PL240955B1 - Method of producing stone-mastic asphalt mix (SMA) and stone-mastic asphalt mix (SMA) for the construction of the road surface - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonania mieszanki mineralno-asfaltowej mastyksowe grysowej (SMA) i mieszanka mineralno-asfaltowa mastyksowo grysowa (SMA) do budowy nawierzchni drogowej, wytwarzana w obniżonych temperaturach przeznaczona do wykonywania warstw ścieralnych nawierzchniach dróg.The subject of the invention is a method of making stone mastic asphalt mix (SMA) and stone mastic asphalt mix (SMA) for the construction of road pavement, produced at reduced temperatures, intended for making wear layers on road surfaces.

W budowie i w przebudowie nawierzchni dróg samochodowych powszechnie wykorzystuje się mieszanki mineralno-asfaltowe, których głównymi składnikami są: kruszywa grube i drobne, lepiszcze asfaltowe, kruszywo wypełniające. Dodatkowo, w składzie mieszanek mineralno-asfaltowych stosuje się dodatki służące poprawie ich właściwości eksploatacyjnych, na przykład środki adhezyjne, do datki modyfikujące właściwości reologiczne lepiszcza asfaltowego, dodatki pozwalające obniżyć temperaturę produkcji i wbudowywania mieszanki mineralno-asfaltowej.In the construction and reconstruction of road surfaces, mineral-asphalt mixtures are commonly used, the main components of which are: coarse and fine aggregates, asphalt binder, filler aggregate. Additionally, in the composition of asphalt mixtures, additives are used to improve their operational properties, for example adhesives, additives modifying the rheological properties of the asphalt binder, additives allowing to lower the production and incorporation temperature of the asphalt mixture.

Projektowanie składu mieszanek mineralno-asfaltowych, w tym mieszanek typu SMA do warstw ścieralnych, jest procesem iteracyjnym. Proces ten rozpoczyna się zazwyczaj od wyjściowego składu mieszanki przyjętego na bazie ogólnych wytycznych i w drodze kolejnych modyfikacji składu dokonanych na bazie wiedzy inżynierskiej i eksperckiej uzyskuje się ostateczny skład mieszanki. Szczegółowe i uznane w Polsce za wzorcowe wymagania dotyczące właściwości stosowanych w mieszankach mineralno-asfaltowych kruszyw (m.in. dot. uziarnienia, właściwości geometrycznych, fizycznych i chemicznych) oraz lepiszczy asfaltowych zawarte są w dokumentach „WT-1 2014 - Kruszywa do mieszanek mineralno-asfaltowych i powierzchniowych utrwaleń na drogach krajowych - Kruszywa - Wymagania Techniczne - Warszawa 2014 - Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad” oraz w „WT-2 2014 - Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych - Mieszanki mineralno-asfaltowe - Wymagania Techniczne - Warszawa 2014 - Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad”. Ponadto, w dokumencie „WT-2 2014 (...)” zawarto wymagania dotyczące właściwości gotowych mieszanek mineralno-asfaltowych.Designing the composition of asphalt mixes, including SMA mixes for wearing courses, is an iterative process. This process usually begins with the initial blend composition adopted on the basis of general guidelines, and the final blend composition is obtained through successive modifications of the composition based on engineering and expert knowledge. Detailed and recognized in Poland as model requirements for the properties of aggregates used in mineral-asphalt mixtures (including grain size, geometric, physical and chemical properties) and asphalt binders are included in the documents "WT-1 2014 - Aggregates for mineral and mineral mixtures. -asphalt and surface treatments on national roads - Aggregates - Technical Requirements - Warsaw 2014 - General Directorate for National Roads and Motorways "and in" WT-2 2014 - Asphalt pavements on national roads - Mineral and asphalt mixtures - Technical Requirements - Warsaw 2014 - General Directorate for National Roads and Motorways ”. In addition, the document "WT-2 2014 (...)" contains requirements for the properties of finished asphalt mixtures.

Z uwagi na dużą zawartość lepiszcza asfaltowego w mieszankach mineralno-asfaltowych typu mastyks grysowy SMA, konieczne jest stosow anie w ich składzie tzw. stabilizatora mieszanki, występujących najczęściej w postaci granulatu włókien celulozowych o długości poniżej 5 mm. Zadaniem stabilizatorów jest wchłonięcie nadmiarowej ilości lepiszcza w czasie procesu mieszania i jego immobilizacja w trakcie transportu. Celem stosowania stabilizatorów w mieszankach SMA jest ograniczenie zjawiska spływania lepiszcza asfaltowego z ziaren kruszywa podczas transportu mieszanki i tym samym zapobieganie jej segregacji. Następnie, w czasie układania w nawierzchnię i zagęszczania warstwy z mieszanki mineralno-asfaltowej SMA, stabilizator musi być zdolny do uwolnienia zatrzymanego lepiszcza asfaltowego w przestrzenie między ziarnami kruszywa otoczonego lepiszczem. Jako stabilizatory wykorzystywane są włókna celulozowe krótko cięte, o długości zazwyczaj nie przekraczającej 5 mm.Due to the high content of asphalt binder in asphalt mixes of the SMA grit mastic type, it is necessary to use the so-called stabilizer of the blend, most often in the form of granules of cellulose fibers with a length of less than 5 mm. The task of the stabilizers is to absorb the excess amount of the binder during the mixing process and its immobilization during transport. The purpose of using stabilizers in SMA mixes is to limit the phenomenon of asphalt binder running off the aggregate grains during the transport of the mix and thus preventing its segregation. Then, during paving and compacting the SMA asphalt layer, the stabilizer must be able to release the retained asphalt binder into the spaces between the aggregate grains surrounded by the binder. Short-cut cellulose fibers, usually not exceeding 5 mm in length, are used as stabilizers.

