2.1MIXTURI ASFALTICE
2.1.1CONSIDERATII GENERALE
Mixturile asfaltice reprezinta amestecuri atent constituite din
agregate minerale, naturale sau artificiale, aglomerate cu un liant
bituminos.
Amestecul mineral este alcatuit, de regula, din agregate
naturale si filer, dar se pot realiza mixturi asfaltice si cu
agregate artificiale (ex. granulit, zgura, etc.).
Agregatele naturale utilizate la lucrarile de drumuri provin din
sfaramarea naturala sau artificiala a rocilor obtinute din cariere
sau balastiere. Cele mai utilizate la prepararea mixturilor
asfaltice sunt: criblurile, nisipul natural, nisipul de concasaj,
pietrisul si pietrisul concasat si balastul.
Agregatele naturale, folosite la prepararea mixturilor
asfaltice, trebuie sa indeplineasca anumite conditii referitoare,
in special, la forma si marimea granulelor, alcatuirea
granulometrica, rezistente mecanice corespunzatoare, adezivitate
buna fata de bitumul utilizat, rezistente bune la uzura si la
actiunea agentilor atmosferici. Agregatele trebuie sa fie curate,
fara impuritati de natura argiloase.
In alcatuirea structurilor rutiere, utilizate pe drumuri cu
trafic redus, la prepararea mixturilor asfaltice se pot folosi
materiale locale, care prelucrate si tratate corespunzator,pot
conduce la obtinerea unor caracteristici corespunzatoare in
conditiile unui pret de cost redus.
Filerul reprezinta o pulbere minerala, inerta din punct de
vedere chimic, cu granule, de regula, sub 0,63 mm (cu min. 80%
granule sub 0,09 mm), obtinuta practic prin macinarea fina a
rocilor calcaroase, a cretei brute sau prin stingerea in pulbere a
varului nestins, in bulgari.Filerul folosit trebuie sa fie in stare
de pulbere.
Filerul imbunatateste caracteristicile fizice ale bitumului prin
marirea campului de elasticitate, favorizeaza adezivitatea la
agregatul mineral, mareste frecarea interna si coeziunea liantului,
imbunatatind astfel caracterisricile mixturilor asfaltice.
Filerul dozat judicios in raport cu ceilalti componenti mareste
compactitatea si suprafata specifica a agregatului mineral,
asigurand astfel, impreuna cu bitumul, rezistentele mecanice si
stabilitatea mixturilor asfaltice.Bitumul utilizat pentru
prepararea mixturilor asfaltice are o importanta hotaratoare in
comportarea reologica a acestora. Tipul bitumului ce se foloseste
se alege in functie de tipul mixturii asfaltice.
La noi in tara, pentru marea majoritate a mixturilor asfaltice
se alege bitumul D 80/120, exceptie face asfaltul turnat care se
realizeaza cu un bitum mai dur D 40/50.
Tipurile de mixture asfaltice care se produc la noi in tara pot
fi grupate astfel:a) In functie de modul de punere in opera:
cilindrate turnate In functie de temperatura de obtinere:
la cald (cu bitum) la rece (de regula cu emulsii) 1. In functie
de natura liantului:
2 cu bitum (pur, aditivat, modificat sau cu adaos de fibre) 3 cu
nisip bituminos 4 cu emulsie Cele cilindrate, la randul lor, in
functie de performante, respectiv de compozitie, pot fi:
1.1 betoane asfaltice (inchise, deschise, rugoase etc.) 1.2
mortare asfaltice 1.3 anrobate bituminoase (pentru imbracaminti
bituminoase usoare si straturi de baza) 2.1.2 MATERIALE FOLOSITE LA
PREPARAREA ASFALTULUI2.1.2.1AGREGATE NATURALE1. CRIBLURIAcestea se
obtin prin spargerea si sortarea din roci bazice care au mai putin
de 52% SiO2. Adezivitatea bitumului fata de roca scade in
urmatoarea ordine: calcar, bazalt, porfir, granit si cuart. Tinand
seama si de rezistentele mari la compresiune care se impun rezulta
ca din bazalt se obtin cele mai bune cribluri pentru
drumuri.Criblura este un sort monogranular avand raportul intre
dimensiunea minima si cea maxima a granulei > 2/3. Granulele de
forma alungita sau lamelara sunt fragile. Pentru spargere se
folosesc concasoare conice sau cu ciocane.Dupa spargere, materialul
trebuie separat si clasat dupa marime. sortarea se face dupa
marime. Un sort granular reprezinta agregatele care la cernere
raman intre doua ciuruiri consecutive.Dupa dimensiuni, criblurile
se livreaza in trei sorturi si anume: 3/8 mm criblura fina (3/5 si
5/8 amestecate in raportul 2/3); 8/16 mm criblura medie (8/12 si
10/16 amestecate in raportul 2/3); 16/25 mm criblura mare.Piatra
destinata obtinerii criblurilor trebuie sa aiba structura compacta
si omogena, sa nu contina minerale care se descompun sub actiunea
agentilor naturali, sa prezinte rezistente mari la compresiune fara
a fi casanta, sa aiba o uzura mica si sa nu fie geliva.2. NISIPULSe
caracterizeaza prin forme rotunjite, fara muchii sau colturi vii si
cu fatetele netede care provin din sfaramarea naturala a rocilor.
Se extrag din albiile raurilor de sub apa si cuprind amestecuri de
granule de diferite marimi.Nisipul se imparte in urmatoarele
fractiuni: nisip fin ..........0.02/0.2 mm; nisip mijlociu ..0.2/1
mm; nisip mare ......1/3 mm; nisip grauntos 3/7 mm.
Continutul in substanta straina ca: argila, humus, sulfati si
mica nu trebuie sa depaseasca anumite tolerante:FELUL
IMPURITATII
TOLERANTE
Mica, maximum, %
0,5
Sulfati SO3, maxim um,%
1,00
Humus, culoarea solutiei, NaOH
galbena
Parte levigabila, maximum, %
3,00
Nisipul de concasaj 0/3mm este un material rezultat din cariera
care, spre deosebire de cel natural, are putine intrebuintari. In
asfaltaj se foloseste la inchiderea anumitor straturi.Pentru a se
aprecia gradul de impurificare al materialelor cu fractiuni
argiloase, se recurge de obicei la determinarea echivalentului de
nisip.3. PROPRIETATILE AGREGATELOR NATURALEProprietatile
agregatelor naturale variaza in largi in functie de structura,
modul de formare si procesul de alterare pe care l-a suferit roca
in procesul de prelucrare. Densitatea reprezinta masa unitatii de
volum a partii solide si se obtine facand raportul dintre masa si
volumul materialului lipsit de pori:
Densitatea unui material este o constanta.Pentru a putea
determina densitatea substantei solide din care este alcatuit un
material se procedeaza la distrugerea texturii poroase prin
macinarea materialului pana ce pulberea rezultata trece prin sita
de 0.2cm. Cu cat materialul pisat este mai fin, cu atat porii din
fiecare granula sunt mai mici, iar densitatea ce se obtine are o
valoare mai ridicata si mai precisa.Determinarea se face la o
temperatura de 20C.Astfel sunt necesare corectii de
temperature.
2. Densitatea aparenta (volumetrica) este masa unitatii de volum
a materialului luat ca atare, in stare naturala si este egala cu
raportul dintre masa si volumul aparent al materialului in care se
cuprind goluri si pori:
Majoritatea materialelor de constructii fiind poroase, in
practica se foloseste foarte des aceasta caracteristica fizica.
Densitatea aparenta depinde de densitatea partii solide, de
porozitate si de gradul de umiditate al materialului. Cand
materialul este uscat, densitatea aparenta are o valoare mai
redusa, iar cand este in stare umeda, densitatea aparenta a
materialului creste, porii materialului fiind saturati cu
apa.Cunoasterea marimii densitatii aparente serveste la stabilirea
volumului de goluri ale unui schelet mineral si la calculul
incarcarilor permanente din greutatea proprie a elementelor de
constructie.Pentru determinarea densitatii aparente, trebuie sa se
stabileasca volumul aparent al unei cantitati cunoscute de material
in stare uscata.Volumul aparent Va, se determina prin scufundarea
probei intr-un lichid, urmarind fie volumul de lichid dezlocuit,
fie pierderea in greutate a probei, respectiv forta cu care este
impinsa proba de jos in sus, conform principiului lui Arhimede.
Aparatul folosit pentru determinarea densitatii aparente este
balanta hidrostatica (fig. 2.1.2.1.1.)
