Możliwości stosowania kruszyw polodowcowych do warstw
Transkrypt
Możliwości stosowania kruszyw polodowcowych do warstw
Możliwości stosowania kruszyw polodowcowych do warstw konstrukcyjnych asfaltowych nawierzchni drogowych prof. dr hab. inż. Piotr Radziszewski, Politechnika Warszawska prof. dr hab. inż. Jerzy Piłat, Politechnika Warszawska Jakość robót drogowych i jej kontrola Ostróda 7-8 października 2010 r. Zasady zrównoważonego rozwoju Rezolucja ONZ 1987 „Zaspokajając potrzeby obecne nie ograniczajmy przyszłym pokoleniom możliwości zaspokojenia ich potrzeb” Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 2 Rozporządzenie UE „Obiekt budowlany powinien być tak zaprojektowany, zrealizowany a także użytkowany po wyeksploatowaniu, rozebrany w sposób zgodny z wymaganiami zrównoważonego rozwoju” Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 3 Zrównoważony rozwój Cykl życia budowli Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 4 Zrównoważenie rozwoju budownictwa definiuje się w aspekcie: ekologicznym, ekonomicznym, socjalnym. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 5 Budownictwo spełniające zasady zrównoważonego rozwoju: zaprojektowane oszczędnie, minimum energii przy wznoszeniu i użytkowaniu, brak zanieczyszczenia środowiska, ochrona otaczającego środowiska, ochrona zasobów wody, zapewniające ludziom komfort, szanujące lokalny mikroklimat. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 6 Konstrukcja nawierzchni asfaltowej – 95% to kruszywo Warstwa ścieralna Warstwa wiążąca Podbudowa zasadnicza Podbudowa pomocnicza Nawierzchnia Podbudowa Podłoże ulepszone Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL Podłoże 7 Podział i klasyfikacja kruszyw wg PN-EN Poddano analizie zmiany w klasyfikacji kruszyw jakie zaszły po zastąpieniu norm PN normami PN-EN. PODZIAŁ KRUSZYW wg PN: PODZIAŁ KRUSZYW wg PN-EN: Kruszywa Naturalne Kruszywa Naturalne Łamane Sztuczne Wymagania wobec kruszywa KLASA – podział kruszyw ze względu na właściwości fizyczne (klasa I, II, III) GATUNEK – podział kruszyw ze względu na sposób i jakość produkcji (gatunek 1,2,3) Geometryczne Politechnika Warszawska Wydział IL Chemiczne Fizyczne Gęstość ziaren i nasiąkliwość Ostróda 2010 Z recyklingu Trwałość 8 Historia powstania kruszyw polodowcowych Kruszywa polodowcowe to kruszywa żwirowo-piaskowe powstałe dzięki działalności lodowców czwartorzędowych. Lądolód nasuwał się na obszar Polski czterokrotnie (zlodowacenia: podlaskie, południowopolskie, środkowopolskie i północnopolskie). Materiał skalny był transportowany przez lodowiec w procesie egzaracji. Lodowiec zostawił za sobą formy polodowcowe: moreny czołowe, denne, drumliny, ozy, kemy, głazy narzutowe, sandry, pradoliny. Formy polodowcowe stanowią złoża kruszyw naturalnych takich jak: iły, gliny, piaski, żwiry, otoczaki, głazy narzutowe. Maksymalny zasięg lądolodu w Europie. Erozja lodowcowa. Ostróda 2010 Lodowiec. Politechnika Warszawska Wydział IL 9 Występowanie i zasoby kruszyw w Polsce Kruszywo kamienne: Kruszywo żwirowo-piaskowe: Kopalinę stanowi kruszywo grube (żwiry, pospółki) i kruszywo drobne (piaski). Największe zasoby znajdują się w woj. Dolnośląskim, Małopolskim, Opolskim i Podlaskim. Zasoby geologiczne udokumentowane w 6625 złożach wynoszą 15 649 mln ton. Ostróda 2010 Zasoby [mln ton] 2 000 1 947 1 778 1 394 1 500 901 1 000 1 019 1 008 1 070 1 182 639 500 1 002 914 829 610 720 439 196 0 LN AW S K OŚL O ĄS -P OM K IE O RS LU KI E BE LS K IE LU BU SK IE ŁÓ M D ZK AŁ IE OP OL M S AZ KI O E W IE CK O IE PO PO L DK S AR KIE PA CK PO IE DL AS PO KI E M O RS KI ŚW E ŚL W AR ĄS IĘ TO KI M IŃ E KR SK ZY O SK -M IE AZ W ZA UR IE CH LK SK O O PO I E DN L IO PO SKI E M O RS KI E 2 500 DO W Polsce skały osadowe stanowią 47%, skały magmowe 44% i metamorficzne 9%. Skały magmowe i metamorficzne występują prawie w całości na Dolnym Śląsku. Skały osadowe eksploatuje się w Polsce środkowej i południowej. Zasoby geologiczne udokumentowane w 660 złożach wynoszą 9 203 mln ton. KU J Województwa Zasoby