Wapno

Zastosowanie wapna hydratyzowanego w mieszance SMA JENA

We pozostałych stronach portalu przedstawiono szereg właściwości mieszanki SMA 16 JENA. Uzyskane parametry fizyko–mechaniczne mieszanek, to wyniki uzyskiwane najczęściej z asfaltem drogowym 50/70 oraz popularnymi środkami adhezyjnymi (aminy tłuszczowe i ich pochodne). Parametry te można uznać za zgodne z oczekiwaniami producenta mieszanki. Drugim sposobem poprawienia wybranych właściwości mieszanki może być zastosowanie, zamiast typowych chemicznych środków adhezyjnych, wapna hydratyzowanego. Wpływ wapna hydratyzowanego (uwaga - nie należy mylić z wapnem palonym) na mieszankę mineralno-asfaltową jest szeroki:

• poprawia odporność na działanie wody i mrozu,

• ma korzystny wpływ na połączenie kruszywo – asfalt,

• zwiększa odporność mieszanki na deformacje plastyczne.

Zasada działania wapna hydratyzowanego w mieszance

Dlaczego wpływ wapna jest tak spektakularny? Ogólnie przyczepność asfaltów do kruszyw o odczynie kwaśnym (pH < 7, tzn. gdy występuje w  kruszywie duża zawartość krzemionki SiO2) jest słaba, podczas gdy do kruszyw o odczynie zasadowym (pH >7) znacznie lepsza. Powszechnie stosowane chemiczne środki adhezyjne poprawiają powinowactwo asfaltu do kruszyw kwaśnych, wpływając czasami na cechy samego asfaltu. W konsekwencji może nastąpić niewielka zmiana niektórych cech lepiszcza asfaltowego (zmniejszanie PiK, zwiększenie penetracji asfaltu, zmiana lepkości asfaltu). Tradycyjne chemiczne środki adhezyjne mają zwykle neutralny wpływ lub w nieznacznym stopniu obniżają parametry mechaniczne mieszanki mineralno-asfaltowej. Chemiczne środki adhezyjne charakteryzują się określoną termostabilnością i po przekroczeniu określonej temperatury (w zależności od typu środka jest to 160-200°C) ulegają rozpadowi, co może być szkodliwe dla jakości mieszanki.

Zastosowanie wapna hydratyzowanego jako preparatu poprawiającego odporność mieszanek mineralno-asfaltowych na działanie wody i mrozu nie wpływa w istotny sposób na cechy zastosowanego asfaltu. Wapno hydratyzowane charakteryzuje się odczynem pH ok. 12, czyli ma bardzo silny odczyn zasadowy. Zadaniem wapna hydratyzowanego jest stworzenie połączenia między dwoma materiałami – kruszywem (zazwyczaj w odczynie lekko kwaśnym) oraz asfaltem.

Schematy działania środków adhezyjnych oraz wapna hydratyzowanego przedstawiają rysunki.

Rys. Schemat działania chemicznych środków adhezyjnych [autor: I.Strugała, D. Małasiewicz]

Rys. Schemat działania wapna hydratyzowanego  [autor: I.Strugała, D. Małasiewicz]

Stosowanie wapna hydratyzowanego 

W Polsce dodatek wapna hydratyzowanego do mieszanek mineralno–asfaltowych znany był już przed drugą wojną światową – pisał o tym Włodzimierz Skalmowski. Próby stosowania wykonano w latach pięćdziesiątych XX wieku, a w okresie bardziej współczesnym pierwsze odcinki z wapnem wykonano kilkanaście lat temu, m.in. na terenie Trójmiasta. Obecnie dość dużo dróg zawierających wapno buduje się na terenie woj. śląskiego.

Na świecie wapno jest jednym z najstarszych i najpopularniejszych dodatków do mma. Doświadczenia z zastosowaniem wapna hydratyzowanego do mieszanek mineralno – asfaltowych wskazują, że niezwykle istotne jest umiejętne stosowanie tego dodatku. Wskazania i ograniczenia stosowania wapna wynikają z jego cech charakterystycznych:

• bardzo dużej powierzchni właściwej (powierzchni ziaren przypadającej na jednostkę masy, zwykle cm2/g), która jest znacząco większa od powierzchni właściwej mączki wapiennej,

• dużej zdolności do wiązania lepiszcza asfaltowego, która wyraża się w wysokich wartościach wolnych przestrzeni w zagęszczonym wapnie,

• dużej zdolności usztywniania zaprawy asfaltowej, wynikającej z cech wymienionych powyżej,

• polepszenia przylegania lepiszcza asfaltowego do powierzchni ziaren kruszywa,

• polepszenia odporności na działanie wody i mrozu oraz koleinowanie.

