d r hab. inż. A ndrzej Łuszczkiew icz, prof. nadzw. Pol. W rocł. Politechnika W rocław ska
W yd zia ł G eoinżynierii, G órnictw a i G eologii ul. Na G robli 15
50-421 W rocław
Recenzja
pracy doktorskiej Pana mgr inż. Bartłomieja Grzesika pt. „Przyczyny i
skutki zmian właściwości kruszyw naturalnych w warunkach
hipergenicznych w warstwach ścieralnych z mieszanek
mineralno-asfaltowych"
Niniejsza recenzja została w ykonana na podstaw ie zlecenia z dnia 8. lutego 2016 r, L.dz. R G B D /146/15/16 Dziekana W ydziału G órnictw a i G eologii Politechniki Śląskiej w ynikającego ze stosow nej U chw ały R ady Naukowej W ydziału.
Charakterystyka pracy doktorskiej
Praca doktorska Pana m gr inż. Bartłom ieja G rzesika składa się z dziewięciu podstaw ow ych rozdziałów (128 stron tekstu) oraz spisu literatury, norm technologicznych i aktów prawa, zam ieszczonych na 14 stronach m aszynopisu. Zasadnicza problem atyka sform ułow ana w tytule rozpraw y zaw arta je st w rozdziale w stępnym w podrozdziałach pt. Z jaw isko brunatnych przebarw ień pow ierzchni w a rstw ścieralnych (rozdz. 1.1.) oraz Cele, teza i zakres rozpraw y (rozdz. 1.2.).
Jak napisał Doktorant, celem naukowym rozpraw y było zidentyfikow anie składników kruszyw naturalnych skłonnych do przeobrażeń pod w pływ em czynników hipergenicznych oraz identyfikacja w tórnych składników m ineralnych, będących źródłem w ykw itów na w ytypow anych do badań naw ierzchniach drogow ych. R ozpoznanie składu m ineralnego osadów przybierających postać w ykw itów pozw oliło na ocenę w pływu przeobrażeń m ineralnych na w łaściw ości użytkow e kruszywa oraz opracow anie m etody pozw alającej prognozować podatność kruszyw a na przeobrażenia.
Układ pracy, zaw artość tem atyczna poszczególnych rozdziałów, opis m ateriałów źródłow ych, prezentow ane przykłady układają się w logiczny ciąg zadań od sform ułowania problem u, przez je g o analizę, opracow anie m etody rozw iązania problem u i jej weryfikację do podsum ow ania i wniosków .
B ogaty m ateriał inform acyjny oraz liczne przykłady dotyczące zarów no wym agań technologicznych i w łaściw ości kruszyw przeznaczonych do m ieszanek m ineralno- asfaltow ych, ja ko podstaw ow ego elem entu w arstw ścieralnych naw ierzchni drogowej, nie tylko ilustrują problem atykę rozw iązyw aną w pracy, ale potw ierdzają dodatkow o celow ość jej podjęcia.