Jednym ze sposobów na obniżenie temperatur technologicznych wytwarzania i wbudowywania mieszanek mineralno-asfaltowych, jest zastosowanie lepiszcza asfaltowego w formie piany asfaltowej wytworzonej w kontrolowanym procesie spieniania niewielką ilością wody. Wytworzenie mikropęcherzyków piany asfaltowej wypełnionej parą wodną pozwala zwiększyć urabialność mieszanki mineralnoasfaltowej podczas jej wytwarzania i wbudowywania w nawierzchnię (zagęszczania). Efekt obniżenia temperatur technologicznych wytwarzania i wbudowywania mieszanek mineralno-asfaltowych można uzyskać również przez stosowanie dodatków WMA (ang. warm mix asphalt additives), wśród których najczęściej stosowane są dodatki modyfikujące właściwości reologiczne lepiszcza lub jego napięcie powierzchniowe na styku faz lepiszcze-powietrze-kruszywo.One of the ways to lower the technological temperatures for the production and incorporation of asphalt mixtures is to use the asphalt binder in the form of asphalt foam produced in a controlled process of foaming with a small amount of water. The formation of micro-bubbles of asphalt foam filled with water vapor allows to increase the workability of the asphalt mixture during its production and incorporation into the pavement (compaction). The effect of lowering the technological temperatures for the production and incorporation of asphalt mixtures can also be obtained by using WMA (warm mix asphalt additives), the most common of which are additives modifying the rheological properties of the binder or its surface tension at the interface between the binder-air-aggregate phases.

Znany jest sposób wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych z wykorzystaniem dodatku krótko ciętych włókien, wytworzonych z określonego rodzaju surowca, najczęściej poliolefinowych, szklanych, skalnych, o określonych charakterystykach geometrycznych i fizycznych (długości, średnicy). Znane jest wystąpienie efektu zbrojenia rozproszonego w wyniku zastosowania odpowiedniej ilości określonego rodzaju włókien. Zbrojenie rozproszone w mieszankach mineralno-asfaltowych może wpływać pozytywnie na jeden lub więcej ich parametrów technicznych, najczęściej odporność na zjawisko zmęczenia, odporność na pękanie, wytrzymałość na rozciąganie, wrażliwość na zmiany temperatury. Dodatki tego rodzaju, rzadko stosuje się w technologii mieszanek mineralno-asfaltowych ze względu na ich ograniczoną efektywność i względnie duży koszt stosowania powszechnie znanych rozwiązań w tym zakresie.There is a known method of producing asphalt mixtures using the addition of short-cut fibers, made of a specific type of raw material, most often polyolefin, glass, rock, with specific geometric and physical characteristics (length, diameter). It is known that the effect of dispersed reinforcement occurs as a result of the use of an appropriate amount of a specific type of fibers. Reinforcement dispersed in asphalt mixtures may have a positive effect on one or more of their technical parameters, most often resistance to the phenomenon of fatigue, resistance to cracking, tensile strength, sensitivity to temperature changes. Additives of this type are rarely used in the technology of asphalt mixtures due to their limited efficiency and relatively high cost of using commonly known solutions in this field.

PL 240 955 B1PL 240 955 B1

Z opisu zgłoszeniowego wynalazku nr PL389824 znany jest sposób wytwarzania lepiszcza asfaltowo-polimerowego granulowanego i betonu siarkowego oraz ich zastosowanie do wytwarzania i remontu nawierzchni drogowych. Wytworzone lepiszcze asfaltowo-polimerowe służy do wykonania warstwy wiążącej w nawierzchniach drogowych, jak i do remontu dróg. Wytworzony beton siarkowy służy do podbudowy zasadniczej nawierzchni drogowych.From the invention application description No. PL389824 there is known a method of producing granulated asphalt-polymer binder and sulfur concrete and their use for the production and renovation of road surfaces. The produced asphalt-polymer binder is used to make a binding layer in road surfaces and to repair roads. The sulfur concrete produced is used for the basic foundation of road surfaces.

Z kolei z opisu patentowego PL214768 znany jest sposób głębokiego recyklingu nawierzchni drogowej w technologii asfaltu spienionego, zgodnie z którym na pasie nawierzchni przeznaczonej do recyklingu rozłożono mechanicznie, przy pomocy rozsypywacza: spoiwo w postaci cementu i wapna oraz pyły lotne frakcji poniżej 0,063 mm pochodzące z odpylania kruszywa w wytwórni mieszanek mineralnoasfaltowych w ilości od 5-20% wagowych zaprojektowanej recyklowanej mieszanki mineralnej, a także kruszywo doziarniające. Skład mieszanki mineralnej został opracowany na podstawie badań próbek laboratoryjnych. Pyły lotne, jak również spoiwo rozłożono z dokładnością do 15% w stosunku do założonego jednostkowego zużycia. Następnie, przy użyciu maszyny frezująco-mieszającej przeprowadzono recykling podbudowy nawierzchni według technologii asfaltu spienionego. Warstwa podbudowy została zagęszczona i pielęgnowana według zaleceń projektanta.On the other hand, the patent description PL214768 describes a method of deep recycling of road pavement in the technology of foamed asphalt, according to which on the surface to be recycled, the binder in the form of cement and lime and volatile dusts of fractions below 0.063 mm from dust removal were mechanically spread on the strip of pavement to be recycled. aggregates in the mineral and asphalt mix plant in the amount of 5-20% by weight of the designed recycled mineral mix, as well as grading aggregate. The composition of the mineral mixture was developed on the basis of research on laboratory samples. Volatile dusts as well as the binder were distributed with an accuracy of 15% in relation to the assumed unit consumption. Then, using a milling and mixing machine, the pavement base was recycled according to the foamed asphalt technology. The foundation layer was compacted and cared for according to the designer's recommendations.