Fig. 2.1.2.1.1. Balanta hidrostatica3. Densitatea in gramada
caracterizeaza materialele granulare sireprezinta masa unitatii de
volum a materiaiului uscat, asa cum se gasestein natura, cu goluri
intre granule si pori in interiorul granulelor.gg=G/VgDensitatea in
gramada depinde de gradul de indesare al materialului; de aceea
pentru a obtine rezultate reproductibile determinare se face numai
in conditii extreme de indesare a materialului si anume in stare
afanata si in stare de indesare standard (fig. 2.1.2.1.2.).
Fig. 2.1.2.1.2
Pentru determinarea densitatii in gramada, se folosesc vase de
metal cilindrice. Marimea vasului se alege in raport cu dimensiunea
maxima a agregatelor. 4. Porozitatea reprezinta volumul ansamblului
de goluri si pori cuprins in unitate de volum de material. Ea se
exprima in procente si se determina prin calcul cu relatia:
In care termenul ga/ g reprezinta compactitatea sau volumul
efectiv al masei minerale, cuprinsa in unitatea de volum.
Experimental se poate determina si porozitatea aparenta care
reprezinta numai volumul porilor deschis spre interior. Proba de
material uscat de masa G1 se satureaza cu apa si reulta masa G2.
Difernta dintre ele reprezinta cantitatea de apa retinuta in porii
deschisi, adica volumul porilor, fiindca apa are densitatea egala
cu unitatea. n a =100(G2- G1)ga/ G1Porozitatea influenteaza o serie
de caracteristici fizico-mecanice ale materialului si, in primul
rand, rezisenta mecanica, rezistenta la inghet, absortia de apa. 5.
Volumul de goluri dintre granuleLa materialele granulare trebuie sa
se cunoasca si volumul de goluri dintre granule sau spatiul
lacunar. Volumul de goluri dintre unitatea de volum de material
granular se poate calcula, daca se cunoaste densitatea aparenta ga
si densitatea in gramada gg cu relatia urmatoare:
In cazul materialelor cu goluri, diferenta dintre densitatea
aparenta sic ea in gramada reprezinta tocmai volumul de goluri.
Datele privitoare la volumul de goluri au o deosebita importanta
practica atunci cand se urmareste obtinerea unor amestecuri de
agregate cat mai compacte, caracterizate prin minimum de goluri.
Volumul de goluri dintre granule depinde de marimea si forma
granulelor, precum si de gradul de neuniformitate.
Materialele cu granule mici au volum de goluri mai mare decat
formate din granule mari. Materialele cu granule de marime
apropiata au au volum de goluri mult mai mare decat amestecurile de
granule de marimi diferite. Porozitatea nisipurilor variaza putin
la incarcari statice dar sub actiunea incarcarilor dinamice sufera
modificari importante, pentru ca nisipurile se indeasa prin
vibrare.6. Absorbtia de apa este proprietatea pe care o au
materialele de a absorbi si de a retine apa. In general, absorbtia
de apa este mai redusa decat porozitatea materialului, fiindca apa
nu poate patrunde in porii inchisi, in porii mari uda doar peretii
neputand sa fie retinuta, iar la scoaterea probei din apa o parte
din apa se scurge.Determinarea se face pe probe din piatra
concasata sau fasonata. Absorbtia se determina cu apa la presiune
normala si la presiune de 150daN/cm2.Relatia de calcul este:
ag,%=100(GrG)/G sau av,%=100(G1-G)ga/G unde:G1 este masa probei
saturate;G este masa probei uscate;ga este densitatea aparenta a
materialului.Se ia media aritmetica obtinuta pe trei incercari.
Prin urmare, absortia de apa indica golurile accesibile pentru
apa din exterior si serveste in practica pentru aprecierea modului
de comportare a materialelor pietroase de cariera la intemperii.7.
Infoierea nisipului sub actiunea umiditatiiAceasta determinare este
necesara in special atunci cand, pe santier, dozarea nisipului se
face la volum, deoarece nisipul prezinta variatii mari de volum, in
functie de continutul sau in umiditate.Fenomenul este cu atat mai
accentuat, cu cat nisipul este mai silicios si granulele sunt mai
fine, fiind atribuit formarii peliculelor de apa absorbita pe
suprafata granulelor de nisip, care produce o marire a volumului
si, in acelasi timp, provoaca lipirea intre ele a granulelor cu
formarea de schelete minerale foarte afanate, ceea ce face volumul
nisipului sa creasca si mai mult.In laborator se calculeaza
cresterea procentuala a volumului nisipului aflat in stare afanata,
in functie de adaosul procentual de umiditate cu formula:
In care: gg este densitatea in gramada, in starea afanata a
nisipului uscat; gg(w) este densitatea in gramada, in stare
afanata, a nisipului cu umiditatea procentuala w; w este umiditatea
nisipului.
Practic se considera ca o umiditate pana la 3% provoaca o
crestere de volum de pana la 10%, iar o umiditate de pana la 10%
duce la marirea volumului nisipului cu 15%.8. Forma granulelor se
determina pe un numar de 30 granule, pe care se masoara cu ublerul
dimensiunile a, b, c, pe trei directii perpendiculare, doua cate
doua (fig. 2.1.2.1.3.)Fig. 2.1.2.1.3.Agregatele monogranulare
indeplinesc urmatoarele conditii:
9. Partea levigabila
Prin partea levigabila se intelege continutul nisipului in
fractiuni care pot fi indepartate prin spalare cu apa. Aceste
fractiuni sunt formate din argila si din granule foarte fine de
nisip. Argila formeaza o pelicula pe suprafata agregatelor,
impiedicand aderarea dintre liant si granulele de agregat astfel
rezistentele mecanice.Argila sub forma de granule mareste
contractia la uscare, si deci, tendinta de fisurare face ca
mortarele si betoanele sa fie mai sensibile la actiunea distructiva
a inghetului repetat. Continutul procentual in parte levigabila
este data de formula:
in care:
G0 este masa initiala a materialului uscat; G este masa
materialului spalat si uscat.
Se fac trei determinari in acelasi mod si se ia ca rezultat
media valorilor obtinute. Partea levigabila a agregatelor pentru
betoane nu trebuie sa depaseasca 2%. Daca continutul in parte
levigabila este prea ridicat, laboratorul controleaza daca prin
spalare in conditii de santier, impuritatile raman in limitele
admisibile.
In caz contrar materialele nu pot fi utilizate la betoane.
10. Echivalentui de nisipPentru aprecierea calitatii nisipurilor
cu plasticitate redusa, in locul indicelui de plasticitate, care nu
poate fi determinat, se recurge la echivalentui de nisip, care
exprima gradul de impurificare al materialului cu fractiuni
argiloase. Cu aceasta metoda se pune in evidenta proportia relative
a unor elemente foarte fine din agregate, pulberi minerale sau
pamanturi, care prezinta cele mai active fenomene de suprafata.
In principiu incercarea se bazeaza pe separarea partii
silicioase de fractiunea argiloasa a materialului prin spalare
energica cu solutie apoasa de glicerina clorura de calciu si
formaldehida, avand actiune floculanta.Fig. 2.1.2.1.4. Aparatul
pentru determinarea echivalentului de nisipCu aceasta metoda se
pune in evidenta proportii relative a unor elemente foarte fine din
agregat, pulberi minerale sau pamanturi. Valoarea echivalentului de
nisip, exprimat in procente, se obtine cu relatia: EN,%=h2/h1 unde:
h2 este inaltimea stratului de nisip depus pe fundul cilindrului;
h1este nivelul suspensiei de argila.11. Rezistenta la
compresiuneRezistenta la rupere la compresiune a materialului se
determina cu ajutorul unei masini de incercat, care se compune din
trei parti: un cadru in care urmeaza sa se fixeze proba, un
dispozitiv de produs forta si un dispozitiv de masurat
forta.Rezistenta la compresiune in stare uscata (Ru) se determina
pe epruvete uscate, in prealabil in etuva la temperatura de 105C,
pana la greutate constanta. Raportand sarcina de rupere la
suprafata epruvetei si facand media la cinci determinari se obtine
Ru, exprimata in daN/cm2.Rezistenta la compresiune in stare
saturata (Ra) se determina pe epruvete supuse absorbtiei de apa la
temperatura atmosferica.Rezistenta la compresiune dupa
inghet-dezghet repetat (Rg) se determina pe epruvete care nu s-au
degradat in mod vizibil dupa incercarea de gelivitate.