kruszywa naturalnego żwirowo-piaszczystego w Polsce Politechnika Warszawska Wydział IL 10 Producenci oraz wydobycie kruszyw polodowcowych Wydobycie kruszyw naturalnych piaskowo-żwirów wyniosło w Polsce w 2008 r. 150,03 mln ton i z każdym rokiem rośnie. Województwo Podlaskie zalicza się do liderów z wydobyciem na poziomie 11,5 mln ton. Najwięksi producenci kruszyw na obszarze Podlasia to: Zakład Produkcji Kruszyw Szumowo (złoża: Kutyski, Przyborowo, Wąsewo, Osowo, Szumowo, Rostki, Borowce, Rożyńsk) Białostockie Kopalnie Surowców Mineralnych (złoża: Zadworzany, Zadworzany II, Zadworzany III oraz „Racewo), Suwalskie Kopalnie Surowców Mineralnych (złoża Potasznia, Sobolewo/Las Suwalski, Chrzanowo) Przedsiębiorstwo Produkcji Materiałów Drogowych Kruszbet z Suwałk (złoża: Stożne V, Łęgowo, Sobolewo C, Sobolewo C-I, Krzywe I, Potasznia III, Stożne VI oraz Kiliany ) Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 11 Złoża kruszyw polodowcowych w regionie Polski północno-wschodniej złoża surowcowe pochodzące z osadów czwartorzędowych takich jak: piaski, żwiry glacofluwialne i morenowe, mieszanki (pospółka), otaczaki oraz głazy narzutowe badania kruszyw ze złóż Producentów: Kruszbet (Suwałki, Stożne I, Stożne II), Szumowo (Szumowo, Kutaski), Racewo. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 12 Suwalski masyw skał głębinowych o Krzemianka o Udryń o Jeleniewo o Szurpiły Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 13 Suwalski masyw skał głębinowych Głębokość 800–2000m Rudy magnetytowo-tytanowo-wanadowe Skały Noryty (zawartość SiO2: 39-41%), gabro anortyzyty (zawartość SiO2: 47-51%), labradoryt Według „Surowce skalne Polski” S. Kozłowski, Warszawa 1986 Skały jako surowiec odpadowy – produkcja kruszywa 2,0 mln ton/rok Labradoryty – cenny surowiec ozdobny i budowlany ? Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 14 Ocena przydatności kruszyw polodowcowych do MMA pod względem spełnienia wymaganych właściwości Wymagania wg. WT-1 Kruszywo z kopalni Kruszbet Suwałki SMA KR5-6 grys 6,3-12,5 Uziarnienie GC90/15 GC90/10 Zawartość pyłów f2 f0,5 Jakość pyłów-kr. drobne MBF10 MBF10 Procentowa zawartość ziaren o powierzchni przekr. i łam. C100/0 C100/0 Fl20 Fl10 Sl20 Sl15 Odporność kruszywa na rozdrabnianie LA25 LA25 Odporność kruszywa na polerowanie PSV50 PSV50 deklarowana przez producenta 2,65 Rodzaj badania Poddano analizie właściwości trzynastu rodzajów kruszyw kopalni Kruszbet: Żwir płukany spełnia wymagania dla dolnych warstw dróg niższych kategorii KR 1-2. Żwir kruszony można stosować już do wszystkich warstw KR 1-4. Grys nadaje się do wszystkich warstw KR1-6. Żwiry oraz grysy nie spełniają warunku nasiąkliwości Wcm0,5 ale badanie mrozoodporności klasyfikują te kruszywa jako mrozoodporne. Kruszywa polodowcowe spełniają wymagania WT-1. Kształt kruszywa Gęstość ziaren ρa ρrd ρssd 2,61 Grube zanieczyszczenia lekkie mLPC0,1 mLPC0,1 Nasiąkliwość Wcm0,5 Wcm1 F1 Mrozoodporność FNaCl7 Ostróda 2010 2,59 Politechnika Warszawska Wydział IL FNaCl5 15 Adhezja (przyczepność, powinowactwo) Podstawowe rodzaje przyczepności: ! mechaniczna (bierna lub względna) fizykochemiczna (właściwa, czynna) Rodzaje te uzupełniają się wzajemnie W zależności od powierzchni zwilżanej (materiału mineralnego) i cieczy zwilżającej (lepiszcza) jeden z rodzajów przyczepności może mieć zasadnicze znaczenie Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL Analiza ekonomiczna zastosowania kruszyw polodowcowych dla północno wschodniej Polski Skalkulowano koszty produkcji 40 recept mieszanek MMA. W wycenie uwzględniono trzy warianty lokalizacji przyszłych inwestycji drogowych: Warszawa, Białystok, Augustów. Wyceniono MMA na warstwy: podbudowy, wiążącą i ścieralną dla KR1-2, KR3-4 oraz KR 5-6. Zastosowano kruszywa: polodowcowe (żwir sortowany i kruszony z kopalni Kruszbet w Suwałkach, grys z kopalni SKSM Las Suwalski), z przekruszonych skał (grys wapienny z kopalni Miedzianka woj. Świętokrzyskie, melafir z kopalni w Czarnym Borze woj. Dolnośląskie gabro z kopalni Słupiec woj. Dolnośląskie). Koszt kruszyw odpowiada aktualnej ofercie handlowej kopalń dla dużych odbiorców. Skalkulowany koszt transportu uzależniony jest od odległości dostawy i odpowiada aktualnym cenom producentów kruszyw i firm transportowych. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 17 Koszty MMA z uwzględnieniem kosztów transportu kruszywa Koszt 1 tony SMA11 dla KR 5-6: Warszawa: 225,09 zł/t, Białystok: 243,97 zł/t, Augustów: 249,83 zł/t, Augustów Koszt 1 tony AC16W dla KR 3-4: Warszawa: 166,48 zł/t, Białystok: 185,02 zł/t, Augustów: 191,00 zł/t, Koszt 1 tony AC22P dla KR 1-2: Warszawa: 138,74 zł/t, Białystok: 161,1 zł/t, Augustów: 167,58 zł/t, Czarny Bór Wzrost kosztów transportu wraz ze wzrostem odległości. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 18 Porównanie cen MMA zaprojektowanych na kruszywach polodowcowych i na kruszywach ze skał z południa Polski Ceny MMA dla Białegostoku [zł/t] 208,42 183,94 203,62 155,52 139,21 166,31 AC11S KR1-2 AC22P KR 3-4 AC16W KR 5-6 Ostróda 2010 Ceny MMA dla Augustowa [zł/t] Kruszywa z południa Polski Kruszywa polodowcowe Politechnika Warszawska Wydział IL 214,29 189,94 209,58 149,38 127,50 154,76 AC11S KR1-2 AC22P KR 3-4 AC16W KR 5-6 19 Analiza kosztów budowy drogi gminnej, wojewódzkiej i ekspresowej przy zastosowaniu kruszyw polodowcowych Wykorzystując zaprojektowane i wycenione MMA dokonano analizy finansowej: Budowy 10 km drogi gminnej o przekroju jezdni 1x2 z poboczem nie utwardzonym. Budowy 10 km drogi wojewódzkiej o przekroju jezdni 1x2 z poboczem utwardzonym. Budowy 10 km drogi ekspresowej o przekroju jezdni 1x2 z poboczem utwardzonym. warstwa ścieralna AC 11 S gr.5cm warstwa podbudowy AC 22 P gr. 9cm warstwa ścieralna AC 11 S gr.5cm warstwa podbudowy AC 16 W gr. 8cm warstwa podbudowy AC 22 P gr. 10cm warstwa ścieralna SMA 11 S gr.5cm warstwa podbudowy AC 16 W gr. 8cm warstwa podbudowy AC 22 P gr. 18cm Przeprowadzono obliczenia: Ułożenia MMA, otrzymano 14,29 zł/t Transportu MMA z miejsca produkcji do wbudowania, otrzymano 9 zł/t ( na odległość 30km). Oczyszczenia i skropienia podłoża, otrzymano 1,15 zł/m2 Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 20 Analiza kosztów budowy Koszt budowy 10 km drogi gminnej w okolicach Białegostoku: MMA z kruszywami z południa Polski 6 111 000 zł. MMA z kruszywami polodowcowymi 4 970 000 zł. Oszczędność: 2 km drogi więcej za tą samą cenę. Koszt budowy 10 km drogi wojewódzkiej w okolicach Białegostoku: MMA z kruszywami z południa Polski 14 961 000 zł. MMA z kruszywami polodowcowymi 12 718 000 zł. Oszczędność: 2 km drogi więcej za tą samą cenę. Koszt budowy 10 km drogi ekspresowej w okolicach Białegostoku: MMA z kruszywami z południa Polski 44 594 000 zł. MMA z kruszywami polodowcowymi 37 943 400 zł. Oszczędność: 2 km drogi więcej za tą samą cenę. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 21 Wnioski Kruszywa polodowcowe na terenie Polski powstały w wyniku działalności lodowców głównie czwartorzędowych. Województwo podlaskie posiada jedne z największych zasobów kruszywa naturalnego piaskowo-żwirowego w Polsce i jest jednym z liderów pod względem jego wydobycia. Kruszywa polodowcowe nadają się do stosowania do mieszanek mineralno-asfaltowych wszystkich kategorii ruchu. Korzyści wynikające z zastosowania lokalnych kruszyw polodowcowych w stosunku do kruszyw ze skał litych z południa Polski to oszczędność: - dla warstwy podbudowy 50,16 zł na tonie, - dla warstwy wiążącej 45,07 zł/t, - dla warstwy ścieralnej 50,85 zł/t. Stosując kruszywa polodowcowe można wybudować nie 10 km lecz 12 km nawierzchni drogi w okolicy Białegostoku, a w rejonie Augustowa 13 km nawierzchni. Przeprowadzona analiza zasobów i wydobycia kruszyw polodowcowych w regionie północno-wschodnim Polski wykazała, że zakłady produkujące kruszywa będą w stanie sprostać zapotrzebowaniu na kruszywo dla drogownictwa w długim okresie czasowym. Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 22 Dziękuję za uwagę Ostróda 2010 Politechnika Warszawska Wydział IL 23