Ocena trafności wyboru problematyki badawczej i sformułowania tematu
T rw ałość naw ierzchni drogow ych w w arunkach klim atycznych naszego kraju je st jednym z najw ażniejszych elem entów budow y i rozbudow y infrastruktury drogowej, decydującej w dużym stopniu o rozwoju gospodarki narodowej. Doktorant w swojej rozprawie podjął się szczegółow ej analizy przeobrażeń m ineralnych zachodzących w kruszywach naturalnych w w arstw ach ścieralnych m ieszanek m ineralno-asfaltow ych w w arunkach charakterystycznych dla naw ierzchni drogow ych w różnych rejonach naszego kraju. Efektem tych przeobrażeń w określonych w arunkach je st pow staw anie brunatnych w ykw itów na naw ierzchniach, a w skrajnych przypadkach destrukcja ziaren kruszywa, m ogąca inicjow ać lokalne uszkodzenia w a rstw ścieralnych. O bserw acje terenow e nie pozw oliły na ustalenie związku pom iędzy zjaw iskiem w ykw itó w a kategorią drogi, jej klasą techniczną czy obciążeniem ruchem , ja k rów nież rodzajem m ieszanki m ineralno-asfaltow ej użytej w w arstw ie ścieralnej. Na przeszkodzie, ja k w ynika to z przeglądu problem atyki zam ieszczonej w pracy, stoi brak specyficznych m etod (narzędzi) zarządzania ja ko ścią kruszyw, w tym m etod prognozow ania ich zachow ania się w o b ec czynników nie branych dotychczas pod uwagę, a także brak inform acji dotyczących potencjalnych m echanizm ów i skutków przeobrażenia m ineralnych (skalnych) składników naw ierzchni drogow ych w naturalnych w arunkach klim atycznych użytkow ania dróg w naszym kraju. Z w ym ienionych pow odów, zw rócenie uwagi na tą problem atykę, stanow iącą podstaw ę koncepcji dysertacji, zm ierzającą do w yjaśnienia zjaw isk i w przyszłości w eryfikacji kryteriów doboru kruszyw naturalnych do w arstw ścieralnych m ieszanek m ineralno-asfaltow ych, należy uznać za potrzebną i aktualną.
R ealizację celu rozpraw y oparł autor o tezę, że przebarw ienia naw ierzchni drogowej są osadam i m ineralnym i stanow iącym i produkty przem ian składników kruszyw naturalnych spow odow ane oddziaływ aniam i czynników hipergenicznych, a konsekw encją tych przeobrażeń są istotne zm iany w łaściw ości użytkow ych kruszyw. S koncentrow anie się w pracy na specyficznym obszarze tem atycznym , zw iązanym z trw ałością naw ierzchni drogowych, uw ażam za słuszne i w pełni uzasadnione. Należy podkreślić, że je s t to problem atyka w dużym stopniu pom ijana w śród czynników objętych dokum entam i norm alizacyjnym i. W konsekw encji w ym ienionych uwag odnośnie do tem atyki badawczej uważam, że w ybór obszaru badaw czego ja k i sform ułow anie problem atyki, w tym tytułu rozprawy, są uzasadnione i trafne.
Ocena zastosowanej metodyki badań procesów zmian właściwości kruszyw
naturalnych w warstwach ścieralnych z mieszanek mineralno-asfaltowych
M etodyka badań zastosow ana przez Doktoranta, w części standardow ej, oparta była na odpow iednich norm ach branżow ych pobierania i przygotow ania próbek, a w zasadniczej części badaw czej stanow iła oryginalny w kład autora zm ierzający do udow odnienia postawionej we w stępie tezy pracy i osiągnięcia jej celów. G łównym m ateriałem do badań Doktoranta były obserw acje 40. fragm entów dróg dotkniętych obecnością w ykw itów w 26. m iejscow ościach na terenie pięciu w ojew ództw : dolnośląskiego, śląskiego, m ałopolskiego, m azowieckiego i zachodniopom orskiego. Próbki do badań reprezentujące w ybrane fragm enty dróg były rdzeniam i z naw ierzchni dróg pobranym i i przygotow anym i do badań zgodnie z odpowiednim i norm am i. Po w yekstrahow aniu i separacji ziarn kruszyw z m ieszanek m ineralno-asfaltow ych określono składy petrograficzne m ieszanek m ineralnych z badanych próbek. W ybrane ziarna kruszyw z naw ierzchni drogow ych poddano badaniom laboratoryjnym sym ulujących
w założonych w arunkach m odelow ych w arunki hipergeniczne. Pow stające w tych w arunkach osady traktow ano ja ko m inerały w tórne i w raz z ziarnam i kruszyw poddano szczegółow ym badaniom m ineralogicznym . Podobnym badaniom poddano próbki kruszyw o tożsam ym pochodzeniu złożow ym co zastosow ane w badanych naw ierzchniach, pobrane ze składow isk w ytw órni m ieszanek m ineralno-asfaltow ych. Podstaw ą do określenia tej tożsam ości były dokum entacje udostępnione przez zarządców dróg oraz przez producentów m ieszanek.