Z patentu PL219436 znany jest sposób budowy asfaltowych konstrukcji nawierzchni drogowych, w którym na warstwę podbudowy asfaltowej nakłada się asfaltową warstwę wiążącą i asfaltową warstwę ścieralną, a każdą wbudowywaną w konstrukcję nawierzchni warstwę asfaltową przed ułożeniem kolejnej warstwy pokrywa się emulsją asfaltową, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na warstwę asfaltową pokrytą emulsją asfaltową nanosi się wapno hydratyzowane w ilości od 20 do 40 g/m² warstwy asfaltowej, korzystnie w postaci mleczka wapiennego. Korzystnie, mleczko wapienne stosuje się w stężeniu od 20% do 45% i nanosi się na warstwę asfaltową po odparowaniu wody z emulsji asfaltowej. Korzystnie, mleczko wapienne nanosi się przy użyciu skrapiarki. Nanoszenie wapna hydratyzowanego w postaci mleczka wapiennego pozwala na równomierne jego rozprowadzenie po powierzchni asfaltowej warstwy konstrukcyjnej nawierzchni drogi.Patent PL219436 describes a method of constructing asphalt road structures, in which an asphalt binder layer and an asphalt wearing course are applied to the asphalt base layer, and each asphalt layer built into the pavement structure is covered with an asphalt emulsion before the next layer is laid, according to the invention it is characterized by this that hydrated lime is applied to the asphalt course covered with the asphalt emulsion in an amount of 20 to 40 g / m ² of the asphalt course, preferably in the form of lime milk. Preferably, lime lime is used in a concentration of 20% to 45% and is applied to the asphalt layer after the water in the asphalt emulsion has evaporated. Preferably, the lime milk is applied using a sprinkler. The application of hydrated lime in the form of lime milk allows it to be evenly spread over the surface of the asphalt construction layer of the road pavement.

Sposób wykonania mieszanki mineralno-asfaltowej mastyksowo grysowej (SMA) do budowy nawierzchni drogowej, poprzez wymieszanie materiału ziarnistego w postaci kruszywa naturalnego 92,2% do 93,3%, z lepiszczem asfaltowym z dodatkiem WMA obniżającym temperaturę produkcji (ang. warm mix asphalt additive) lub lepiszczem asfaltowym w formie piany w ilości od 6,3% do 7,6% oraz stabilizatorem w postaci krótko ciętych włókien celulozowych o długości < 5 mm, charakteryzuje się tym, że temperatura wytwarzania mieszanki mineralno-asfaltowej wynosi 165°C i dodaje się mieszankę włókien polipropylenowych (włókno A) oraz bazaltowych (włókno B) w proporcji 1:2 (A:B) i w sumarycznej ilości od 0,025% do 0,25%, korzystnie od 0,1% do 0,15%, a stabilizator w postaci włókien celulozowych dodawany jest w ilości 0,3%.The method of making the stone-mastic asphalt mix (SMA) for the construction of the road pavement, by mixing the granular material in the form of natural aggregate 92.2% to 93.3%, with asphalt binder with the addition of WMA that reduces the production temperature (warm mix asphalt additive) ) or asphalt binder in the form of foam in an amount from 6.3% to 7.6% and a stabilizer in the form of short-cut cellulose fibers with a length of <5 mm, characterized by that the preparation temperature of the asphalt mixture is 165 ° C and added a mixture of polypropylene fibers (fiber A) and basalt fibers (fiber B) in the proportion 1: 2 (A: B) and in a total amount from 0.025% to 0.25%, preferably from 0.1% to 0.15%, and the stabilizer in the form of cellulose fibers it is added in an amount of 0.3%.

Korzystnie, włókno polipropylenowe ma długość 12 mm, średnicę < 0,05 mm, gęstość 0,851,10 Mg/m³, a temperatura topnienia wynosi 160°C - 170°C.Preferably, the polypropylene fiber has a length of 12 mm, a diameter of <0.05 mm, a density of 0.851.10 Mg / ^m3 , and the melting point is 160 ° C - 170 ° C.

Korzystnie, włókno bazaltowe ma długość 12 mm, średnicę < 0,03 mm, gęstość 2,55-2,75 Mg/m³, a temperatura topnienia jest większa niż 250°C.Preferably, the basalt fiber has a length of 12 mm, a diameter of <0.03 mm, a density of 2.55-2.75 Mg / ^m3 , and the melting point is greater than 250 ° C.

