Badania właściwości lepiszcza

Początkowo badania związane z dodatkami obniżającymi temperaturę produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych były inicjowane przez producentów tych technologii. Jedne z pierwszych wyników badań wpływu wosku Fischera-Tropscha na zachowania się lepiszcz opublikował Butz [17], który analizował zmiany podstawowych właściwości (penetracja, lepkość, kąt przesunięcia fazowego DSR) asfaltów zwykłych 30/45, 50/70 oraz 70/100 po dodaniu do nich różnych ilości środka Sasobit. Uzyskane przez niego wyniki wskazywały na niewątpliwy pozytywny wpływ

dodatku w zakresie właściwości związanych z odpornością na deformacje trwałe.

Odnotowano zmniejszenie penetracji oraz zmniejszenie kątów przesunięć fazowych podczas badania w aparacie DSR [17] (rysunek 2.7).

Rys. 2.7. Wpływ dodatku Sasobitu na penetrację i kąt przesunięcia fazowego DSR według [17]

Gruntowne badania asfaltów z różnymi dodatkami WMA prowadził Amirkhanian, Akisetty i inni ([1], [6], [36], [37], [68], [73], [113]), przy czym w pracach tych skupiano się głównie na zagadnieniach możliwości jednoczesnego zastosowania technologii WMA w mieszankach wytworzonych z asfaltem modyfikowanym gumą oraz zagadnieniach starzenia asfaltów zawierających dodatki obniżające temperaturę produkcji. W pracy [1] określano wpływ Sasobitu oraz zeolitu o nazwie handlowej Aspha-Min na lepkość w temperaturach 135 ºC i 120 ºC asfaltów pochodzących z pięciu źródeł, które zostały zmodyfikowane 10% dodatkiem granulatu gumowego.

Lepiszcza poddawano również starzeniu RTFOT. Lepkość asfaltów z dodatkiem Sasobitu okazała się być w większości przypadków najmniejsza, natomiast zastosowanie zeolitu w czystym asfalcie (tzn. nie podczas produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej) zwiększyło jego lepkość. W publikacji [37] opisano wyniki badań parametrów G* sinδ oraz G* / sinδ asfaltów z tymi sami dodatkami oraz wyniki badań sztywności w reometrze BBR w temperaturze -12 ºC. Lepiszcza poddawane były starzeniu RTFOT w standardowej temperaturze 163 ºC oraz obniżonej 130 ºC.

Uzyskane rezultaty wskazywały na zwiększenie sztywności lepiszcz z dodatkami WMA, niezależnie od temperatury starzenia (rys. 2.8 i 2.9). W przypadku Sasobitu efekt ten tłumaczono krystalizacją wosku w strukturze asfaltu, która następuje po obniżeniu temperatury poniżej temperatury krzepnięcia wosku. Fakt usztywnienia po dodaniu zeolitu wiązano natomiast z wprowadzeniem do asfaltu nierozpuszczalnego minerału, który zadziałał w charakterze wypełniacza. W ocenie doktoranta takie działanie dodatków WMA może mieć pewien negatywny wpływ na odporność mieszanki mineralno-asfaltowej na spękania niskotemperaturowe.

Rys. 2.8. Wpływ dodatku Sasobitu oraz zeolitu o nazwie handlowej Aspha-Min na sztywność asfaltu w temperaturze -12 ºC po starzeniu RTFOT w temperaturze 163

ºC według [37]

Rys. 2.9. Wpływ dodatku Sasobitu oraz zeolitu o nazwie handlowej Aspha-Min na sztywność asfaltu w temperaturze -12 ºC po starzeniu RTFOT w temperaturze 130

ºC według [37]

Praca Lee, Amirkhaniana i innych [73] zawiera wyniki badań lepiszcz z dodatkami WMA, do których został dodany asfalt poddany symulowanemu procesowi recyklingu nawierzchni na gorąco. Proporcje lepiszcza nowego do recyklowanego wynosiły 85:15. Właściwości asfaltu odpowiadające tym, które występują w destrukcie asfaltowym pochodzącym z eksploatowanej przez kilkanaście lat nawierzchni uzyskiwano poprzez poddanie go starzeniu krótkoterminowemu RTFOT w 163 ºC, a

następnie długoterminowemu w 100 ºC w aparacie PAV (Pressure Aging Vessel).

Łącznie skomponowane lepiszcze składające się z asfaltu nowego, dodatku WMA oraz asfaltu recyklowanego badano w zakresie lepkości, właściwości wysoko- (reometr DSR) oraz niskotemperaturowych (reometr BBR). Uzyskane rezultaty wskazywały, że w przypadku chęci jednoczesnego stosowanie badanych dodatków WMA (Sasobit oraz zeolit) wraz z destruktem asfaltowym zawierającym zestarzone lepiszcze konieczna jest wnikliwa analiza rodzaju nowego asfaltu, jaki ma być użyty w produkowanej mieszance. Właściwe może być stosowanie bardziej miękkiego asfaltu. W przeciwnym wypadku łączne użycie dodatków WMA usztywniających asfalt w temperaturze eksploatacji wraz z dodatkiem starego lepiszcza pochodzącego z destruktu może skutkować otrzymaniem mieszanki o mniejszej od tradycyjnej odporności na spękania niskotemperaturowe. Na rysunku 2.10 pokazano wykres zawierający moduły sztywności badanych w pracy [73] asfaltów w -12 ºC uzyskane w reometrze BBR.

