Asfalta maisījuma noturība pret plastiskām deformācijām. Augstas stiprības asfaltbetonu (HMAC) izpēte.

Rīgas Tehniskā universitāte Asfalta maisījuma noturība pret plastiskām deformācijām. Augstas stiprības asfaltbetonu (HMAC) izpēte. Atskaite Rīga, 2013. gads 25. janvāris

Apstiprinu, Ceļu un tiltu katedras vadītājs paraksts Starpziņojuma nosaukums Asfalta maisījuma noturība pret plastiskām deformācijām. Augstas stiprības asfaltbetonu (HMAC) izpēte. Numurs Līgums Nr LVC2012/1.10/2/AC Datums 25. 01. 2013 Ziņojuma statuss Starpziņojums Ziņojuma izstrādes periods 2012. 2013. gads Lapaspušu skaits 42 Projekta nosaukums: RTU projekta kods Tips Atbildīgā institūcija Jauno tehnoloģiju izpētes programma 2012 gads L7837 Zinātniski pētnieciskais Rīgas Tehniskā Universitāte, Būvniecības fakultāte, Transportbūvju institūts, Ceļu un tiltu katedra, Āzenes iela 16/20, Rīga, Latvija, LV-1048 Projekta izpildītāji Vārds un uzvārds Paraksts Projekta vadītājs Viktors Haritonovs Pētnieks Jānis Tihonovs Pētnieks Mārtiņš Zaumanis Projektu finansē VAS "Latvijas Valsts Ceļi" Partneri VAS "Latvijas Valsts Ceļi", LOTOS Asfalt Sp. Zo.o (Polija), SIA Pļaviņu DM Abstrakts Dolomīts ir viens no izplatītākajiem nogulumiežiem Latvijas teritorijā. Būvmateriālu izejvielu atradņu reģistrs pašreiz atspoguļo informāciju par 2265 atradnēm un prognozēto krājumu laukumiem, starp tiem arī par 1265 izpētītām atradnēm, no kurām visvairāk (980) ir smilts un grants atradņu [http://mapx.map.vgd.gov.lv/geo3/atradnu_kadastrs.htm]. Kopējāis izpētīto (A kategorija) dolomīta atradņu krājumu apjoms Latvijā ir 367 milj. m 3, savukārt neizpētīto 1200 milj. m 3. Septiņas lielākās detālizpētītās dolomīta atradnes - - Aiviekstes kreisais krasts, Birži-Pūteļi, Dārzciems, Iecava, Kranciems, Pērtnieki un Turkalne. [http://mapx.map.vgd.gov.lv/geo3/pdf_faili/atradnes_2004_makets_1daja.pdf]. Tomēr, atbilstoši Ceļu specifikācijas 2010 prasībām, šim derīgajam izrektenim, kā arī drupinātām grants šķembām ir parāk zemi kvalitātes radītāji (LA 40 ), lai tos izmantotu asfaltbetona sastāvu izstrādei augstas intensitātes ceļiem. Tāpēc asfaltbetona sastāvu izstrādei Latvijā bieži izmanto importētas un dārgas izvirduma iežu šķembas (granīts, diabazs, gabro un bazalts), kā arī augstākas stiprības dolomītu. Praktiskā pieredze rada, ka šie kvalitatīvie minerālmateriāli asfalta sastāvā pilnībā nerealizē savu potenciālu veidojas rises, noguruma un termiskās plaisas. Projekta ietvaros, izmantojot vietējos minerālmateriālus, plānots izstrādāt augstas stiprības sastāvus asfaltbetona seguma saistes un apakškārtai, jo lielākie bīdes spriegumi (σ = 0,29P) veidojas 4 12cm zem seguma virsmas. Balstoties uz iegūtajiem rezultātiem, plānots piedāvāt priekšlikumus šo asfaltbetonu un to izejmateriālu specifikācijām. 2

SATURS SATURS... 3 1. IEVADS... 4 1.1 Dolomīta materiāla pieejamība Latvijā... 4 1.2 Dolomīta minerālmateriāla izmatošana ceļu būvē... 8 1.3 Projekta mērķis un uzdevumi... 11 2. EKSPERIMENTĀLĀ DAĻA... 13 2.1 Eksperimentālās daļas plāns... 13 2.2 Izejmateriālu īpašības... 14 2.2.1 Minerālmateriāls... 14 2.2.2 Bitumens... 16 2.3 HMAC asfaltbetona sastāvu projektēšana... 17 2.3.1 HMAC -1... 17 2.3.1.1 HMAC -1 sastāvi... 17 2.3.1.2 HMAC -1 sastāvu pamatīpašības... 20 2.3.2 HMAC - 2... 21 2.3.2.1 HMAC -2 sastāvi... 21 2.3.2.2 HMAC -2 sastāvu pamatīpašības... 24 2.3.2.3 HMAC -2 sastāvu ekspluatācijas īpašības... 26 3. MODIFICĒTO BITUMENU ĪPAŠĪBU ANALĪZE AUGSTO EKSPLUATĀCIJAS ĪPAŠĪBU SASTĀVU (HMAC) RADĪŠANAI... 31 3.1 Bitumenu modificēšana lietojot termoplastiskos elastomērus... 34 3.2 Bitumenu modificēšana lietojot termoplastiskos polimērus, kas nesatur gumiju... 39 SECINĀJUMI... 41 TURPMĀKIE PĒTĪJUMA VIRZIENI... 41 REKOMENDĀCIJAS... 42 3

1. IEVADS 1.1 Dolomīta materiāla pieejamība Latvijā Dolomīti Latvijas Zemes dzīlēs sastopami dažāda vecuma nogulumos, bet biezāki slāņi ir trijās augšdevona karbonātiežu svītās: Pļaviņu, Daugavas un Stīpiņu (skat. 1. attēls). Visvairāk izmanto Daugavas svītas dolomītus. Dolomīta kvalitāti raksturo tā ķīmiskais sastāvs, fizikālās, mehāniskās un tehnoloģiskās īpašības, Latvijas dolomīti parasti satur 17-21% magnija oksīdu un 26-32% kalcija oksīdu. Tā blīvums 2,83-2,86 t/m 3, tilpummasa 2,42-2,65 t/m 3, porainība 7,0-14,8%, vidējā stiprība no 45 līdz 100 MPa. 1. Attēls 1 1 Pļaviņu svīta; 2 Daugavas svīta; 3 Stipinu svīta; 4 Žagares svīta; 5 Ketleru svīta. Visvecākie no izmantojamiem slāņiem ir Pļaviņu svītas dolomīti. Tie izplatīti lielākajā Latvijas teritorijas daļā. Ģeoloģiskajā kartē redzams, ka dolomītu izplatību ziemeļrietumu virzienā ierobežo 1 Kondratjeva S., Hodireva V. 2000. Latvijas dolomīti. Rīga: VARAM, VĢD, 5. lpp. 4