Mieszanka mineralno-asfaltowa mastyksowo grysowa (SMA) do budowy nawierzchni drogowej, zawierająca kruszywa naturalne w ilości od 92,2% do 93,3% oraz lepiszcze asfaltowe z dodatkiem WMA obniżającym temperaturę produkcji (ang. warm mix asphalt additive) lub lepiszcze asfaltowe w formie piany w ilości 6,3% do 7,6% oraz stabilizator w postaci krótko ciętych włókien celulozowych o długości < 5 mm, charakteryzuje się tym, że jest wytwarzana w temperaturze 165°C i dodaje się do niej mieszankę włókien polipropylenowych (włókno A) oraz bazaltowych (włókno B) w proporcji 1:2 (A:B) i w sumarycznej ilości od 0,025% do 0,25%, korzystnie od 0,1% do 0,15%, a stabilizator w postaci włókien celulozowych dodawany jest w ilości 0,3%. Korzystnie, włókno polipropylenowe ma długość 12 mm, średnicę < 0,05 mm, gęstość 0,85-1,10 Mg/m³, a temperatura topnienia wynosi 160°C - 170°C.Stone mastic asphalt mix (SMA) for road pavement construction, containing natural aggregates in the amount of 92.2% to 93.3% and asphalt binder with WMA lowering the production temperature (warm mix asphalt additive) or asphalt binder in in the form of a foam in an amount of 6.3% to 7.6% and a stabilizer in the form of short-cut cellulose fibers <5 mm in length, characterized by that it is produced at a temperature of 165 ° C and a mixture of polypropylene fibers (fiber A ) and basalt (fiber B) in the proportion 1: 2 (A: B) and in a total amount from 0.025% to 0.25%, preferably from 0.1% to 0.15%, and the stabilizer in the form of cellulose fibers is added in an amount of 0.3%. Preferably, the polypropylene fiber has a length of 12 mm, a diameter of <0.05 mm, a density of 0.85-1.10 Mg / ^m3 , and the melting point is 160 ° C - 170 ° C.

Korzystnie, włókno bazaltowe ma długość 12 mm, średnicę < 0,03 mm, gęstość 2,55-2,75 Mg/m³, a temperatura topnienia jest większa niż 250°C.Preferably, the basalt fiber has a length of 12 mm, a diameter of <0.03 mm, a density of 2.55-2.75 Mg / ^m3 , and the melting point is greater than 250 ° C.

Właściwości włókien A i B wykorzystanych w przedmiocie wynalazku przedstawia tablica 1.The properties of the fibers A and B used in the subject of the invention are shown in Table 1.

PL 240 955 Β1PL 240 955 Β1

Tablica 1. Wymagane właściwości włókien wykorzystanych w przedmiocie wynalazku.Table 1. Required properties of the fibers used in the subject of the invention.

Wymagane właściwości: Required properties: Włókno A Fiber A Włókno B Fiber B Skład: Composition: polipropylen polypropylene włókno skalne, bazaltowe rock fiber, basalt Temperatura topnienia: Melting temperature: 160°C - 170°C 160 ° C - 170 ° C > 250°C > 250 ° C Gęstość: Density: 0,85-1,10 Mg/m³ 0.85-1.10 Mg / ^m3 2,55 - 2,75 Mg/m³ 2.55 - 2.75 Mg / m ³ Długość pojedynczych włókien: Single Fiber Length: 12 mm 12 mm 12 mm 12 mm Średnica pojedynczych włókien: Single Fiber Diameter: < 0,05 mm <0.05 mm < 0,03 mm <0.03 mm

Skład mieszanki mineralno-asfaltowej będącej przedmiotem wynalazku przedstawia tablica 2.The composition of the asphalt mixture, which is the subject of the invention, is shown in Table 2.

Tablica 2. Skład mieszanki mineralno-asfaltowej będącej przedmiotem wynalazku.Table 2. Composition of the asphalt mixture constituting the subject of the invention.

Składnik Component Opis składnika Ingredient description Udział procentowy składnika w mieszance mineralno-asfaltowej Percentage of the component in the asphalt mix A AND Mieszanka kruszyw wg p. 5.2 WT1 2014 i p. 8.2 WT-2 2014 ο gęstości p_a Mix of aggregates according to p. 5.2 WT1 2014 and p. 8.2 WT-2 2014 ο p _a density 100%- (Bmin¹⁾ a³⁾)-C-D100% - (Bmin ¹⁾ a ³⁾ ) -CD B B Lepiszcze asfaltowe Asphalt binder Bmm^1J OBmm ^1J O C C. Stabilizator (krótko cięte włókna celulozowe o dł. < 5 mm) Stabilizer (short cut cellulose fibers <5 mm) Cref²’ - (1 ,33’ D)Cref ² '- (1,33' D) D D Mieszanka włókien polipropylenowych (włókno A) i bazaltowych (włókno B) w stosunku 1:2 A mixture of polypropylene (A fiber) and basalt (B fiber) fibers in a ratio of 1: 2 0,10%+ 0,15% 0.10% + 0.15% Suma: Sum: A + B + C+ D = 100% A + B + C + D = 100% ¹⁾ zawartość i rodzaj lepiszcza asfaltowego zgodnie z WT-2 2014 ²⁾ zawartość stabilizatora wyznaczona dla mieszanki referencyjnej wytwarzanej metodą na gorąco, nie zawierającej mieszanki włókien polipropylenowych i bazaltowych, zgodnie z WT-2 2014 dla spełnienia wymagań dot. spływności lepiszcza ³⁾ współczynnik a = 2,65 / p_a Uwaga: do lepiszcza dodaje się środek adhezyjny zgodnie z zaleceniami jego producenta (najczęściej 0,3% względem masy lepiszcza asfaltowego) ¹⁾ content and type of asphalt binder in accordance with WT-2 2014 ²⁾ stabilizer content determined for a reference mixture produced by the hot method, not containing a mixture of polypropylene and basalt fibers, in accordance with WT-2 2014 to meet the requirements for binder flow ³⁾ coefficient a = 2.65 / p _a Note: an adhesive is added to the binder in accordance with the recommendations of its manufacturer (most often 0.3% based on the weight of the asphalt binder)

