Dr hab. inż. Barbara Tora, prof. AGH Kraków, 1 marca 2016 r.
Recenzja rozprawy doktorskiej p. Bartłomieja Grzesika
pt: Przyczyny i skutki zmian właściwości kruszyw naturalnych w warunkach hipergenicznych w warstwach ścieralnych z mieszanek mineralno-asfaltowycli
Recenzja opracowana została na podstawie pisma Dziekana Wydziału Górnictwa i Geologii Politechniki Śląskiej prof. dr hab. inż. Mariana Dolipskiego z dnia 8.02.2016 r.
Przedmiotem recenzji jest załączona do pisma, rozprawa doktorska Pana Bartłomieja Grzesika pt: Przyczyny i skutki zmian właściwości kruszyw’ naturalnych w warunkach hipergenicznych w warstwach ścieralnych z mieszanek mineralno-asfaltowych zrealizowana pod kierunkiem Promotorów dr hab. Zdzisława Adamczyka, prof. Pol. Śl. i dr inż. Jacka Nowaka.
Tematyka pracy
Praca dotyczy ważnego zagadnienia praktycznego jakim jest trwałość nawierzchni asfaltowych dróg. Trwałość dróg zależy w dużej mierze od jakości użytych materiałów, w szczególności kruszywa. Szczególne wymagania stawiane są, z uwagi na bezpieczeństwo jazdy, warstwom ścieralnym. Pomimo stosowania do produkcji mieszanek mineralno- asfaltowych kruszyw o najlepszych właściwościach (parametrach geometrycznych, fizycznych i chemicznych) obserwuje się występowanie brunatnych przebarwień. Dotychczasowo nie przywiązywano dużej uwagi do wpływu tego zjawiska na właściwości nawierzchni, uznając, że przebarwienia są wynikiem obecności zanieczyszczeń metalicznych pochodzących np z metalowych elemenów szczotek do czyszczenia nawierzchni. W 2010 roku przeprowadzono na Politechnice Śląskiej (zespół prof. Z. Adamczyka) pionerskie badania w tej dziedzinie stwierdzając jednoznacznie, że źródłem zmiany barwy jest kruszywo naturalne. Przeprowadzone w ciągu kilku lat badania wykazały jednoznacznie, że zjawisko zmiany barwy może inicjować przedwczesne uszkodzenia warstwy ścieralnej.
Na podstawie wstępnych badań Autor postawił cel utylitarny pracy w postaci opracowania procedury prognozowania zmian właściwości kruszywa na podstawie zawartości wtórnych
składników mineralnych. W skaźnikiem zmian właściwości kruszywa jest wystąpienie przebarwień.
Tezę pracy Autor sformułował następująco: przebarwienia nawierzchni są osadami mineralnymi, które są produktami przemian składników kruszyw naturalnych spowodowanych oddziaływaniem czynników hipergenicznych. Konsekwecją tych oddziaływań jest zmiana właściwości użytkowych kruszywa.
W pracy zrealizowano następujące cele naukowe:
- identyfikacja składników kruszyw naturalnych skłonnych do przeobrażeń pod wpływem czynników hipergenicznych (badania eksperymentalne)
- identyfikacja wtórnych składników mineralnych odpowiedzialnych za przebarwienia warstwy ścieralnej i zmianę właściwości kruszyw.
Cele pracy zostały jasno sprecyzowane a badania prowadzące do ich osiągnięcia oceniam bardzo wysoko.
Praca ma charakter eksperymentalny i składa się z dwu głównych części: wprowadzającej zawierającej opis dotychczasowego stanu wiedzy oraz części eksperymentalnej poświęconej opisowi przeprowadzonych eksperymentów. Praca zakończona jest propozycją nowej metody badań laboratoryjnych kruszywa w celu określenia jego podatności na tworzenie wykwitów.
W prowadzenie zawiera przegląd skał najczęściej stosowanych do produkcji kruszyw naturalnych, przegląd kryteriów doboru kruszyw do warstw mineralno-asfaltowych oraz charakterystykę odcinków dróg, na których obserwowano wykwity będące objawem pojawiania się wtórnych składników mineralnych,
W części eksperymentalnej przeprowadzono identyfikację składników petrograficznych kruszyw naturalnych, identyfikację składników mineralnych będących powodem zmiany barwy, identyfikację wtórych składników mineralnych powstałych w wyniku badań eksperymentalnych, analizę parametrów technicznych kruszyw podlegających przebarwieniu.