līnija, kas virzās no Apes uz Cēsīm, tālāk uz Rīgu, Tukumu, Talsiem, Kuldīgu un Pāvilostu; dienvidaustrumu virzienā dolomīta izplatība beidzas pie Preiļiem. Lielākajā Latvijas daļā Pļaviņu svīta sedz jaunāki devona nogulumi, bet tikai 1-10 km platā joslā pie ziemeļrietumu izplatības robežas tā ieguļ tieši zem irdenajiem kvartāra nogulumiem. Daudz plašāk Pļaviņu svītas nogulumi zemkvartāra virsmā izplatīti Latvijas dienvidaustrumos, vietām pat vairākus desmitus kvadrātkilometru lielos laukumos. Pļaviņu svītas atsegumi sastopami lielāko upju- Daugavas (pirms Pļaviņu HES izbūves), Ventas, Abavas, Gaujas un palsas krastos. Pļaviņu svītas biezums var sasniegt pat 50 m, bet parasti ir 20-30 m. Daugavas svītas nogulumi ir mazāk izplatīti kā Pļaviņu, bet Daugavas dolomīti biežāk ieguļ tieši zem kvartāra nogulumiem, un tie ir visvairāk izmantotie dolomīta slāņi Latvijā. Viena Daugavas svītas izplatības teritorija ir no Lielupes līdz Ogrei, bet vēl plašāka tā ir austrumos no Kokneses līdz pat Latvijas austrumu robežai. Svītas nogulumu atsegumi sastopami Daugavas, Aiviekstes, Gaujas, Mazās un Lielās Juglas un daudzu mazāku upju krastos. Daugavas svītas nogulumu biezums ir visai svārstīgs. Parasti tas ir 8-20 m, bet var sasniegt arī 40 m biezumu. Biezākie dolomīta slāņi sastopami Latvijas austrumos Viļānu, Ludzas un Kārsavas apkārtnē. Stipinu svītas augšdevona karbonātiskie jūras nogulumi plaši izplatīti Lietuvā, bet Latvijas teritorijā denudācijas procesos svītas nogulumi ir tik lielā mērā erodēti, ka līdz mūsdienām saglabājušās tikai atsevišķas šo nogulumu salas Latvijas vidusdaļā, galvenokārt Bauskas un Iecavas apkārtnē. Stipinu svītas nogulumi atsedzas Lielupes, Mūsas, Mēmeles, Iecavas, Abavas, Imulas un Amulas ielejās. Svītas kopējais biezums mainās no 5 līdz 18 m. Visseklāk Stipinu svītas dolomīti ieguļ Iecavas apkārtnē. Latvijas dienvidrietumos sastopami arī jaunāki augšdevona dolomītu slāņi un ar tiem saistītu atradņu ir maz. Liepājas apkārtnē nelielā dziļumā sastopami tumši pelēki Žagares svītas dolomīti, kuri veido Kapsēdes atradni, bet Saldus rajonā plāns Ketleru svītas dolomītu slānis- Airīšu atradni. Paši jaunākie ir perma nogulumos sastopamie Naujoji Akmens svītas dolomīti Paplakas atradnē. Tiem raksturīga gaiši dzeltena krāsa, poraina, oolītiska struktūra un ļoti zems dzelzs oksīdu saturs, bet šie dolomīti vēl ir maz pētīti. 5

Izpētītās dolomīta atradnes. 2. Attēls 2 2 Kondratjeva S., Hodireva V. 2000. Latvijas dolomīti. Rīga: VARAM, VĢD, 18. lpp. 6

Novērtētās dolomīta atradnes un prognozēto krājumu laukumi. 3. Attēls 3 3 Kondratjeva S., Hodireva V. 2000. Latvijas dolomīti. Rīga: VARAM, VĢD, 19. lpp. 7

1.2 Dolomīta minerālmateriāla izmatošana ceļu būvē Dolomīta minerālmateriālu vispārīgo īpašību prasības ir atkarīgas no izmantošanas veida - ar saistvielām nesaistītajās un hidrauliski saistīto konstrukciju kārtu izbūvē, kā minerālmateriālu asfaltbetona, bruģakmens cementbetona ražošanā. Vispārīgo īpašību prasības nosaka četri Latvijas valsts standarti: 1. LVS EN 13043 Minerālmateriāli bituminētajiem maisījumiem un virsmas apstrādēm ceļiem, lidlaukiem un citiem satiksmes laukumiem 2. LVS EN 13242 Minerālmateriāli nesaistītajiem un hidrauliski saistītajiem maisījumiem būvniecībai un ceļu konstrukcijām 3. LVS EN 13383-1 Akmeņi hidrotehniskām būvēm - 1.daļa: Specifikācija 4. LVS EN 12620 Minerālmateriāli betonam 1. tabulā apkopotas prasības minerālmateriāliem ES valstīs. Pētījuma programmas Ilgtspējīgi asfalta segumi jaunajām ES dalībvalstīm (Sustainable Pavements for Europeasn New Member States) ietvaros ir veikts pētījums par HMAC tipa asfalta ieviešanu ES jaunajās dalībvalstīs, kas ir SPENS sastāvā. HMAC tipa asfalts ir paredzēts lietošanai asfalta pamata kārtās un/vai saistes kārtās vidējas vai augstas intensitātes autoceļos, lidlaukos un citās satiksmes platībās, kur nepieciešama augsta asfalta segas pretestība deformācijām un liela nogurumizturība, piemēram, krustojumos, sabiedriskā transporta pieturvietās u.c. Augstāku pretestību deformācijām un mazāku noguruma plaisāšanu, kā arī augstu asfalta moduli iespējams panākt izveidojot lielas stiprības maisījuma sastāvu un nosakot asfaltam ekspluatācijas īpašību testu prasības. HMAC asfaltu raksturo relatīvi smalks granulometriskais sastāvs un augsts bitumena saturs, kas nodrošina labu nogurumizturību, turklāt, lietojot bitumenu ar augstu viskozitāti un/vai bitumena modifikatorus, tajā pašā laikā ir iespējams panākt izcilu pretestību deformācijām. Augstāks asfalta kārtu stinguma modulis samazina spriegumus uz ceļa konstrukcijas nesaistītajām kārtām. Augstākas kvalitātes bitumena (ar augstāku viskozitāti) pielietošana, potenciāli ļauj izmantot zemākas kvalitātes minerālmateriālus, nodrošinot HMAC asfalta augstu kvalitāti, t.i., ar izcilām mehāniskajām īpašībām. 2.-4. tabulā apkopotas prasības HMAC asfaltbetonam un to izejmateriāliem (ES valstīs).

