że spienianie asfaltu przez dodatki zawierające wodę umożliwia obniżenie temperatury produkcji i zagęszczania mieszanek mineralno-asfaltowych, w skrócie MMA, od 15 do 40°C, w efekcie czego uzyskuje się tzw. „mieszanki mineralno-asfaltowe na ciepło”.

Z publikacjii Rubio M.C., Martinez G., Baena L., Moreno F. Warm mix asphalt: an overview. Journal of Cleaner Production, 2012, 24, str. 76-84, znane są korzyści stosowania mieszanek mineralnoasfaltowych na ciepło. Zmniejszenie temperatury produkcji MMA to redukcja emitowanego przez wytwórnie ditlenku węgla o ok. 30-40%, a innych związków niebezpiecznych - nawet o 70%. Zmniejsza się również emisja wyziewów i aerozoli co wpływa na zdrowie i komfort pracy osób zatrudnionych przy produkcji i wbudowywaniu MMA.

Z publikacji D’Angelo J., Bartoszek J., Corrigan M., Jones W., Newcomb D., Prowell B. Warm-Mix Asphalt: European Practice, 2008, wiadomo, że podczas produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych w 180°C emisje gazów i oparów osiągają już bardzo wysokie wartości. Niewielki ich udział występuje w temperaturze 150°C.

Z opisu zgłoszenia patentowego nr CN108912705(A) znany jest sposób wytwarzania asfaltu spienionego składającego się z 5 etapów: etap I obejmuje pomiar asfaltu, środka spieniającego, disulfofosforanu dialkilu, emulgatora, wapna, węgla aktywnego, celulozy i wody według frakcji masowej. W etapie II następuje mieszanie i mielenie kulkowe wapna, węgla aktywnego i celulozy oraz otrzymanie mieszanego absorbenta. Etap III to ogrzewanie asfaltu do 130 do 140°C, sukcesywne dodawanie środka spieniającego, disulfofosforanu, dialkilu i emulgatora, mieszanie i otrzymywanie modyfikowanego asfaltu. W etapie IV następuje mieszanie absorbentu powstałego w etapie II i modyfikowanego asfaltu z etapu III, w temperaturze 105 do 115°C, dodawanie wody i otrzymywanie asfaltu spienionego.

Z opisu patentowego nr PL230307(B1) znany jest sposób spieniania asfaltu, w którym do gorącego asfaltu o temperaturze od 145°C do 180°C dodaje się mieszaninę zeolitu z wodą w ilości od 2% do 10% wagowo w stosunku do masy asfaltu i miesza się do momentu rozpoczęcia spieniania asfaltu. Następnie spieniony asfalt dodaje się do mieszanki mineralnej o temperaturze od 115°C do 140°C i miesza się do uzyskania całkowitego otoczenia kruszywa asfaltem. Powstałą mieszankę mineralno-asfaltową kondycjonuje się i zagęszcza w temperaturze 105°C - 130°C.

Z opisu patentowego nr PL230908 (B1) znany jest sposób spieniania asfaltu, w którym do gorącego asfaltu o temperaturze od 145°C do 180°C dodaje się mieszaninę mezoporowatego materiału krzemionkowego o uporządkowanej strukturze z wodą w ilości od 2% do 10% wagowo w stosunku do masy asfaltu i miesza się do momentu rozpoczęcia spieniania asfaltu. Następnie spieniony asfalt dodaje się do mieszanki mineralnej o temperaturze od 115°C do 140°C i miesza się do uzyskania całkowitego otoczenia kruszywa asfaltem. Powstałą mieszankę mineralno-asfaltową kondycjonuje się i zagęszcza w temperaturze 105°C - 130°C.

Wermikulit jest stosowany w budownictwie jako materiał izolacyjny. Z opisu zgłoszenia patentowego nr CN109651828 (A) znane jest zastosowanie wermikulitu, który po połączeniu z składnikami

PL 240 573 BI w postaci glikolinu propylenowego, nanoproszku spinelu i ognioodpornymi włóknami kompozytowymi z poliamidu stanowi dodatek do asfaltu o działaniu zmniejszającym palność asfaltu i tłumiącym dym.