Zastosowanie mieszanki włókien polipropylenowych (włókno A) oraz bazaltowych (włókno B) w proporcji 1:2 (A:B) w składzie mieszanek mineralno-asfaltowych, wytwarzanych w temperaturze 165°C skutkuje nieoczekiwanym wzrostem parametrów technicznych zagęszczonej warstwy nawierzchni w wyniku jedoczesnego wystąpienia (interakcji) następujących efektów:The use of a mixture of polypropylene (A fiber) and basalt (B fiber) fibers in the proportion of 1: 2 (A: B) in the composition of asphalt mixtures produced at 165 ° C results in an unexpected increase in the technical parameters of the compacted pavement layer as a result of the simultaneous occurrence of ( interactions) of the following effects:

- dochodzi do powstania trwałego kompozytu składającego się z częściowo nadtopionych włókien polipropylenowych, włókien bazaltowych, mastyksu oraz kruszywa naturalnego; efekt ten występuje dzięki zastosowaniu lepiszcza w postaci asfaltu spienionego lub zastosowaniu dodatku WMA i obniżeniu temperatury produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej (temperatury kruszywa podawanego do mieszalnika, temperatury lepiszcza podawanego do mieszalnika) do temperatury równej temperaturze topnienia włókien polipropylenowych, integracja włókien polipropylenowych w składzie mastyksu powoduje silne związanie również włókien bazaltowych odpornych na działanie wysokiej temperatury podczas wytwarzania mieszanki mineralno-asfaltowej,- a durable composite is created, consisting of partially melted polypropylene fibers, basalt fibers, mastic and natural aggregate; this effect occurs due to the use of a binder in the form of foamed asphalt or the use of WMA and lowering the production temperature of the asphalt mixture (temperature of the aggregate fed to the mixer, temperature of the binder fed to the mixer) to the temperature equal to the melting point of polypropylene fibers, the integration of polypropylene fibers in the mastic composition causes strong bonding of basalt fibers resistant to high temperatures during the production of asphalt mix,

- włókna polipropylenowe oraz bazaltowe pełnią funkcję zbrojenia rozproszonego, korzystnie wpływającego na zjawisko redystrybucji naprężeń, w efekcie czego obserwuje się zwiększenie wytrzymałości na rozciąganie, wytrzymałości na rozciąganie pośrednie,- polypropylene and basalt fibers act as dispersed reinforcement, positively influencing the phenomenon of stress redistribution, as a result of which an increase in tensile strength and intermediate tensile strength is observed,

PL 240 955 Β1 trwałości zmęczeniowej i odporności na pękanie próbek z mieszanki mineralno-asfaltowej i wykonanej z niej warstwy konstrukcyjnej nawierzchni,PL 240 955 Β1 fatigue life and fracture toughness of asphalt mix samples and the pavement construction layer made of it,

- włókna polipropylenowe oraz bazaltowe związane w mastyksie mieszanek mineralnoasfaltowych stanowią barierę dla propagujących rys i pęknięć wywołanych wielokrotnymi, cyklicznymi zmianami stanu naprężenia w warstwach konstrukcyjnych nawierzchni poddanych oddziaływaniu obciążeń dynamicznych od poruszających się pojazdów,- polypropylene and basalt fibers bound in the mastic of asphalt mixtures constitute a barrier to propagating scratches and cracks caused by multiple, cyclic changes in the stress state in the structural layers of the pavement subjected to dynamic loads from moving vehicles,

- zastosowanie w składzie mieszanki SMA dodatku mieszanki włókien polipropylenowych i bazaltowych pozwala zmniejszyć dozowanie stabilizatora, przy zachowaniu wymaganej spływności lepiszcza asfaltowego.- the use of a mixture of polypropylene and basalt fibers in the composition of the SMA mixture allows to reduce the dosage of the stabilizer, while maintaining the required flow capacity of the asphalt binder.

Jednoczesne wystąpienie powyższych efektów, będących następstwem zastosowania obniżonej temperatury produkcji mieszanki mineralno-asfaltowej oraz mieszanki włókien polipropylenowych oraz bazaltowych w proporcji 1:2 i w sumarycznej ilości od 0,025% do 0,25%, korzystnie od 0,1% do 0,15%, skutkuje wzrostem ponadto trwałości wykonanych z tych mieszanek warstw nawierzchni drogowej jak i całej konstrukcji nawierzchni drogowej. Zastosowanie w nawierzchni drogowej tego wynalazku skutkuje wydłużeniem trwałości zmęczeniowej nawierzchni, zwiększeniem jej odporności na powstawanie spękań zmęczeniowych i termicznych oraz zwiększenia tolerancji nawierzchni na wystąpienie zjawiska lokalnej utraty nośności podłoża.The simultaneous occurrence of the above effects, resulting from the application of a reduced temperature for the production of asphalt mix and a mixture of polypropylene and basalt fibers in the proportion 1: 2 and in a total amount from 0.025% to 0.25%, preferably from 0.1% to 0.15%, it also increases the durability of the road surface layers made of these blends, as well as the entire road surface structure. The use of this invention in the road surface results in extending the fatigue life of the pavement, increasing its resistance to the formation of fatigue and thermal cracks and increasing the tolerance of the pavement to the occurrence of the phenomenon of local loss of the subsoil bearing capacity.