Prasības minerālmateriālam ES valstīs Tabula 1 - Latvijas dolomīta no SIA Pļaviņu DM iegūtie testēšanas rezultāti 9

Bitumena tipi HMAC sastāviem Tabula 2 Valsts Bitumens Polija, Bulgārija, Horvātija, Igaunija, Serbija, Slovēnija, Zviedrija 20/30 ( saskaņā ar EN 12591) 15/25,10/20 (saskaņā ar EN 13924) PMB 10/40-65, PMB 10/40-75 (saskaņā ar EN 14023) Prasību nemodificētām ceļu bitumenam B20/30 Tabula 3 -HMAC sastāvu izstrādei izvēlēta bitumena B20/30 īpašības un salīdzinājums ar Slovēnijas un Zviedrijas specifikācijām. Prasības asfaltbetonam HMAC Tabula 4 Īpašības Prasības Poru saturs, % Vmin 3,0 Vmax 5,0 Ar bitumenu pildīto poru daudzums % 74-90 Izturība pret paliekošajām deformācijām ( B metode gaisā, 60 C, 10000 cikli) Vidējais riteņa iespiešanās dziļums ( 60 C, 100mm, 30 000 cikli % (mm/mm)) Stingums, 10 C, 10Hz, Mpa WTSair0,1-0,25 PRDair3,0 5,0 Smin14000 Nogurumizturība ε6, 10 C, 10 Hz, μmm/mm ε6-130 Ūdensjūtība ar netiešās stiepes stiprību ITSR, % ITSR 80 10

1.3 Projekta mērķis un uzdevumi Projekta mērķis izstrādāt augstās stiprības asfaltbetona sastāvus pielietojot Latvijā iegūtus minerālmateriālus un, lai nodrošinātu asfalta pielietošanu augstas intensitātes ceļiem, piedāvāt priekšlikumus specifikāciju papildināšanai ar jaunu asfalta tipu, kam projektēšanas prasības balstītas uz fundamentālām testēšanas metodēm. Uzdevumi 1. Apkopot un analizēt ārvalstīs veikto pētījumu rezultātus par augstas stiprības asfaltbetona sastāviem, kas izgatavoti no zemās kvalitātes šķembām (LA 30 LA 40 ). 2. Izstrādāt pētījumu programmu, ietverot tajā informāciju par pētījuma kalendāro plānu, sadarbības partneriem, izejmeteriālu piegādātājiem, asfaltbetona sastāvu projektiem un vienošanās dokumentāciju ar uzņēmējiem par izejmeteriālu saņemšanu pētījuma vajadzībām. 3. Salīdzināt Latvijas dolomīta un gransts šķembu īpašības ar izvirduma iežu šķembu granīta, diabaza, gabro un bazalta īpašībām. 4. Latvijas teritoriju klimatisko zonu noteikšana un bitumena tipa izvēle atbilstoši Performance grade bitumena klasifikācijas sistēmai (PG). 5. Laboratorijā izgatavot augstas stiprības asfaltbetona maisījuma paraugus no dolomīta un grants šķembām un salīdzināt to īpašības ar tradicionālajiem asfalta veidiem. 6. Asfaltbetona paraugu deformatīvo īpašību eksperimentālās pārbaudes, pielietojot ekspluatācijas īpašību testēšanas metodes riteņu sliežu veidošanās tests, stinguma un noguruma tests, kā arī ūdensjūtība. 7. Eksperimentālā posma izbūves projekta izstrādāšana (ar sadarbības partneriem), projekta iesniegšana apstiprināšanai Tehniskajā komisijā, konkursa dokumentu izstrādāšana un eksperimentālo darbu plānošana; 8. Izstrādātu maisījumu ražošana un ieklāšana uz Tehniskajā komisijā apstiprināta eksperimentālā posma. Eksperimentālā posma monitorings un iegūto rezultātu salīdzinājums ar laboratorijas pētījumiem; 9. Publikāciju, posteru un ziņojumu sagatavošana; 10. Sagatavot dolomīta un grants šķembu lietošanas ar cieto bitumenu (modificētu, augsti modificēto) ekonomisko novērtējumu, dodot pasūtītājam rekomendācijas, pie kādiem 11

nosacījumiem (transportēšanas attālumi, ražošanas izmaksas) ir lietderīgi plānot šo materiālu lietošanu. 11. Projekta atskaites sagatavošana. 12. Preikšlikumu došana ceļu specifikāciju papildināšanai, iekļaujot ar fundamentālām testēšanas metodēm izstrādāta asfaltbetona tipa projektēšanas prasības un prasības minerālmateriālu īpašībām. 12

2. EKSPERIMENTĀLĀ DAĻA Asfaltbetona sastāvu projektēšanas un testēšanas metodes izvēlētas tā lai sasniegtu šajā pētījuma izvirzīto mērķi un uzdevumums radīt asfaltbetona sastāvu(s) ar augstām ekspluatācijas īpašībām smagi noslogotiem ceļa posmiem un piedāvāt priekšlikumus vitējo tehnisko noteikumu Ceļu specifikācijas 2012 pilnveidošanai (sk. 4. attēls). 2.1 Eksperimentālās daļas plāns Izejmateriālu izvēle Minerālmateriāls Bitumens LA > 20 LA 20 B70/100 B20/30; B35/50; PMB 10/40-65; PMB 25/55-60 References sastāvs HMAC Rezultātu analīze Preikšlikumi ceļu specifikāciju papildināšanai 4. att Eksperimentālās daļas plāns 13

