OPIS ASFALTÓW WYSOKOMODYFIKOWANYCH ORBITON HIMA

Istotą modyfikacji asfaltu polimerami jest wytworzenie wewnętrznej sieci polimerowej, dzięki której w znaczący sposób zmieniają się właściwości użytkowe lepiszcza. Gęstość usieciowania elastomeru SBS w danym lepiszczu asfaltowym zależna jest od zawartości polimeru, jego rodzaju oraz sposobie wprowadzenia go do asfaltu bazowego. W dotychczasowych metodach modyfikacji, w których stosowano polimery o klasycznej budowie, wprowadzenie dużych ilości elastomeru SBS do asfaltu wiązało się z drastycznym wzrostem lepkości takiej mieszaniny i trudnościami aplikacyjnymi na budowie.
Wymienione ograniczenia koncepcji stosowania asfaltów modyfikowanych były wyzwaniem, ponieważ powszechna była świadomość, że im wyższa modyfikacja tym lepsze właściwości funkcjonalne lepiszcza, a w konsekwencji – lepsze właściwości mieszanki mineralno-asfaltowej. Szczególnie istotne jest przekroczenie granicy zawartości polimeru SBS, po której faza polimerowa staje się fazą ciągłą. Odwrócenie faz prowadzi do sytuacji, w której to sieć polimerowa zajmuje w lepiszczu większą objętość niż asfalt bazowy użyty do modyfikacji.

Asfalty wysokomodyfikowane ORBIOTN HiMA zawierają specjalny rodzaj polimeru SBS, dzięki czemu możliwe jest odwrócenie faz podczas procesu modyfikacji.

Kluczem do zrozumienia sposobu działania asfaltów wysokomodyfikowanych ORBITON HiMA jest zatem akceptacja faktu, że w HiMA to polimer nadaje kluczowe cechy lepiszczu, a nie asfalt bazowy.
ORBITON HiMA jest lepiszczem o odwróconej fazie polimerowo-asfaltowej, rys 1.

Prace badawcze, wdrożeniowe i aplikacyjne wykazały, że asfalty wysokomodyfikowanye są produktami o ponadstandardowych właściwościach funkcjonalnych. Charakteryzują się między innymi bardzo dobrą odpornością na koleinowanie, działanie wody i mrozu, znakomitą wytrzymałością zmęczeniową oraz odpornością na pękanie.

W sensie strukturalnym warstwy z HiMA zachowują bardzo dużą tolerancję na zwiększenie odkształceń rozciągających (tzw. zmęczeniowych), co potencjalnie umożliwia zmniejszenie grubości pakietu warstw asfaltowych w nawierzchni. Prowadzone od 2009 r. badania w pełnej skali na torze doświadczalnym w USA (NCAT Pavement Test Track) wykazały, że nawierzchnia o zmniejszonej grubości zaprojektowana z zastosowaniem asfaltu wysokomodyfikowanego jest niezwykle odporna na koleinowanie oraz pękanie zmęczeniowe.
rozwińzwiń
przesuń w dół

ZASTOSOWANIE ASFALTÓW WYSOKOMODYFIKOWANYCH ORBITON HIMA

trwałość
Rys. 2. Proponowane zastosowanie asfaltów wysokomodyfikowanych ORBITON HiMA w klasycznej konstrukcji nawierzchni podatnej (uwaga: mieszanki MA do stosowania w rozwiązaniach specjalnych i na obiektach inżynierskich) [opracowanie własne]
Główną ideą stosowania asfaltów wysokomodyfikowanych polimerami HiMA, jest przeciwdziałanie spękaniom nawierzchni, deformacjom trwałym (koleinom) oraz zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej warstw asfaltowych. Dzięki zastosowaniu w procesie produkcji asfaltu znacznie większych ilości specjalnego elastomeru SBS, osiąga się ponadstandardowe właściwości lepiszcza zarówno w wysokich jak i w niskich temperaturach.