Przykład wykonaniaExecution example

Przygotowano w laboratorium zaroby dwóch mieszanek mineralno-asfaltowych, przeznaczonych do wykonania mastyksu grysowego SMA 8 KR 3+7, o sumarycznej masie składników 100 kg każdy, które oznaczono jako mieszanka MMAi (referencyjna mieszanka mineralno-asfaltowa bez dodatku włókien), mieszanka MMA2 (mieszanka mineralno-asfaltowa zawierająca mieszankę włókien wg opisu wynalazku). W tablicy 3 przedstawiono wagowo udziały poszczególnych składników mieszanek.Two asphalt mixes were prepared in the laboratory, intended for making SMA 8 KR 3 + 7 grit mastic, with a total weight of components of 100 kg each, marked as MMAi mix (reference mineral-asphalt mix without added fibers), MMA2 mix (mix bituminous asphalt containing a mixture of fibers according to the description of the invention). Table 3 shows the weight percentages of the individual components of the blends.

Tablica 3. Skład mieszanek mineralno-asfaltowych przygotowanych w celu oceny wpływu zastosowania wynalazku (mieszanka MMA1 i mieszanka MMA2)Table 3. Composition of asphalt mixtures prepared in order to evaluate the impact of the application of the invention (MMA1 mix and MMA2 mix)

Składnik Component Opis składnika Ingredient description Skład mieszanki mineralno-asfaltowej (kg) Composition of the asphalt mix (kg) MMA1 (referencyjna) MMA1 (reference) MMA2 (objęta zastrzeżeniem patentowym) MMA2 (patent pending) A AND Mieszanka kruszyw 0/8 bazaltowych i granitowych wg p. 5.2 WT-1 2014 i p. 8.2 WT2 2014 0 gęstości p_a = 2,73 Mq/m³ Mixture of 0/8 basalt and granite aggregates according to p. 5.2 WT-1 2014 and p. 8.2 WT2 2014 0 density p _a = 2.73 Mq / m ³ 92,50 92.50 92,55 92.55 Współczynnik a Factor a 0,971 0.971 0,971 0.971 B B Lepiszcze asfaltowe PMB 45/80-55 PMB 45 / 80-55 asphalt binder 7,2 0,971 = 7,0 7.2 0.971 = 7.0 - - Spienione wodą lepiszcze asfaltowe PMB 45/80-55 Water-foamed asphalt binder PMB 45 / 80-55 - - 7,2 -0,971 =7,0 7.2 -0.971 = 7.0 C C. Stabilizator (krótko cięte włókna celulozowe 0 dł. < 5 mm) Stabilizer (short cut cellulose fibers 0 <5 mm long) 0,5 0.5 0,3 0.3 D D Mieszanka włókien polipropylenowych (włókno A) i bazaltowych (włókno B) w stosunku 1:2 A mixture of polypropylene (A fiber) and basalt (B fiber) fibers in a ratio of 1: 2 - - 0,15 0.15 Suma: Sum: 100 100 100 100

Uwaga: do lepiszcza dodano środek adhezyjny (Wetfix BE) zgodnie z zaleceniami jego producenta (0,3% względem masy lepiszcza asfaltowego)Note: an adhesive (Wetfix BE) was added to the binder in accordance with the recommendations of its manufacturer (0.3% based on the weight of the asphalt binder)

W celu wykonania mieszanki MMA1 ogrzewano mieszankę kruszyw bazaltowych i granitowych 0/8 w suszarce laboratoryjnej do osiągnięcia temperatury 180°C a następnie termostatowano ją w tej temperaturze przez kolejne 4 godziny. W tym czasie doprowadzono również lepiszcze asfaltowe doIn order to make the MMA1 mix, the mixture of basalt and granite 0/8 aggregates was heated in a laboratory drier to a temperature of 180 ° C and then thermostated at this temperature for another 4 hours. At that time, the asphalt binder was also brought to

PL 240 955 Β1 temperatury 180°C. Rozgrzaną mieszankę kruszyw przeniesiono do mieszalnika rozgrzanego do temperatury 180°C a następnie dodano 0,5 kg stabilizatora (krótko cięte włókna celulozowe o dł. < 5 mm) i uruchomiono mieszadło. Po 30 sekundach mieszania dodano do mieszanki 7,0 kg gorącego lepiszcza asfaltowego PMB 45/80-55. Po całkowitym otoczeniu mieszanki mineralnej lepiszczem asfaltowym kontynuowano mieszanie przez kolejne 15 sekund, po czym przeniesiono gorącą mieszankę do form stalowych przeznaczonych do zagęszczania próbek. Formy umieszczono w suszarce i termostatowano w temperaturze 135°C przez okres 2 godzin, po czym zagęszczono w nich mieszankę mineralno-asfaltową celem otrzymania próbek do badań.PL 240 955 Β1 temperature 180 ° C. The heated mix of aggregates was transferred to the mixer heated to the temperature of 180 ° C, then 0.5 kg of stabilizer (short cut cellulose fibers <5 mm long) was added and the agitator was started. After 30 seconds of mixing, 7.0 kg of the hot asphalt binder PMB 45 / 80-55 was added to the mixture. After the mineral mix was completely surrounded by the asphalt binder, mixing was continued for another 15 seconds, after which the hot mix was transferred to the steel molds for compaction of the samples. The molds were placed in an oven and thermostated at 135 ° C for 2 hours, after which the asphalt mixture was compacted therein to obtain test specimens.

