S.Witczak

Określanie zawartości asfaltu w mm-a
Sebastian WITCZAK, Ostróda, 7-8.10.2010r.
Mieszanka mineralno-asfaltowa
Mieszanka
mineralno-asfaltowa
na budowie
Próbka mieszanki
mineralno-asfaltowej
w laboratorium
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
2
Mieszanka mineralno-asfaltowa
Asfalt
rozpuszczalny
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
3
Lepiszcze rozpuszczalne
Norma PN-EN 12697-1 „Zawartość lepiszcza rozpuszczalnego” –
definicje:
• „Zawartość lepiszcza rozpuszczalnego – ilość lepiszcza w próbce nie
zawierającej wody i dająca się wyekstrahować z tej próbki, wyrażona
w procentach masy”
• „Zawartość lepiszcza nierozpuszczalnego – ilość lepiszcza, która
pozostaje na ziarnach kruszywa po ekstrakcji, wyrażona w procentach
masy”
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
4
Lepiszcze rozpuszczalne
Norma PN-EN 12697-1 „Zawartość lepiszcza rozpuszczalnego” – cytaty:
• „Procedura wykonywania ekstrakcji powinna zapewniać, że lepiszcze
rozpuszczalne nie pozostanie na powierzchni ziaren kruszywa i w
całości zostanie wyekstrahowane” – p. 5.2.3.3
• „UWAGA: W pewnych przypadkach może się zdarzyć, że trudno
będzie w całości rozpuścić lepiszcze przylegające do ziaren
kruszywa” – p. 5.2.3.3
• „UWAGA 2: W przypadku, gdy lepiszcze w mieszance zawiera dużą
ilość części nierozpuszczalnych, całkowitą zawartość lepiszcza
można obliczyć biorąc pod uwagę również nierozpuszczalną ilość
lepiszcza” – p. 5.5.1
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
5
Lepiszcze rozpuszczalne
Norma PN-EN 12697-1 „Zawartość lepiszcza rozpuszczalnego”
(Załącznik A – wskazania przy oznaczaniu zawartości lepiszcza) –
cytaty:
• „Przy oznaczaniu całkowitej zawartości lepiszcza w mieszance,
zawierającego składniki nierozpuszczalne należy uwzględnić tę część
asfaltu, która nie rozpuszcza się w rozpuszczalniku.”
• „Zaleca się, aby część nierozpuszczalną lepiszcza oznaczono na
próbce lepiszcza, które jest stosowane do produkcji mieszanki.”
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
6
Lepiszcze rozpuszczalne
Norma PN-EN 12697-1 „Zawartość lepiszcza rozpuszczalnego”
(Załącznik A – wskazania przy oznaczaniu zawartości lepiszcza) –
cytaty:
• „Zaleca się wzięcie pod uwagę, że w asfalcie z warstwy nawierzchni
mogą wystąpić zmiany w porównaniu z tym samym asfaltem ze
świeżo wyprodukowanej mieszanki. Zmiany mogą wpłynąć na
rozpuszczalność tego asfaltu. W przypadku starych nawierzchni
czynnik ten, w połączeniu z ze stratą asfaltu spowodowaną przez
ruch, zmianą w uziarnieniu mieszanki spowodowaną zagęszczeniem
oraz przecięciem ziaren podczas wycinania próbki może wpływać na
wynik badania.”