2.2 Izejmateriālu īpašības 2.2.1 Minerālmateriāls Asfaltbetona pildviela izvēlēta tā, lai minerālu karkasu veidotu šķembas ar zemāku par Ceļu specifikācijas 2012 noteikto drupināšanas izturību (LA 30 -LA 40 ). Minerālmateriālam noteiktas galvenās fizikālās (daļiņu forma, blīvums, granulometrija u.c.) un mehāniskās (drupināšanas izturība) īpašības un izvērtēta atbilstība tehnisko noteikumu prasībām (sk. 5.- 8. tab. un 5.att.). SIA Pļaviņu DM dolomīta fizikālās un mehāniskās īpašības Nosakamais parametrs Standarts Rezultāts Tabula 5 Ceļu specifikācijas 2012 prasības S-I S-II Los Angeles koeficients (LA), % LVS EN 1097-2 33 LA 25 LA 20 Smilts ekvivalents (SE), % LVS EN 933-8 86 - - Nodilumizturība (AN), % LVS EN 1097-9 21 - - Plūšanas koeficients (Ecs), sek LVS EN 933-6 30,6 > 30 Ūdens absorbcija (WA), % LVS EN 1097-6 2 < 1 Magnija sulfāta rādītājs (MS), % LVS EN 1367-2 7 < 25 < 18 Metilēnzilā vērtība (MB), g/kg LVS EN 933-9 0,5 < 10 - atbilst - neatbilst Pildvielas frakciju blīvums Tabula 6 Minerālmateriāla izmērs mm Blīvums (Mg/m³) 0/5 2,69 2/5 2,78 8/11 2,77 11/16 2,77 16/20 2,78 14

Minerālmateriāla izmērs mm Pildvielas frakciju plākšņainības indekss Plākšņainības indekss FI Ceļu specifikācijas 2012 prasības S-VI; S-III S-I; S-II Tabula 7 2/5 12 8/11 5,7 11/16 5 16/20 3 < 30 < 20 - atbilst - neatbilst Tabula 8 Granulometriskais sastāvs Frakcija, d/d 22,4 16 11,2 8 5,6 Siets, mm 4 2 1 0,5 0,25 0,125 0,063 Fakt. Kategorija LVS EN 13033 Prasība 0/4 100 100 100 100 100 96,6 83,7 66,3 44,8 19,6 5,0 2,5 G A 90 G A 85 2/5 100 100 100 100 98,0 65,1 8,7 1,5 1,3 1,3 1,2 1,1 G c 90/10 8/11 100 100 99,2 5,8 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 0,9 0,9 G c 90/10 11/16 100 95,7 10,4 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,6 0,6 G c 90/15 16/22 100 40,7 0,7 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 Neatb. G c 85/20 - atbilst - neatbilst 15

C au ri iz g āju šie, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Frakcija 0/5 Frakcija 2/5 Frakcija 8/11 Frakcija 11/16 Frakcija 16/20 <0,063 0,063 0,125 0,25 0,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 Siets, mm 5. att. Granulometrisko sastāvu grafiki 2.2.2 Bitumens Šajā etapā asfaltbetona sastāvu izgatavošanai izvēlēts bitumens B20/30. Bitumena tips atbilst HMAC specifikācijām (sk. 2. tabula). Bitumenas saskaņā ar LVS EN 12591 standartu Ceļu bitumena tehniskie noteikumi noteiktas galvenās fizikālās, mehāniskās un ķīmiskās īpašības (sk. 9. tab.). Svarīgi atzīmēt, ka izvēlētais bitumena tips neatbils Ceļu specifikācijas 2012 prasībām. Tabula 9 Bitumena B 20/30 īpašības Nosakamais parametrs Standarts Rezultāts Penetrācija LVS EN 1426 29mm Mīkstēšanas t C LVS EN 1427 62,7 FRAS t C pēc RTFOT LVS EN 12593-17 Bitumena īpašības pēc novecošanās (RTFOT metode) Masas izmaiņas pēc RTFOT LVS EN 12607-1 0% Mīkstēšanas t C palielināšanās LVS EN 1427 6,9 C Mīkstēšanas t C pēc RTFOT LVS EN 1427 69,6 FRAS t C LVS EN 12593-18 Paliekošā penetrācija, % 72% LVS EN 1426 Penetrācija pēc RTFOT 21mm 16

2.3 HMAC asfaltbetona sastāvu projektēšana HMAC sastāvu proketēšanas programma iekļauj: 1) Sastāvu projektēšana izmantojot Maršala metodi; 2) Sastāvu maksimālā blīvuma noteikšana atbilstoši LVS EN 12697-5 standarta prasībām; 3) Tilpumblīvuma noteikšana atbilstoši LVS EN 12697-6 standarta prasībām; 4) Poru satura noteikšana atbilstoši LVS EN 12697-8 standarta prasībām; 5) Maršala stabilitātes un plūstamības noteikšana atbilstoši LVS EN 12697-34 standarta prasībām; 6) Ūdensjutības noteikšana atbilstoši LVS EN 12697-12 standarta prasībām; 7) Risu noturības 60 noteikšana atbilstoši LVS EN 12697-22 standarta prasībām (mazā iekārta B metode); 8) Stinguma 10, 10Hz noteikšana atbilstoši LVS EN 12697-26 standarta prasībām; 9) Nogurumizturības 10, 10Hz ar 4PB noteikšana atbilstoši LVS EN 12697-24 standarta prasībām. Saskaņā ar Maršala metodi, izmantojot Latvijas dolomīta šķembas no SIA Pļaviņu DM, izprojektēti divi AC bin 16 sastāvi atbilstoši LVS EN 13108-1 prasībām. Tā kā projektētu sastāvu izejmateriālu īpašības neatbilst tradicionālo asfaltbetona tipu īpašībām, tiem dots apzīmējums HMAC-1 un HMAC-2. 2.3.1 HMAC -1 2.3.1.1 HMAC -1 sastāvi HMAC-1 granulometriskās līknes projektēšanai izmantotas sekojošās dolomīta šķembu frakcijas: 1) frakcijas 11/16; 2) frakcijas 8/11; 3) frakcijas 2/5; 17

4) frakcijas 0/5; 5) minerālais aizpildītājs Saulkalne Kopā tika izgatavoti trīs asfaltbetona sastāvi ar dažādiem bitumena saturiem no 4,4% līdz 5,0%. 6. attēlā dots HMAC-1 sastāva granulometrijas projekts. Svarīgi atzīmēt, ka šis sastāvs projektēts bez frakcijas 5/8. Izejmaterials HMAC-1 sastāvi Sastāvi, % 1 (HMAC-1/1) 2 (HMAC-1/2) 3 (HMAC-1/3) frakcijas 11/16 23,9 23,9 23,8 frakcijas 8/11 21,0 21,0 20,9 frakcijas 2/5 28,7 28,6 28,5 frakcijas 0/5 17,7 17,6 17,5 aizpildītājs Saulkalne Bitumens B20/30 4,3 4,3 4,3 4,4 4,6 5,0 Tabula 10 18