M etodyka badań obejm ow ała trzy główne zagadnienia: badania m ineralogiczne kruszyw, badania składników w tórnych pow stałych w m odelow ych w arunkach w ietrzenia w laboratorium oraz badania porów naw cze w łaściw ości użytkow ych ziarn kruszyw ulegających i nie ulegających przebarw ieniom w wyniku zastosow ania m odelow ych w arunków hipergenicznych.
Badania m ineralogiczne kruszyw i osadów, a także badania petrograficzne w ykonano z pełnym profesjonalizm em na w ysokiej klasy sprzęcie, zarów no w zakresie m ikroskopii optycznej, ja k i m ikroskopii elektronow ej. Identyfikacja petrograficzna kruszyw w pełni potw ierdziła w łaściw ości i ch arakter kruszyw w ykazanych w technicznej dokum entacji źródłow ej ja ko składniki użytych m ieszanek m ineralno-asfaltow ych. Badane m ateriały stanow iły kruszyw a granodiorytow e, gabrowe, am fibolitow e i dolom itowe. Badania m ineralogiczne poszczególnych kruszyw pozw oliły zidentyfikow ać pełny skład m ineralny oraz składniki m ineralne, które m ogą być źródłem w ykw itów na naw ierzchniach. Ze względu na brunatne zabarw ienie w ykw itów istotną rolę w ich tw orzeniu odgryw ają m inerały żelazonośne, do których D oktorant zaliczył stw ierdzone w szczegółow ych analizach poszczególnych skał, kilkanaście m inerałów skałotw órczych, akcesorycznych i pobocznych. Jednakże pom im o identyfikacji w ielu m inerałów żelazonośnych i produktów ich przeobrażeń, obok różnych sugestii, autor nie stw ierdził jednoznacznie, które dokładnie m inerały żelazonośne są źródłem najbardziej w idocznego efektu na naw ierzchniach - brunatnych zacieków.
B adając osady pow stałe w w yniku działania zastosow anych m odelow ych laboratoryjnych w a ru nkó w w ietrzenia, D oktorant stw ierdził obecność wielu siarczanów Fe, siarczanów Mg, Na, K, Ca oraz w o d oro tle nkó w żelaza. Te ostatnie pow stają głównie ja ko produkt utleniania siarczanów żelaza i są najczęstszą przyczyną pow staw ania przebarw ień kruszywa. P ow stające m inerały w tórne w postaci w ykw itów na pow ierzchni i w porach ziarn kruszywa są przyczyną zm ian cech fizycznych kruszywa. Tym i w nioskam i z badań D oktorant udow odnił postaw ioną w pracy tezę.
O kreślając podstaw ow e w łaściw ości obejm ujące charakterystyczne i objęte normami cechy użytkow e w iążące zastosow ane m odelow e w arunki w ietrzeniow e z ja ko ścią kruszyw, D oktorant opracow ał i za proponow ał istotne m odyfikacje lub uzupełnienia m etodyki badań norm ow ych. Ten elem ent dysertacji oraz propozycja m etodyki eksperym entów pozw alających w w arunkach laboratoryjnych, w yw ołać przeobrażenia zbliżone do zachodzących w w arstwach ścieralnych w w arunkach hipergenicznych oraz pozw alające określać ich w pływ na w łaściw ości kruszyw, stanow i istotną nowość. Tego typu badania dotychczas nie znajdują odzw ierciedlenia w norm ach, ani też nie były dotychczas w ykonyw ane, o czym św iadczy brak w zm ian e k w naukow ej literaturze przedm iotu. Ten aspekt stanowi głów ny elem ent naukowy rozpraw y i w ypełnia istotną lukę w obszarze w iedzy na styku technologii przygotowania m ateriałów drogow ych i prognozow ania trw ałości naw ierzchni.
