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