Z opisu zgłoszenia patentowego nr CN110041717 (A) znane jest zastosowanie wermikulitu w procesie przygotowania dodatku do mieszanek mineralno-asfaltowych na ciepło. Zgodnie ze sposobem przygotowania poprzez zmieszanie wermikulitu i żużla wielkopiecowego powstają porowate cząstki, w których w procesie tworzenia polimeru osadzają się kryształy siarczanu miedzi utworzone przez siarczan miedzi, jednocześnie cząstki są owijane utworzonymi polimerami które mają silną zdolność wiązania z asfaltem. Uzyskuje się zwiększoną zdolność wiązania asfaltu i materiału podstawowego, zwiększoną odporność na pękanie w niskiej temperaturze, a ponadto wydajność spieniania asfaltu poprawia się poprzez uwalnianie się związanej w kryształach siarczanu miedzi wody, /syntetyzowana ciecz jonowa może poprawić stabilność asfaltu, a pierwiastki takie jak siarka, zmniejszają lepkość asfaltu przez co efektywność wytwarzania mieszanki na ciepło została poprawiona.

Celem wynalazku jest obniżenie temperatury produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych oraz ich lepsza zagęszczalność i poprawa trwałości zmęczeniowej.

Istotą sposobu spieniania asfaltu z zastosowaniem mineralnego dodatku oraz z zastosowaniem mieszanki mineralnej w postaci frakcji grysowej, piaskowej i wypełniacza jest to, że do wermikulitu dodaje się wodę w ilości od 50 do 250% wagowych suchej mieszanki i miesza się do momentu uzyskania mieszaniny o jednolitej strukturze. Następnie mieszaninę w ilości od 2 do 10% wagowo w stosunku do masy asfaltu dodaje się do gorącego asfaltu o temperaturze od 140 do 175°C i miesza się do momentu rozpoczęcia spieniania asfaltu. W dalszej kolejności dodaje się spieniony asfalt do mieszanki mineralnej o temperaturze od 110 do 135°C i miesza się do uzyskania całkowitego otoczenia kruszywa asfaltem, po czym mieszankę mineralno-asfaltową zagęszcza w temperaturze od 105 do 130°C.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest obniżenie temperatury produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych poprzez spienienie asfaltu wodą uwalniającą się z mineralnego dodatku w postaci wermikulitu. Kolejną zaletą jest to, że wermikulit charakteryzuje się dużą powierzchnią właściwą oraz dużą objętością mezoporów, co umożliwia wchłonięcie znacznej ilości wody. Duża intensywność oddawania pochłoniętej wody wpływa na wzrost efektywności spieniania asfaltu. Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku jest również poprawa zagęszczalności oraz wzrost trwałości zmęczeniowej wytworzonych mieszanek mineralno-asfaltowych.

Przykłady

Mieszanki mineralno-asfaltowe z betonu asfaltowego o maksymalnym uziarnieniu kruszywa 16 przeznaczone na warstwę wiążącą - AC 16 W, przygotowywano w laboratorium według składu przedstawionego w tabeli 1.

Tabela 1. Składniki mieszanki mineralno-asfaltowej w 1 i 2 przykładzie wykonania

Nazwa składnika mieszanki	Udział masowy składników w mieszance [% wagowych]
mieszanka mineralna	mieszanka mineralno-asfaltowa
Wypełniacz wapienny	3,5	3,3
Kruszywo drobne 0/2	36,5	34,8
Kruszywo grube 2/8	23,0	22,0
Kruszywo grube 8/11	17,0	16,2
Kruszywo grube 11/16	20,0	19,1
Asfalt 35/50		4,6

Wykonanie mieszanek mineralno-asfaltowych w przykładach wykonania przeprowadzono według poniżej opisanych czynności.

Poszczególne składniki i parametry dla poszczególnych mieszanek przedstawiono w tabeli 2.

