Nový produkt pro zvýšení životnosti a odolnosti asfaltů proti působícím podmínkám okolního prostředí.
1. Úvod
Únava způsobená zátěží a vznik trhlin je společně s teplotním vlivem jeden z nejvýznamnějších
činitelů negativně ovlivňující flexibilitu povrchu vozovky. Cyklické, vysoce dynamické zatěžování,
způsobené dopravní zátěží vozovky, která podléhá různým mechanizmům způsobeným vahou
vozidla, akcelerací, nerovnostmi terénu atd., vede k možné ztrátě stability vozovky a tvorbě
mikrotrhlin s jejich následným šířením a k možné destrukci povrchu vozovky. Konstantní nárůst počtu
vozidel na vozovkách a požadavek na zvýšení bezpečnosti jsou důvody pro vývoj a stavbu vozovek
s vyšší životností a bezpečností v závislosti na různém druhu zatěžování. Dalším dobře známým
faktem je, že vozovky podléhají velmi často poškození způsobeným vlivem povětrnostních podmínek
a zejména vlivem vody. Toto se projevuje hlavně zvýšeným oděrem vozovky a vydrolováním větších
aglomerátů povrchu, čímž vozovka ztrácí svoji stabilitu a funkčnost.
Nový materiál by měl představovat řešení s vyššími pevnostními vlastnostmi vozovky, zvýšenou
odolností proti ztrátě adheze mezi pojivem vozovky a tím taktéž mezi vozovkou a pneumatikou
vozidla. Jednou z nejúčinnějších možností jak zvýšit strukturní pevnost a adhezní vlastnosti vozovky je
modifikace asfaltu aktivními pojivy. Pojivy modifikované asfalty mohou dosáhnout vyšší odolnosti
proti dynamické únavě materiálu, zvýšené životnosti a lepších adhezních vlastností. Tento nový
produkt bude taktéž vykazovat zvýšenou odolnost proti vlivům povětrnostních podmínek a proti
vlivům okolního prostředí (teplota, voda, mráz, atd.).
2. Popis směsi aktivního gumového prachu s termoplastem
Nový typ asfaltu je modifikován pojivy na bázi směsí aktivního gumového prachu (elastomerního
mikro granulátu) s termoplastem. Ve směsi je obsažen pro tyto účely speciálně vyrobený aktivní
gumový prach (AGP), který je míchán s termoplastickým granulátem a dalšími aktivními přísadami
pro zvýšení adhezních účinků pojiva, kontaktního místa povrchu vozovky s pneumatikou a zvýšení
mechanických vlastností vozovky. Směs je vyráběna v podobě granulátu o velikosti cca 4 mm.
Granulát je vyobrazen v Obr. 1.
Granulát směsi aktivního gumového prachu
s termoplastem
Obr 1: Granulát směsi aktivního gumového prachu s termoplastem připravený pro modifikaci asfaltu
1
Složení granulátu směsi aktivního gumového prachu s termoplastem je detailně vyobrazeno v Obr. 2.
Složení granulátu je následující:
-
AKTIVNÍ GUMOVÝ PRACH (AGP)
TERMOPLAST
ADHEZNÍ ČINITEL
ČINITEL PRO SNÍŽENÍ VISKOZITY
Obr 2: Schématické znázornění směsi aktivního gumového prachu s termoplastem s detailním vyobrazením uspořádání částice AGP,
termoplastu a ostatních činitelů.
AKTIVNÍ GUMOVÝ PRACH (AGP)
AGP je základním materiálem pro směsi aktivního gumového prachu s termoplastem, který je vyvinut
a exklusivně vyráběn firmou Gumoeko. Obsah AGP ve směsi dosahuje množství až 80% z celkového
objemu materiálu.
Právě AGP zajišťuje díky své elasticitě vyšší životnost a odolnost materiálu proti tvorbě trhlin a proti
vlivům působících okolních podmínek.
Společnost Gumoeko vyrábí AGP nejvyšší kvality a zajišťuje tuto vysokou úroveň managementem
kvality přímo ve výrobě. Pouze AGP dosahující těch nejvyšších mechanických vlastností je využíván
pro produkci směsi aktivního gumového prachu s termoplastem. Vysoké mechanické vlastnosti částic
AGP jsou založeny na velkém specifickém povrchu částic a tím na jejich zvýšené aktivitě povrchu a
schopnosti se vázat. AGP je vyráběn z ojetých či z výroby vyřazených pneumatik.
2
Pneumatiky jsou složeny z částí, které obsahují různé materiály a kaučukovou bázi:
-
-
Kaučuk je nejdůležitějším prvkem:
o Přírodní kaučuk – NR
o Syntetický kaučuk - SBR
o Polybutadienový kaučuk - BR
Zodpovědný za “elasticitu”
Chemikálie a specifické funkční prvky:
o Olej, změkčovadla, vulkanizační činitele …
o Saze, anti-UV, anti-degradační prvky …
V kompozici pneumatiky pro osobní a nákladní automobily se vyskytují drobné, ale zásadní rozdíly, a
to v množství obsahu jednotlivých kaučuků. Ačkoliv celkové množství kaučuku je u obou druhů
pneumatik shodné, je v pneumatikách nákladních automobilů procentuálně obsaženo větší množství
přírodního kaučuku oproti pneumatikám osobních automobilů, kde převažuje kaučuk syntetický.