W yniki badań Doktoranta stw orzyły podstaw y do w yjaśnienia niekorzystnych zmian adhezji asfaltu do pow ierzchni ziaren, które w konsekw encji m ogą prow adzić do uszkodzeń
w arstw y ścieralnej w w arunkach hipergenicznych. D oktorant stwierdził, że zjaw isko to w yw ołane je st głów nie eksudacją, w ynikającą ze zm ian objętości m olowych m inerałów w tórnych w stosunku do pierw otnych. Procesom tym sprzyja kw aśny charakter środow iska hipergenicznego, ja ko skutek kwaśnych deszczy oraz rozkład m inerałów siarczkow ych, głów nie żelaza. W tym m iejscu chciałbym zw rócić uwagę, że pow szechnym zjaw iskiem w przyrodzie je st oddziaływ anie na m inerały siarczkow e czynników biologicznych, które zapew ne m ogą m ieć także znaczący udział w przeobrażeniach składników m ineralnych w naw ierzchniach dróg badanych przez Doktoranta.
P odsum ow ując tą cześć recenzji stw ierdzam należyte rozpoznanie przez Doktoranta problem atyki zarów no pod w zględem naukowym ja k i aplikacyjnym , gruntow ne przygotow anie i dostosow anie niezbędnych inform acji do potrzeb rozw iązyw anego zadania, adekw atność w ybranych m etod i narzędzi do rozw iązania złożonego, interdyscyplinarnego problemu. Uważam także, że D oktorant w ykazał należyte przygotow anie i opanow anie nie tylko problem atyki trw ałości naw ierzchni drogow ych, ale także zagadnień z zakresu zaaw ansow anych badań m ineralogicznych i metod m ineralogii technicznej (aplikacyjnej), co pow inno być pom ocne przy kontynuow aniu badań.
Uwagi krytyczne, ocena strony językowej i redakcyjnej rozprawy
R ozpraw a ma prawidłowy, spójny i logiczny układ. W zasadzie nie mam większych zastrzeżeń do strony redakcyjnej, rozprawa została bowiem starannie przygotowana. Praca m im o bardzo obszernej i różnorodnej problem atyki została dobrze zredagow ana i zilustrow ana. B ogaty m ateriał w yjściow y i dow odow y został ujęty w przejrzystej form ie tabelarycznej i ilustracyjnej z obfitym pow oływ aniem się na różnego rodzaju dokum enty norm ow e i inne akty prawne, co je d na k nie ułatwia czytania pracy. Nieliczne usterki dotyczące term inologii, oznaczeń i redakcyjne nie obniżają w artości pracy, ale ich usunięcie w skazane byłoby przy przygotow aniu publikacji, np. stw ierdzenie na str. 91, że m inerały siarczkowe w w arunkach hipergenicznych ulegają łatw em u rozkładowi na metal i jon siarczanowy.
Jest oczyw iste, że zjaw iska barw nych w ykw itów na ziarnach skalnych są zw iązane z obecnością w tych ziarnach m ało odpornych chem icznie m inerałów żelazonośnych oraz, że w głów nej m ierze są to m inerały siarczkow e żelaza, ale odnoszę w rażenie, że pom im o dogłębnych badań m ineralogicznych Doktoranta, czytelnik w pew nym stopniu pozostaje nadal w sferze przypuszczeń.
D yskusyjnym elem entem pracy, moim zdaniem , je s t przyjęte założenie całkowitej elim inacji inform acji o źródłach złożow ych badanych kruszyw, co ja k w skazuje autor, było mu w pełni w iadom e, je d na k z jakich ś pow odów nie ujaw nione w pracy. Dzięki takiej koncepcji prezentow ania szerokich i w ieloaspektow ych badań, w ażnych dla gospodarki drogowej kraju, niew ątpliw ie cenny aspekt aplikacyjny pracy, ma ograniczony zw iązek z istotnym i elem entam i w ykorzystana bazy surow ców skalnych naszego kraju.
