Przedmiotem podjętych prac badawczych była ocena właściwości lepkosprężystych drogowych asfaltów modyfikowanych zawierających elastomer SBS w ilości 0–9%, wykazujących jednakową penetrację w temperaturze 25°C. Próbki asfaltów modyfikowanych zostały przygotowane metodą alternatywną, poprzez wymieszanie asfaltów drogowych rodzaju 50/70 z koncentratem asfaltu modyfikowanego o zawartości 9% elastomeru SBS.
W zasadniczej części programu badawczego wykonano testy rozciągania prętów asfaltowych w duktylometrze w temperaturze 0–25°C, zginanie belek asfaltowych w reometrze BBR w temperaturze od –40 do –16°C oraz badanie ścinania lepiszczy w reometrze DSR przy kinematycznym wymuszeniu oscylacyjnym, w zakresie temperatury od +80 do –40°C.
Podczas badań lepiszczy asfaltowych zaobserwowano zjawiska reologiczne charakterystyczne dla materiałów o właściwościach lepkosprężystych: pełzanie, pełzanie odwrotne oraz relaksację naprężeń. Dane uzyskane z badań doświadczalnych zostały poddane modelowaniu matematycznemu polegającemu na ich aproksymacji z użyciem modeli reologicznych ciał liniowo lepkosprężystych. Stwierdzono bardzo dużą zgodność przebiegu krzywych modelowych z wynikami badań empirycznych, w szczególności przy zastosowaniu modeli uogólnionych (wartości współczynnika determinacji R2 > 0,99).
Na podstawie wyników badań wykonanych metodą reometru DSR stwierdzono, że wszystkie badane asfalty modyfikowane wykazują właściwości lepkosprężyste w całym zakresie temperatur występujących podczas eksploatacji nawierzchni asfaltowych w Polsce (od –30 do +60°C). Wykazano również, że znaczne polepszenie właściwości sprężystych, zmniejszenie wrażliwości temperaturowej oraz zwiększenie wskaźnika odporności mieszanek mineralno- -asfaltowych koleinowanie G* / sind , możliwe jest dopiero przy takich zawartościach kopolimeru SBS w asfalcie modyfikowanym, gdy dochodzi do utworzenia ciągłej sieci polimerowej w strukturze lepiszcza. W przypadku asfaltów badanych w pracy, taki efekt uzyskano przy zawartości elastomeru SBS wynoszącej co najmniej 4,5%.
Zaproponowano dwa parametry służące do oceny właściwości asfaltów modyfikowanych. Pierwszym jest wskaźnik wartości maksymalnych MVR, zdefiniowany jako stosunek wartości sił rozciagających osiąganych w drugim i w pierwszym maksimum (mierzonych w duktylometrze), będący prostą miarą efektywności modyfikacji asfaltów polimerami. Natomiast drugim jest indeks modułu zespolonego CMI, wyznaczony na podstawie wartości zespolonego modułu ścinania oznaczonego w reometrze DSR w temperaturach –30°C oraz +60°C, który umożliwia kompleksową ocenę wrażliwości temperaturowej asfaltów w całym zakresie temperatur, w jakich lepiszcze pracuje w nawierzchni asfaltowej.