6. att. HMAC-1 ( AC-16 base/bin ) sastāva projekts 19

120 100 Cauri izgājušās daļiņas, % 80 60 40 HMAC-1/1 HMAC-1/2 HMAC-1/3 20 0 0,06 0,13 0,25 0,5 1 2 4 5,6 8 11,2 16 22,4 siets, mm 7. att. HMAC-1 sastāvu granulometrijas pēc bitumena ekstrākcijas 2.3.1.2 HMAC -1 sastāvu pamatīpašības Veicot sablīvējuma analīzi, konstatēts, ka HMAC-1 bez frakcijas 5/8, bet ar atbilstošu granulometriju nesasniedz HMAC specifikācijās reglamentēto sablīvējumu 3-5% (sk. 4. tab.). 11. tabulā parādītas HMAC - 1 sastāva fizikālās īpašības. 20

Nosakamais parametrs HMAC-1 sastāvu fizikālās īpašības Rezultāti 1 (HMAC-1/1) 2 (HMAC-1/2) 3 (HMAC-1/3) Tilpumblīvums, kg/m3 2314 2315 2323 Maksimālais blīvums, kg/m3 2592 2582 2566 Porainība Vm, % 10,7 10,3 9,5 VMA 20,3 20,6 20,7 VFB 47,2 50,2 54,2 Fakt. bitumena saturs, % 4,14 4,47 4,83 Tabula 11 - atbilst - neatbilst 2.3.2 HMAC - 2 Turpmāko pētījumu veikšanai HMAC-1 granulometrija tika koriģēta, iekļaujot frakciju 5/8. HMAC-2 ir jaunā sastāva apzīmējums. Kopā tika izgatavoti pieci HMAC-2 asfaltbetona sastāvi ar dažādiem bitumena saturiem no 4,4% līdz 6,0% (sk. 12. tab). 8. attēlā dots HMAC-1 sastāva granulometrijas projekts. 2.3.2.1 HMAC -2 sastāvi HMAC-1 granulometriskās līknes projektēšanai izmantotas sekojošas dolomīta šķembu frakcijas: 1) frakcijas 11/16; 2) frakcijas 8/11; 3) frakcijas 5/8; 4) frakcijas 2/5; 5) frakcijas 0/5; 6) minerālais aizpildītājs Saulkalne 21

8. attēlā dots HMAC-1 sastāva granulometrijas projekts. Svarīgi atzīmēt, ka šis sastāvs projektēts ar frakcijas 5/8. Izejmaterials 1 (HMAC-2/1) HMAC-2 sastāvi 2 (HMAC-2/2) Sastāvi, % 3 (HMAC-2/3) 4 (HMAC-2/4) Tabula 12 5 (HMAC-2/5) frakcijas 11/16 28,7 28,6 28,4 28,3 28,2 frakcijas 8/11 7,6 7,6 7,6 7,6 7,5 frakcijas 5/8 11,5 11,4 11,4 11,3 11,3 frakcijas 2/5 19,1 19,0 19,0 18,9 18,8 frakcijas 0/2 26,8 26,7 26,5 26,4 26,3 aizpildītājs Saulkalne Bitumens B20/30 1,9 1,9 1,9 1,9 1,9 4,4 4,8 5,2 5,6 6,0 22

8. att. HMAC-2 ( AC-16 base/bin ) sastāva projekts 23

100 90 80 Cauri izgājušās daļiņas, % 70 60 50 40 30 HMAC-2/1 HMAC-2/2 HMAC-2/3 HMAC-2/4 HMAC-2/5 20 10 0 7,9 12,6 14,9 17,1 21,2 28,1 41,2 50,9 59,7 79,8 99 100 siets, mm 9. att. HMAC-2 sastāvu granulometrijas pēc bitumena ekstrakcijas 2.3.2.2 HMAC -2 sastāvu pamatīpašības Analīzējot HMAC-2 sablīvējumu, konstatēts, ka līdz saistvielas saturam 5,06% netiek sasniegts HMAC tehniskām prasībām atbilstošs sablīvējums. Savukārt pieaugot sasitvielas saturam līdz 5,6-5,9% (HMAC-2/4 un HMAC-2/5) iegūtais sablīvējums ir 3,9 un 3,7%, kas iekļaujas HMAC reglamentētajās robežās 3-5% (sk. 13. tab.). 14. tabulā doti HMAC-2/4 un HMAC-2/5 sastāvu Maršala stabilitātes un plustamības testu rezultāti. 24

Nosakamais parametrs 1 (HMAC-2/1) HMAC-2 sastāvu fizikālās īpašības 2 (HMAC-2/2) Rezultāti 3 (HMAC-2/3) 4 (HMAC-2/4) Tabula 13 5 (HMAC-2/5) Tilpumblīvums, kg/m3 2383 2411 2430 2455 2457 Maksimālais blīvums, kg/m3 2602 2586 2586 2555 2551 Porainība Vm, % 8,4 6,8 6 3,9 3,7 VMA 19,3 18,8 18,3 17,8 18 VFB 56,3 64 67,2 78,2 79,6 Fakt. bitumena saturs, % 4,56 4,99 5,06 5,67 5,83 - atbilst - neatbilst Tabula 14 Nosakamais parametrs Bitumena saturs, % Paraugu augstums, mm Maršala stabilitāte, kn Maršala plūstamība, mm HMAC-2 sastāvu Maršala testa rezultāti Rezultāti 1 2 3 4 5 (HMAC-2/1) (HMAC-2/2) (HMAC-2/3) (HMAC-2/4) (HMAC-2/5) 5,6 5,9 63,6 62,8 Testēšana netiek veikta (porainība > 5%) 16,65 15,43 3,8 6,9 25

a) b) Stabilitāte / Plūstamība Paraugs nr. 2 kn kn Stabilitāte / Plūstamība Paraugs nr. 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 mm 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 0,0 5,0 10,0 15,0 mm 10. att Maršala stabilitāte/plūstamības tests sastāviem: a) ar 5,6% bitumenu; b) ar 5,9% bitumenu 2.3.2.3 HMAC -2 sastāvu ekspluatācijas īpašības Asfaltbetona sastāviem ar atbilstošu sablīvējumu noteiktas ekspluatācijas īpašības risu noturība, nogurumizturība, stingums un ūdenjutība. Analīzējot HMAC-2 ekspluatācijas īpašību rezultātus konstatēts, ka visas ekspluatācijas īpašības atbilst HMAC sastāvu prasībām (sk. 13.-17. tab., 11.-13. att.). a) Ūdensjutība Bitumena saturs, % HMAC-2 sastāvu ūdensjutības rezultāti Ūdenjūtība, % 5,6 98 5,9 94 HMAC prasībās > 80 Tabula 13 - atbilst - neatbilst 26