Dzięki swoim ponadstandardowym właściwościom, asfalty wysokomodyfikowane ORBITON HiMA, są szczególnie dedykowane do zastosowań wymagających bardzo dużej trwałości, takich jak:
  • nawierzchnie asfaltowe poddawane bardzo dużym naprężeniom i odkształceniom,
  • warstwy o dużej odporności na niskie temperatury,
  • cienkie i ultra-cienkie warstwy ścieralne,
  • podbudowy asfaltowe o bardzo dużej trwałości zmęczeniowej.


Asfalty wysokomodyfikowane stosuje się również w nawierzchniach długowiecznych typu perpetual pavements, w których ostatnia dolna warstwa asfaltowa charakteryzuje się bardzo dużą elastycznością i wytrzymałością zmęczeniową. Wykorzystanie ORBITON HiMA w tej specjalnej warstwie przeciwzmęczeniowej pozwala osiągnąć bardzo długi cykl życia nawierzchni. Prawidłowo zaprojektowane mieszanki mineralno-asfaltowe z użyciem asfaltów wysokomodyfikowanych gwarantują osiągnięcie znacznie lepszych właściwości w porównaniu z ich odpowiednikami o podobnej twardości (asfalty modyfikowane i drogowe).

Wybierając przeznaczenie asfaltów wysokomodyfikowanych ORBITON HiMA w konstrukcji nawierzchni podatnej można sugerować się wskazówkami zamieszczonymi na rys. 2.
W tabelach 1 i 2 przedstawiono proponowany zakres stosowania asfaltów wysokomodyfikowanych do budowy nawierzchni drogowych i mostowych w Polsce na podstawie doświadczeń ORLEN Asfalt.
Tabela 1. Proponowany zakres zastosowania asfaltów wysokomodyfikowanych w zależności od warstwy w nawierzchni drogowej i kategorii obciążenia ruchem drogowym
Warstwa Kategoria ruchu
KR1÷KR2 KR3÷KR4 KR5÷KR7
Podbudowa ORBITON 65/105-80 HiMA ORBITON 45/80-80 HiMA
ORBITON 65/105-80 HiMA
ORBITON 25/55-80 HiMA a)
ORBITON 45/80-80 HiMA
ORBITON 65/105-80 HiMAb)
Wiążąca ORBITON 65/105-80 HiMA ORBITON 45/80-80 HiMA
ORBITON 65/105-80 HiMA
ORBITON 25/55-80 HiMA a)
ORBITON 45/80-80 HiMA
Ścieralna ORBITON 65/105-80 HiMA ORBITON 45/80-80 HiMA ORBITON 65/105-80 HiMA ORBITON 45/80-80 HiMA
ORBITON 65/105-80 HiMA
a) Tylko do zastosowań specjalnych o wyjątkowo dużej odporności na koleinowanie
b) Tylko do warstw przeciwzmęczeniowych AF
Tabela 2. Proponowany zakres zastosowania asfaltów wysokomodyfikowanych w zależności od warstwy w nawierzchni mostowej
Warstwa Zalecenie
Wiążąca ORBITON 45/80-80 HiMA
ORBITON 65/105-80 HiMA
Ścieralna ORBITON 45/80-80 HiMA
ORBITON 65/105-80 HiMA
rozwińzwiń
przesuń w dół

WŁAŚCIOWŚCI I ZASTOSOWANIE POSZCZEGÓLNYCH RODZAJÓW ASFALTÓW WYSOKOMODYFIKOWANYCH

ORBITON 25/55-80 HiMA (tzw. „twarda HiMA”) przeznaczony jest do warstw specjalnych wymagających nadzwyczajnej odporności na odkształcenia (stanowiska postojowe ciężkich pojazdów, terminale kontenerowe itp.) oraz w miejscach występowania bardzo ciężkiego ruchu powolnego. Ze względu na dużą twardość tego lepiszcza należy stosować go wyłącznie w uzasadnionych przypadkach, pamiętając o odpowiednich warunkach na budowie. Należy wyraźnie podkreślić, że ORBITON 25/55-80 HiMA nie jest przeznaczony do mieszanek asfaltowych o wysokim module sztywności typu AC WMS/EME/HMB/HMAC. W typowych konstrukcjach nawierzchni zaleca się stosowanie ORBITON 45/80-80 HiMA zamiast ORBITON 25/55-80 HiMA.