12. Determinarea rezistentei la uzura LOS ANGELESRezistenta la
uzura determinata prin metoda LOS ANGELES utilizeaza bile metalice
intr-un cilindru rotativ. Prin miscarea axiala a cilindrului,
incarcatura realizata de masa de bile, supune agregatul la un
proces de uzura.
Numarul de bile ce constituie incarcatura abraziva depinde de
sortul de agregat si de masa probei.
Coeficientul L.A. se calculeaza cu relatia:
L.A.=(m1-m2)*100/m 1
L.A. recomandat pentru balasturi de fundatie este de maximum
50%, pentru agregatul folosit la straturi de baza 35%, iar pentru
cribluri 22-25%.
13. Comportare la inghet-dezghetGelivitatea produce fenomenul de
expansiune care este urmat de fisurare sau exfoliere. Asemenea
actiuni distructive sunt provocate de actiunea de cristalizare a
apei si reprezinta una dintre cele mai importante cauze ale
dezagregarii materialelor pietroase. Eforturile produse de
expansiunea apei care ingheata si isi mareste volumul produc
sfaramaturi superficiale, care macina constant piatra de
constructie.Rezistenta la inghet este proprietatea pe care o are
materialul saturat cu apa de a rezista la ingheturi si dezgheturi
repetate. Coeficientul de gelivitate se exprima procentual prin
raportul dintre masa portiunilor detasate (G2-G1) si masa initiala
a probei in stare uscata G:unde: G2 este masa epruvetei saturate cu
apa inaintea primului ciclu de inghet-dezghet, (g); G1 este masa
epruvetei dezghetate, dupa ultimul ciclu, (g).2.1.2.2. FILERUL
Este o pulbere minerala impalpabila care nu da reactii chimice
cu substantele componente ale bitumului, cu exceptia fenomenelor
limitate la filer-bitum.Filerul actioneaza favorabil nu numai
asupra granulozitatii mixturii, ci si direct asupra
caracteristicilor bitumului, imbunatatind plasticitatea si ducand
la intarzierea procesului de imbatranire a bitumului, care are loc
sub actiunea oxigenului si a razelor ultraviolete.In mixturile
asfaltice filerul are un rol mult mai complex; pe langa cel
granulometric el mai indeplineste si urmatoarele functii: mareste
vascozitatea liantilor prea fluizi, precum si a tuturor liantilor
incalziti la temperaturi ridicate. Datorita acestui fapt in unele
mixturi asfaltice se intrebuinteaza o cantitate mai mare de liant
pentru a se mari coeziunea si impermeabilitatea fara sa existe
pericolul ca mixtura sa devina instabila; scurteaza perioada de
uscare la liantii fluizi si micsoreaza perioada de imbatranire a
tuturor liantilor deoarece absoarbe sau cedeaza uleiurile mai
volatile din compozitia liantilor. face sa creasca compactitatea si
deci rezistenta mixturilor la actiunea apei; reduce
susceptibilitatea mixturilor micsorand variatiile vascozitatii
mixturilor.Avand o suprafata specifica mare, filerul dispune de o
cantitate mare de energie superficiala libera, care se manifesta
printr-o marire a capacitatii de absorbtie, deci a gradului de
aderenta al bitumului de agregate.Totodata, din cauza numarului
mare de granule, se mareste si numarul de contacte dintre agregat
si bitum, ceea ce mareste aderenta si coeziunea si deci rezistenta
mixturilor. Se pot intrebuinta ca filere praful de calcar, de
dolomita, in general de orice roca bazica.
De asemenea se poate folosi si loessul. Insa prezenta
particulelor argiloase in filere produce mari neajunsuri provocand
umflarea si degradarea mixturilor asfaltice la umezire. Se poate
admite un coeficient de argila de cel mult 1,0 - 1,5% (procent care
se determine pe baza determinarii coeficientului de nisip).Filerele
cu un continut de argila de 1,5 - 2,5% trebuie verificate d.p.d.v.
al comportarii fata de apa, pe mixturi asfaltice supuse la probe de
imersiune si de compresiuni.Cel mai bun filer este filerul din praf
de var stins. El se obtine prin stingerea varului ars cu o
cantitate minima de apa sau vapori de apa, ceea ce face sa se
obtina o pulbere cu un grad mare de finete.Pe langa aceasta,
filerul din praf de var stins mai prezinta si avantajul ca varul
face sa floculeze particulele argiloase si in felul acesta
imbunatateste adezivitatea in prezenta apei impiedicand cojirea
liantului sub actiunea umiditatii.Filerele se obtin prin macinarea
rocilor calcaroase in mori de bile si separarea prin cicloane la
granulatia necesara. Rocile din care se fabrica filerul trebuie sa
fie omogene, fara incluziuni straine, cu un continut de cel putin
95% CO3Ca si cu o rezistenta de rupere de cel putin 800
daN/cm2.Calitatea filerului este finetea, dar, o finete exagerata
poate dauna mixturii. Granulele de marimea particulelor coloidale
maresc suprafata specifica dar, in acelasi timp favorizeaza
umflarea mixturilor; de aceea argilele care au granulele foarte
fine si deci o suprafata specifica considerabila, nu pot fi
folosite ca filer din cauza marii lor sensibilitati la apa.
Totodata in alcatuirea mixturilor, particulele mai mari decat 75
microni se considera ca nisip si fac parte din scheletul mineral al
mixturii.De asemenea, suprafetele granulelor de filer proaspat
preparat cu un potential energetic foarte ridicat, care se
manifesta printr-o adezivitate crescuta.Pentru finetea de macinare,
proba de filer se trece prin site normalizate in ordinea crescanda
a numarului de ochiuri pe centimetrul patrat de la 900 la 6400
ochiuri/cm2. Dupa cernere, se cantareste rezidiul pe fiecare
sita.Compozitia mineralogica a filerului se stabileste se prin
determinarea partii insolubile in acid clorhidric. Acest reactiv
permite separarea cantitativa a rezidiului care impurifica
filerul.
2.1.2.3 LIANTI BITUMINOSILiantii bituminosi sunt amestecuri
foarte complexe de hidrocarburi de origine naturala sau insotite
prin pirogenare, insotite de derivate cu oxigen, azot si sulf, care
prezinta capacitatea de aglomerare a agregatelor naturale. Ei se
prezinta sub forma lichida, vascoasa sau solida, au o culoare brun
inchisa pana la neagra si sunt integral solubile in sulfura de
carbon.Conditia de aglomerare a agregatelor naturale este
indeplinita numai de bitumurile asfaltice si de gudroane.Bitumul
asfaltic se gaseste in stare naturala sub diferite forme si se
poate prepara si pe cale artificiala, prin distilarea fractionara a
anumitor titeiuri si prelucrarea reziduurilor.In functie de origine
bitumul poate fi:-bitum de petrol obtinut prin prelucrarea
produselor petroliere in rafinarii,
-bitum natural, rezultat din procesul de asfaltizare a titeiului
din zacamant. 2.1.2.3.1Bitumul de petrol, in functie de continutul
de parafina, respectiv de natura titeiului de obtinere, poate
fi:-bitum neparafinos (continut de parafina sub 2%),- bitum
parafinos (continut de parafina intre 2 si 4%).
Bitumul de petrol mai poate fi clasificat in functie de domeniul
de aplicare:-bitum pur, -bitum aditivat, -bitum
modificat.2.1.2.3.2Bitumul natural se gaseste sub forma nativa sau
sub forma de impregnatii.