1. WSTĘP 5
2. WŁAŚCIWOŚCI LEPKOSPRĘŻYSTE ASFALTÓW MODYFIKOWANYCH 9
2.1. Wprowadzenie 9
2.2. Asfalty modyfikowane elastomerem SBS 10
2.3. Zastosowanie innych polimerów do modyfikacji asfaltów 22
2.4. Asfalty modyfikowane gumą 25
2.5. Zastosowanie asfaltów naturalnych do modyfikacji asfaltów ponaftowych 27
2.6. Modyfikacja asfaltów dodatkiem soli organo-metalicznej 28
2.7. Asfalty modyfikowane żywicami epoksydowymi 30
2.8. Inne sposoby ulepszania asfaltów 32
2.9. Właściwości asfaltów modyfikowanych a zachowanie mieszanek mineralno-asfaltowych w nawierzchniach drogowych 37
3. MODELE REOLOGICZNE CIAŁ LINIOWO LEPKOSPRĘŻYSTYCH 43
3.1. Podstawy reologii 43
3.2. Zasady tworzenia modeli reologicznych 45
3.3. Podstawowe próby doświadczalne 47
3.4. Równania konstytutywne 48
3.5. Modele jednoparametrowe 48
3.6. Modele dwuparametrowe 51
3.7. Modele trójparametrowe i czteroparametrowe 56
3.8. Modele uogólnione 61
3.9. Model ciała sprężysto/lepkoplastycznego Binghama 65
3.10. Wybrane przykłady modelowania zjawisk reologicznych zachodzących w asfaltach i w mieszankach mineralno-asfaltowych 67
4. TEZY, CEL I ZAKRES PRACY 70
5. METODYKA BADAŃ LEPISZCZY ASFALTOWYCH 72
5.1. Charakterystyka asfaltów poddanych badaniom 72
5.1.1. Wybór asfaltów do badań 72
5.1.2. Skład grupowy asfaltów referencyjnych 74
5.1.3. Opis procedury przygotowania próbek asfaltów modyfikowanych 75
5.2. Opis badań eksperymentalnych lepiszczy asfaltowych 77
5.2.1. Wprowadzenie 77
5.2.2. Podstawowe właściwości i wrażliwość temperaturowa 79
5.2.3. Test rozciągania z rejestracją siły 83
5.2.4. Zachowanie w niskich temperaturach – badanie w reometrze zginanej belki (BBR) 89
5.2.5. Zachowanie przy sinusoidalnym wymuszeniu kinematycznym – badanie w reometrze dynamicznego ścinania (DSR) 91
5.2.6. Obrazy mikroskopowe morfologii asfaltów modyfikowanych 93
6. METODY STATYSTYCZNE STOSOWANE DO WYZNACZANIA NIEPEWNOŚCI POMIAROWYCH ORAZ ODRZUCANIA WYNIKÓW ODBIEGAJĄCYCH 95
6.1. Wprowadzenie 95
6.2. Zasady obliczania niepewności pomiarowych 96
6.2.1. Podstawowe wiadomości na temat niepewności pomiarowych 96
6.2.2. Obliczanie niepewności pomiarów bezpośrednich 97
6.2.3. Obliczanie niepewności pomiarów pośrednich 98
6.3. Metody statystyczne odrzucania wyników odbiegających 100
6.4. Przykłady obliczania niepewności pomiaru wybranych właściwości lepiszczy asfaltowych 102
6.4.1. Wyniki oznaczenia podstawowych właściwości asfaltu modyfikowanego 103
6.4.2. Wyniki oznaczania nawrotu sprężystego asfaltu modyfikowanego 107
6.5. Podsumowanie 109
7. WYNIKI BADAŃ LEPISZCZY ASFALTOWYCH I ICH ANALIZA 111
7.1. Podstawowe właściwości i wrażliwość temperaturowa 111
7.2. Test rozciągania w duktylometrze 117
7.3. Badanie w reometrze zginanej belki (BBR) 131
7.4. Badanie w reometrze dynamicznego ścinania (DSR) 138
7.5. Obrazy mikroskopowe morfologii asfaltów modyfikowanych 148
8. MODELOWANIE ZJAWISK REOLOGICZNYCH ZACHODZĄCYCH W BADANYCH LEPISZCZACH ASFALTOWYCH 154
8.1. Pełzanie odwrotne prętów asfaltowych poddanych prostemu rozciąganiu 154
8.2. Relaksacja naprężeń w prętach asfaltowych poddanych prostemu rozciąganiu 172
8.3. Pełzanie oraz pełzanie odwrotne zginanych belek asfaltowych 181
8.4. Uwagi końcowe 201
9. WNIOSKI 204
BIBLIOGRAFIA 207
STRESZCZENIE 224
SUMMARY 226
-14%