Efektem prac było opracowanie procedury prognozowania podatności kruszywa na zmiany właściwości w warunkach hipergenicznych. Prognoza opiera się na podstawie obecności wtórnych składników mineralnych powodujących przebarwienia.
Ogólna charakterystyka recenzowanej pracy
Praca składa się z dziewięciu rozdziałów zawartych na 141 stronach. Praca jest podzielona na dwie części - wprowadzającą (teoretyczną) i eksperymentalną. Część wprowadzająca zawiera 4 rozdziały, których zawartość dobrze naświetla genezę tematu i najważniejsze zagadnienia związane z warstwami ścieralnymi i kruszywami stosowanymi do warstw ścieralnych oraz hipotezami powstawania przebarwień na nawierzchni. Część wprowadzająca obejmuje 48 stron. Część eksperymentalna zawiera opis opróbowania, metodyki i zakresu badań, wyniki badań (badanie składu petrograficznego, składu mineralnego oraz badania właściwości fizycznych). Dyskusja wyników, podsumowanie badań i analiza wyników zawarte sa w rozdziale siódmym. W rozdziale ósmym Autor przedstawił propozycję nowej metodyki badania właściwości kruszywa - obecności siarczku żelaza. W kolejnym (dziewiątym) rozdziale Autor przedstawił wnioski końcowe.
Bibliografia i literatura źródłowa liczy 147 pozycji oraz wykaz 52 norm związanych z kruszywami, mieszankami mineralno-asfaltowymi i betonem.
Warto podkreślić, że przegląd literatury jest zrobiony bardzo wnikliwie i obejmuje większość znaczących pozycji literaturowych krajowych i dużą ilość zagranicznych.
Merytoryczna ocena pracy
W zrealizowanej rozprawie doktorskiej Autor przedstawił mechanizm powstawania brunatnych przebarwień warstw ściernych nawierzchni asfaltowych. Na podstawie przeprowadzonych badań Autor udowodnił, że osady mineralne które powodują przebarwienia, są wynikiem przemian składników kruszyw spowodowanych czynnikami hipergenicznymi. Teza pracy jest jasno sformułowana. Praca ma charakter eksperymentalny — plan eksperymentu został dobrze opracowany, realizacja eksperymentów została przeprowadzona zgodnie z wymogami odpowienich norm i procedur. Bazując na przeprowadzonych analizach wybranych parametrów kruszywa Autor opracował procedurę prognozowania podaności kruszywa na zmiany właściwości w warunkach hipergenicznych na podstawie obecności wtórnych składników mineralnych wywołujących przebarwienia.
Przegląd literatury
Autor przeprowadził bardzo wnikliwą analizę źródeł literaturowych, sięgając do publikacji datowanych nawet na 1925 rok. Kweredna obejmuje źródła krajowe i zagraniczne.
Analiza dotyczy zarówno danych dotyczących badań podstawowych właściwości kruszyw jak i zastosowań praktycznych. Analiza źródeł świadczy o doskonałym przygotowaniu i dużej wiedzy Autora. Wnioski z przeglądu źródeł sformułowano w sposób jasny i przekonywujący.
Zagadnienie badawcze
Postawione zagadnienia badawcze i poznawcze zostały w pełni rozwiązane, Autor przyjął metodykę badań opartą na uprzednich studiach literaturowych i obserwacjach terenowych na wytypowanych odcinkach dróg. Obserwacje były prowadzone na czterdziestu odcinkach dróg publicznych (różnych kategorii), drogach wewnętrznych, ciągach pieszych i rowerowych, lotniskach oraz obiektach sportowych i rekreacyjnych. Lokalizacje wybrano w taki sposób, żeby badać różne kruszywa: amfibolit, dolomit, gabro, granodioryt i wapień. W każdej lokalizacji obrano próbki nawierzchni (rdzenie) i poddano je szeregowi analiz w warunkach laboratoryjnych. Dla każdej próbki określono skład petrograficzny mieszanek mineralnych, skład mineralny osadów powstałych w wyniku badań eksperymentalnych oraz wykonano badania właściwości fizycznych kruszywa - gęstości, nasiąkliwości, mrozoodporności w soli, odporności na rozdrabnianie i na polerowanie, przyczepności kruszywa i asfaltu. Przyjęta metodyka jest adekwatna do celu badań. Uzyskane wyniki potwierdziły przyjęte założenia.