Do wermikulitu o powierzchni właściwej Fw zbadanej zgodnie z normą ISO 9277:2010, powierzchni mezoporów Xw zbadanej zgodnie z normą ISO 9277:2010 i objętości mezoporów Yw zbadanej zgodnie z normą ISO 9277:2010 w ilości mw i dodano wodę w ilości uH2O suchej mieszanki - mH20 i mieszano do uzyskania mieszaniny o jednolitej strukturze przez czas t1. Do asfaltu w ilości ma rozgrzanego do temperatury T1 dodano urn wytworzonej mieszaniny w stosunku do masy asfaltu - mm. Następnie mieszano do momentu rozpoczęcia efektu spieniania i spieniony asfalt dodano do mieszanki

PL 240 573 BI mineralnej rozgrzanej do temperatury T2 i mieszano do momentu całkowitego otoczenia kruszywa asfaltem przez czas t2. Następnie w temperaturze Tz zagęszczono próbki przeznaczone do badania trwałości zmęczeniowej i wykonano badanie wg normy PN-EN 12697-24, metodą belki 4-punktowo zginanej przy częstotliwości odkształceń wynoszącej 10 Hz i poziomie odkształcenia wynoszącym 100 pm/m, oraz wykonano badanie zagęszczalności zgodnie z normą PN-EN 12697-31:2007.

Tabela 2. Dane dotyczące przykładów wykonania

Wyszczególnienie	1 przykład wykonania	2 przykład wykonania
Powierzchni właściwa wermikulitu Fw [nFg-¹]	12	12
Powierzchnia mezoporów wermikulitu Xw [m² g ¹]	7,9	7,9
Objętości mezoporów wermikulitu Yw [cm³ g ¹]	0,015	0,015
Ilość wermikulitu mw [g]	50	400
Ilość dodanej wody uH2O [%wagowych]	250	50
Ilość dodanej wody mH2O [g]	125	200
Czas mieszania t1 [s]	30	30
Ilość asfaltu [g]	4000	4000
Temperatura asfaltu T1 [°C]	175	140
Ilość dodanej mieszaniny um [%wagowych]	2	10
Ilość dodanej mieszaniny mm [g]	80	400
Temperatura mieszanki mineralnej T2 [°C]	135	110
Czas mieszania t2 [s]	120	120
Temperatura zagęszczania Tz [°C]	130	105
Liczba cykli obciążenia do utarty trwałości zmęczeniowej	137 056	102 368
Współczynnik zagęszczalności K [-]	4,113	4,196
Wskaźnik stabilności mieszanki - MSI [-]	67,05	42,40

W celu skonfrontowania wyników przeprowadzonych badań z zastosowaniem wynalazku z wynikami badań z zastosowaniem dotychczasowej technologii produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych na gorąco, zrealizowano ten proces z zastosowaniem materiałów pochodzących z tego samego źródła oraz składem ilościowym przedstawionym w tabeli 1. Wyniki badań przedstawiono w tabeli 3.

Tabela 3. Wyniki badań mieszanki mineralno-asfaltowej wytworzonej w technologii na gorąco, gdzie temperatura mieszanki mineralnej wynosiła 180°C, a temperatura zagęszczania wynosiła 140°C.

Właściwości	Wynik badania
Liczba cykli obciążenia do utarty trwałości zmęczeniowej	92 302
Współczynnik zagęszczalności K [-]	4,133
Wskaźnik stabilności mieszanki - MSI [-]	149,80

PL 240 573 B1

Claims

1. Sposób spieniania asfaltu z zastosowaniem mineralnego dodatku oraz z zastosowaniem mieszanki mineralnej w postaci frakcji grysowej, piaskowej i wypełniacza, znamienny tym, że do wermikulitu dodaje się wodę w ilości od 50 do 250% wagowych suchej mieszanki i miesza się do momentu uzyskania mieszaniny o jednolitej strukturze, a następnie mieszaninę w ilości od 2 do 10% wagowo w stosunku do masy asfaltu dodaje się do gorącego asfaltu o temperaturze od 140 do 175°C i miesza się do momentu rozpoczęcia spieniania asfaltu, po czym dodaje się spieniony asfalt do mieszanki mineralnej o temperaturze od 110 do 135°C i miesza się do uzyskania całkowitego otoczenia kruszywa asfaltem, a następnie mieszankę mineralno-asfaltową zagęszcza w temperaturze od 105 do 130°.