Wyniki kontroli laboratoryjnej asfaltu wysokomodyfikowanego ORBITON 25/55-80 HiMA, wraz z elementami statystyki przedstawiono w tabeli 3.
Tabela 3. Wymagania oraz właściwości asfaltu wysokomodyfikowanego ORBITON 25/55-80 HiMA (wyniki badań ORLEN Laboratorium Sp. z o.o., akredytacja PCA nr AB 484)
Właściwość Metoda badania Jednostka Wymaganie Średnia Odchylenie standardowe Przedział typowy Mediana Wartość
min – max
Penetracja w 25°C EN 1426 0,1 mm 25-55 47,6 3,6 44,0 ÷ 51,2 48,0 34 ÷ 55
Temperatura mięknienia EN 1427 °C ≥80 93,3 3,8 89,5 ÷ 97,1 94,0 82,2 ÷ 99,5
Kohezja Siła rozciągania metoda z duktylometrem (rozciąganie 50 mm/min) EN 13703 J/cm2 ≥0,5
(w 15°C)
3,7 1,0 2,7  ÷ 4,7 3,5 2,4  ÷ 5,3
Odporność na starzenie Zmiana masy* EN 12607-1 % ≤0,5 0,05 0,06 -0,01 ÷ 0,11 0,09 -0,03 ÷ 0,12
Pozostała penetracja % ≥60 77,5 5,3 72,2 ÷ 82,8 80,0 70 ÷ 83
Wzrost/spadek temperatury mięknienia °C ≤8 2,5 1,0 1,5 ÷ 3,5 2,8 1,0 ÷ 4,0
Temperatura łamliwości EN 12593 °C ≤-15 -19,8 1,6 -21,4 ÷ -18,2 -20 -23 ÷ -17
Nawrót sprężysty w 25°C EN 13398 % ≥80 92 3,1 88,9 ÷ 95,1 92,0 83 ÷ 96
Nawrót sprężysty w 25°C po badaniu wg EN 12607-1 EN 13398 % ≥60 87,5 3,1 84,4 ÷ 90,6 88,0 84 ÷ 93
*  zmiana masy może być wartością dodatnią lub ujemną
przesuń w dół
ORBITON 45/80-80 HiMA (tzw. „średnia HiMA”) przeznaczony jest do wszystkich warstw asfaltowych nawierzchni podatnych. Jest to lepiszcze uniwersalne, pozwalające wykonywać warstwy asfaltowe o wysokiej trwałości zmęczeniowej i jednocześnie wysokiej odporności na koleinowanie. Z tego względu może być także składnikiem warstw przeciwzmęczeniowych AF w koncepcji perpetual pavements, jak również warstw nawierzchni poddawanych bardzo dużym obciążeniom.

