Odporność na działanie wody i mrozu mieszanek mineralno-asfaltowych wytwarzanych w technologii asfaltu spienionego dodatkiem zeolitów
Type
Thesis
Subtype
Doctoral thesis
Authors/Creators
Promoter
Franus, Wojciech
Date
2024
Abstract PL
Jednym z kluczowych czynników determinujących żywotność nawierzchni asfaltowej jest odporność na działanie wody i mrozu. Zapewnienie satysfakcjonującego poziomu tego parametru jest szczególnie istotne w polskich warunkach klimatycznych, gdzie notowana jest duża liczba przejść przez 0°C, przy jednoczesnej wysokiej rocznej amplitudzie temperatur. Stosując technologię wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych (MMA) na ciepło z asfaltem spienionym niezbędne jest, aby pomimo obniżenia temperatur technologicznych wymagania stawiane uzyskanej MMA w obowiązujących wytycznych były spełnione. Taka technologia wpisuje się w aktualny trend zrównoważonego rozwoju i redukcji emisji gazów cieplarnianych, z czym aktualnie mierzą się naukowcy i firmy z obszaru drogownictwa.
W części studialnej pracy przeanalizowano literaturę w zakresie MMA na ciepło, ich korzyści i ograniczeń, szczególnie w aspekcie odporności na działanie wody i mrozu. Jak wynika z przeprowadzonego przeglądu literatury dotychczasowe badania, które obejmowały mieszanki mineralno-asfaltowe w technologii asfaltu spienionego dodatkiem zeolitów syntetycznych wskazały na konieczność lepszego poznania właściwości lepiszczy z dodatkiem zeolitów, jak również parametrów wytworzonych mieszanek WMA, szczególnie w zakresie odporności na wodę i mróz. Stąd głównym celem pracy jest poprawa odporności na wodę i mróz mieszanek mineralno-asfaltowych wytwarzanych w technologii na ciepło z dodatkiem zeolitów. W pracy zastosowano asfalt drogowy 50/70, kruszywa naturalne łamane o charakterze kwaśnym i zasadowym powszechnie stosowane do budowy nawierzchni asfaltowych (dolomit, wapień, granodioryt), zeolity syntetyczne NaA, NaP1 oraz NaX wytworzone na potrzeby niniejszej pracy oraz trzy środki adhezyjne w postaci komercyjnych dodatków płynnych o odmiennym charakterze chemicznym, jak również wapna hydratyzowanego jako zastąpienie części wypełniacza dodanego do MMA.
Cel pracy i rozwiązanie problemu naukowego zostało osiągnięte poprzez przeprowadzenie badań pod kątem rozpoznania wybranych właściwości asfaltów spienionych zeolitami, dobranie i zaaplikowanie środków adhezyjnych pod kątem poprawy wodo i mrozoodporności dwóch MMA do warstwy ścieralnej i wiążącej oraz sprawdzenie interakcji poprzez wyznaczenie korelacji pomiędzy parametrami związanymi z odpornością na działanie wody i mrozu MMA, a parametrami związanymi ze swobodną energią powierzchniową. Finalnie zweryfikowano odporność MMA w technologii na ciepło na wodę i mróz w warunkach standardowej i zwiększonej liczby cykli zamrażania-rozmrażania. Wyniki wskazują, że dodatek zeolitu umożliwia uzyskanie zadowalających wskaźników charakterystycznych dla asfaltu spienionego oraz spienienie asfaltu w pożądanym interwale czasowym. Ponadto zeolit podobnie jak wypełniacz usztywnia asfalt, jednak bez negatywnego wpływu na dolne temperatury pracy lepiszcza. Uzyskane wyniki prac badawczych wskazują na możliwość wytworzenia MMA na ciepło z asfaltem spienionym zeolitami o polepszonych parametrach związanych z odpornością na działanie wody i mrozu w stosunku do MMA w tecnologii na gorąco, także dla MMA poddanej kondycjonowaniu w zwiększonej liczbie cykli zamrażania-rozmrażania. Zauważono również istnienie pewnej korelacji liniowej pomiędzy parametrami związanymi ze swobodną energią powierzchniową asfaltu, a wytrzymałością i opornością na działanie wody i mrozu MMA, zwłaszcza dla próbek asfaltu kondycjonowanych w wodzie i niskim ciśnieniu. Dzięki zastosowaniu metody kropli leżącej możliwe jest wstępne porównanie i wybór środka adhezyjnego pod kątem wytworzenia MMA o zadowalających parametrach.
