art. sponsorowany

SMAPOL® otwiera nowe perspektywy poprawy trwałości nawierzchni asfaltowych

Autorzy: dr inż. Witalij Zankowicz, mgr inż. Przemysław Zaprzalski.
Recykl Organizacja Odzysku S.A. (Śrem, Polska)

W artykule omówiono niektóre perspektywy rozwoju kierunku wykorzystania wysokowytrzymałych kordów tekstylnych stosowanych w produkcji współczesnych opon, które masowo odzyskuje się w procesie recyklingu mechanicznego opon wycofanych z eksploatacji w celu zwiększenia niezawodności i trwałości mieszanek asfaltowych do budowy nawierzchni nowoczesnych dróg. Jako przykład podano niektóre wskaźniki skuteczności stosowania stabilizującego i wzmacniającego dodatku SMAPOL® do mieszanek mineralno-asfaltowych, seryjnie produkowanego przez firmę RECYKL O.O. S.A. zgodnie z wymaganiami SYSTEMU 2+ oceny i weryfikacji stałości właściwości użytkowych wyrobów budowlanych, który znajduje coraz szersze zastosowanie zarówno w Polsce, jak i za granicą. W procesie produkcji SMAPOL® mieszanka wielowłóknowa, składająca się z włókien poliestrowych, poliamidowych, aramidowych i wiskozowych, jest optymalizowana pod względem zawartości każdego rodzaju włókien, aktywowana i modyfikowana. Dzięki temu uzyskuje się produkt o wyjątkowej funkcjonalności i efektywności. 

Struktura mieszanek mineralno-asfaltowych (MMA) jest w niektórych przypadkach uważana za trójskładnikowy system składający się z połączonych ze sobą mikro -, mezo – i makrostruktur. Mikrostruktura to struktura lepiszcza asfaltowego (wypełniacz + asfalt), mezostruktura to struktura roztworu asfaltowego (drobne kruszywo + lepiszcze asfaltowe), makrostruktura to struktura mieszanki mineralno-asfaltowej (grube kruszywo + roztwór asfaltowy).

Rozwój uszkodzeń w warstwach asfaltowych nawierzchni drogowych przebiega w trzech, poniżej opisanych etapach i prowadzi do pogorszenia ich właściwości wytrzymałościowych i odkształcających:

1. Uszkodzenia na mikro- i submikropoziomie, których nie można zarejestrować na podstawie istniejących metod i przyrządów;

2. Powstawanie mikrodefektów i rozwój uszkodzeń wewnątrzstrukturalnych, które mogą być rejestrowane za pomocą sprzętu specjalistycznego, pod warunkiem obserwacji przez wiele lat;

3. Rozwój makrodefektów, które można zarejestrować wizualnie (tj. defekty widoczne na powierzchni drogowej).

Jednocześnie, im wyższy jest poziom akumulacji mikrodefektów, tym większe jest prawdopodobieństwo wystąpienia makrodefektów w strukturze nawierzchni asfaltowej w wyniku działania obciążeń transportowych i czynników klimatycznych.

W związku z tym poprawa właściwości lepiszcza i roztworu asfaltowego, wraz ze wzmocnieniem interakcji międzyfazowych na granicy między cząstkami mineralnymi a asfaltem, prowadzi do poprawienia właściwości fizyko-mechanicznych mieszanek asfaltowych, a tym samym i trwałości nawierzchni drogowych.

Głównym sposobem na poprawienie wytrzymałości i trwałości MMA jest modyfikacja asfaltu za pomocą składników polimerowych. Wszystkie zmodyfikowane w ten sposób asfalty można podzielić na 2 duże grupy w zależności od metody modyfikacji:

1. Asfalty modyfikowane polimerami, w większości przypadków termoelastoplastycznymi:

– Asfalty modyfikowane;

– Asfalty wysokomodyfikowane;

2. Asfalty modyfikowane gumą, w większości przypadków uzyskiwanej w procesie recyklingu mechanicznego opon wycofanych z eksploatacji.