Wyniki kontroli laboratoryjnej asfaltu wysokomodyfikowanego ORBITON 45/80-80 HiMA, wraz z elementami statystyki przedstawiono w tabeli 4.
Tabela 4. Wymagania oraz właściwości asfaltu wysokomodyfikowanego ORBITON 45/80-80 HiMA (wyniki badań ORLEN Laboratorium Sp. z o.o., akredytacja PCA nr AB 484)
Właściwość Metoda badania Jednostka Wymaganie Średnia Odchylenie standardowe Przedział typowy Mediana Wartość
min – max
Penetracja w 25°C EN 1426 0,1 mm 45-80 70,5 4,7 65,8 ÷ 75,2 70 59 ÷ 78
Temperatura mięknienia EN 1427 °C ≥80 92,6 3,4 89,2 ÷ 96,0 93 80,5 ÷ 99,0
Kohezja Siła rozciągania metoda z duktylometrem (rozciąganie 50 mm/min) EN 13703 J/cm2 ≥2,0
(w 10°C)
3,8 1,2 2,6  ÷ 5,0 3,3 2,6  ÷ 5,6
Odporność na starzenie Zmiana masy* EN 12607-1 % ≤0,5 0,02 0,06 -0,04 ÷ 0,08 0,03 -0,08 ÷ 0,09
Pozostała penetracja % ≥60 77,2 5,3 71,9 ÷ 82,5 76 70 ÷ 86
Wzrost/spadek temperatury mięknienia °C ≤8 2,9 2,1 0,8 ÷ 5,0 3,5 0,0 ÷ 5,0
Temperatura łamliwości EN 12593 °C ≤-18 -20,7 1,2 -21,9 ÷ -19,5 -20 -23 ÷ -18
Nawrót sprężysty w 25°C EN 13398 % ≥80 94 3,9 90,1 ÷ 97,9 95 80 ÷ 98
Nawrót sprężysty w 25°C po badaniu wg EN 12607-1 EN 13398 % ≥60 91,5 2,8 88,7 ÷ 94,3 92 86 ÷ 94
*  zmiana masy może być wartością dodatnią lub ujemną
przesuń w dół
ORBITON 65/105-80 HiMA (tzw. „miękka HiMA”) przeznaczony jest głównie do warstw ścieralnych z BBTM, AUTL, PA, SMA, technologii specjalnych np. warstw SAMI (skropienia „na gorąco”). Innym zastosowaniem tego lepiszcza jest wytwarzanie emulsji bitumicznych przeznaczonych do slurry seal lub powierzchniowych utrwaleń. ORBITON 65/105-80 HiMA może być również stosowany w miejscach wymagających dużej szczelności i jednocześnie elastyczności, np.: do asfaltów lanych (Mastic Asphalt). W szczególnych przypadkach może być także stosowany do warstw przeciwzmęczeniowych AF w koncepcji perpetual pavements (przy poprawnym przyjęciu relacji sztywności warstwy AF i następnej warstwy asfaltowej).

Wyniki kontroli laboratoryjnej asfaltu wysokomodyfikowanego ORBITON 65/105-80 HiMA, wraz z elementami statystyki przedstawiono w tabeli 5.
Tabela 5. Wymagania oraz właściwości asfaltu wysokomodyfikowanego ORBITON 65/105-80 HiMA (wyniki badań ORLEN Laboratorium Sp. z o.o., akredytacja PCA nr AB 484)
Właściwość Metoda badania Jednostka Wymaganie Średnia Odchylenie standardowe Przedział typowy Mediana Wartość
min – max
Penetracja w 25°C EN 1426 0,1 mm 65-105 90,5 4,9 85,6 ÷ 95,4 91 87 ÷ 94
Temperatura mięknienia EN 1427 °C ≥80 91 1,6 89,4 ÷ 92,6 91,4 88,5 ÷ 93,0
Kohezja Siła rozciągania metoda z duktylometrem (rozciąganie 50 mm/min) EN 13703 J/cm2 ≥1,0
(w 5°C)
4,5 1,6 2,9  ÷ 6,1 4,9 2,1 ÷ 6,4
Odporność na starzenie Zmiana masy* EN 12607-1 % ≤0,5 0,06 0,01 0,05 ÷ 0,07 0,06 0,05 ÷ 0,08
Pozostała penetracja % ≥60 81,8 9,0 72,8 ÷ 90,8 84 69 ÷ 96
Wzrost/spadek temperatury mięknienia °C ≤8 1,3 2,2 -0,9 ÷ 3,5 2,0 -3,8 ÷ 3,0
Temperatura łamliwości EN 12593 °C ≤-18 -20,1 0,6 -20,7 ÷ -19,5 -20 -21 ÷ -19
Nawrót sprężysty w 25°C EN 13398 % ≥80 95,3 2,7 92,6 ÷ 98,0 95 92 ÷ 100
Nawrót sprężysty w 25°C po badaniu wg EN 12607-1 EN 13398 % ≥70 94,5 2,8 91,7 ÷ 97,3 95 90 ÷ 99
*  zmiana masy może być wartością dodatnią lub ujemną

kontakt

ORLEN Asfalt Sp. z o.o.
ul. Łukasiewicza 39
09-400 Płock
tel.: (+48) 24 256 98 74
fax: (+48) 24 367 91 09
e-mail: asfalt@orlen-asfalt.pl
www.orlen-asfalt.pl
Dział Badań i Rozwoju ORLEN Asfalt
tel.: +48 24 256 99 31
krzysztof.blazejowski@orlen.pl
doradztwo.technologiczne@orlen-asfalt.pl