Optimalizácia pridávania prírodného zeolitu do nízkoteplotných asfaltových zmesí

ÚVOD
Nízkoteplotné asfaltové zmesi (NTAZ) sa v posledných desaťročiach stávajú čoraz častejšie používané pre ich výhody. Ide o ekonomické, environmentálne a výrobné výhody. NTAZ sa vyrábajú pri teplotách 100 – 140 °C, čo je asi o 30 – 40 % nižšia teplota ako u konvenčných horúcich asfaltových zmesí. Použitím rôznych technológií na zníženie výrobnej teploty asfaltových zmesí sa dá dospieť k porovnateľným fyzikálno-mechanickým vlastnostiam aké má referenčná zmes. Vplyvom zníženia výrobnej teploty sa dá očakávať so zvýšením medzerovitosti asfaltových skúšobných telies.

KONŠTRUKCIA VOZOVKY
Vozovka je viacvrstvová konštrukcia postavená z cestných stavebných materiálov na povrchu cestného telesa alebo inej stavebnej konštrukcie tak, aby jej dimenzie a vlastnosti umožnili rýchlu, bezpečnú, pohodlnú a hospodárnu jazdu motorových vozidiel. Skladba konštrukcie cestnej vozovky je obvykle taká, že má:

• kryt (obrusná a ložná vrstva),
• podklad (horná a spodná podkladná vrstva),
• ochrannú vrstvu.

Tak kryt, ako aj ostatné vrstvy môžu byť delené, teda pozostávajú z dvoch a niekedy aj z troch vrstiev. Skladba vozovky a pomenovanie vrstiev je na obrázku 1.

PRÍRODNÝ ZEOLIT
Zeolit je kryštalický hydratovaný alumosilikát alkalických kovov a kovov alkalických zemín. Jedinečnosť zeolitu spočíva v tom, že priestorové usporiadanie atómov vytvára kanáliky a dutiny konštantných rozmerov. V týchto kanálikoch sa môžu zachytávať látky tuhého, kvapalného a plynného skupenstva. Takto sa vytvára charakteristická priestorová konštrukcia so značným výskytom dutín, pospájaných do kanálikov, v ktorých sú uložené katióny kovov, alebo molekuly vody. Celkový objem týchto dutých priestorov je 24 – 32 %.

Rozsiahle možnosti využitia zeolitov vyplývajú predovšetkým z týchto špecifických fyzikálno-mechanických vlastností:

• vysoká iónová výmena a selektivita,
• reverzibilná hydratácia a dehydratácia,
• vysoká schopnosť sorpcie plynov,
• vysoká termostabilita,
• odolnosť voči agresívnym médiám.

Pre experimentálne meranie sa použil prírodný zeolit z lokality Nižný Hrabovec. Produkt firmy Zeocem a. s. s označením ZeoCem 200 má nasledovné chemické zloženie (viď tabuľka 1). Vlhkosť pridávaného zeolitu bola 6,3 %.

Tab. 1 – Chemické zloženie prírodného zeolitu

NÁVRH A ANALÝZA ZMESI
Experiment spočíval v návrhu nízkoteplotnej asfaltovej zmesi pre podkladnú vrstvu konštrukcie vozovky. Pre každú zmes sa navrhli iné receptúry, podľa požiadaviek európskych noriem. Referenčné asfaltové zmesi boli vyrábané klasickou horúcou metódou, s teplotou zhutnenia 150 °C. Nízkoteplotné asfaltové zmesi (označenie WMA), s prídavkom prírodného zeolitu, boli zhutnené pri teplote 130 °C. V tabuľke 2 sú uvedené označenia a percentuálne zloženie jednotlivých zložiek asfaltových zmesí.

Tab. 2 – Percentuálne zloženie asfaltovej zmesi

Na základe percentuálnych podielov jednotlivých frakcií kameniva sme zostrojili krivku zrnitosti asfaltovej zmesi (viď obr. 2).

INTERPRETÁCIA VÝSLEDKOV
Z každej asfaltovej zmesi (7 variant) bolo vyrobených 9 marshallových teliesok. Prvé tri boli skúšané na objemové hmotnosti a medzerovitosť a 6 vzoriek bolo skúšaných na citlivosť asfaltových vzoriek na vodu. Na obrázku 3 sú zobrazené objemové hmotnosti a maximálne objemové hmotnosti jednotlivých asfaltových zmesí.

Následne sa z objemových hmotností vypočítala medzerovitosť asfaltových zmesí (viď obr. 4).

Skúška citlivosti na vodu asfaltových zmesí pozostáva z určenia nepriamej priečnej pevnosti asfaltových telies, z ktorých sa následne vypočíta ich vzájomný pomer (viď obrázok 5).

Jedna z ďalších pozorovaných vlastností je percento medzier vyplnených spojivom. Na obrázku 6 vidíme závislosť percenta medzier vyplnených spojivom od množstva pridávaného zeolitu.

ZÁVER
Nízkoteplotné asfaltové zmesi sú v poslednej dobe čoraz viac používane zmesi v asfaltovom priemysle. Majú celu paletu výhod, či ekonomických alebo environmentálnych. Medzerovitosť a nepriamy priečny ťah sú dve relevantné skúšky na deklarovanie fyzikálno-mechanických vlastností asfaltových zmesí. Skúmanie týchto vlastností si vyžaduje väčšej pozornosti so zreteľom na výslednú pevnosť asfaltových skúšobných vzoriek.

Tento príspevok vznikol vďaka podpore v rámci operačného programu Výskum a vývoj, pre projekt: Univerzitný vedecký park TECHNICOM pre inovačné aplikácie s podporou znalostných technológií, kód ITMS: 26220220182, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

Příspěvek zazněl na konferenci Research, Development and Innovation in Transport – RDIT 2014.

Optimize The Amount of Natural Zeolite Addition to Warm Mix Asphalt
In recent years, warm mix asphalt (WMA) is becoming more and more used in the asphalt industry. WMA provide a whole range of benefits, whether economic, environmental and ecological. Lower energy consumption and less pollution is the most advantages of this asphalt mixture. Paper deals with the addition of natural zeolite into the sub base asphalt layers, which is the essential constituent in the construction of the road. Measurement is focused on basic physic – mechanical properties declared according to the catalog data sheets in Slovakia.

Autoři

• Ing. Dubravský Marián
• Ing. Mandula Ján PhD.