Wieloletnia praktyka stosowania zmodyfikowanych asfaltów świadczy o ich skuteczności w zwiększaniu trwałości nawierzchni drogowych, jednak ze względu na stały wzrost obciążenia nowoczesnych dróg wymagany jest coraz wyższy stopień modyfikacji asfaltów, wzrasta zużycie polimerów (na przykład w przypadku wysokomodyfikowanych asfaltów zawartość polimeru typu SBS wynosi ponad 7 %), co znacznie zwiększa koszty budowy dróg. Na przykład koszt asfaltu modyfikowanego jest wyższy o 25-30 % od kosztu zwykłego asfaltu drogowego, a koszt asfaltu wysokomodyfikowanego – już o 40-50 %. Biorąc pod uwagę fakt, że koszt asfaltu jest głównym składnikiem kosztu mieszanek asfaltowych, sytuacja ta czasami negatywnie wpływa na efektywność techniczno-ekonomiczną całego projektu budowy drogi (pogorszenie parametru „koszt budowy nawierzchni vs trwałość nawierzchni”) i hamuje powszechne stosowanie, na przykład, wysokomodyfikowanych asfaltów.

Dodatkowo należy zauważyć, że przy zawartości termoelastoplastycznego polimeru w asfalcie ponad 6,5-7 % następuje inwersja faz w mieszance polimerowo-asfaltowej, co negatywnie wpływa na urabialność modyfikowanych MMA, wymaga wzrostu temperatury ich produkcji, układania i zagęszczania, co zmniejsza efektywność ekologiczną i kosztową tego procesu. Można powiedzieć, że skuteczność asfaltów modyfikowanych została wyczerpana pod względem zwiększania stopnia modyfikacji, a dalsza poprawa trwałości nawierzchni drogowych wymaga innowacyjnych rozwiązań pod względem rozwoju metod modyfikacji lepiszcza w MMA oraz poprawy ich właściwości strukturalnych.

Jedną z takich metod jest technologia modyfikacji MMA i asfaltów gumą z przerobu opon wycofanych z eksploatacji, na przykład:

– metoda sucha: dozowanie gumy bezpośrednio do mieszalnika wytwórni mas bitumicznych (1÷3 % wagowo gumy w stosunku do masy MMA);

– metoda mokra (metoda polowa): modyfikacja poprzez wymieszanie, podgrzewanie i reakcję gorącego asfaltu z gumą (zawartość gumy w stosunku do masy asfaltu min. 15÷20 %);

– metoda mokra (metoda terminalowa): modyfikacja poprzez homogenizację gorącego asfaltu z gumą (zawartość gumy około 4÷8 %) podczas produkcji asfaltu modyfikowanego.

Jednak każda z metod tego rodzaju modyfikacji ma swoje zalety i wady. Na przykład przy suchej metodzie modyfikacji gumą optymalna zawartość asfaltu wzrasta, a ze względu na pogorszenie interakcji międzyfazowej między gumą a asfaltem, wskaźniki poprawy właściwości są niewielkie, a czasami wręcz odwrotnie, pogarszają się, co ogranicza stosowanie tej metody modyfikacji do ściśle określonych warunków klimatycznych nawierzchni drogowych. Metodę można skuteczniej zastosować, na przykład, w gorącym, suchym klimacie.

Powszechne stosowanie mokrej metody terminalowej modyfikacji asfaltu za pomocą gumy ograniczane jest przez słabe zdolności asfaltu modyfikowanego w ten sposób do długotrwałego przechowywania bez rozwarstwienia. Jednocześnie, ze względu na niską zawartość gumy, która wynika z cech technologicznych procesu produkcji modyfikowanego asfaltu, jakość i właściwości gumy powinny być stałe i wysokie, co stawia pod znakiem zapytania opłacalność tej metody modyfikacji oraz dostępność surowca w postaci wyselekcjonowanej grupy opon.