W celu wykonania mieszanki MMA2 ogrzewano mieszankę kruszyw bazaltowych i granitowych 0/8 w suszarce laboratoryjnej do osiągnięcia temperatury 165°C a następnie termostatowano ją w tej temperaturze przez kolejne 4 godziny. W tym czasie doprowadzono również lepiszcze asfaltowe do temperatury 165°C oraz załadowano je do układu spieniarki laboratoryjnej. Rozgrzaną mieszankę kruszyw przeniesiono do mieszalnika rozgrzanego do temperatury 165°C a następnie dodano 0,3 kg stabilizatora (krótko cięte włókna celulozowe o dł. < 5 mm) i uruchomiono mieszadło. Po 30 sekundach mieszania, dodano do mieszanki 7,0 kg gorącego, spienionego w temperaturze 165°C lepiszcza asfaltowego 35/50. Po całkowitym otoczeniu mieszanki mineralnej lepiszczem asfaltowym, w czasie 30 sekund dodano do mieszalnika 0,15 kg mieszanki włókien A i B w proporcji 1:2 zapewniając równomierne rozprowadzenie włókien w mieszance, po czym kontynuowano mieszanie przez kolejne 15 sekund. Przeniesiono gorącą mieszankę do form przeznaczonych do zagęszczania próbek. Formy umieszczono w suszarce i termostatowano w temperaturze 135°C przez okres 2 godzin, po czym zagęszczono próbki do badań.In order to make the MMA2 mixture, the mixture of basalt and granite 0/8 aggregates was heated in a laboratory dryer to a temperature of 165 ° C and then thermostated at this temperature for another 4 hours. At that time, the asphalt binder was also brought to a temperature of 165 ° C and loaded into the laboratory foaming machine. The heated aggregate mix was transferred to a mixer heated to 165 ° C, then 0.3 kg of stabilizer (short cut cellulose fibers <5 mm) was added and the agitator was started. After 30 seconds of mixing, 7.0 kg of the hot, 165 ° C foamed 35/50 asphalt binder was added to the mix. After the mineral mix was completely surrounded with the asphalt binder, 0.15 kg of the mixture of fibers A and B in a 1: 2 ratio was added to the mixer in 30 seconds to ensure even distribution of the fibers in the mix, followed by mixing for another 15 seconds. The hot mix was transferred to the molds for concentrating the samples. The molds were placed in an oven and thermostated at 135 ° C for 2 hours, after which the test specimens were compacted.

W tablicy 3 przedstawiono wyniki badań właściwości przygotowanej w sposób tradycyjny mieszanki mineralno-asfaltowej MMA1 oraz przygotowanej wg opisu wynalazku mieszanki MMA2. W ocenie wyników zaobserwowano nieoczekiwany, znaczny wzrost wszystkich zmierzonych parametrów technicznych mieszanek mineralno-asfaltowych charakteryzujących się dodatkiem włókien polipropylenowych i bazaltowych wynikający z częściowego roztopienia i integracji włókien polipropylenowych w mastyksie asfaltowym w skutek zastosowania obniżonej temperatury produkcji.Table 3 presents the results of tests of the properties of the MMA1 asphalt mix prepared in a traditional way and the MMA2 mix prepared according to the invention description. In the evaluation of the results, an unexpected, significant increase in all the measured technical parameters of asphalt mixtures characterized by the addition of polypropylene and basalt fibers, resulting from the partial melting and integration of polypropylene fibers in the asphalt mastic as a result of the application of the reduced production temperature, was observed.

Tablica 4. Wyniki badań właściwości mieszanek mineralno-asfaltowych przygotowanych w celu oceny wpływu zastosowania wynalazku (mieszanka MMA1 i mieszanka MMA2)Table 4. Results of tests of the properties of asphalt mixtures prepared in order to evaluate the impact of the application of the invention (MMA1 mix and MMA2 mix)

Parametr Parameter Mieszanka mineralno-asfaltowa Stone-mastic asphalt MMA1 (referencyjna) MMA1 (reference) mma₂ (objęta zastrzeżeniem patentowym)mma ₂ (patent pending) Zawartość wolnych przestrzeni Va The content of voids Va 2,7% 2.7% 2,9% 2.9% Odporność na działanie wody i mrozu ITSR Water and frost resistant ITSR 94% 94% 98% 98% Proporcjonalna głębokość koleiny PRDair Proportional rut depth of the PRDair 7,6% 7.6% 5,1% 5.1% Prędkość przyrostu koleiny WTSair Rut gain speed WTSair 0,14 mm/1000 cykli 0.14 mm / 1000 cycles 0,10 mm/1000 0.10 mm / 1000 Spływność lepiszcza D The run-off of the binder D 0,24% 0.24% 0,19% 0.19% Trwałość zmęczeniowa ae-i30 Fatigue life of the ae-i30 1 250 331 cykli 1,250,331 cycles 1 984 718 cykli 1,984,718 cycles

