Na polskich drogach, nawet już po prowadzonym obecnie programie budowy autostrad i dróg ekspresowych, nastanie czas szczególnej uwagi jaką będziemy poświęcali drogom samorządowym. Już dzisiaj możemy być pewni, że dzięki zdobytemu w ostatnich latach doświadczeniu – jako inżynierowie i technolodzy – możemy wykorzystać nasz talent, wiedzę i umiejętności, aby zwiększyć trwałość dróg gminnych i powiatowych, z których każdego dnia wszyscy korzystamy. Od wielu lat poszukujemy np. lepiszczy pozwalających wydłużyć trwałość nawierzchni asfaltowych przy jednoczesnym uwzględnieniu ich wpływu na środowisko oraz ekonomię budowy dróg. To, czego szukamy, to być może właśnie asfalt modyfikowany gumą.
Metoda modyfikowania parametrów asfaltu za pomocą gumy ze zużytych opon jest w Polsce badana, rozwijana i z powodzeniem stosowana od kilkunastu lat. Tymczasem wciąż nie tak szeroko wykorzystywana przez strony inwestorów i zarządców dróg jak jest to możliwe. Doświadczenia firmy STRABAG to dotąd kilkadziesiąt kilometrów dróg samorządowych w dziewięciu lokalizacjach na terenie Polski.
Czym jest asfalt modyfikowany gumą
Asfalt modyfikowany gumą (AMG) to mieszanina asfaltu drogowego z rozdrobnioną gumą z opon samochodowych. Dodatek gumowy stanowi co najmniej 15% masy lepiszcza i pęcznieje pod wpływem reakcji z gorącym asfaltem [1]. Istnieje kilka metod wprowadzania gumy do lepiszcza, jednak tylko metoda „Field Blend” (rodzaj metody „na mokro”) spełnia ww. definicję. W tej metodzie czas dojrzewania mieszanki gorącego asfaltu i rozdrobnionej gumy wynosi min. 45 minut, co pozwala na odpowiednie spęcznienie cząstek gumy. Tego rodzaju lepiszcze AMG, produkowane przez STRABAG pod nazwą handlową RUBBERBIT®, zostało przebadane przez Instytut Badawczy Dróg i Mostów, który potwierdził jego właściwości, wydając stosowną aprobatę techniczną. W sytuacji, gdy asfalty modyfikowane gumą nie są jeszcze objęte systemem norm zharmonizowanych, dokument ten stanowi podstawę prawną do stosowania lepiszcza AMG do mieszanek mineralno-asfaltowych.
Zalety gumy ze zużytych opon
Ze względu na to, że opony samochodowe są wystawiane na działanie tych samych czynników atmosferycznych co nawierzchnie drogowe, ich skład i właściwości sprawiają, że guma stanowi niemal idealny modyfikator asfaltu. Jest ona bardzo zaawansowanym technicznie materiałem i składa się z ponad 40 różnych substancji chemicznych (rys. 1), takich jak:
- kauczuki (48-54% masy gumy) odpowiadają za elastyczność i podwyższoną lepkość AMG,
- sadza węglowa (40-45% masy gumy) to silny przeciwutleniacz, odpowiada za odporność lepiszcza na starzenie spowodowane wysokimi temperaturami i oksydacją,
- siarka (ok. 1% masy gumy) zwiększa odporność mma na deformacje plastyczne oraz poprawia przyczepność asfaltu do kruszywa,
- filtry UV zwiększają odporność asfaltu na starzenie wywołane promieniowaniem słonecznym,
- oleje i plastyfikatory uszlachetniają asfalt.
Żaden inny stosowany obecnie modyfikator asfaltów nie może wykazać się tak szerokim składem i wysokimi parametrami. Ponadto fakt, że guma dodawana jest w ilości 15-20% (w porównaniu do 2.5-5% SBS w PMB) sprawia, że lepiszcze AMG ma bardzo korzystny wpływ na właściwości mma.
Zalety mieszanek z AMG
Lepiszcze asfaltowe modyfikowane gumą „na mokro” cechuje się zwiększoną lepkością (nawet trzydziestokrotnie wyższą od typowego lepiszcza PMB), co umożliwia znaczne zwiększenie grubości błony asfaltowej bez konieczności stosowania stabilizatorów. Grubsza błona asfaltowa oznacza większą odporność mma na działanie wody i mrozu oraz na spękania zmęczeniowe i odbite. Wyższa lepkość lepiszcza oznacza również zwiększoną odporność na deformacje plastyczne mieszanki.
Elastyczność AMG sprawia, że mieszanki z tym lepiszczem są bardziej odporne na spękania termiczne, a ponadto mają niższy moduł sztywności oraz większą zdolność do relaksacji naprężeń. W praktyce oznacza to, że mieszanki mineralno-gumowo-asfaltowe do warstwy ścieralnej w warunkach niskich temperatur nie spękają w ogóle bądź pęknięcie będzie się rozwijać znacznie wolniej i warstwa niemal do samego końca zachowa integralność strukturalną. Powyższe właściwości wiążą się również z większą odpornością na spękania zmęczeniowe i odbite. W Stanach Zjednoczonych analiza danych o stanie nawierzchni zbieranych przez 20 lat z ponad 500 odcinków dróg dowiodła, że nawierzchnie z AMG charakteryzują się trzykrotnie niższym indeksem spękań w porównaniu do dróg z innymi rodzajami asfaltów [3]. Różnica we wzroście wskaźników spękań przedstawiona jest na rysunku 2.
Kolejnym pozytywnym aspektem zastosowania w nawierzchni mieszanki z AMG jest zwiększona odporność na deformacje trwałe spowodowane wysoką temperaturą mięknienia lepiszcza oraz dużą zawartością rozdrobnionej gumy, która po spęcznieniu stanowi niemal połowę jego objętości. Ponadto warstwy ścieralne z AMG cechują się lepszymi właściwościami antypoślizgowymi (cząsteczki gumy na powierzchni ziaren kruszywa zwiększają tarcie przy kontakcie opony z nawierzchnią) oraz ograniczeniem hałasu.
Podsumowanie
Miał gumowy ze zużytych opon będących odpadem ma bardzo korzystny wpływ na niemal wszystkie właściwości mieszanek mineralno-gumowo-asfaltowych. Jest więc rozwiązaniem zarówno efektywnym, jak i ekologicznym – do wykonania kilometra warstwy ścieralnej z mieszanki AMG na drodze ekspresowej wykorzystuje się ok. 3400 opon. Dodatkowo aspekt ekonomiczny, tzn. zmniejszenie kosztów utrzymania nawierzchni ze względu na jej zwiększoną trwałość sprawia, że lepiszcze modyfikowane gumą jest rozwiązaniem optymalnym i przyszłościowym.
Literatura:
- ASTM D8-15 „Standard Terminology Relating to Materials for Roads and Pavements”.
- http://drivingspirit.com/
- G.B.Way, K.E.Kaloush, K.P.Biligiri, „Asphalt-Rubber Standard Practice Guide, Second Edition”, Rubber Pavements Association, Phoenix 2012.
[ . . . ]
Aby przeczytać artykuł w wersji elektronicznej, musisz posiadać opłaconą PRENUMERATĘ.