Bitum ca atare, bitum nativ se gaseste in regiunea Marii Moarte
numit si bitumde Iudeea ( desi este foarte pur-98%-nu poate fi
folosit in lucrarile rutiere din cauza lipsei de adezivitate si a
duritatii foarte mari), sunt cunoscute zacamintele din Insula
Trinidad, in Venezuela (Lacul Bermudes), in Cuba, Madagascar,Siria,
in Albania (la Selenita) si in multe alte locuri.In natura bitumul
se gaseste si sub forma de impregnatii in roci calcaroase, gresii,
nisipuri, argile etc. Rocile impregnate cu bitum asfaltic se numesc
roci asfaltice. Dintre cele mai cunoscute si intrebuintate roci
asfaltice sunt calcarele si nisipurile bituminoase din Elvetia (Val
de Travers), Franta (Seyssel,Pont-De-Chateau, etc).Ele contin in
medie 8-12% bitum si sunt intrebuintate direct in anumite lucrari
de asfaltaj.In general bitumul impregnat in aceste roci nu se
extrage, totusi se poate extrage cu anumite tehnologii speciale
(fie folosind un solvent, fie prin separare cu apa calda
alcalinizata). Operatia nu este economica.La noi in tara se gaseste
bitum natural, sub forma de impregnatii in nisip in bazinul
Derna_tatarus-Budoi, cu un continut de 16-18% bitum. Bitumul este
de foarte buna calitate, nu contine parafina, insa este foarte
moale si pentru a obtine un bitum rutier el trebuie supus unor
prelucari speciale.Nisipul bituminos de Derna-Tatarus este folosit
direct in lucrarile de asfaltaj dupa tehnologii speciale, simplu
sau in amestec cu un bitum rezidual dur.Se mai gaseste bitum
natural la Matita si Pacureti, in judetul Prahova., sub forma de
impregnatii in argila si nisip fin, cu un continut de 10-12% bitum
pur de buna calitate.Aceste nisipuri sunt folosite, in amestec cu
bitumul rezidual la lucrarile de asfaltaj locale.In afara de rocile
asfaltice se mai gasesc in natura argile sau marne impregnate cu
bitum insolubil, puternic mineralizat, numite sisturi bituminoase
sau pirosisturi. Separarea partii bituminoase se poate face nnumai
prin pirogenare, operatie in urma careia se obtine un ulei soecial
numit ulei de sist.Astfel de zacaminte se gasesc si la noi in tara
la Anina in judetul Caras Severin.Din bitum pot deriva urmatorii
lianti bituminosi:*emulsiile bituminoase- dispersii de ordinul
micronilor de bitum in apa in prezenta unui emulgator si a unui
agent de ionizare;*bitumurile taiate- bitum cu adaos de solvent
pentru reducerea vascozitatii si intrebuintarea lui in metoda la
rece;dupa punerea in opera solventul se evapora si bitumul ramane
cu carateristicile initiale;*bitumurile fluxate-amestec de doua
bitumuri cu consistente diferite sau amestec de bitum mai dur cu cu
un produs petrolier sub forma de fluid vascos;dupa punerea in opera
produsul rezultat actioneaza ca un liant unitar cu caracteristici
diferite de cele pe care le-a avut la inceput.Gudroanele sunt
produse vascoase obtinute prin pirogenarea unor materii organice ,
ca huila, lignit, lemn etc.Gudroanele folosite in tehnica rutiera
provin din distilarea uscata a huilei.La noi in tara nu avem o
productie propiu zisa de gudron. A fost o perioada cand s-a folosit
un gudron reconstituit din smoala si o serie de uleiuri antracenice
obtinute din pirogenarea carbunelui in industria de prepararea
cocxului utilizat in siderurgie.Gudroanele, spre deosebire de
bitum,nu se gasesc in stare naturala.2.1.2.3.3Compozitia si
structura liantilor bituminosi.
Din punct de vedere chimic bitumurile asfaltice sunt amestecuri
extrem de complexe de hidrocarburi cu un mare numar de atomi de
carbon. Ele sunt insotite de derivatele lor oxigenate, sulfuroase
si azotoase, precum si de un mare numar de izomeri. In bitumuri
predomina hidrocarburile ciclice (naftene) si indeosebi
hidrocarburilor policiclice saturate.In compozitia elementara
bitumurile asfaltice, carbonul se gaseste in proportie de
80.85%,hidrogenul 12.15%,oxigenul 23%, iar sulful si azotul in
proportii reduse.Complexitatea amestecului de hidrocarburi
ingreuneaza posibilitatea de separare hidrocarburilor componente;
de aceea separarea se poate face pe grupe de hidrocarburi care
intra in alcatuirea acestor substante.Cea mai folosita metoda de
studiul compozitiei bitumului este separarea pe grupe de componenti
cu caracteristici apropiate prin tratare cu solventi selectivi,
cromatografie pe coloana, sau alte metode moderne: iatroscan
cromatografie pe gel permeabil, etc.Compozitia bitumului se exprima
in general prin doua grupe de hidrocarburi: maltene si asfaltene,
solubile in totalitate in sulfura de carbon. Fractiunile din bitum
insolubile in sulfura de carbon se numesc carboide si se
caracterizeaza prin continutul ridicat de carbon; carboidele nu
depasesc ingeneral 2%.Din punct de vedere al constitutiei
fizico-chimice bitumurile formeaza sisteme coloidale complexe.Faza
continua, sau mediul de dispersie il constitue hidrocarburile
fluide, iar faza dispersata fiind alcatuita din micele de
hidrocarburi solide. Maltenele, care constitue faza continua ,
mediul uleios, sunt solubile in heptan si sunt alcatuite dintr-o
fractiune fluida(uleioasa), numita petrolene si o fractiune cu
vascozitate mai mare numite rasini. Ambele fractiuni sunt solubile
in heptan, sulfura de carbon si tetraclorura de carbon.Petrolenele-
fractiunea uleioasa- sunt de culoare galben-rosietica, cu
densitatea de 1,0 kg/dm3 si masa moleculara intre 250 si 500.
Aceasta fractiune contine indeosebi hidrocarburi naftenice lichide,
precum si hidrocarburi aromatice; in cantitati reduse si variabile
sunt prezente combinatii organice ale sulfului si in cantitati
reduse parafine. Petrolenele reprezinta 4060% din masa
bitumului.Rasinile sunt de culoare galbena pana la bruna, au
densitatea de 11,1 kg/dm3 si contin pe langa hidrocarburi
policiclice, care sunt constituentii principali si hidrocarburi
aromatice, compusi cu oxigen,sulf si azot, in proportii reduse sub
forma de acizi asfaltogeni ( R-COOH); rasinile au masa moleculara
cuprinsa intre500 si1200.Continutul de maltene influenteaza asupra
consistentei si intr-o masura oarecare, si asupra ductilitatii
bitumului.Asfaltenele sunt sisteme de substante solide-rigide si
friabile-cu densitatea de1,11,15 kg/dm3, solubile in sulfura de
carbon si insolubile in heptan, masa moleculara variaza intre 103
si 104, mai frecvent 1500 si 6700. asfaltenele din bitumurile
suflate au masa moleculara mai mare decat cele din bitumurile de
distilare.Asfaltenele reprezinta 10..30% din masa bitumului si sunt
alcatuite din hidrocarburi policiclice, care reprezinta 65-95% din
masa constituentilor, iar hidrocarburile aromatice sunt in
proportie de 30..60% din cele naftenice; in proportii reduse, pana
la 3-4% din masa bitumului, asfaltenele contin o fractiune de
hidrocarburi mai grele, numite carbene solubile iin sulfura de
carbon dar insolubila in tetraclorura de carbon; carbenele sunt
solide cu caracter casant si au o influenta defavorabila asupra
propietatilor bitumului. Asfatenele manifesta tendinta accentuata
de forma asociatii moleculare. Moleculele de asfaltene formeaza
foite plane sau aproape plane, discontinui, alcatuite din molecule
naftenice si aromatice , si in proportii reduse din heterocompusi
organici, intre care se stabilesc legaturi, in general sub forma de
lanturi alifatice. Asocierea in micele se realizeaza prin
suprapunerea succevsiva a foitelor de moleculessi formarea unei
structuri stratificate .Legaturile intre foitele de asfaltene sunt
atribuite fortelor de natura electrostatica.Unele cercetari
atribuie asfaltenelor caracter de compusi macromoleculari proveniti
din policondensarea constituentilor policiclici ai rasinilor si
uleiurilor; policondensare care a avut loc in timpul indelungat de
formare a titeiului si apoi in procesul de suflare a masei
asfaltoase.Rasinile si asfaltenele fac parte din aceeasi familie de
hidrocarburi, dar care se deosebesc prin continutul de hidrogen in
raport cu carbonul. Moleculele de rasini sunt mai bogate in
hidrogen (H/C=1,411,66 fata de 0,95..1,25 in asfaltene).
Maltenele si asfaltenele manifesta influente diferite asupra
structurii si propietatilor bitumului; plasticitatea si consistenta
sunt determinate in deosebi de continutul de asfaltene, iar
coeziunea, adezivitatea si ductilitatea de proportia de
asfaltene.2.1.2.3.4Prepararea bitumului
In lucrarile de constructia, reabilitarea si intretinerea
drumurilor sunt folosite bitumurile reziduale sau de petrol,
rezultate din distilarea fractionara a titeiului. Sunt folosite
titeiurile naftenice sau asfaltoase ( numite si neparafinoase).