b) Risu noturība 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 10 350 826 1600 2550 3500 4450 5400 6350 7300 8250 9200 10150 11100 12050 13000 13950 14900 15850 16800 17750 18700 19650 Rises dziļums, mm HMAC_2/4 HMAC_2/5 Tradicionalais_1 Tradicionalais_2 Tradicionalais_3 Tradicionalais_4 Tradicionalais_5 Riteņa gājienu skaits 11. att Riteņu sliežu veidošanās tests Tabula 14 HMAC-2 sastāvu risu noturības salidzinājums ar tradicionāliem sastāviem HMAC prasībās HMAC- 2/4 5,6% (5,6) HMAC- 2/5 5,9% (6,0) Tradicionālie sastāvi AC-16base/bin WTS, mm/1000ciklos 0,03-0,25 0,14 0,22 0,11 0,22 0,05 0,08 0,05 Riteņa iegrime, mm 3,8 5,7 3,7 5,3 2,2 2,3 2,9 Tilpumblīvums, kg/m3 2455 2457 2386 2389 2408 - - Maksimālais blīvums, kg/m3-2555 2551 2526 2551 2538 2527 - Porainība Vm, % 3,9 3,7 5,5 6,4 5 4,8 - Bitumena saturs, % 5,67 5,83 4,87 4,7 - - - Formēšanas t 160 160 140 140 135 145 - - atbilst - neatbilst 27

c) Nogurumizturība Tabula 15 HMAC-2 sastāvu nogurumizturība10hz, 10 C, 130 µmm/mm Sastāvs Bitumena saturs, % Stinguma samazinājums pēc 10 6 cikliem, % HMAC-2/4 5,6 10 HMAC-2/5 5,9 10 HMAC prasībās 50 - atbilst - neatbilst Stinguma samazinājums, % (no sākotnējas vērtības) 100 99 98 97 96 95 94 93 HMAC_2/4 HMAC_2/5 1 100 2000 80000 1E+05 1E+05 1E+05 2E+05 2E+05 2E+05 Ciklu skaits 12. att Nogurumizturības tests stinguma samazinājums (%) no sākotnējas vērtības (100%) 28

20000 19500 Stingums, MPa 19000 18500 18000 17500 17000 16500 16000 HMAC_2/4 HMAC_2/5 15500 15000 1 100 2000 80000 1E+0 5 1E+0 5 Ciklu skaits 1E+0 5 2E+0 5 2E+0 5 2E+0 5 13. att Nogurumizturības tests stinguma samazinājums d) Stingums Tabula 16 HMAC-2 sastāvu stingums 10Hz, 10 C, 130 µmm/mm (pēc 1000cikliem) Sastāvs Bitumena saturs, % Stingums, MPa HMAC-2/4 5,6 17100 HMAC-2/5 5,9 17900 HMAC prasībās > 14000 - atbilst - neatbilst 29

Nosakamais parametrs Rezultātu apkopojums un īpašību izvērtējums HMAC- 2/4 Sastāvs HMAC- 2/5 Prasības Tabula 17 Poru saturs, % 3,9 3,7 Vmin 3,0 Vmax 5,0 Izturība pret paliekošajām deformācijām ( B metode gaisā, 60 C, 10000 cikli) 0,14 0,22 WTSair0,03-0,25 PRDair3,0 Stingums, 10 C, 10Hz, Mpa 17100 17900 Smin14000 Nogurumizturība ε6, 10 C, 10 Hz, μmm/mm ε6-130 ε6-130 ε6-130 ( 50%) Ūdensjūtība ar netiešās stiepes stiprību ITSR, % 98 94 ITSR 80 - atbilst - neatbilst 30

3. MODIFICĒTO BITUMENU ĪPAŠĪBU ANALĪZE AUGSTO EKSPLUATĀCIJAS ĪPAŠĪBU SASTĀVU (HMAC) RADĪŠANAI Asfaltbetona ražošanā tiek izmantots plašs klāsts dažādāko piedevu, kuras uzlabo asfaltbetona ekspluatācijas īpašības, atvieglo segumu ieklāšanas un blīvēšanas procesus, samazina maisījumu gatavošanas, kā arī uzturēšanas izmaksas, vienlaikus samazinot kaitīgo ietekmi uz apkārtējo dabu. Bitumena modifikātoriem ir visplašākā pielietojuma sfēra un vislielākā nozīme asfaltbetona segumu ražošanā. Svarīgākā polimēru īpašība ir superelastība spēja ievērojami deformēties, pie tam šī deformācija ir atgriezeniska. Tās pamatā ir lokano makromolekulu virkņu atgriezeniskā deformācija. Deformējot polimērus makromolekulas virknes iztaisnojas, novietojoties paralēli viena otrai stiepšanās virzienā. Noteiktos apstākļos šis orientētais virkņu stāvoklis saglabājas, piešķirot polimēram īpašību anizotropiju atsevišķu īpašību rādītāju atkarību no virziena materiālā. Nonākot kontaktā ar šķidrām mazmolekulārām vielām, polimēri uzbriest, absorbējot bieži vien ļoti lielus mazmolekulāras vielas daudzumus. Polimēra tilpums var palielināties pat vairākus desmitus reižu. Process ir atgriezenisks. Noteiktos apstākļos uzbriedušais polimērs pāriet šķīdumā. Polimēru šķīdumiem raksturīga ļoti liela viskozitāte; tā daudzus desmitu reižu pārsniedz līdzīgas koncentrācijas mazmolekulāro vielu šķīduma viskozitāti. Tas raksturīgs arī polimēru kausējumiem. Minētās īpašības ir specifiskas tikai polimēriem. Tādēļ pēc tām var viennozīmīgi noteikt, ka dotā viela ir polimērs. Polimēru izmantošana visās tautas saimniecības nozarēs, tehnikā saistīta ar ārkārtīgi plašo derīgo īpašību klāstu. Šeit jāuzsver, ka polimērus mēs izmantojam galvenokārt par materiāliem ar noteiktām īpašībām (mehāniskajām un fizikāli ķīmiskajām īpašībām šajā ziņā ir izšķiroša nozīme). No mehāniskajām īpašībām nozīmīgākā ir jau minētā superelastība. Daudzus polimērus var atgriezeniski deformēt vairāk nekā desmit reižu salīdzinājumā ar parauga sākuma izmēriem. Šī polimēru īpatnība tiek izmantota elastīgu, viegli deformējamu izstrādājumu iegūšanai. Šādi izstrādājumi ir, piemēram, transporta līdzekļu riepas un kameras, amortizējošas detaļas, dzensiksnas un transportlentes, elastīgi profili un caurules, iesaiņojumu plēves, elastīgi pārklājumi. Mainot polimēru uzbūvi, polimēru deformatīvās īpašības var mainīt plašās robežās, veidojot ne tikai superelastīgus materiālus, bet arī stingus un atsperīgus, plastiskus un mīkstus materiālus. Polimēriem salīdzinājumā ar citiem materiāliem piemīt samēra neliela mehāniskā stiprība. Daudziem materiāliem tā ir ievērojami lielāka nekā 31