Přírodní kaučuk vykazuje vyšší mechanické vlastnosti, a proto je využíván převážně pro pneumatiky
nákladních automobilů, které jsou vystavovány vyššímu zatížení.
Je známo, že asfalty modifikované různými druhy kaučuku vykazují odchylnosti v mechanických
vlastnostech, a proto je nezbytné zajistit modifikaci asfaltových směsí kvalitním kaučukem s přesně
definovaným složením tak, aby nedocházelo k odchylkám ve vlastnostech výsledného produktu.
S ohledem na tuto skutečnost produkuje firma Gumoeko AGP neustále s dohledem nad jeho
složením a je tak zajištěna konstantní homogenita polymerního obsahu ve směsi. Společnost
Gumoeko vyvinula dva speciální typy AGP pro využití ve směsích aktivního gumového prachu
s termoplastem jako pojivo v asfaltu. Složení těchto dvou druhů AGP je založeno na aktivním prachu
z pneumatik nákladních a osobních automobilů a je sestaveno v Tabulce 1.
Tabulka 1: Složení AGP
[%]
Přírodní kaučuk
Syntetický kaučuk
Saze
Popelovina
Acetonový extrakt
Normy
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
ASTM E 1131
ASTM E 1131
ASTM E 1131
ASTM D297-18
ASTM D297-18
Nákladní pneu.
AGP 8 TT
37,83
18,65
28,82
7,15
7,55
Osobní pneu.
AGP 8 PCT
24,32
27,13
28,20
8,01
12,34
TERMOPLAST
Běžně využívaná metoda produkce asfaltů modifikovaných pryží je založena na reakci asfaltu
s pryžovým granulátem či prachem a ostatními aditivy, pokud jsou specifikovány. Asfalt se poté
modifikuje pryžovým granulátem či prachem spolu s aditivy procesem míchání za teplot do 190°C.
V běžném procesu míchání nastává problém, že se pryžový prach usazuje na dně míchacího prostoru
a asfalt vykazuje silné nehomogenity promísení materiálu. Tímto ztrácí klasická modifikace na své
účinnosti a vlastnosti gumového prachu nemohou být využity.
Termoplastický materiál v novém produktu směsi aktivního gumového prachu s termoplastem vytváří
kolem částice AGP a ostatních aditiv obal, který má bod tavení až při vyšších teplotách. Tento obal je
pak v procesu míchání postupně roztaven a v proudnicích směru míchání neustále unáší jak částice
AGP tak ostatní aditiva a tím je dokonale homogenně míchá s asfaltem tak, že nedochází k žádnému
usazování. Materiál pak v celém svém objemu dosahuje homogenních vlastností.
3
ADHEZNÍ ČINITEL
Velmi důležitou součástí směsi aktivního gumového prachu s termoplastem je adhezní činitel, který
zajišťuje zvýšenou odolnost proti ztrátě adheze mezi pojivem vozovky a tím i mezi vozovkou
a pneumatikou vozidla.
Adhezní činitel vytváří silnou chemickou vazbu mezi asfaltem a ostatními agregáty jak AGP, tak živic.
Tím jsou tato spojení odolná proti působícím vnějším silám a okolním podmínkám, zejména vlivu
působení vody. Náklady na aplikaci tohoto adhezního činitele jsou v porovnání s celkovými náklady
na konstrukci vozovky a koeficientu prodloužení její životnosti zanedbatelné.
Směsi aktivního gumového prachu s termoplastem jako jediné na trhu obsahují již tento adhezní
činitel a není nutné je tedy přidávat v dalším procesu výroby asfaltu!
ČINITEL PRO SNÍŽENÍ VISKOZITY
Společnost Gumoeko aplikuje do svých směsí aktivního gumového prachu s termoplastem aditivum
pro snížení viskozity při procesu zpracování asfaltových směsí. Tím se zefektivní a usnadní výroba a
sníží se náklady na výrobu vozovek.
Činitel dosahuje bodu tání při 100°C a značně snižuje viskozitu materiálu modifikovaného asfaltu.
Činitel zvyšuje odolnost materiálu proti vlivu teplotních podmínek a taktéž zvyšuje odolnost proti
působení teplot pod bodem mrazu. Činitel je kompletně rozpustitelný při teplotě 140°C.
3. Experimentální charakterizace asfaltu modifikovaného směsí aktivního
gumového prachu s termoplastem
Byla provedena napěťová relaxační analýza pomocí Dynamic Shear Rheometru (DSR) ke stanovení
charakteristiky vlivu nízkých teplot na modifikované asfalty v porovnání s asfalty klasickými,
nemodifikovanými. Pro analýzu byly vyrobeny a charakterizovány následující dva materiály:
 Asfalt modifikovaný 15% směsí aktivního gumového prachu s termoplastem vyráběným
firmou Gumoeko CGA a
 klasický nemodifikovaný asfalt 50/70.