Recenzowana praca zawiera kilka oryginalanych osiągnięć Autora - najważniejsze to stwierdzene, że wykwity obserwowane w warstwach ścieralnych z mieszanek mineralno- asfałtowych są wtórnymi produktami przeobrażeń minerałów pierwotnych (głównie obocznych i akcesorycznych) obecnych w kruszywach. Źródła literaturowe nie pokazują takiej geznezy przebarwień. Autor wykazał, że przyczyną przeobrażeń hipergenicznych jest środowisko kwaśne, w którym zachodzi przemiana siarczków w siarczany, zatem dalsze zakwasznie, które z kolei powoduje ługowanie składników chemicznych z kruszywa.
Zróżnicowanie składu minerałów wtórnych, tworzących wykwity zależy od składu kruszywa. We wszystkich wykwitach występują uwodnione siarczany żelaza, gips. Autor przedstwił w pracy szczegółowe analizy minerałów wtórnych dla różnych kruszyw.
Bardzo istotne i udowodnione w pracy jest stwierdzenie, że obecność minerałów wtórnych (wykwitów) powoduje niekorzystna zmianę właściwości fizycznych kruszywa. Zmiana ta nie jest rejestrowana standardowymi metodami określana jakości kruszyw.
Samodzielnym i oryginalnym dorobkiem Autora jest opracowanie modyfikacji procedury określania podatności kruszywa na tworzenie wykwitów barwnych. Dopuszczenie do zastosowania w warstwie ścieralnej ziaren odatnych na wykwity może spowodować negatywne skutki eksploatacyjne. Według obowiązujących norm na pobieranie i badanie próbek kruszywa takiej podatności nie określa się. Zaproponowana metodyka może stanowić istotne uzupełnienie standardów badań kruszyw drogowych.
Autor wykazał umiejętność poprawnego i przekonywującego przedstawiania uzyskanych przez siebie wyników. Praca jest napisana jasno, materiał ilustrujący wyniki (wykresy, zdjęcia) jest przygotowany bardzo strannie.
Wyniki badań przedstawione w pracy moga być przydatne w dalszym doskonaleniau metod badania kruszywa oraz metod eliminowania kruszyw o gorszej jakości z mieszanek do warstw ścieralnych.
Praca stanowi kompendium wiedzy na temat właściwości kruszyw drogowych, metod ich badania z uwzględnienim podatności na wykwity.
Autor zasugerował (w rozdziale trzecim), że dobrą praktyką w procesie optymalizacji właściwości kruszywa do warstwy ściernej może byc tworzenie mieszanek z różnych kruszyw - wydaje się to ciekawym kierunkiem dalszych badań.
Analizując temat, tezy pracy, omówienie uzyskanch wyników, przestawione wnioski i realizację założonych celów oraz przyjętego zakresu pracy uważam, ze przyjęty temat pracy doktorskiej jest trafny, a rozważane w niej zagadnienia mają znaczenie zarówno teoretyczne jak i praktyczne.
Rozprawa doktorska stanowi oryginalne rozwiązanie przez Doktoranta problemu naukowego.
Rozprawa dotyczy dyscypliny naukowej górnictwo i geologia inżynierska.
Rozprawa świadczy dobrze o ogólnej wiedzy Doktoranta w tej dyscyplinie.
W niosek końcowy
Stwierdzam, ze dysertacja spełnia w stopniu bardzo dobrym wymogi Ustawy z dnia 14 marca 2013r. (Dz. U. nr 65) o stopniach naukowych oraz o stopniach w zakresie sztuki - z późniejszymi zmianami.
Oceniam pracę jako wyróżniającą i wnioskuję o jej wyróżnienie.
Uzasadniem takiego wniosku jest fakt, że:
Autor podjął badania jakie nie były do tej pory prowadzone - określenie przyczyn powstawania wykwitów w warstwie ściernej. Stwierdził, ze przyczyną jest powstawanie minerałów wtórnych, określił ich charakter i zróżnicowanie dla różnych minerałów pierwotnych.
Autor opracował nową procedurę badania kruszyw dla określenia podatności na powstawnaie wykwitów. Określił w jaki sposób wykwity wpływaj a na pogorszenie parametórw parstwy ściernej nawierzchno drogowej.
Praca ma charakter praktyczny, wyniki powinny znaleźć zastosowanie w praktyce badania kruszyw drogowych oraz w optymalizacji składu kruszyw do warstw ścieralnych.