Titeiurile semiparafinoase sau parafinoase, prin distilarea lor,
dau bitumuri de calitate necorespunzatoare din cauza continutului
ridicat de parafina,dar care, supuse unei prelucrari speciale, pot
da si ele bitumuri bune.In principiu, prelucrarea titeiului se face
in doua faze distincte:
*Distilare primara,in care titeiul este incalzit la o
temperatura de 300-400 C. Vaporii diferitilor compusi din titei se
ridica intr-o coloana speciala de distilare la temperatura
atmosferica si se condenseaza la o inaltime corespunzator cu
punctul de fiebere. Se capteaza, cu ajutorul unor instalatii
speciale, benzina B, lampantul L, si motorina M. La baza coloanei
se aduna reziduul distilarii primare , care este pacura. Daca
pacura are un continut sarac de hidrocarburi naftenice, procesul de
distilare nu mai este continuat; pacura fiind folosita drept
combustibil sau, eventual supusa unui proces de cracare.*Distilare
secundara, pacura bogata in hidrocarburi naftenice, este incalzita
in alt cuptor si trimisa in a doua coloana de distilare, de data
aceasta in vid, prin care rezulta uleiurile de uns si masa
asfaltoasa ca reziduu in blaz. Reziduul ramas in urma distilarii
secundare este foarte vascos si este numit masa asfaltoasa. Aceasta
masa constitue bitumul de distilare; distilarea pacurii in vid se
continua pana se obtine consistenta dorita a bitumului.Cand bitumul
de distilare are un continut redus de asfaltene (1,5-5%), constitue
un ulei asfaltic (Road-Oils), are o putere redusa de adezivitate si
se intareste foarte incet.Este intrebuintat la lucrari de stropiri
sau fluxarea bitumurilor prea consistente.Pacura , ca reziduu din
prima distilare, a fost supusa unui proces de stripare (tratarea cu
abur) pentru indepartarea produselor mai usoare.Bitumul de
distilare are o tendinta marita la deformatii plastice, o
succeptibilitate mai redusa la fisurare si este compatibil cu
modificatorii (polimeri).Daca masa asfaltoasa rezultata la
distilarea in vid a pacurii, este supusa unui proces de oxidare
prin suflare cu aer cald la temperatura de 250.260C, se obtin
bitumurile de oxidare.Prin oxidare se produce o dehidrogenizare
partiala a rasinilor si trecerea acestora in asfaltene.In afara de
oxidare se mai produce si un proces de policondensarea
constituentilor policiclici ai rasinilor si uleiurilor, formand o
anumita structura. Marind sau reducand durata de suflare, se pot
obtine bitumuri cu consistente diferite.
Bitumurile de oxidare au o succetibilitate termica mai redusa,
un echilibru coloidal instabil, un punct de inmuiere mai ridicat si
ca atare o rezistenta mai mare la deformatii plastice, sunt
succeptibile la fisurare si prezinta o compatibilitate mai scazuta
cu modificatorii.
Pacura parafinoasa este supusa unui proces de dezuleiere cu
propan lichid prin care se recupareaza o parte din uleiurile din
pacura si se obtine un produs consistent denumit impropiu
semigudron dezasfaltat cu propan .
2.1.2.3.5Bitum modificat cu polimeri
Bitum modificat cu polimeri este liantul cu caracteristici
fizico-chimice specifice, obtinut prin amestecarea bitumului pur
(nemodificat) pentru drumuri cu anumite tipuri de polimeri, n
instalatiile speciale, la temperaturi de 160...180 oC.Principalele
avantaje ale bitumului modificat cu polimeri, comparativ cu bitumul
pur sunt:1. cresterea rezistentei la deformatii permanente la
temperaturi ridicate;
2. cresterea rezistentei la fisurare la temperaturi scazute si
la oboseala;
3. micsorarea susceptibilitatii la mbatrnire, att n procesul de
preparare a mixturilor asfaltice, ct si n timpul exploatarii;
4. mbunatatirea coeziunii si a adezivitatii fata de agregatul
natural;
mbunatatirea performantelor bitumului de drumuri prin adaos de
polimeri specifici a permis utilizarea bitumului modificat, n
special la urmatoarele tipuri de lucrari:- mixturi asfaltice pentru
nbrancaminti bituminoase realizate pe drumirile cu trafic greu, n
scopul cresterii rezistentei la intindere, a rezistentei la
oboseala,reducerea deformatiilor permanente la temperaturi ridicate
si cresterea rezistentei la fisurare la temperaturi
scazute;-mixturi asfaltice speciale pentru executarea straturilor
bituminoase sibtiri, foarte subtiri si ultrasubtiri;-betoane
asfaltice drenante, caracterizate printr-un volum mare de goluri
(circa 1620 %);
-procedee antifisuri pentru limitarea si intarzierea
transmiterii fisurilor n stratul de rulare, n cazul structurilor
rutiere suple cu straturi din agregate naturale stabilizate cu
lianti hidraulic sau a structurilor rutiere mixte, cu fundatii din
beton de ciment.
-mixturi asfaltice cu fibre;
-tratamente bituminoase pe drumuri cu trafic greu si foarte
greu.
Polimerii folositi pentru prepararea bitumurilor modificate se
pot grupa n doua categorii principale:-polimeri inerti;-polimeri
reactivi, cum este INTERLOY, care reactioneaza cu o serie de
componenti ai bitumului si astfel se usureaza prepararea si
stocarea bitumului modificat A cest polimer se poate introduce
direct in malaxor, fara sa fie necesara o tehnologie speciala de
prepararea bitumului modificat.Polimerii inerti sunt de tipul:-
elastomeri: produse care costau din copolimeri stirenici, dintre
care cei mai importanti sunt: SBS. sau stiren-butadien-stiren; SIS.
sau stiren-izopropen-stiren. Acesti elastomeri termoplastici
amelioreaza atat comportarea la temperaturi ridicate cat si la
temperaturi scazute- plastomeri: produse bazate n general pe
copolimeri etilenici, dintre care sunt de retinut: EVA. sau
etilen-vinil-acetat; EMA. sau etilen-metil-acrilat. Cel mai
utilizat polimer pentru modificarea bitumului rutier este SBS
comercializat pe piata europeana de firma SHELL si FINA. A fost
realizat si un produs romanesc, CAPS, care este un sistem polimeric
bicomponent, constituit dintr-un elastomer si un polimer
termoplastic. Acest polimer inlocuieste foarte bine produsul SBS,
obtinand aceeasi vascozitate la un dozaj de 6% si temperatura de
amestecare de 160C, in loc de 180C cat este necesar pentru
modificarea cu SBS.Att polimerii de tip elastomeri, ct si cei de
tip plastomeri, ncorporati n bitum, formeaza o retea similara, si
anume o retea continua, care este compusa din ramificatii
flexibile, legate ntre ele prin legaturi
termoreversibile.Principalii factori care influenteza realizarea
acestei retete si mbunatatirea performantelor bitumului sunt:
compozitia chimica a bitumului, n special continutul de
asfaltene;
stuctura polimerului; compatibilitatea dintre bitum (respectiv
fractiunile uleiuri si rasini) si ramificatiile flexibile ale
polimerului;
dozajul de polimer.
Referitor la influenta continutului de asfaltene al bitumului
exista trei situatii: bitumul cu continut redus de asfaltene (pna
la 6 % din masa totala), asigura obtinerea unui bitum-polimer cu
structura omogena, marimea particulelor dispersate n bitum fiind
sub 2, si proprietati vscoelastice foarte pronuntate;
bitumul cu continut de asfaltene de 69 %, tinde sa formeze cu
polimerul un liant cu structura vermiculara, cu particule de 25 si
un comportament cvasivscoelastic;
bitumul cu continut de asfaltene de peste 10 % conduce la
obtinerea unui bitum-polimer cu o stuctura globulara mixta
(particule grosiere si fine) si comportare vscoplastica.