W świetle wymienionych właściwości wapna, należy w sposób przemyślany ustalać jego ilość w mieszance mineralno-asfaltowej. Z jednej strony duża zawartość wapna polepszy odporność na wodę i mróz oraz odporność na koleinowanie, a z drugiej może spowodować nadmierne usztywnienie mieszanki, co zmniejszy jej urabialność i będzie utrudniało wbudowanie. Nadmierne przesztywnienie mieszanki może także prowadzić do przedwczesnych pęknięć warstwy. Z doświadczeń wiadomo, że przekroczenie ilości ok. 2,0-2,5% m/m może spowodować znaczące „usztywnienie” mieszanki mineralno – asfaltowej. Dlatego można założyć, że zakresem w którym można się bezpiecznie poruszać jest 1,0 do 2,0% m/m, przeciętnie 1,5% m/m. Podsumowując, ilość wapna w mieszance powinna być zbilansowana w taki sposób, aby uzyskać jak największe korzyści techniczne, przy minimalizacji utrudnień wykonawczych. Jeśli ustalona w recepcie mieszanki ilość wapna nie sprawdzi się na budowie, to należy zmniejszyć ilość wapna w mieszance lub zwiększyć ilość asfaltu.

Wybierając do zastosowania wapno hydratyzowane należy koniecznie pamiętać, że wapno hydratyzowane nie jest dodatkiem doliczanym „ekstra” do mieszankiale jest zamieniane z taką samą ilością wypełniacza wapiennego. Podane zawartości procentowe wprowadzonego do mieszanki wapna zastępują wypełniacz podstawowy w takiej samej ilości. Reasumując - dodając np. 1,5% wapna hydratyzowanego redukujemy ilość wypełniacza również o 1,5% m/m.

Ilość wapna dobiera się uwzględniając:

• skuteczność poprawienia odporności na wodę i mróz (wskaźnik ITSR),

• urabialność i zdolność do zagęszczania,

• rodzaj kruszywa (kwaśne/niekwaśne) i rodzaj lepiszcza asfaltowego – przy czym asfalt drogowy 50/70 jest łatwy w stosowaniu razem z wapnem, a asfalty modyfikowane nieco trudniejsze – przy czym im wyżej modyfikowany polimerami jest asfalt tym ostrożniej należy dobierać ilość wapna,

• wymaganą odporność na koleinowanie.

Podsumowanie - wapno:

• poprawia przyczepność asfaltu do ziaren kruszywa, 

• zwiększa odporność mieszanki mineralno-asfaltowej na działanie wody i mrozu,

• poprawia odporność na deformacje plastyczne w wysokich temperaturach, 

• opóźnia procesy starzenia asfaltu w mieszankach mineralno-asfaltowych,

• jest praktycznie bezzapachowe, nie wydziela z mieszanek żadnych oparów co skutkuje brakiem negatywnego wpływu na zdrowie ludzi zaangażowanych w procesach produkcyjnych, jaki i bezpośrednio przy wbudowaniu mieszanek,

• jest odporne termicznie,

• nie zmienia właściwości lepiszcza asfaltowego,

• praktycznie nie wpływa na koszt mieszanek jeśli jest stosowane oddzielnie (redukcja kosztu chemicznych środków adhezyjnych, zmniejszenie ilości wypełniacza podstawowego). 

Przykład zastosowania

Oprócz typowych zastosowań wapna w mieszankach SMA 16 JENA na drogach samorządowych, bardzo dobrym rozwiązaniem jest wykorzystanie tego dodatku w mieszankach poddawanych dużemu obciążeniu ruchem, także ciężkim i powolnym. Przykładem takiego zastosowania są drogi objazdowe wykonane jako obejścia prowadzące ruch z drogi krajowej nr 7 w okolicach Nowego Dworu Gdańskiego, które przejęły cały ciężki ruch w czasie budowy S7. W tabeli przedstawiono właściwości mieszanki SMA 16 JENA zastosowanej w tym miejscu. Warto zwrócić uwagę na fakt, że w mieszance zastosowano asfalt drogowy 50/70, a mimo to przy powolnym i ciężkim ruchu nie nastąpiło skoleinowanie nawierzchni.

Rys. Przykład SMA 16 JENA z zastosowaniem wapna hydratyzowanego na drodze obciążonej ruchem KR6 (objazd drogi krajowej nr 7 w okolicach Nowego Dworu Gd.) (fot I. Strugała)

Tabela. Właściwości mieszanki SMA 16 JENA wykonanej na objazdach DK7

Właściwość

Metoda badania

Wynik

Odporność na koleinowanie

PN-EN 12697-22, 10 000 cykli, metoda B, w powietrzu, +60°C

PRDAIR = 7,1%

WTSAIR = 0,12

Odporność na wodę i mróz

PN-EN 12697-12, procedura z WT-2 2014

ITSR = 98%

Skład mieszanki:

- Zawartość asfaltu drogowego 50/70 w mma

- Zawartość wypełniacza podstawowego (mączki wapiennej)

- Zawartość wapna hydratyzowanego w mma

- Całkowita zawartość wypełniacza „dodanego”

- Zawartość wolnych przestrzeni w mma, Vm

Zastosowane kruszywa - gnejs, granodioryt

5,3% m/m

6,0% m/m

1,5% m/m

7,5 % m/m

2,1 % v/v

Działamy 24/7/365