Wnioski końcowe
O ceniając przedłożoną do recenzji pracę doktorską Pana m gr inż. Bartłom ieja Grzesika stw ierdzam należyte rozpoznanie problem atyki stanow iącej przedm iot rozprawy zarówno w w arstw ie naukow ej ja k i aplikacyjnej. W yb ó r obszaru badaw czego i tem atyki uważam za trafne i w ychodzące naprzeciw potrzebom praktyki. W ybrana m etodologia rozwiązywania
problem ów i zaprezentow any w rozpraw ie tok postępow ania oraz dyskusja przedstaw ionych w yników , pozw alają na stw ierdzenie, że D oktorant ma dobrze opanow any w arsztat badawczy. D oktorant niew ątpliw ie w ykazał się um iejętnością sam odzielnego rozw iązyw ania trudnych, interdyscyplinarnych problem ów naukow ych na styku badań laboratoryjnych i praktyki technologicznej w w ażnych dla gospodarki problem ach trw ałości naw ierzchni drogowych.
Przedłożone uwagi krytyczne i sugestie recenzenta w skazują głów nie na konieczność bardziej precyzyjnego i je dnoznacznego form ułow ania opisów dokonań autora, nie w pływ ają na poziom je g o rozprawy. Jak m ożna zauw ażyć nie m ają one także w pływ u na istotę rozważań i wniosków , ja kie D oktorant przedstawił.
P odsum ow ując stw ierdzam , że rozprawa doktorska m gr inż. Bartłom ieja G rzesika je st dobrze zrealizow ana od strony koncepcyjnej, eksperym entalnej i interpretacyjnej, i stanowi oryginalne rozw iązanie przez D oktoranta problem u naukowego. Stwierdzam , że rozprawa doktorska napisana przez m gr inż. Bartłom ieja G rzesika pt. P rzyczyny i sku tki zm ian w ła ściw ości kru szyw naturalnych w w arunkach hipergenicznych w w arstw ach ścieralnych z m ie sza ne k m ineralno-asfaltow ych dotyczy zagadnień z obszaru nauk technicznych, dyscypliny górnictw o i geologia inżynierska. W oparciu o m oją w iedzę o rozprawie, mogę stw ierdzić, że treści w niej zaw arte św iadczą o ogólnej w iedzy teoretycznej i praktycznej D oktoranta, a także o um iejętności sam odzielnego prow adzenia pracy naukow ej w dyscyplinie górnictw o i geologia inżynierska. U w zględniając pow yższe stw ierdzam , że rozprawa doktorska m gr inż. B artłom ieja G rzesika spełnia w arunki określone w art. 13, ustęp 1 Ustawy z dnia 14 m arca 2003 roku o stopniach naukow ych i tytule naukow ym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. Nr 65, poz. 595) z późniejszym i zm ianam i, w prow adzonym i ustawą z dnia 18 m arca 2011 r. o zm ianie ustaw y - Prawo o szkolnictw ie wyższym , ustawy o stopniach naukow ych i tytule naukow ym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki oraz 0 zm ianie niektórych innych ustaw (Dz. U. nr 84, poz. 455), w brzm ieniu obow iązującym od dnia 1 października 2011 r. i w noszę do Rady Naukowej o dopuszczenie m gr inż. Bartłom ieja G rzesika do dalszych czynności przew odu doktorskiego oraz składam w niosek o w yróżnienie je g o dysertacji.
U zasadnieniem tego ostatniego są w artości poznaw cze oraz aplikacyjne dysertacji prow adzące do w yjaśnienia podstaw zachodzenia istotnych zjaw isk dotyczących trwałości naw ierzchni drogow ych, zw iązanych z w łaściw ościam i kruszyw, a nie uwzględnianych w istniejących w ym aganiach norm owych. R zetelność szerokiej w eryfikacji postaw ionej tezy pracy, bezpośrednio zw iązanej z celam i dysertacji, pow inna doprow adzić do uzupełnienia istniejących w ym agań norm ow ych o istotne elem enty w ynikające z badań D oktoranta 1 stw arzające podstaw y zapobiegania niekorzystnym procesom w w arunkach klim atycznych eksploatacji dróg w naszym kraju.
ab. inż. Andrzej cttszczkiew icz, prof, nadzw.