Referitor la sructura polimerului, n cazul polimerilor de tip
SBS, penetratia si punctul de nmuiere ale bitumului sunt
influentate de masa moleculara a fractiunii stiren, iar vscozitatea
la temperaturi ridicate (de exemplu 180 oC), de masa moleculara a
fractiunii polibutadiena. n cazul bitumurilor cu polimer de tip
EVA, efectul de diminuare a penetratiei si de crestere a punctului
de nmuiere este cu att mai pronuntat cu ct continutul n acetat de
vinil al copolimerului este mai mic. Polimerii termoplastici, cand
sunt amestecati cu bitum, la temperatura ambianta, maresc
vascozitatea bitumului. Din pacate nu maresc semnificativ si
elasticitatea bitumului, iar cand se incalzesc exista tendinta de
separare.Cu toate aceste limitari, un dozaj de 5% EVA dintr-un
bitum cu penetratia de 70 mm/10, se utilizeaza frecvent.n ce
priveste compatibilitatea bitumului cu polimerul, polimerii tip
elastomeri (de exemplu SBS) sunt compatibili cu bitumurile
aromatice, iar polimerii tip plastomeri (de exemplu EVA) sunt
compatibili cu bitumurile parafinice, naftenice si putin
aromatice.Referitor la dozajul de polimer se disting doua situatii:
contint redus de polimer (sub 7 %): bitumul constituie faza
continua a sistemului n care este dispersata faza de polimer. n
acest caz bitumul modificat se caracterizeaza, in primul rand, prin
cresterea coeziunii si elasticitatii, datorita modificarii
structurii fazei de bitum, prin micsorarea contiutului de uleiuri
(absorbite de polimer) si cresterea continutului de asfaltene, si
in al doilea rand, prin mbunatatirea proprietatilor mecanice la
temperaturi ridicate si la temperaturi scazute, datorita fazei de
polimer;
continutul ridicat de polimer (peste 7 %): polimerul este
matricea sistemului, n care sunt dispersate fractiunile grele ale
bitumului, si n acest caz se obtine un polimer plastifiat cu
uleiurile din bitum, cu proprietati fundamental diferite de ale
unui bitum.
Prepararea industriala a bitumului modificat cu polimeri se
realizeaza n rafinarie sau pe santier, la locul de preparare a
mixturilor asfaltice, n instalatii speciale, cu functionare n flux
discontinuu.Instalatia de preparare a bitumului modificat este
construita, de regula, din: recipient vertical cu agitator;
moara coloidala;
rezervor de depozitare a bitumului modificat, dotat cu
echipament de ncalzire si de recirculare permanenta a liantului sau
cu agitator pentru omogenizarea pe timpul stocarii acestuia.
Procesul de preparare este alcatuit n general din trei faze:
faza de predispersie si umflare a polimerului n masa de bitum;
faza de dispersare-macinare;
perioada de omogenizare.
Faza de predispersie si umflare a polimerului n masa de bitum se
realizeaza n recipientul vertical, prin introducerea polimerului n
bitumul ncalzit la temperatura de 160 oC si amestecarea lor sub
agitare continua, timp de min 30 minute.Faza de dispersie si
macinare se realizeaza n moara coloidala, prin intoducerea
amestecului bitum-polimer din rezervorul vertical.Omogenizarea
amestecului bitum-polimer se realizeaza prin recircularea acestuia
de mai multe ori ( circa 6 ori), din moara coloidala n recipientul
vertical. Temperatura bitumului pe perioada de amestecare trebuie
sa fie cuprinsa n limitele 160180 oC.2.1.2.3.6CONDITII TEHNICE
IMPUSE BITUMULUI MODIFICAT
Bitumul modificat reprezinta un liant diferit de bitumul pur, a
carui testare implica pe langa metodologia clasica si aplicarea
unor metode specifice referitor la urmatoarele
caracteristici:-omogenitatea;
-stabilitatea la stocare; -revenirea elastica;-determinarea
continutului de polimerConditiile tehnice pe care trebuie sa le
indeplineasca bitumul modificat cu polimeri de tipul elastomerilor
termoplastici liniari.2.1.2.4 PROPRIETATILE BITUMULUI
Bitumul intrebuintat la lucrarile rutiere trebuie sa lege
granulele minerale, sa reziste la actiunea apei si sa nu devina
rigida iarna. Liantul trebuie sa ramana deci suficient de plastic
la temperaturi scazute pentru a se evita formarea fisurilor, sau
cand acestea se produc, pentru a permite autorepararea liantilor o
data cu cresterea temperaturii.Rezulta ca proprietatile esentiale
ale liantilor bitumosi sunt adezivitatea vascozitatea si
plasticitatea.
a ADEZIVITATEARezistenta pe care o opune la dezlipire o pelicula
de liant, sub actiunea de infiltrare a apei, este functie de
tensiunile dintre fetele sistemului liant-agregat-apa; de aceea
adezivitatea depinde atat de proprietatile bitumului, cat si de
cele ale agregatelor si se verifica doar in prezenta apei.Multe
dintre metodele propuse pentru determinarea adezivitatii dau
rezultate nesatisfacatoare sau au o valoare limita. Cea mai
raspandita este metoda Riedel-Weber.
Pentru determinarea gradului de adezivitate dintre aggregate si
liantii bituminosi, metoda Riedel-Weber foloseste actiunea apei
prin fierbere timp de un minut, ajutata de actiunea chimica a
carbonatului de sodiu, dizolvat in apa in proportie de crescatoare
pana la solutia molara.
Aceasta metoda desi este foarte expeditiva, reprezinta totusi o
cale indirecta pentru masurarea adezivitatii. In plus, temperature
la care se face incercarea este prea severa si se indeparteaza de
realitate, iar aprecierea dezanrobarii se face visual. Pentru a se
remedia in parte aceste inconveniente, s-au propus metode bazate pe
imersare la temperatura ordinara, in care efectul dezanrobarii este
pus in evidenta analytic, prin colorimetrie sau
spectrofotometrie.b. VASCOZITATEAEste rezistenta pe care un lichid
supus la forfecare o opune la deplasarea particulelor sale. Aceasta
rezistenta la curgere a fluidelor se datoreste freccarii interioare
dintre particule.Consistenta bitumurilor fluide la temperature
obisnuita se caracterizeaza prin vascozitate. In practica
vascozitatea se masoara cu aparate prevazute cu orificii pentru
curgere. Se are in vedere o curgere in regim lamellar.Vascozitatea
unui bitum are o mare variatie in functie de temperatura, variatie
descris de relatia:h=t/c, unde: t este timpul de scurgere 200 ml
produs, in secunde c- timpul de scurgere a 200 ml de apa distilata
la 20 C Vascozitatea bitumuriior se determine cu ajutorul
vascozimetrului Engler alcatuit din urmatoarele componente si care
este prezentat in figura 2.1.2.3.1..1.vas cilindric de
alama2.capac3.tub de curgere calibrat4.omgenizator5. obturator
6. suport cu tija
7. termometru
8.vas de sticla
Figura 2.1.2.3.1..Vascozitatea se poate determina cu
vascozimetru Engler, cand se exprima prin raportul dintre durata de
scurgere a unui anumit volum de liant printr-un ajutaj cu
dimensiuni determinate si durata d scurgere a unui volume gal de
apala o temperature stabilita.
c. PLASTICITATEAPlasticitatea este propietatea unor materiale
consistente de a capata deformatii permanente sub actiunea
solicitarilor fara sa fisureze.Bitumul, gudronul si masele
plastice, care sunt corpuri amorfe, nu au un punct de topire
precis, asa cum au corpurile cristaline, iar in timpul topirii sau
solidificarii temperatura nu se mentine constanta. In timpul
incalzirii corpurile amorfe se inmoaie treptat si nu poate fi
stabilita o temperatura anumita la care aceste corpuri devin
lichide.Bitumul din stare solida trece, prin incalzire, trece
treptat in stare lichida prin intermediul unei stari plastice cu
consistente diferite.Bitumul este plastic numai intr-un anumit
interval de temperatura; in afara acestui interval, bitumul este
fie solid, fie lichid, stari in care plasticitatea
inceteaza.Temperatura la care bitumul devine rigid este considerata
limita inferioara de plasticitate, iar temperatura de inmuiere,
limita superioara de plasticitate. Intervalul dintre temperatura de
rigidizare si temperatura de inmuiere constitue campul de
plasticitate al bitumului.Un bitum pentru drumuri, este cu atat mai
bun cu cat temperatura de rupere este mai scazuta, temperatura de
inmuiere mai ridicata, iar campul de plasticitate cat mai mare.
Pentru bitumurile oxidate folosite la mixturile asfaltice campul de
plasticitate este de minimum 80C. Campul de plasticitate ridicat
reprezinta garantia comportarii bune a imbracamintilor asfaltice la
intreaga gama de temperaturi din timpul anului.d. PENETRATIAPrin
penetratie se intalege adancimea de patrundere intr-o proba de
bitum, a unui ac cu anumite dimensiuni, incarcat cu o greutate de
100 gf, care este lasat sa patrunda in masa bitumului, timp de 5
secunde. Penetratia se masoara prin adancimea de patrundere a
acului, exprimata in zecimi de milimetru. Determinarea se face de
regula la temperatura de 25C, cu penetrometrul Richardson.