Abstract EN
One of the key factors determining the service life of an asphalt pavement is its resistance to water and frost. Ensuring a satisfactory level of this parameter is particularly important in Polish climatic conditions, where many passes through 0°C are recorded, along with a high annual temperature amplitude. When using the technology for producing hot-mix asphalt mixtures with foamed bitumen, it is necessary to meet the requirements of the current guidelines, despite the reduction in technological temperatures. Such technology is part of the current trend towards sustainability and reduction of greenhouse gas emissions, which is actually being faced by researchers and companies in the road construction sector.
In the study part of the paper, the literature on warm-mix asphalt, its benefits and limitations, especially in terms of water and frost resistance, was analyzed. As can be seen from the literature review carried out, previous studies, which included asphalt mixtures in the technology of foamed bitumen with the addition of synthetic zeolites, indicated the need for a better understanding of the properties of binders with the addition of zeolites, as well as the parameters of the produced WMA mixtures, especially in terms of water and frost resistance. Hence, the main objective of this study is to improve the water and frost resistance of asphalt mixtures produced using the warm-mix technology with the addition of zeolites.
In this study, 50/70 road bitumen, natural acidic and alkaline crushed aggregates commonly used in asphalt pavement construction (dolomite, limestone, granodiorite), synthetic zeolites NaA, NaP1 and NaX produced for the purpose of this work, and three adhesive agents in the form of commercial liquid additives of different chemical nature, as well as hydrated lime to replace part of the filler added to asphalt mixture were used.
The purpose of the work and the solution of the scientific problem was achieved by conducting tests to identify selected properties of zeolite-foamed bitumen mixtures, selecting and applying adhesive agents to improve the water and frost-resistance of two asphalt mixtures for the wearing and binder course, and verifying the interaction by determining the correlation between parameters related to the water and frost-resistance of the asphalt mixture and parameters related to surface free energy. Finally, the resistance of WMA mixtures to water and frost was verified under standard and increased number of freeze-thaw cycles.
The results indicate that the zeolite additive makes it possible to achieve satisfactory characteristics for foamed bitumen and to foam the binder at the desired time interval. In addition, 11 the zeolite, like the filler, stiffens the asphalt, but without adversely affecting the lower operating temperatures of the binder. The results of the research work indicate that it is possible to produce warm-mix asphalt with zeolite-foamed bitumen with improved water and frost resistance properties compared to HMA, even for mixtures conditioned with an increased number of freeze-thaw cycles. It was also observed that there was some linear correlation between parameters related to the surface free energy of the bitumen and the strength and water and frost resistance of the mixture, especially for asphalt samples conditioned in water and low pressure.
By using sessile drop test method, a preliminary comparison and selection of the adhesion agent can be made with a view to producing an asphalt mixture with satisfactory parameters.
Keywords PL
asfalt
asfalt spieniony
mieszanka mineralno-asfaltowa (MMA)
MMA na ciepło
Keywords EN
bitumen
foamed bitumen
asphalt mixture
warm-mix asphalt
Statistics
102Views
1Downloads Wróbel, M. (2024). Odporność na działanie wody i mrozu mieszanek mineralno-asfaltowych wytwarzanych w technologii asfaltu spienionego dodatkiem zeolitów. https://hdl.handle.net/20.500.14629/18298
Loading...
Files
Wróbel_Michal_Odporność_na_dzi...
PDF 16.45 MB
Licence
Closed Access
Accessibility issue?Request a WCAG-compliant file
Publication available in collections: