S fa ć& M t& ty nr 4 lipiec - sierpień 2001 r. TOM 5
Piotr Radziszewski*, Maria Kalabińska**, Jerzy Piłat**
W ykorzystanie m iału gum owego ze zużytych opon samochodowych do modyfikacji asfaltów drogowych
A r ty k u ł d o ty c z y z a g a d n ie n ia e k o lo g ic z n e g o za s to s o w a n ia m ia łu g u m o w e g o ze z u ż y ty c h opo n s a m o c h o d o w y c h do m o d y fik a c ji a sfa ltu przeznaczonego do budowy nawierzchni drogowych. Przedstawiono obecny stan wiedzy w zakresie technologii produkcji lepiszcza gum owo-asfaltowego oraz omówiono czynniki wpływające na w łaściw ości tego lepiszcza. Opisano laboratoryjne m etody oceny w łaściw ości lepiszcza m odyfikow anego oraz podano wartości graniczne dla wymagań USA i Republiki Południow ej Afryki - krajów p rzo d u ją c y c h w tech n o lo g ii m o d y fik a c ji lep iszczy asfa ltow ych dodatkiem m iału gum owego. Na p rzykła d zie w ybranych badań pokazano korzystne lepkosprężyste zachow anie się lepiszcza gum ow o-asfaltow ego w stosunku do asfaltu niemodyfikowanego.
Słowa kluczowe: asfalt, miał gumowy ze zużytych opon sam ochodowych, lepiszcze gumowo-asfaltowe, właściwości lepko-sprężyste
The applications of waste tyres rubber granulate to modification of asphalt’s used in road building
The p a per concerns ecological utilization o f crumb rubber from used car tyres to bitum en m o d ific a tio n , w hich is u tilize d to road p a v e m e n t construction.
In the paper an overview o f the state-of-the-art o f the asphalt-rubber production technology is presented and fa c to rs that influence the bitumen pro p erties are discussed. There are d escribed laboratory test m ethods o f m odified binder characterization and required values fo r the USA and the R epublic o f South A frica guidelines, countries that are in the lead in the technology o f bitumen m odification with crumb rubber addition. Basing on chosen research results there was proven favorab le visco-elastic behavior o f asphalt rubber comparing with non-m odified bitumen.
Key words: bitum en, crumb rubber fro m used car tyres, asphalt - rubber, visco-elastic properties
* Politechnika Białostocka
** Politechnika Warszawska
1. Wstęp
Lepiszcze gum ow o-asfaltow e w wielu krajach z powodzeniem jest używane do budowy nawierzchni drogowych o ulepszonych param etrach eksploatacyj
nych. Używa się go do m ieszanek m ineralno-asfalto- wych do w ykonyw ania warstw przeciw spękaniow ych SAM (Stress Absorbing M em brane) i błon m iędzy- warstwowych SAMI (Stress Absorbing M em brane In
terlayer).
Celem niniejszego opracow ania jest prezentacja obecnego stanu wiedzy w zakresie technologii pro
dukcji lepiszcza gum ow o-asfaltow ego, metod badaw czych i oceny właściwości lepiszczy modyfikowanych.
Przedstawione zostaną wyniki badań zrealizow anych w krajach przodujących w stosowaniu lepiszczy gumo- asfaltowych, takich jak: Stany Zjednoczone A.P., R e
publika Południowej Afryki, oraz wyniki badań prze
prowadzonych przez autorów opracow ania [1,2,3,4].
W artykule w ykorzystano inform acje zawarte w refe
ratach w ygłoszonych na konferencji m iędzynarodo
wej “A sphalt Rubber 2000 - The Pavem ent M aterial of the 21-st Century”- Portugalia [5], na której referat pt. “Utilisation of scrap rubber for bitum en and asphalt concrete m odification in Poland” wygłosił prof. Piotr Radziszewski (artykuł w spółautorstw a prof. M. Kala- bińskiej, prof. J. Piłata, prof. D. Sybilskiego i mgr inż.
R. Horodeckiej).
2. Produkcja lepiszcza gumo
wo-asfaltowego - “wet process”
Zgodnie z definicją podaną przez ASTM D8 jako lepiszcze gum ow o-asfaltow e należy uważać m ateriał powstały w procesie reakcji w podwyższonej tem pe
raturze pom iędzy asfaltem drogowym i miałem gu
mowym ze zużytych opon samochodowych oraz ewen
tualnymi dodatkam i plastyfikatorów. M iał gum owy powinien stanowić co najmniej 15% ogólnej masy le
piszcza m odyfikowanego.
Ilość miału gum owego w lepiszczu gum owo-as- faltowym jest zróżnicow ana i wynosi najczęściej od 15 do 23%. W poszczególnych krajach wynosi ona:
- w USA - Stany Arizona, Kalifornia - 20%,
- w Republice Południowej Afryki - najczęściej 20%
miału gum owego i 2% plastyfikatora, rzadziej 21 - 23% miału gum owego,
- w Portugalii - 18%.
Technologia produkcji lepiszcza gum ow o-asfal
towego jest już opanowana i przetestowana, rozpozna
ne zostały zjawiska fizykochem iczne związane z jego produkcją. W wielu krajach produkcja lepiszcza gu
m owo-asfaltowego uznawana jest za standardową.
Główne etapy modyfikacji asfaltu miałem gum o
wym są następujące:
• Asfalt podgrzany do tem peratury 190°C w zbiorni
ku (np. 40 tonowym) jest przepom powyw any do specjalnego m ieszalnika (np. o objętości 1100 li
trów) za pom ocą pomp o odpowiedniej w ydajno
ści pom powania (np. 18 ton na godzinę) z urządze
niami pom iarowym i określającym i prędkość pom powania. W zbiorniku są zam ontowane dwa po
ziome mieszadła.
• M iał gumowy podawany jest do m ieszalnika za po
m ocą przenośnika ślim akowego z określoną pręd
kością (np. 3 tony na godzinę).
• M ieszalnik połączony jest ze zbiornikiem przezna
czonym do dojrzewania lepiszcza gum ow o-asfal
towego i wyposażony w system ogrzew ania i m ie
szania. Czas przeznaczony na dojrzewanie w yno
si:
- 45 m inut w tem peraturze 180°C (Portugalia), - 60 minut tem peraturze 190°C (Arizona-USA), - od 60 m inut do 240 m inut w tem peraturze 190°C
(RPA)
Technologię produkcji lepiszcza gum ow o-asfal
towego według International Surfacing Systems (A ri
zona, USA) można przedstaw ić schem atycznie jak na rysunku 1 (na następnej stronie).
3. Produkcja miału gumowego
W łaściw ości lepiszczy g um ow o-asfaltow ych zależą od jakości m iału gum owego dodawanego do asfaltu. Jedną z ważniejszych właściwości miału gu
m owego jest struktura powierzchni jego cząstek, któ
ra uwarunkowana jest zastosowanym procesem roz
drabniania.
Stosuje się głównie dwie metody rozdrabniania opon sam ochodowych: metodę rozdrabniania krioge
nicznego i metodę rozdrabniania w tem peraturze oto
czenia.
Lepiszcze asfaltowe m odyfikowane m iałem gu
m owym otrzym anym z rozdrobnienia opon sam ocho
dowych w tem peraturze otoczenia charakteryzuje się lepszą trw ałością zm ęczeniową niż lepiszcze m odyfi
kowane m iałem gum owym otrzym anym m etodą krio
geniczną.
nr 4 lipiec - sierpień 2001 r. TOM 5
Rys. 1. Produkcja lepiszcza gum owo-asfaltówego
O jakości rozdrobnienia miału gum owego decy
duje rodzaj m łyna zastosowanego do końcowego roz
drabniania ziaren gum owych 2 - 6 mm.
4. Właściwości lepiszczy gumo- wo-asfaltowych
4 .1 . C z y n n ik i w p ły w a j ą c e n a w ł a ś c i w o ś c i le p is z c z y g u m o w o - a s f a l t o w y c h
Na właściwości lepiszczy gum ow o-asfaltow ych wpływa wiele czynników. Najw ażniejszym i z nich są:
- fizyczne i chem iczne właściwości asfaltu,
- fizyczne i chem iczne właściwości m iału gum owego, - czas i tem peratura w ygrzewania m ieszaniny lepisz
cza asfaltow ego i m iału gum owego, - intensywność procesu m ieszania, - właściwości zastosow anych dodatków.
W ł a ś c i w o ś c i a s f a l t u
Na właściwości lepiszcza gum ow o-asfaltow ego w pływ ają następujące cechy asfaltu: konsystencja, właściwości reologiczne, odporność na starzenie [3, 4 ,5 ].
Typowe rodzaje asfaltów stosowane do lepiszczy gumowo-asfaltowych w Stanach Zjednoczonych A.P. w zależności od klimatu przedstawiono w tabeli 1.
gum y pow odują, że lep iszcze gu m o w o-asfaltow e w ytw orzone z tych asfaltów m a m niejszą lepkość, a pozostałe w łaściw ości w m ałym stopniu ulegają m odyfikacji.
W ł a ś c i w o ś c i m i a ł u g u m o w e g o
W łaściw ości lep iszcza gum ow o -asfaltow eg o zależą od:
- zaw artości m iału gum ow ego, - uziarn ien ia m iału gum ow ego,
- pow ierzchn i w łaściw ej m iału gum ow ego, - sposobu ro zd ro b n ien ia m iału gum ow ego, - składu chem icznego m iału gum ow ego, - zan ieczy szczeń m iału gum ow ego.
Z a w a r t o ś ć m i a ł u g u m o w e g o w l e p i s z c z u g u m o w o - a s f a l t o w y m
W łaściw ości lep iszcza gum ow o-asfaltow eg o zależą przede w szystkim od w ielkości dodatku m ia
łu gum ow ego. Z w iększen ie zaw artości m iału g u m owego w lepiszczu gum owo-asfaltowym (do 20 %) pow oduje:
- zw iększen ie lepkości, - zw iększenie sprężystości,
- pod w yższenie tem peratury m ięknienia, - zm niejszen ie penetracji,
- ro zszerzen ie zakresu p lasty czn o ści i lepkosprę- żystości.
Tabela 1. Rodzaje asfaltów
Klimat
Rodzaj asfaltu wg ASTM D 3381 - lepkość w temperaturze 60°C, P
Rodzaj asfaltu wg ASTM D 3381 - lepkość w tempera
turze 60°C, P
Rodzaj asfaltu wg SHRP
Zimny AC-5 (500 P) AR-2000 (2000 P) PG 52-28
Umiarkowany AC-10 (1000 P) AR-4000 (4000 P) PG 58-22
Ciepły AC-20 (2000 P) AR-8000 (8000 P) PG 64-16
Klimat zimny - maksymalna średniomiesięczna temperatura <26 °C, minimalna średniomiesięczna temperatura <-9 °C
Klimat umiarkowany - maksymalna średniom iesięczna temperatura <43 °C, minimalna średniomiesięczna temperatura >-9 °C Klimat ciepły - maksymalna średniomiesięczna temperatura >43 °C, minimalna średniomiesięczna temperatura >-l °C
U żyw ając tw ardszego asfaltu otrzym uje się le piszcze g u m o w o-asfalto w e o w iększej odporności na w ysoką tem peraturę, lecz w yk azujące n adm ier
ne usztyw n ienie w niskiej tem peratu rze.
Chem iczne w łaściw ości asfaltów w yjściow ych rów nież w pływ ają na cechy tech n iczn e lep iszcza gum ow o-asfaltow ego. A sfalty o niskiej zaw artości składników olejow ych absorbow anych przez cząstki
U z i a r n i e n i e m i a ł u g u m o w e g o
U ziarnien ie m iału gum ow ego w pływ a na w ła
ściw ości fizykochem iczne lepiszcza g um ow o-asfal
tow ego. D rob n o ziarn iste m iały gum ow e (o uziar- nieniu <1,0 m m), w przeciw ieństw ie do m iałów gru
b o ziarnisty ch, szybciej ulegają procesow i p ę c zn ie nia, w w yniku czego otrzym ujem y lepiszcze gu m o
w o-asfalto w e o w iększej lepkości. N atom iast b ar
nr 4 lipiec - sierpień 2001 r. TOM 5
dzo drobne cząstki m iału gum owego w czasie m aga
zynowania lepiszcza gum ow o-asfaltow ego szybciej ulegają degradacji, w skutek czego następuje zm niej
szenie lepkości.
W i e l k o ś ć p o w i e r z c h n i w ł a ś c i w e j m i a ł u g u m o w e g o
W pływ pow ierzchni właściwej miału gum owe
go na cechy fizyczne lepiszcza gum owo-asfaltowego jest podobny do wpływu uziarnienia: im większa po
wierzchnia w łaściw a m iału gum owego, tym większa lepkość lepiszcza gum owo-asfaltowego.
S p o s ó b r o z d r o b n i e n i a m i a ł u g u m o w e g o
Sposób rozdrabniania gumy z opon sam ochodo
wych wpływa na charakterystykę powierzchni cząstek miału gum owego. Cząstki rozdrobnionej gumy obser
wowane pod m ikroskopem elektronow ym mają wy
gląd porowatego, postrzępionego lub puszystego m a
teriału, gdy rozdrabnianie prowadzono w tem peratu
rze otoczenia, i łatwo reagują z asfaltem. W przypad
ku rozdrabniania kriogenicznego cząstki gumy mają regularny kształt, gładkie i szkliste powierzchnie oraz ostre krawędzie.
S k ł a d c h e m i c z n y m i a ł u g u m o w e g o
Gum a z opon sam ochodow ych składa się z wie
lu kom ponentów, takich jak: kauczuki syntetyczne, kauczuk naturalny, napełniacze, oleje arom atyczne, siarka, dodatki chem iczne. W zależności od rodzaju opon składniki te w ystępują w różnych proporcjach.
W pływ składników gumy na właściwości fizy
kochem iczne lepiszcza gum ow o-asfaltow ego zależy od zawartości węglowodorów kauczukow ych kauczu
ku naturalnego i olejów aromatycznych. W skład gumy z opon sam ochodow ych w chodzi tylko około 50%
kom ponentów kauczukow ych, które pęcznieją w as
falcie. Dlatego też, przy produkcji lepiszcza gumowo- asfaltowego należy zwrócić uwagę na efektywną za
wartość w ęglowodorów kauczukow ych w gumie opon sam ochodowych.
Z a n i e c z y s z c z e n i a w m i a l e g u m o w y m
Typowymi zanieczyszczeniami występującymi w m iale gum ow ym są: woda, w łókna, drobne części metalu.
N adm ierna zaw artość wilgoci w m iale gum o
wym, większa od 1 %, może spowodować niebezpiecz
ne spienienie asfaltu po dodaniu m iału gumowego.
Dopuszczalna wilgotność miału gumowego uza
leżniona jest od technologii produkcji lepiszcza gu
m ow o-asfaltow ego i od ilości dodawanego m iału gu
mowego. Ze względów bezpieczeństw a miał gum o
wy podawany do m ieszalnika powinien mieć w ilgot
ność około 0,75%.
W a r u n k i m i e s z a n i a
Intensyw ność m ieszania miału gumowego z as
faltem wpływa na właściw ości lepiszcza gum ow o-as
faltowego. W procesie m ieszania może ulegać zm ia
nie prędkość m ieszania. Podczas w olnoobrotow ego m ieszania asfalt jest absorbow any przez cząstki pęcz
niejącej gumy, które ulegają równocześnie częściowej dyspersji. Szybkoobrotow e m ieszanie, oprócz zw ięk
szonego pęcznienia gumy, dodatkowo powoduje roz
drobnienie m iękkich cząstek gumy i większą ich dys
persję w ciekłej fazie asfaltu.
T e m p e r a t u r a i c z a s m i e s z a n i a l e p i s z c z a g u m o w o - a s f a l t o w e g o
Cechy techniczne lepiszcza gum ow o-asfaltow e
go w dużej mierze zależą od tem peratury i czasu m ie
szania asfaltu z m iałem gumowym. Wyższa tem pera
tura przyspiesza zachodzenie reakcji pomiędzy asfal
tem i cząstkam i gumy. M odyfikację asfaltu przepro
wadza się w tem peraturze od 163°C do 205°C. Na pod
stawie badań stwierdzono, że wyprodukowane lepisz
cze gum ow o-asfaltow e przechowyw ane w tem pera
turze 177°C zachow uje swoje właściwości fizyczne przez 24 godziny. W przypadku przechowyw ania le
piszcza w wyższej tem peraturze (190-^205°C) cząstki gumy m ogą ulec degradacji w czasie od 3 do 6 go
dzin.
D o d a t k i r o z c i e ń c z a l n i k ó w i p l a s t y f i k a t o r ó w
W celu m odyfikacji właściwości mieszanki as
faltu z m iałem gum owym stosuje się różne dodatki olejowe. Dodatki te zm iękczają lepiszcze i przyczy
niają się do uplastycznienia lepiszcza gum owo-asfal
towego w niskich temperaturach. Rodzaj dodatku okre
śla się na podstaw ie składu chemicznego asfaltu. Pre
feruje się dodatki olejów arom atycznych lub nafteno
wych.
4 .2 . M e t o d y o c e n y w ła ś c iw o ś c i le p is z c z y g u m o w o - a s f a lt o w y c h
W ym agania w stosunku do lepiszczy gu m o w o -asfaltow ych d o tyczą ich konsystencji podczas pom pow ania, sztyw n ości w w ysokich tem p eratu
rach eksploatacji, k o n systen cji w u m iarkow anych tem peratu rach ek sploatacji, spręży sto ści, o d p o rn o ści na ro zciągan ie i na spękanie w niskiej tem p era
turze.
L e p k o ś ć l e p i s z c z y p o d c z a s p o m p o w a n i a
L ep k o ść le p isz c z y g u m o w o -a sfa lto w y c h w te m p e ra tu ra c h te c h n o lo g ic z n y c h (1 2 0 - 240°C ) określa się na p o d staw ie pom iarów w le p k o śc io m ierzu H aake lub lep k o śc io m ierz u B ro o k fie ld ’a (A STM D 2669).
L epkość lepiszczy gum ow o -asfalto w ych zale
ży przede w szystkim od rodzaju użytego m iału g u m ow ego, je g o za w a rto śc i i sto p n ia sp ę cz n ien ia . P ow inna ona w ynosić od 0,1 do 20 Pa.s.
K o n s y s t e n c j a, s z t y w n o ś ć l e p i s z c z y w w y s o k i c h t e m p e r a t u r a c h
K o nsystencja i sztyw ność lepiszczy w w y so kich tem peratu rach ek sp lo atacy jn y ch (50 - 75°C) m oże być o k re śla n a na p o d sta w ie w ielu bad ań . N ajp ro stszą m etodą je s t pom iar tem peratu ry m ięk- nienia m etodą „Pierścień i k ula” . M etoda ta pozw ala ocenić w zględną sztyw ność asfaltu m o d yfik ow an e
go. T em peratura m ięknien ia lepiszczy g u m o w o -as
faltow ych w ynosi od 43°C do 82°C i zależy g łó w nie od rodzaju asfaltu, zaw artości m iału gum o w e
go i stopnia, w jak im nastąp iła reak cja chem iczna pom iędzy gum ą i lepiszczem .
O cenę sztyw ności lepiszczy g u m o w o -asfalto wych p rzep row ad za się rów nież za p om ocą badań dynam icznych, np. w reom etrze d y nam icznego ści
nania (D ynam ie Shear R heom eter - D SR). A p ara
tura DSR je s t stosow ana do ok reślan ia sztyw ności asfaltów w w ysokich tem p eratu rach zgodnie z w y
m aganiam i SHRP. Do oceny ko n sy sten cji stosuje się rów nież b adanie lepkości dynam icznej zgodnie z w ym aganiam i w ytycznych R epubliki P o łu d n io wej A fryki (S outhern A frican B itum en A sso ciatio n - M ethod BR5 T).
K o n s y s t e n c j a l e p i s z c z y g u m o w o - a s f a l t o w y c h w t e m p e r a t u r a c h u m i a r k o w a n y c h
W artość penetracji w tem p eraturze 25 °C je s t m iarą k o n sy sten cji asfaltów w tem p eratu rze um iar
kow anej. P en etracja m oże być o k reślo n a za pom o
cą igły (A STM D 5) lub sto żk a (A STM D 5329).
B adanie igłą p en etracy jn ą je s t w łaściw sze dla le piszczy m ody fiko w an ych m iałem gum ow ym d ro b
noziarnistym (o uziarnieniu <1,0 mm) natom iast sto
żek penetracy jny pow inien być stosow any do le
piszczy z m iałem gum ow y gru bo ziarnistym (uziar- nienie <2 mm). B adania lab o ratory jn e pokazują, że w yniki pom iarów p enetracji w tem peraturze 25°C za pom ocą igły (lOOg, 5 s) i stożka (150 g, 5 s) są zgodne ze sobą z d o k ład no ścią do 10%.
W edług w ytyczn ych R epubliki Południow ej A fryki penetrację określa się m etodą zanurzania kuli (S outhern A frican B itum en A ssociatio n - M ethod BR2 T). R ów nocześnie ocenia się sprężystość po dodatkow ym w ciśnięciu kulki na głębokość 10 mm.
B adanie to je st zgodne z b adaniem ASTM D 3407 lub D 3408.
L episzcza g um ow o-asfaltow e ch arakteryzują się p en etracją od 30x0,1 mm (duża zaw artość m ia
łu gum ow ego i tw ardy asfalt) do 150x0,1 mm (m ała zaw artość m iału gum ow ego i m iękki asfalt).
S p r ę ż y s t o ś ć l e p i s z c z y g u m o w o - a s f a l t o w y c h
W łaściw ości sprężyste lepiszczy g um o w o-as
faltow ych określa się na po dstaw ie naw rotu sp rę
żystego. W edług ASTM D 5329 ocena sprężystości asfaltu polega na oznaczeniu procentow ego naw rotu sp rężystego próbki m ateriału w 25 °C poddanej ob ciążeniu ściskającem u 75 g. Z godnie z w y ty czny
mi R epubliki Południow ej A fryki (Southern A fri
can B itum en A sso ciation - M ethod BR3 T) ocenia się naw rót sprężysty próbki cylindrycznej 25,4 mm ściśn iętej do połow y w y so kości w tem p e ra tu rz e 25°C.
W yniki badań pokazują, że dodatek m iału g u m ow ego do asfaltu pow oduje w zrost naw rotu sp rę
żystego o 40 - 50 % w stosunku do naw rotu sp ręży stego asfaltu w yjściow ego.
O d p o r n o ś ć l e p i s z c z y g u m o w o - a s f a l t o w y c h n a r o z c i ą g a n i e
B adanie ciąg liw o ści asfaltów p rzep ro w ad za się w du k ty lo m etrze (ASTM D l 13).
W tem p eratu rze 25°C lepiszcza g u m o w o -as
falto w e ch arak tery zu ją się m n iejszą ciąg liw o ścią (10 - 40 cm) w stosunku do lepiszczy w yjściow ych.
O dw rotnie je s t gdy badanie przeprow adzam y w n i
skich tem peraturach. B adanie ciągliw ości z ró w n o czesnym pom iarem siły rozciągającej pozw ala na p ełn iejszą ocenę lepiszczy asfaltow ych i w yraźnie ró ż n ic u je asfa lty i le p isz c z a g u m o w o -asfa lto w e (rys. 2, na następnej stronie).
SC aatw t& U f, nr 4 lipiec - sierpień 2001 r. TOM 5
Rys. 2. Ciągliwość asfaltów modyfikow anych w tem peraturze +5°C
GUD - asfalt D70 modyfikowany miałem gumowym drobnoziarnistym (15%)
GUG - asfalt D70 modyfikowany miałem gumowym gruboziarnistym (17%+3% plastyfikatora)
Rys. 3. Zależność tangensa kąta przesunięcia fazow ego od częstości obciążeń i tem peratury badania
a - asfalt D70
b - asfalt D70 modyfikowany miałem gumowym (15%)
Ocenę zachow ania się lepiszczy gum owo-asfal- towych w niskich tem peraturach m ożna przeprow a
dzić na podstaw ie wielu procedur badawczych:
• badania penetracji w tem peraturze 0 lub 4°C (ASTM D5, ASTM D 5329),
• ciągliw ości w tem peraturze 4°C (ASTM D l 13),
• badania zginania belki wg SHRP (BBR - Bending Beam Rheom eter),
• tem peratury łam liwości wg Fraasa.
Stwierdzono, że dodatek miału gum owego do asfaltu polepsza właściwości lepiszcza w niskich tem peraturach. Zaleca się stosow anie do wytwarzania le
piszczy gum ow o-asfaltow ych miękkich asfaltów, a w celu uzyskania odpowiedniej sztywności dodawanie zwiększonej ilości m iału gumowego.
L e p k o s p r ę i y s t o ś ć l e p i s z c z y g u m o w o - a s f a l t o w y c h
Bardzo przydatnym param etrem do oceny w ła
ściw ości lepk o sp ręży sty ch lepiszczy g um ow o-as- faltow ych je s t tangens kąta p rzesu n ięcia faz o w e go, tgcp, określany w badan iach pod o b ciążeniem dyn am iczn y m . N a rys. 3 (na są sie d n ie j stro n ie) przed staw io n o zależn o ść tgcp od często ści o b c ią ż e nia i tem peratury dla asfaltu D 70 i tego asfaltu m o
dyfikow anego m iałem gum ow ym .
Z rysunku m ożna w nioskow ać o korzystnym zachowaniu lepko-sprężystym lepiszcza gum owo-as- faltowego w zakresie wysokich (40 - 60°C) i niskich temperatur (-20°C) w odróżnieniu od asfaltu D70, który w temperaturze 60°C przechodzi w stan lepki (tgcp= a ), a w tem peraturze -20 °C przechodzi w stan sprężysty, kruchy (tgcp= 0).
B a d a n i e s p ł y w n o ś c i
Do oceny lepiszczy gumowo-asfaltowych stosuje się w RPA, oprócz w ym ienionych m etod, badanie spływności (Southern African Bitumen A ssociation - M ethod BR4 T). Zgodnie z procedurą badaw czą okre
śla się splywność w mm próbki lepiszcza gumowo- asfaltow ego um ieszczonej na tacy pochylonej pod kątem 35° w tem peraturze 60°C.
P o b i e r a n i e p r ó b e k d o b a d a ń
W ażnym zagadnieniem w systemie oceny jak o ści lepiszczy gumowo-asfaltowych jest pobieranie pró
bek do badań laboratoryjnych. Procedura pobierania próbek dotyczy m iejsca pozyskania materiału, sposo
bu przechowyw ania, itp.
W iększość producentów lepiszczy gum ow o-as
faltowych pobiera próbki lepiszcza gum owo-asfalto- wego ze zbiorników służących do m agazynowania i dojrzew ania lepiszcza oraz z urządzeń przepom pow u
jący ch lepiszcze do otaczarki w ytwórni m ieszanek m ineralno-asfaltow ych. W R epublice Południow ej Afryki opracowano wytyczne pobierania, przechow y
wania i formowania próbek laboratoryjnych (Southern African Bitumen Association - M ethod BR1 T). We
dług tych wytycznych gorące lepiszcze gumowo-as- faltow e pobierane je st ze zbiornika produkcyjnego przez specjalnie do tego dostosowany otwór spustowy.
Próbka pozostawiona jest do ochłodzenia i przechowy
wana w temperaturze poniżej 30°C. Przy sporządzaniu próbek do badań rozgrzewa się lepiszcze gumowo-as- faltowe do temperatury 140±5°C i wlewa do formy. Prób
ki lepiszcza nie mogą być przetrzymywane w tej tempe
raturze dłużej niż 1 h. Nie dopuszcza się powtórnego podgrzewania próbek laboratoryjnych.
Tabela 2. Wymagania dla lepiszczy gum ow o-asfaltowych w USA i RPA
Właściwości
Wymagania USA
Klimat gorący Klimat umiarkowany Klimat zimny
Lepkość w temperaturze 177°C, ASTM D 2196), Pa.s 1,5-5,0 1,5-5,0 1,5-5,0 Penetracja w 25°C, 100g, 5 s, ASTM D5, 0,1 mm 2 5 - 7 5 25-75 25-75 Penetracja w 4°C, 200g, 60 s, ASTM D5, 0,1 mm min. 10 min. 15 min. 25
Temperatura mięknienia, ASTM D36, °C min. 135 min. 130 min. 120
Odkształcalność sprężysta, 25°C, ASTM D 3407, % min. 25 min. 20 min. 15 Starzenie wg TF0T, penetracja w temperaturze 4°C, % min. 75 min. 75 min. 75
Wymagania RPA - lepiszcze gumowo-asfaltowe do powierzeń- niowych utrwaleń, warstw SAMI
Nawrót sprężysty, BR3 T, % Po 5 min i 1 h: min. 70, po 4 dniach: 25 - 45
Splywność, BR4 T, mm 20-80
Temperatura mięknienia, ASTM D36, °C 52-57
Wymagania RPA - lepiszcze gumowo-asfaltowe do mieszanek mineralno-asfaltowych
Temperatura mięknienia, ASTM D36, °C 57-63
Nawrót sprężysty, BR3 T, % min. 80
Sprężystość, 25° C, BR2 T, % 10-30
Splywność, BR4 T, mm 20-70
nr 4 lipiec - sierpień 2001 r. TOM 5
odkształcenia w wysokich tem peraturach.
4 .3 . W y m a g a n ia d la le p is z c z y g u m o w o -
Literatura
a s f a lt o w y c h
W ym agania dla lepiszczy gum owo-asfaltowych w USA i RPA przedstaw iono w tabeli 2 na poprzed
niej stronie.
5. Podsumowanie
W ostatnich latach technologie wykorzystujące miał gum owy ze zużytych opon samochodowych do modyfikacji asfaltów są w prowadzane i stosowane w wielu krajach, takich jak USA, RPA i inne. Technolo
gie te pozw alają na zagospodarow anie uciążliwych odpadów, co jest ważne ze względu na ochronę śro
dowiska. Jednocześnie miał gumowy dodany do as
faltu w ilościach do 20 % popraw ia cechy lepiszcza.
O pracow ane i w drożone zostały technologie m odyfikacji asfaltów m etodą “wet process” .
Uzyskane w wyniku m odyfikacji asfaltu m iałem gumowym lepiszcze gum ow o-asfaltow e charaktery
zuje się popraw ionym i właściwościam i, szczególnie konsystencji, sprężystości i tem peraturow ego zakresu lepkosprężystości.
N aw ierzchnie drogowe wykonane z lepiszcza
mi gum owo-asfaltowym i wykazują odporność na spę
kania niskotem peraturow e i popraw ioną odporność na
7. M. Kalabińska, J. Piłat, P Radziszewski: „Zastoso
wanie gum y ze zużytych opon samochodowych do m odyfikacji asfaltów drogowych ”. X L I Konferen
cja Naukow a Kom itetu Inżynierii Lądow ej i Wod
nej PAN i Komitetu N auki PZITB, Kraków - Kryni
ca 1995, M ateriały Budow lane Technologia i Or
ganizacja, Tom 7
2. M. Kalabińska, J. Piłat, P. Radziszewski: „M ożli
wości wykorzystania odpadów gumowych ze zuży
tych opon sam ochodowych do modyfikacji drogo
wych betonów asfaltowych ”. IV M iędzynarodowa Konferencja „Trwałe i bezpieczne nawierzchnie drogowe ”, Referaty, Instytut Badawczy Dróg i M o
stów, Warszawa 1998
3. P Radziszewski: „Modyfikacja lepiszczy asfaltowych miałem g um o w ym ”. Drogownictwo, N r 2, Warsza
wa 1995
4. P. R adziszew ski, M. K alabińska, J. P iłat: “The rheological behavior o f rubber asphalt binder ”.
Twelfth International Conference on Solid Waste Technology and M anagem ent, Filadelfia - USA 1996, Session 3D, Rubber Tire Wastes
5. Proceedings o f the Asphalt Rubber 2000 Conference, Vilamoura, Portugal, 2000
Informujemy, że od 01.07.2001 Instytut Przemysłu Gumowego “Stomil” w Piastowie re- *
prezentuje w Polsce firmę
H. W. Wal lace & Oo Ltd
producenta urządzeń i aparatury badawczo-pomiarowej takiej jak :• twardościomierze
• reometry (wulkametry)
• gęstościomierze
• inne
Demonstracja aparatury i urządzeń firmy H.W.Wallace & Co Ltd
przewidziana jest w programie seminarium planowanego w dniu 05.02.2002 w siedzibie In
stytutu Przemysłu Gumowego w Piastowie.
H.W.Wallace & Co Ltd 172 St James«s Road
Croydon England CR92HR
Tel:+44(0) 20 8686 4954 Fax:+44(0) 20 8688 4441
E-mail: hwwallace@compuserve.com www.hwwallace.com.uk
... ... ... >