atsevišķiem polimēriem. Tajā pašā laikā dažiem polimēriem orientētā stāvoklī ir stiprības rādītāji, kas tuvi un pat pārsniedz vienkāršo konstrukciju tēraudu stiprības rādītājus. Sevišķi lielas ir polimēru īpatnējās stiprības vērtības. Salīdzinājumā ar metāliem polimērublīvums ir 3..10 reizes mazāks. Īpatnējā stiprība un citi līdzīgi rādītāji ļoti objektīvi parāda materiāla stiprību kopsakarā ar šo materiālu izmantošanu ekspluatācijas vajadzībām. Katrs konstrukcijas elements bez derīgas slodzes nes arī savu masu. Jo mazāks blīvums ir materiālam, no kura elements izgatavots, jo mazāka masa tam jānes. Nevar neatzīmēt polimēru mehānisko īpašību kraso atkarību no temperatūras. Daudzi polimēri 100 150 C temperatūru intervālā noiet ceļu no stiklveida stāvokļa līdz plastiskam. Trausums vairumā gadījumu uzskatāms par kaitīgu īpašību. tāpēc sevišķu interesi izraisa tie polimēru materiāli, kas spēj saglabāt super elastību arī ļoti zemās temperatūrās līdz 100 C un mazāk. Temperatūrās, kas augstākas par 100.. 200 C, daudzi polimēri prakstiski zaudē mehānisko izturību. Tikai daži polimēri to spēj saglabāt 300 350 C temperatūrā. Polimēru deformatīvās īpašības ļoti lielā mērā atkarīgas arī no slogošanas ātruma. Pastāvot lieliem slogošanas ātrumiem, deformējami materiāli kļūst trausli un otrādi: lēnā slogošanā pat stiklveida polimērus var ievērojami deformēt. Polimēru īpašību atkarība no to deformēšanas ātruma ir pamatā slāpēt dažāda veida un dažādas frekvences svārstības. Tāpēc tos plaši izmanto par skaņas un citu svārstību izolējošiem materiāliem. Polimēru deformatīvo īpašību izteiktā vienlaicīgā atkarība no temperatūras un slogošanas ātruma izpaužas tā saucamajā temperatūras - laika ekvivalencē, kas tik krasi izpaužas vienīgi polimēriem. Polimēru noteiktu rādītāju izmaiņas, kas radušās, paaugstinot temperatūru, var kompensēt, palielinot slogošanas ātrumu. Polimēri ir labi siltumizolatori, jo vāji vada siltumu. Tāpēc tos jo plaši izmanto siltumizolējošo slāņu iegūšanai galvenokārt porainu vai šķiedrveida materiālu veidā. Ļoti noderīgas ir polimēru optiskās īpašības; tādus polimēru optiskos parametrus kā gaismas caurlaidību, gaismas laušanas koeficientu var mainīt samērā plašās robežās. Polimēri ir sevišķi augstvērtīgi dielektriķi. Tāpēc tos izmanto dažādu strāvu vadošu elementu elektriskai izolācijai. Viens no visefektīvākajiem polimēru uzlabošanas un trūkumu novēršanas paņēmieniem ir polimēru kompozīciju materiālu veidošana. Par polimēru kompozīciju materiāliem visplašākā nozīmē sauc sistēmas, kuras kopā ar polimēru satur arī citus komponentus. Sistēmas sastāvdaļas var veidot savstarpējus šķīdumus vai maisījumus. Tādēļ polimērā iespējams ievadīt krāsvielas, stabilizatorus vecošanas palēninātājus, antistatiskas vielas statiskā elektriskā lādiņa likvidēšanai, antipirēnus-degamības samazināšanai un daudzas citas piedevas kāda rādītāja uzlabošanai. Polimēri veidoti no mazākām molekulām vai monomēriem, kas ķīmiski saistīti garās molekulu ķēdēs. Polimēra 32

nosaukums parasti balstīts un monomēra nosaukuma, kas lietots, lai veidotu šo polimēru, piemēram, etilēna polimerizācijā iegūst polietilēnu. Divas plašas polimēru klases, ko lieto bitumena modificēšanai, ir poliolefīni un stirēna polimēri. Poliolefīni tā nosaukti, jo tie balstīti uz molekulu polimerizāciju, kas satur vienkāršu dubultsaiti vai olefīnu. Poliolefīnu polimēri ietver polietilēnu, polipropilēnu un etilvinilacetātu. Stirēna polimēri tā nosaukti, jo tie balstīti uz polistirēnu, kas koppolimerizācijas procesā apvienots ar citām mazām molekulām. Polimēru piedevas ķīmiski nesaistās un nemaina bitumena ķīmisko dabu, kad tas tiek modificēts. Polimēri maina bitumena fizikālo būtību, tie spēj izmainīt bitumena fizikālās īpašības, piemēram, mīkstēšanas temperatūru vai trauslumu. Termins "polimērs" automātiski nenosaka, ka tas ir sintētisks materiāls. Tas būtībā nosaka to, ka tā ir vai nu liela skaita vienkāršu mazu molekulu kombinācija, vai "monomēra" savienošanās lielās molekulās vai "polimēros". Polimēram var būt atšķirīgas īpašības salīdzinot ar monomēru. Ir sastopami ļoti daudz dabīgie polimēri. Tie var būt gan organiskas, gan minerālas vielas. Pat bitumens var tikt uzskatīts par polimēru, jo daļa organiskās molekulas, kuras ir bitumena sastāvdaļa, veido garas ķēdes. Polimērus var arī klasificēt pamatojoties uz to fizikālajām īpašībām. Atkarībā no viņu uzvedības, kad tie tiek izstiepti ar pietiekamu spēku, polimērus iedala plastomēros un elastomēros. Elastomēriem ir ļoti izteiktas elastīgās īpašības - ārējo faktoru - slodzes un temperatūras iedarbības rezultātā šis materiāls deformējas, bet pēc slodzes noņemšanas tas elastīgi atjaunojas. Modifikācijai ar bitumenu izmantojot šī tipa polimērus, var iegūt pret paliekošo deformāciju veidošanos izturīgu asfaltbetonu. Plastomēri izveido bitumena saistvielā pret paliekošo deformāciju veidošanos izturīgu, stingru telpisko režģi un salīdzinājumā ar elastomēriem, uzrāda ievērojami mazākas elastīgās deformācijas. Visbeidzot, kad polimēri iemaisīti bitumenā, tie var uzvesties divos veidos. Ja polimērs veido atsevišķas daļiņas bitumenā, tad tas primāri funkcionē, kā biezinātājs, kas palielina bitumena viskozitāti, bet tam nav būtiskas ietekmes uz zemo temperatūru īpašībām. Ja polimērs veido nepārtrauktu tīklu bitumenā, tad tas darbojas kā viendabīgs maisījums, kas var uzlabot dažas fizikālās īpašības polimēriem ar bitumenu. Šādā veidā var tikt ietekmētas augsto un zemo temperatūru bitumena īpašības. 33