Rys. 2.10. Sztywność asfaltów z dodatkiem Sasobitu i zeolitu oraz dodatkiem recyklowanego asfaltu według [73]

Oznaczenia: PG-64 – asfalt PG 64-22 według klasyfikacji AASHTO M320 bez dodatku, 64+A – asfalt PG 64-22 z dodatkiem zeolitu o nazwie handlowej Aspha-Min,

64+S – asfalt PG 64-22 z dodatkiem Sasobitu,

58+A – asfalt PG 58-28 z dodatkiem zeolitu o nazwie handlowej Aspha-Min, 58+S – asfalt PG 58-28 z dodatkiem Sasobitu.

W późniejszej pracy Xiao, Punith i Amirkhanian [113] badali również inne dodatki obniżające temperaturę produkcji, takie jak Rediset, Ceca BaseRT i Evotherm, stosując podobną jak w poprzednich publikacjach metodykę oceny ich wpływu na asfalt. Ponownie uwidocznił się usztywniający charakter środka Sasobit, który w grupie badanych dodatków w największym stopniu zwiększał wartość modułu zespolonego G*, wartość ilorazu G* / sinδ (rys. 2.11) oraz zmniejszał kąt przesunięcia fazowego. W dalszej kolejności efekty takie wywoływały dodatki Evothermu i Redisetu. Z kolei wprowadzenie do asfaltu środka Ceca BaseRT nie

powodowało znaczących zmian parametrów reologicznych lepiszcza, pozostawiając je na oryginalnym poziomie. W przypadku charakterystyki pełzania Ceca BaseRT powodowała nawet jej nieznaczne obniżenie w stosunku do asfaltu czystego (rys.

2.12).

Rys. 2.11. Wartości ilorazu G* / sinδ dla różnych dodatków WMA przedstawione według [113]

Oznaczenia: A-H – Symbol rodzaju asfaltu z danego źródła, Co – asfalt bez dodatku, Ce – asfalt z dodatkiem Ceca BaseRT, Ev – asfalt z dodatkiem Evotherm, Re – asfalt z dodatkiem Rediset WMX,

Sa – asfalt z dodatkiem Sasobitu.

Rys. 2.12. Charakterystyki pełzania asfaltów PG 58-28 oraz PG 52-28 dla różnych dodatków WMA przedstawione w [113]

Oznaczenia: Co – asfalt bez dodatku, Ce – asfalt z dodatkiem Ceca BaseRT, Ev – asfalt z dodatkiem Evotherm, Re – asfalt z dodatkiem Rediset WMX, Sa – asfalt z dodatkiem Sasobitu.

W Europie badania nad asfaltami z dodatkami mającymi obniżać temperaturę produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych prowadzone były min. przez Edwards, Yasedmira i Redeliusa ([30], [31], [33], [34]). W swoich pracach wykorzystywali komercyjnie dostępne środki pochodzenia organicznego (Sasobit, Asphaltan, wosk polietylenowy) oraz kwas polifosforowy w połączeniu z miękkim asfaltem 160/220

([30], [33], [34]) i asfaltem modyfikowanym PmB 32 [31]. Różnicą w stosunku od innych prac było użycie większych ilości dodatków, dochodzących w przypadku wosków nawet do 6% w stosunku do masy lepiszcza. Ogólne rezultaty były zbieżne z opisanymi wcześniej wynikami badań Amirkhaniana. Odnotowano poprawę zachowania się asfaltów pod kątem deformacji trwałych przy jednoczesnym pogorszeniu w pewnym stopniu charakterystyk w niskich temperaturach. Edwards wskazuje jednak [31], że przy ograniczeniu ilości dodatków takich jak Sasobit lub Asphaltan do 4% w stosunku do masy lepiszcza pogorszenie to jest nieznaczne i nie będzie miało praktycznego wpływu na zachowanie się wykonanych z nimi mieszanek mineralno-asfaltowych.

Inni europejscy badacze zajmujący się dodatkami WMA i ich wpływem na zachowania asfaltu to min. Metzker i Wistuba [79]. W grupie badanych przez nich środków, oprócz występujących wcześniej Sasobitu i Asphaltanu, znajdował się również dodatek z grupy amidów kwasów tłuszczowych (Licomont BS100).

Wyjściowymi lepiszczami były asfalty zwykłe 30/45, 50/70 oraz modyfikowany 25/55-55. Wszystkie środki dodawano w proporcji 3% do masy lepiszcza. Zmiany właściwości (temperatura mięknienia, penetracja, temperatura łamliwości, moduł zespolony i kąt przesunięcia fazowego DSR) po wprowadzeniu dodatków WMA w największym stopniu objawiały się w przypadku asfaltów zwykłych. Zmiany asfaltu modyfikowanego były mniejsze. Interesujące rezultaty otrzymano dla środka należącego do grupy amidów kwasów tłuszczowych. Jego obecność w asfalcie skutkowała największym spośród zastosowanych dodatków wzrostem właściwości odpowiedzialnych w mieszance mineralno-asfaltowej za odporność na deformacje trwałe, przy jednoczesnej najmniejszej zmianie temperaturę łamliwości Fraasa (rysunek 2.13 i 2.14).

Rys. 2.13. Bezwzględne zmiany temperatury mięknienia i łamliwości asfaltów 30/45, 50/70 oraz 25/55-55 spowodowane dodaniem do nich Sasobitu, Asphaltanu oraz

Licomontu BS 100 [79]

Oznaczenia: plain bitumen – asfalt bez dodatku, montan wax – asfalt z dodatkiem Asphaltanu, FT-paraffin – asfalt z dodatkiem Sasobitu, fatty acid amide – asfalt z dodatkiem Licomontu BS100.

Rys. 2.14. Względne zmiany temperatury mięknienia asfaltów 30/45, 50/70 oraz 25/55-55 spowodowane dodaniem do nich Sasobitu, Asphaltanu oraz Licomontu BS

100 [79]. Oznaczenia zgodne z rysunkiem 2.13.