Analýza napěťové relaxace pomocí DSR stanoví schopnost materiálu eliminovat napětí v systému a
zobrazuje kvalitu propojení jednotlivých prvků v kontextu celého systému směsi. Schopnost asfaltu
rychle absorbovat vyvozené napětí je závažný faktor, který popisuje odolnost výsledného produktu
proti vzniku trhlin v asfaltu.
Napěťová analýza byla provedena pro teploty 0 °C a -10 °C, přičemž doba zatížení činila 60s a doba
relaxace 15 minut.
Obr. 3 zobrazuje vývoj napětí sledovaných materiálů po dobu zatížení i relaxace, přičemž je
jednoznačně patrné, že asfalt modifikovaný 15% směsí aktivního gumového prachu s termoplastem
(Gumoeko) dosahuje pro obě teploty vyšších hodnot napětí, než klasický nemodifikovaný materiál.
Tento fakt dokazuje zvýšenou soudržnost asfaltu modifikovaného směsí aktivního gumového prachu
s termoplastem a tím vyšší odolnost proti zatěžujícím podmínkám.
4
200 000
Napětí [Pa]
150 000
Zvýšený účinek pojiva a vyšší
odolnost proti tvorbě trhlin
100 000
50 000
0
0
100
200
300
400
500
Čas [s]
600
700
800
900
15 % crumb rubber Gumoeko (0 °C)
15 % crumb rubber Gumoeko (-10 °C)
0 % crumb rubber (0 °C)
0 % crumb rubber (-10 °C)
Obr. 3. Napěťová relaxační analýza modifikovaného asfaltu směsí aktivního gumového prachu s termoplastem v porovnání
s nemodifikovaným klasickým materiálem
Obr. 4 ukazuje závislost reziduálního napětí na teplotě během relaxačního času 15 minut pro oba
druhy analyzovaných materiálů. Z diagramu je patrný silnější vliv tuhosti na teplotu v případě
nemodifikovaného klasického materiálu, neboť tato relaxační křivka strměji klesá než křivka
materiálu modifikovaného směsí aktivního gumového prachu s termoplastem. Opět je zde patrné
vyšší napětí asfaltu modifikovaného směsí aktivního gumového prachu s termoplastem v porovnání s
klasickým nemodifikovaným materiálem.
75
Zvýšený účinek pojiva a vyšší
odolnost proti tvorbě trhlin
Reziduální napětí [%]
70
65
60
55
50
45
40
-10
-9
-8
-7
-6
-5
Teplota [°C]
15 % crumb rubber Gumoeko
-4
-3
-2
-1
0
0 % crumb rubber
Obr. 4. Závislost poklesu napětí během relaxace na teplotě
Výsledky jednoznačně dokazují, že asfalt modifikovaný směsí aktivního gumového prachu
s termoplastem GUMOEKO CGA180 má vyšší odolnost proti zatěžujícím podmínkám a tvorbě
trhlin!
5
4. Výhody
používání
směsi
s termoplastem v asfaltech
aktivního
gumového
prachu
Excelentní anti-degradační vlastnosti:
-
Redukce/eliminace oxidativních a ozónových vlivů;
Vodě a vzduchu nepropustné;
Zvýšená odolnost proti infiltraci vody ve struktuře.
Optimální mechanické vlastnosti vozovky za vysokých i nízkých teplot:
-
Vysoká viskozita při vysokých teplotách (excelentní odolnost proti deformaci);
Excelentní flexibilita/elasticita za nízkých teplot (odolnost proti vzniku a šíření trhlin);
Zvýšená odolnost proti cyklickému zatěžování;
Prodloužení životnosti vozovky.
Redukce hluku:
-
Studiemi bylo prokázáno, že implementací pryže do asfaltu lze redukovat emise hluku až o 4 – 8
dB(A).
Zvýšení bezpečnosti provozu:
-
Zvýšená adheze povrchu vozovky zajišťuje stabilitu vozidla na vozovce, při akceleracích a snižuje
brzdnou dráhu.
5. Závěr
Díky modifikaci asfaltu směsí aktivního gumového prachu s termoplastem
lze vyrobit ojedinělý povrch vozovky. Tento povrch je vysoce rezistentní proti všem vlivům působícím
na vozovku rolující pneumatikou, a to s ohledem na nejnáročnější podmínky provozu na
komunikacích. To vše nezávisle na zeměpisné poloze.
Další informace můžete získat na webových stránkách společnosti GUMOEKO:
www.gumoeko.cz
GUMOEKO, s.r.o.
adresa: Ringhofferova 115/1
155 21 Praha 5
Czech Republic
e-mail:
telefon:
mobil:
[email protected]
+420 234 252 925
+420 775 222 544
6
Download

1. Úvod 2. Popis směsi aktivního gumového prachu s termoplastem