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
7
Wyniki badań próbek mm-a z WMA i mm-a z odwiertów z
nawierzchni
Przykład: AC WMS 16
Wg SST: „Orientacyjna zawartość asfaltu: 5,1 – 6,0%”
Zawartość asfaltu wg recepty: 4,8%
Odchyłki zawartości asfaltu zatwierdzone przez Nadzór: -0,0% / +0,3%
Lokalizacja
Zawartość asfaltu [%]
(Lab. Nadzoru)
Zawartość asfaltu [%]
(Lab. dodatkowe)
Zawartość asfaltu [%]
(Lab. Wykonawcy)
W-wa wiążąca, km 10+450
4,4
4,8
4,8
W-wa wiążąca, km 9+850
-
4,2
5,1
Podbudowa górna, km 10+450
4,6
5,0
5,1
Podbudowa dolna, km 10+450
4,5
5,0
4,7
Podbudowa górna, km 9+850
4,8
4,5
5,1
Podbudowa dolna, km 9+850
4,7
5,1
5,2
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
8
Lepiszcze rozpuszczalne
Norma PN-EN 12697-1 „Zawartość lepiszcza rozpuszczalnego” (p.8 –
Dane dotyczące dokładności) – cytaty:
• „Powtarzalność wyników r oznaczania
zawartości lepiszcza wynosi 0,3%, zaś
odtwarzalność R wynosi 0,5% - wyniki
dokładności badań dwóch próbek
uzyskanych z tej samej próbki ogólnej”
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
9
Właściwości absorpcyjne kruszyw mineralnych
Norma PN-EN 12697-5 „Oznaczanie gęstości” (Załącznik B –
oznaczanie właściwości absorpcyjnych kruszyw mineralnych do
mieszanek mineralno-asfaltowych) – cytaty:
• „Obecność w kruszywie mineralnym przepuszczalnych wolnych
przestrzeni, które są dostępne dla lepiszcza wpływa na wielkość
gęstości mieszanki mineralno-asfaltowej. Kiedy stosuje się takie
kruszywo do mieszanki mineralno-asfaltowej lepiszcze jest wówczas
wchłaniane przez jego wolne przestrzenie. W konsekwencji prowadzi
to do zwiększenia zawartości wolnej przestrzeni w próbce.” – B.1
• „Doświadczenie potwierdza, że przeciętna objętościowa absorpcja
lepiszcza wynosi około 1/3 objętości zewnętrznych (dostępnych)
porów w kruszywie. Oznacza to, że porowatość rzędu 1,5% (v/v)
będzie powodowała maksymalną absorpcję lepiszcza około 0,5%
(v/v) lub 0,2% (m/m).” – B.5.9
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
10
Właściwości absorpcyjne kruszyw mineralnych
Asfalt zaabsorbowany na powierzchni ziaren kruszywa
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
11
Przepisy niemieckie TP A-01
Niemiecki dokument Technische Prüfvorschriften für Asphalt und
Strassenbau TP A-StB, Teil 1: Bindemittelgehalt (TP A-01)
wprowadza wzór na obliczanie zawartości lepiszcza
nierozpuszczalnego (poprawka do ilości asfaltu uzyskanej z
ekstrakcji):
Bunl = 0,014 * F + 0,1 [%], gdzie
F – zawartość ziarn poniżej 0,063mm w mieszance kruszywa
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
12
Korekta na zawartość asfaltu wg projektu polskiej normy
PN-S-04001/16
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
13
Badania własne
Badania własne obejmowały
wykonanie 40 ekstrakcji mm-a
oraz 40 ekstrakcji „ślepych” (bez
asfaltu) dla następujących
rodzajów mm-a:
• AC – 31 recept
• AC WMS – 3 recepty
• SMA – 4 recepty
• MA – 2 recepty
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
14
Badania własne
• Dla każdej recepty
przygotowano próbkę mm-a
otrzymaną z zarobu z optymalną
zawartością asfaltu oraz próbkę
samego kruszywa (bez asfaltu)
do wykonania tzw. „ekstrakcji
ślepej”
• Po upływie 2 dni wykonano
ekstrakcję obu przygotowanych
próbek dla każdej recepty
• Badania były wykonywane w 4
laboratoriach przy wykorzystaniu
2 ekstraktorów i 2 analizatorów
asfaltowych
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
15
Badania własne
• Po wykonaniu ekstrakcji dla
próbki z mm-a, została
obliczona zawartość asfaltu w
próbce mm-a (bez
uwzględniania jakiejkolwiek
korekty), na podstawie różnicy
mas próbki mm-a przed
ekstrakcją oraz całej próbki
kruszywa po ekstrakcji
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
16
Badania własne
• Analogicznie po wykonaniu tzw.
