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 mieszanki, ale 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 |
|