Fig. 2.1.2.3.2Penetrometrul RichardsonValoarea penetratiei arata
tipul de bitum; bitumurile cu penetratie mica (P 107 osii
echivalente
Osia echivalenta n S.U.A. este de 80 kN. Pentru conditiile tarii
noastre aceasta se va echivala cu osia de 115 kN, conform normelor
n vigoare.Nivelul 1 se bazeaza pe proiectarea volumetrica a
mixturii asfaltice, n timp ce nivelele 2 si 3 contin si ncercari
specifice pentru determinarea caracteristicilor mixturii asfaltice,
precum : ncercare de forfecare repetata
ncercare de forfecare simpla
rezistenta la ntindere indirecta
fluaj si rupere din temperatura scazuta
reometru pentru grinda ncovoiata
ncercare hidrostatica
ncercare uniaxiala 2.5.2 NIVELUL 1 DE PROIECTARE A MIXTURII
ASFALTICE
Nivelul 1 de proiectare a mixturilor asfaltice (pentru trafic
scazut), consta n alegerea agregatului si liantului pentru a
stabili granulometria si procentul de bitum care satisfac
criteriile specificate pentru volum de goluri n mixtura, goluri n
amestecul de agregate si goluri umplute cu bitum. Acest nivel se
bazeaza pe proiectarea volumetrica a amestecului, lund n
considerare si specificatiile pentru liant si agregate. Alegerea
finala a procentului de bitum este bazata deci, pe atingerea
nivelului specificat pentru volum de goluri n mixtura, goluri n
amestecul de agregate si goluri umplute cu bitum la trei nivele de
compactare: initial, de proiectare si maxim.Nivelul initial de
compactare, Nin este cel care corespunde densitatii stratului
asfaltic dupa traficul initial - la asternere. Nivelul de
proiectare al compactarii, Npr are valoarea corepunzatoare
densitatii obtinuta n stratul asfaltic dupa compactarea initiala -
dupa cilindrare. Nivelul maxim de compactare, Nmax este cel
corespunzator densitatii anticipate a drumului la sfrsitul
perioadei de serviciu.Mixtura asfaltica, continnd diferite
granulometrii ale agregatului si procente diferite de bitum, va fi
compactata, n cadrul proiectarii volumetrice, cu
girocompactorul.Trebuie specificat faptul ca n metoda volumetrica
Superpave efortul vertical de compactare a girocompactorului este
acelasi pentru toate mixturile iar numarul de rotatii este stabilit
astfel nct sa furnizeze o densitate care coincide cu densitatea
mixturii asternute pe drum, la sfrsitul perioadei de
serviciu.Etapele principale ale nivelului 1 de proiectare
(volumetric) sunt:1. alegerea materialelor:
alegerea liantului bituminos si a agregatelor ce ndeplinesc
cerintele mediului si traficului
determinarea greutatii specifice volumetrice a agregatului
propus pentru amestecare si greutatea specifica a liantului
bituminos.
2. stabilirea curbei granulometrice:
propunerea curbelor granulometrice ale agregatului (de preferat
3 sau mai multe);
calcularea unui procent de bitum initial si compactarea a doua
probe pentru fiecare granulometrie n parte;
alegerea unei structuri de agregat si a procentului de bitum
estimat, pe baza criteriilor ce definesc volumul de goluri n mixura
compactata, golurile n agregatul mineral si golurile umplute cu
bitum, la nivelele de compactare initial (Nin), de proiectare (Npr)
si maxim (Nmax), masurate sub forma de rotatii aplicate cu
girocompactorul.3. stabilirea procentului de bitum proiectat:
compactarea a cte doua probe la procentul de bitum estimat si la
procentul de bitum estimat 0,5 % si +1,0 %;
determinarea procentului de bitum proiectat pe baza cerintelor
ce privesc volumul de goluri n mixura compactata, golurile n
agregatul mineral si golurile umplute cu bitum la cele trei nivele
de proiectare, Nin, Npr si Nmax; determinarea susceptibilitatii la
umiditate a amestecului final optim de agregat si bitum la un volum
de goluri de 7 %.Cu toate ca nu este posibila estimarea
performantelor rutiere ale nivelului 1 n ceea ce priveste
deformatiile permanente, fisurarea din oboseala sau fisurarea din
temperaturi scazute fara ncercarile pe mixturi prevazute n nivelul
2 sau 3, totusi nivelul 1 prezinta o garantie satisfacatoare a
performantei drumului atunci cnd toate criteriile volumetrice sunt
ndeplinite.Girocompactorul este elementul de baza al nivelului 1 de
proiectare. n plus, acest nivel considera efectele sensibilitatii
la umiditate si ale mbatrnirii n stabilirea amestecului
final.2.5.2.1Alegerea amestecului de materiale:AgregateleAlegerea
agregatelor presupune considerarea mai multor factori si anume:
clima, trafic, disponibilitate, cost, rezistenta la derapare,
sensibilitate la umiditate, folosirea anterioara a agregatului,
deci cunoasterea proprietatilor sale.Dimensiunea maxima a
agregatului se alege n functie de stratul n care
se foloseste..Curba granulometrica se alege n functie de
limitele prevazute.Aceasta zona restrictiva este folosita de
SUPERPAVE pentru a preveni procentul mare de nisip fin raportat la
cantitatea de nisip total din amestecul deagregate si de asemenea
pentru a evita linia de densitate maxima care nu furnizeaza un
volum de goluri adecvat n agregat. Astfel, va rezulta un schelet
mineral puternic ce sporeste rezistenta la deformatii permanente si
durabilitatea, datorita unui volum de goluri potrivit.Se recomanda
ca la alcatuirea scheletului mineral, curba granulometrica sa se
deplaseze spre limitele inferioare, sub zona restrictiva atunci cnd
traficul creste.Curbele granulometrice ce se situeaza fie sub zona
restrictiva, fie peste aceasta zona, dar se afla n interiorul
limitelor, vor conduce la un amestec de agregate potrivit pentru o
mixtura acceptabila n sistemul de proiectare Superpave.Superpave
impune restrictii si n ceea ce priveste:- gradul de spargere al
agregatului grosier (procent din greutatea agregatului cu particule
mai mari de 4,75 mm, cu una sau mai multe fete concasate);- gradul
de spargere al agregatului fin (procent al volumului de goluri
prezent n agregatul ce trece prin sita de 2,36 mm);- duritatea sau
rezistenta L.A. (procent de material pierdut din agregatul
amestecat, n timpul ncercarii Los Angeles);- soliditatea (procent
al degradarii agregatului amestecat, n timpul testului de
soliditate cu sodiu sau magneziu);- materialele nocive (procent n
greutate a impuritatilor nedorite precum: carbune, lemn, argila
sistoasa moale, mica n agregatul amestecat);- continutul de argila
sau echivalentul de nisip (masura a cantitatii de material argilos
prezent n partea de agregat ce trece pe sita de 4,75 mm);-
particule subtiri, alungite (particulele agregatului grosier -
4,75
ce au raportul dintre dimensiunea maxima si minima mai mare de
5);
- proportia de praf (raportul dintre procentul n greutate a
agregatului ce trece pe sita de 75 m si continutul efectiv de
bitum exprimat ca procent n greutate din mixtura).Liantul
bituminosn Superpave liantii se noteaza prin PGx-y, unde: PG este
gradul de performanta al bitumului x este temperatura ridicata de
proiectare a drumului y este temperatura scazuta de proiectare a
drumuluiSuperpave a stabilit specificatii pentru bitum aplicabile
deopotriva liantilor modificati si celor nemodificati.
Specificatiile se bazeaza pe rigiditatea liantului mbatrnit,
considernd o anumita combinatie a ncarcarii din trafic si conditii
nconjuratoare. Astfel, bitumul este mpartit pe grade care se
diferentiaza n functie de temperaturile drumului care permit
liantului sa poata fi ales n raport cu o anumita combinatie a
temperaturilor ridicate si scazute ale drumului. Conditiile de
ncarcare prevazute n cazul temperaturilor ridicate sunt: viteza
vehiculului = 100 km/h si volumul de trafic < 107 osii
echivalente.Cele doua temperaturi luate n considerare sunt:
temperatura de proiectare maxima a drumului Tmax, considerata ca
media celor mai calduroase 7 zile consecutive dintr-un an
(temp.med. 7 zile);
temperatura de proiectare minima a drumului Tmin, considerata ca
temperatura cea mai scazuta dintr-un an.