„ekstrakcji ślepej”, został
obliczony ubytek masy próbki
kruszywa po ekstrakcji w
stosunku do masy próbki
kruszywa przed ekstrakcją (wg
obliczeń ten ubytek masy
powinien być uznany za asfalt,
którego w próbce nie było)
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
17
Badania własne
• Otrzymane wyniki badań dla mma wskazują, że po wykonaniu
ekstrakcji oznaczona zawartość
asfaltu w mm-a była niższa od
zadozowanej do zarobu (nawet do
-0,4%), chociaż występowały też
sporadycznie zawartości asfaltu
wyższe od ilości zadozowanej do
zarobu (do +0,2%)
• Średnia zawartość asfaltu po
ekstrakcji była niższa od ilości
zadozowanej o 0,09% – pierwsza
część poprawki
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
18
Badania własne
• Wyniki badań dla próbek
kruszywa bez asfaltu
(„ekstrakcje ślepe”)
wskazują, że w próbce po
wykonaniu ekstrakcji brakuje
nawet do 0,2% materiału,
który wg obliczeń powinien
być uznany za asfalt
• Średnia zawartość „asfaltu”
po ekstrakcji była wyższa od
ilości zadozowanej o 0,12%
(zadozowano 0,0% asfaltu) –
druga część poprawki
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
19
Badania własne
• Po wykonaniu ekstrakcji mm-a
wewnątrz analizatora
asfaltowego (np. w rynienkach)
można zauważyć niewielkie ilości
pyłów (frakcji wypełniaczowej)
• Wynika to z faktu budowy
technicznej urządzenia do
wykonywania ekstrakcji oraz jego
charakterystyki
• Rozpuszczalnik przepływając
przez próbkę mm-a umieszczoną
w koszu rozpuszcza asfalt
znajdujący się w próbce i
wydostaje się wraz z drobnymi
cząstkami przez oczka kosza
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
20
Badania własne
• Następnie dostaje się do wirówki
zawierającej cylinder z wkładem
filtracyjnym, gdzie następuje
oddzielenie drobnych cząstek
wypełniaczowych
(pozostających w cylindrze) od
rozpuszczalnika, który
wydostaje się górą na zewnątrz
cylindra
• Wraz z rozpuszczalnikiem
wydostaje się część drobnych
cząstek, co zostało
udowodnione podczas
wykonywania „ekstrakcji ślepej”
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
21
Badania własne
• Tak więc reasumując powyższe
wyjaśnienie można stwierdzić, iż
obliczana z różnicy mas ilość
asfaltu w próbce mm-a jest w
rzeczywistości ilością asfaltu
wraz z pewną ilością drobnych
cząstek kruszywa, które zostały
wypłukane z cylindra przez
rozpuszczalnik
• Do określenia tej ilości drobnych
cząstek służyły „ekstrakcje
ślepe” wykonane z użyciem
próbki kruszywa bez asfaltu
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
22
Badania własne
Posługując się wartościami średnimi uzyskanymi z badań własnych
można to przedstawić na następującym przykładzie:
• Ilość asfaltu zadozowanego (całkowitego) – 6,0%
• Ilość asfaltu rozpuszczalnego po ekstrakcji mm-a:
6,0% - 0,09% = 5,9%
• W wartości 5,9% mieści się 0,12% frakcji wypełniaczowej, tak więc
faktyczna ilość asfaltu rozpuszczalnego wynosi:
5,9% - 0,12% = 5,8%
• Różnica -0,2% to asfalt nierozpuszczalny (zaabsorbowany przez
ziarna kruszywa oraz składniki nierozpuszczalne w rozpuszczalniku)
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
23
Wyniki badań własnych
Na podstawie wykonanych badań można stwierdzić, że:
• po wykonaniu ekstrakcji mm-a stwierdzono różnice w ilości asfaltu
zadozowanego do zarobu oraz asfaltu obliczonego po ekstrakcji –
wartość ta powinna być uwzględniana jako pierwsza część poprawki
na zawartość asfaltu
• po wykonaniu ekstrakcji próbki kruszywa („ekstrakcja ślepa”)
stwierdzono, że pomimo braku asfaltu w próbce, obliczenia wskazują
na ubytek masy badanej próbki (ubytek materiału, który wg obliczeń
powinien być uznany za asfalt) – wartość ta powinna być
uwzględniana jako druga część poprawki na zawartość asfaltu (w
rzeczywistości jest to poprawka związana z ubytkiem frakcji
