Wapno

Sposobem poprawienia wybranych właściwości mieszanki może być zastosowanie wapna hydratyzowanego.

Zastosowanie wapna hydratyzowanego w mieszance SMA JENA

Na 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

 

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 hydratyzowane 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), 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)

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.

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

Napisz do nas

Samorządy i firmy zainteresowane współpracą prosimy o kontakt

 

1 + 7 =

Biuro Inżynierskie Krzysztof Błażejowski