Zastrzeżenia patentowePatent claims

Claims (6)

1. Sposób wykonania mieszanki mineralno-asfaltowej mastyksowo grysowej (SMA) do budowy nawierzchni drogowej, poprzez wymieszanie materiału ziarnistego w postaci kruszywa naturalnego 92,2% do 93,3%, z lepiszczem asfaltowym z dodatkiem WMA obniżającym temperaturę produkcji (ang. warm mix asphalt additive) lub lepiszczem asfaltowym w formie piany 1. The method of making the asphalt mastic and stone mix (SMA) for the construction of the road pavement, by mixing granular material in the form of natural aggregate 92.2% to 93.3%, with an asphalt binder with the addition of WMA lowering the production temperature (warm mix) asphalt additive) or asphalt binder in the form of foam PL 240 955 B1 w ilości od 6,3% do 7,6% oraz stabilizatorem w postaci krótko ciętych włókien celulozowych o długości < 5 mm, znamienny tym, że temperatura wytwarzania mieszanki mineralno-asfaltowej wynosi 165°C i dodaje się mieszankę włókien polipropylenowych (włókno A) oraz bazaltowych (włókno B) w proporcji 1:2 (A:B) i w sumarycznej ilości od 0,025% do 0,25%, korzystnie od 0,1% do 0,15%, a stabilizator w postaci włókien celulozowych dodawany jest w ilości 0,3%.PL 240 955 B1 in an amount of from 6.3% to 7.6% and a stabilizer in the form of short cut cellulose fibers with a length of <5 mm, characterized in that the asphalt preparation temperature is 165 ° C and a polypropylene fiber blend is added (fiber A) and basalt (fiber B) in the proportion 1: 2 (A: B) and in a total amount from 0.025% to 0.25%, preferably from 0.1% to 0.15%, and the stabilizer in the form of cellulose fibers it is added in an amount of 0.3%. 2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że włókno polipropylenowe ma długość 12 mm, średnicę < 0,05 mm, gęstość 0,85-1,10 Mg/m³, a temperatura topnienia wynosi 160°C 170°C.2. The method according to p. The method of claim 1, wherein the polypropylene fiber has a length of 12 mm, a diameter of <0.05 mm, a density of 0.85-1.10 Mg / ^m3 , and the melting point is 160 ° C 170 ° C. 3. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że włókno bazaltowe ma długość 12 mm, średnicę < 0,03 mm, gęstość 2,55-2,75 Mg/m³, a temperatura topnienia jest większa niż 250°C.3. The method according to p. The process of claim 1, wherein the basalt fiber has a length of 12 mm, a diameter of <0.03 mm, a density of 2.55-2.75 Mg / ^m3 , and the melting point is greater than 250 ° C. 4. Mieszanka mineralno-asfaltowa mastyksowo grysowa (SMA) do budowy nawierzchni drogowej, zawierająca kruszywa naturalne w ilości od 92,2% do 93,3% oraz lepiszcze asfaltowe z dodatkiem WMA obniżającym temperaturę produkcji (ang. warm mix asphalt additive) lub lepiszcze asfaltowe w formie piany w ilości 6,3% do 7,6% oraz stabilizator w postaci krótko ciętych włókien celulozowych o długości < 5 mm, znamienna tym, że jest wytwarzana w temperaturze 165°C i dodaje się do niej mieszankę włókien polipropylenowych (włókno A) oraz bazaltowych (włókno B) w proporcji 1:2 (A:B) iw sumarycznej ilości od 0,025% do 0,25%, korzystnie od 0,1% do 0,15%, a stabilizator w postaci włókien celulozowych dodawan y jest w ilości 0,3%.4.Mastic and grit stone-mastic asphalt (SMA) for road pavement construction, containing natural aggregates in the amount of 92.2% to 93.3% and asphalt binder with WMA lowering the production temperature (warm mix asphalt additive) or binder asphalt in the form of foam in the amount of 6.3% to 7.6% and stabilizer in the form of short cut cellulose fibers <5 mm in length, characterized in that it is produced at a temperature of 165 ° C and a mixture of polypropylene fibers (fiber A) and basalt (fiber B) in the proportion 1: 2 (A: B) and in a total amount from 0.025% to 0.25%, preferably from 0.1% to 0.15%, and the stabilizer in the form of cellulose fibers is added is in the amount of 0.3%. 5. Mieszanka, według zastrz. 1, znamienna tym, że włókno polipropylenowe ma długość 12 mm, średnicę < 0,05 mm, gęstość 0,85-1,10 Mg/m³, a temperatura topnienia wynosi 160°C 170°C.5. A mixture according to claim The method of claim 1, wherein the polypropylene fiber has a length of 12 mm, a diameter of <0.05 mm, a density of 0.85-1.10 Mg / ^m3 , and the melting point is 160 ° C 170 ° C. 6. Mieszanka, według zastrz. 1, znamienna tym, że włókno bazaltowe ma długość 12 mm, średnicę < 0,03 mm, gęstość 2,55-2,75 Mg/m³, a temperatura topnienia jest większa niż 250°C.6. A mixture according to claim The method of claim 1, wherein the basalt fiber has a length of 12 mm, a diameter of <0.03 mm, a density of 2.55-2.75 Mg / ^m3 , and the melting point is greater than 250 ° C.