wypełniaczowej kruszywa podczas ekstrakcji)
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
24
Wyniki badań własnych
Suma obu powyższych poprawek dla poszczególnych wykonanych
badań (ekstrakcja właściwa + „ekstrakcja ślepa”) w zależności od
ilości frakcji wypełniaczowej w badanej próbce została przedstawiona
na poniższym wykresie
Suma różnic zawartości
asfaltu (ekstrakcja +
ekstrakcja "ślepa")
0,1
AC
0,0
-0,1
-0,2
MA
-0,3
-0,4
-0,5
y = -0,0141x - 0,1071
-0,6
SMA
-0,7
0,0
3,0
6,0
9,0
12,0
15,0
18,0
21,0
Zawartość frakcji wypełniaczowej w mm-a
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
25
24,0
Zawartość lepiszcza – normy PN-EN
Normy PN-EN 13108-1 do 13108-7:
• W poszczególnych normach dla danego typu mm-a są podane
odpowiednie kategorie minimalnej zawartości lepiszcza w docelowym
składzie mm-a
• Skład mieszanki zaś zgodnie z definicją przywołaną w tych normach,
jest to skład mm-a podany jako skład docelowy, który można podać
dwoma sposobami jako: wejściowy lub wyjściowy
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
26
Zawartość lepiszcza – normy PN-EN
Normy PN-EN 13108-1 do 13108-7:
• Wejściowy skład mieszanki – przedstawienie składu mieszanki pod
względem materiałów składowych, krzywej uziarnienia i procentowej
zawartości lepiszcza w stosunku do mm-a (zazwyczaj jest to wynik
walidacji projektu laboratoryjnego mieszanki)
w domyśle „całkowitej” lub „zadozowanej”
• Wyjściowy skład mieszanki – przedstawienie składu mieszanki pod
względem materiałów składowych, uśrednionych wyników
uziarnienia oraz zawartości lepiszcza rozpuszczalnego oznaczonego
laboratoryjnie (zazwyczaj jest to wynik walidacji produkcji)
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
27
Zawartość lepiszcza – normy PN-EN
Norma PN-EN 13108-20 „Badanie typu”
• W załączniku B dla poszczególnych typów mm-a (BA, SMA, MA, itp.)
w tabelach właściwości i metod badań mm-a przy właściwości
„zawartość lepiszcza” jest odwołanie do metody badania wg EN
12697-1 (a więc dotyczącej oznaczania zawartości lepiszcza
rozpuszczalnego) a przy liczbie badań wpisano „1 w walidacji
produkcji, 0 w walidacji w laboratorium”
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
28
Zawartość lepiszcza – normy PN-EN
Reasumując powyższe zapisy można stwierdzić, że Bmin powinno być
zdefiniowane jako:
• całkowita ilość lepiszcza, w przypadku podawania „wejściowego
składu mieszanki”, czyli walidacji w laboratorium
• uśredniona ilość lepiszcza rozpuszczalnego, w przypadku podawania
„wyjściowego składu mieszanki”, czyli walidacji produkcji
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
29
Zawartość lepiszcza – WT-2 Nawierzchnie asfaltowe 2010
WT-2 Nawierzchnie asfaltowe 2010 cytaty:
• „Minimalna zawartość lepiszcza asfaltowego (Bmin) – jest to
najmniejsza zawartość lepiszcza rozpuszczalnego (tworzącego
błonkę lepiszcza na ziarnach kruszywa) w projektowanej mieszance
mineralno-asfaltowej według wymagań określonych w niniejszych
WT-2”
Jaka metoda
walidacji ?
• „W badaniu typu należy określić w ekstrakcji lepiszcza z mieszanki
mineralno-asfaltowej procentową ilość lepiszcza rozpuszczalnego i
nierozpuszczalnego absorbowanego przez pory kruszywa mieszanki
mineralnej i podać w sprawozdaniu badania typu. W recepcie
roboczej mieszanki mineralno-asfaltowej należy podawać zawartość
lepiszcza jako sumę lepiszcza rozpuszczalnego i
nierozpuszczalnego.”
?
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
30
Zawartość asfaltu
Ile asfaltu
będzie w tej
próbce ?
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
31
Dziękuję za uwagę
mgr inż. Sebastian WITCZAK
Dyrektor ds. Technicznych TPA INSTYTUT BADAŃ TECHNICZNYCH Sp. z o.o.
[email protected]
Określanie zawartości asfaltu w mm-a
OSTRÓDA, 7-8.10.2010
S.WITCZAK
32