Etapele care se parcurg n alegerea gradului sunt: alegerea zonei
climatice n care se afla drumul ce urmeaza a fi construit;
alegerea gradului de siguranta al proiectarii drumului n functie
de performanta la temperaturi scazute si ridicate;
stabilirea temperaturilor rutiere de proiectare;
determinarea gradului de performanta minim necesar pentru a
satisface temperaturile minime si maxime de proiectare ale
drumului. Verificarea gradului de performanta al liantului consta n
efectuareaurmatoarelor determinari: punctul de inflamabilitate
vscozitatea cu vscozimetrul rotativ (135oC)
G*/sind la Tmax (45 .. 75oC) cu reometrul pentru forfecare
dinamica
rigiditatea la fluaj si panta rigiditatii la fluaj n functie de
timp la
Tmin+10oC (-36 .. 0oC), la 1 ora si 24 de ore pierderea de masa
prin mbatrnirea bitumului n etuva RTFOT
G*/sind la Tmax (45 .. 75oC) cu reometrul pentru forfecare
dinamica, pe bitumul mbatrnit RTFOT
mbatrnirea bitumului dupa RTFOT n etuva PAV
rigiditatea la fluaj si panta rigiditatii la fluaj n functie de
timp la Tmin+10oC (-36 .. 0oC), pe bitumul mbatrnit RTFOT / PAV
G*sind la Tmediu (7 .. 34oC) cu reometrul pentru forfecare
dinamica, pe bitumul mbatrnit RTFOT / PAV
deformatia specifica la rupere cu aparatul pentru tractiune
directa la
Tmin+10oC (-36 .. 0oC)Alegerea numai a gradului liantului
bituminos nu elimina deformatiile permanente care sunt puternic
legate de proprietatile agregatului si de proprietatile volumetrice
ale mixturii rutiere si nici fisurarea din oboseala care este de
asemenea puternic dependenta de structura rutiera. Totusi, alegnd
potrivit liantul bituminos, se va elimina fisurarea din temperaturi
scazute.2.5.2.2Proprietati volumetrice
Atunci cnd consideram comportarea unei mixturi asfaltice,
trebuie sa luam n calcul proprietatile volumetrice ale amestecului
de agregate si bitum.Proprietatile volumetrice (figura 2.5.2.1) ale
mixturii compactate sunt: volumul de goluri n mixtura, volumul de
goluri n amestecul de agregate si volumul de goluri umplute cu
bitum. Ele furnizeaza unele indicatii asupra performantei probabile
a mixturii asfaltice n perioada de serviciu a drumului.Figura
2.5.2.1 proprietatile volumetrice ale mixturilorasfaltice
Agregatul mineral este poros si poate absorbi apa si bitum
ntr-un anumit grad. Mai mult, raportul apa/bitum absorbit variaza n
functie de fiecare tip de agregat n parte. n calculul
proprietatilor volumetrice ale mixturii sunt luate n considerare
trei greutati specifice ale agregatelor care tin seama de aceste
variatii: greutatea specifica volumetrica, aparenta si
efectiva.Greutatea specifica volumetrica (Gsb) este raportul dintre
masa n aer a unei unitati de volum de material permeabil (incluznd
deopotriva golurile permeabile si impermeabile ale materialului),
la o anumita temperatura si masa n aer a unui volum egal de apa
distilata fara goluri de aer, la aceeasi temperatura.Greutatea
specifica aparenta (Gsa) este raportul dintre masa n aer a unei
unitati de volum de material impermeabil, la o anumita temperatura
si masa n aer a unui volum egal de apa distilata fara goluri de
aer, la aceeasi temperatura.Greutatea specifica efectiva (Gse) este
raportul dintre masa n aer a unei unitati de volum de material
permeabil (excluznd golurile permeabile la bitum), la o anumita
temperatura si masa n aer a unui volum egal de apa distilata fara
goluri de aer, la aceeasi temperatura (figura 2.5.2.2).bitum
efectiv
agregatgoluri permeabile la bitum (ex.: bitumabsorbit)goluri
permeabile la apa (parte a agregatuluipt. Gsb)goluri permeabile la
apa neumplute cubitum (parte a volumului de agregate pt. Gse)Figura
2.5.2.2 Greutati specificeAtunci cnd facem o analiza a golurilor
este necesar sa avem masuratori si calcule pentru: greutatea
specifica volumetrica a agregatului mare si mic, greutatea
specifica a bitumului si a filerului, greutatea specifica
volumetrica a amestecului de agregate pentru mixtura asfaltica,
greutatea specifica maxima a mixturii n stare desfacuta, greutatea
specifica volumetrica a mixturii compactate, greutate specifica
efectiva a agregatului, greutatea specifica maxima a mixturii
pentru alte procente de bitum, absorbtia de bitum a agregatului,
procentul efectiv de bitum din mixturii, procentul de goluri din
amestecul de agregate din mixtura compactata, volumul de goluri din
mixtura compactata si procentul de goluri umplute cu bitum din
mixtura compactata.Greutatea specifica volumetrica a agregatului se
calculeaza n functie de fractiunile agregatului si de greutatea lor
specifica:
Unde: Gsb greutate specifica volumetrica a agregatelor P1, P2,
Pn fractiuni ale agregatului, (%), raportate la masa
agregatului
G1, G2, Gn greutate specifica volumetrica a agregatelor
Greutatea specifica efectiva a agregatului se determina in
functie de greutatea specifica maxima amixturii:
unde: Gse = greutatea specifica efectiva a agregatuluiGmm =
greutatea specifica maxima a mixturii (fara goluri de aer) Pmm =
procent raportat la masa mixturii totale desfacute = 100 Pb =
procentul de bitum, raportat la masa mixturiiGb = greutatea
specifica a bitumuluiGreutatea specifica maxima a mixturii cu
procente diferite de bitum se poate calcula cu ecuatia de mai jos
atunci cnd, n urma determinarilor, s-a ajuns la o valoare medie
pentru Gse a agregatului cu procente diferite de bitum. Ecuatia
presupune ca greutatea specifica efectiva a agregatului este
constanta, ceea ce este adevarat atunci cnd absorbtia de bitum nu
variaza foarte mult cu modificarea procentului de bitum:
unde: Gmm = greutatea specifica maxima a mixturii (fara goluri
de aer) Pmm = procent raportat la masa mixturii desfacute = 100Ps =
procentul de agregat, procent raportat la masa mixturiiPb =
procentul de bitum, procent raportat la masa mixturii
Gse = greutatea specifica efectiva a agregatuluiGb = greutatea
specifica a bitumuluiBitumul absorbit este exprimat ca procent
raportat la masa agregatului:
Unde:
Pba bitum absorbit porcent raportat la masa agregatului;
Gse greutate specifica efectiva a agregatului;
Gsb greutate specifica volumica a agregatului
Gb greutatea specifica a bitumuluiProcentul efectiv de bitum din
mixture este procentul total de bitum minus procentul de bitum
pierdut nprin absortie de agregat:
Unde:
Pbe procentul efectiv de bitum raportat la masa mixturii
Pb procentul de bitum raportat la masa mixturii
Pba procent de bitum absorbit, raportat la masa agregatului.
Ps oricent de agregat raportat la masa mixturii
Volumul de goluri din mixtura (Va)
unde: Va este volumul de goluri al probei compactate exprimat ca
procent din volumul total;Gmm - greutatea specifica maxima a
mixturii;Gmb - greutatea specifica volumetrica a mixturii
compactate. Se recomanda ca volumul de goluri din mixtura
compactata sa fie de 4%indiferent de traficul la care se
proiecteaza drumul.Golurile din amestecul de agregate (VMA)
reprezinta volumul dintre particulele agregatului ntr-o mixtura
compactata. Acest volum se compune din volumul de goluri din
mixtura si volumul efectiv de liant. Un nivel adecvat al VMA - ului
asigura suficient bitum n vederea unei durabilitati bune. ntr-o
mixtura rutiera ce are un continut nepotrivit de bitum va aparea o
ntarire accelerata a liantului bituminos. Aceasta conduce la
deteriorarea mbracamintii rutiere din cauza traficului si la
fisurarea din oboseala din cauza incapacitatii drumului de a se
ncovoia sub trafic. Deasemenea, umiditatea poate avea o influenta
nefavorabila din acest punct de vedere.
Unde:
VMA reprezintagolurile din agregatul mineral
Gsb greutatea specifica volumetrica a agregatului
Gmb greutatea specifica volumetrica a mixturii compactate
Ps procentul de agregat din mixture
Golurile umplute cu bitum (VFA) reprezinta procentul de goluri
din agregatul mineral umplute cu bitum:
Experientele au aratat ca VFA trebuie sa se situeze ntre
limitele prevazute n tabelul de ma jos, pentru a preveni
instabilitatea mixturii sub un efort de forfecare mare si
mbatrnirea accelerata.Nivelul traficuluiVFA(%)