14. att. Modifikatoru iedarbība uz bitumenu 3.1 Bitumenu modificēšana lietojot termoplastiskos elastomērus No četrām galvenajām termoplastisko elastomēru grupām - poliuretāns, poliēterapoliestera koppolimērs, olefīnu rindas koppolimērs un stirēna bloka koppolimērs - tieši stirēna bloka koppolimērs parādījis lielāko potenciālu, kad tas sajaukts ar bitumenu. Stirēna bloka koppolimērs, saukts arī par termoplastisko gumiju vai termoplastisko elastomēru, var tikt ražots izmantojot stirēna-butadiēna-stirēna (SBS) vai stirēna-izoprēna-stirēna (SIS) secīgas kārtas darbības polimerizācijas. Visbiežāk praksē izmantojamais šāda tipa PMB ir modificēts ar stirēnbutadiēn-stirēna (SBS) modifikatoru. Šis ir vecākais un aizvien plaši pielietots modifikācijas tips. SBS sākotnēji tika izmantots tikai kā adhēzijas piedeva. Taču pateicoties labām elastības īpašībām un stingumam, sekmīgi lietots kā modifikators PMB iegūšanā asfalta segai ar augstu temperatūru. To var iemaisīt bitumenā iepriekš vai tieši ievadīt asfalta maisītājā maisījuma iegūšanas procesā. Galvenais trūkums šim modifikatoru tipam tas ievērojami pasliktina asfaltā paliekošā bitumena trausluma īpašības. Protams, SBS nav vienīgais elastomēra tipa modifikators. Kā jaunākas paaudzes modifikators jāmin Elvaloi tipa modifikators, kuram ir vairākas priekšrocības salīdzinot ar SBS. Taču cenas ziņā tas ir dārgāks. 34

15. att. SBS polimērmodificētā bitumena ražošanas shēma Alternatīvi dubultbloka priekštecis var tikt ražots secīgā polimerizācijā no stirēna vidus blokamonomēra pēc reakcijas ar savienojošo aģentu. Tādā veidā ne tikai lineāri koppolimēri, bet arīmultisazaroti koppolimēri var tikt ražoti, ko bieži vien sauc par radiāliem vai sazarotiem koppolimēriem. 16. att. Lineārs un sazarots termoplastiskais elastomērs 35

17. att. Shematiska termoplastiskā elastomēra struktūra apkārtējā temperatūrā. 18. att. Saderīgas sistēmas uzglabāšanas stabilitātes efekts bitumena un termoplastisko elastomēru maisījumos. 36

Termoplastiskie elastomēri savu stiprību un elastību iegūst no fizikālas molekulu starpķēžu iekļūšanas trīsdimensiju tīklā. Tas tiek panākts ar polistirēna beigu bloka aglomerāciju atdalītā sfērā kā shematiski parādīts 17.attēlā, nodrošinot fizikālas starpķēdes trīsdimensionālam polibutadiēnam vai poliizoprēnam. Filozofija ražot saderīgas sistēmas balstīta uz praktiskiem un lietotājam nepieciešamiem bitumeniem, lai veicinātu vidēja termiņa uzglabāšanu, kas bieži vien ir vajadzīgs. Stabilas sistēmas radītais efekts uzglabāšanas stabilitātes nodrošināšanā parādīts 18.attēlā. Tas parāda skaitliskās atšķirības mīkstapšanas temperatūrai paraugiem, kas ņemti no augšas un apakšas bitumenam, kas satur 7% SBS termoplastisko gumiju pēc 1, 3, 5 un 7 dienu uzglabāšanas 140 C temperatūrā. Rezultāts skaidri parāda, ka saderīga sistēma ir ļoti stabila, turpretī nesaderīga sistēma dramatiski sadalās un apakšējais paraugs paliek praktiski bez polimēra pēc 7 dienu uzglabāšanas. Stabilas sistēmas pozitīvā ietekme uz uzglabāšanu ir acīmredzama. Praksē ir iespējams lietot polimērmodificētas saistvielas, kas nav stabilas uzglabāšanai. Tomēr ar tām jārīkojas ar lielu rūpību un jāuzglabā tvertnēs ar maisītājiem vai palielinātu cirkulāciju, lai novērstu polimēra atdalīšanos. Polimēra saturu polimērmodificētā bitumena paraugā var noteikt izmantojot infrasarkano spektrofotometru, kas parādīts 19. attēlā. Satura noteikšanas precizitāte atkarīga no dažādiem faktoriem, bet parasti polimēra saturu var noteikt ar +/- 0,5% precizitāti. 19. att. Infrasarkanais spektrofotometrs, ko lieto polimēra satura noteikšanai bitumenu polimēru sistēmās. 37

Cariphalte DM ir augsta polimēru satura bitumens, kas satur 7% SBS, radīts 1980. gadā, lai uzlabotu vispārējo karstā asfalta darbību. 7% SBS piedevas efekts uz reoloģisko bitumena profilu salīdzinot ar standarta 40/60 bitumenu parādīts 20.attēlā. Grafiks skaidri parāda, ka pie augstas ceļa virsmas temperatūras (55 līdz 60 C), Cariphalte DM ir daudz augstāka viskozitāte nekā 40/60 bitumenam, tādejādi tas ir daudz stingrāks. 20. att. Cariphalte DM un 40/60 bitumena salīdzinājums. Speciālisti ir izpētījuši, ka SBS modificēts bitumens, ko parasti lieto ap 3% samazina Frasa trausluma temperatūru, bet pārsniedzot 5% robežu ievērojami palielina Frasa trausluma temperatūru. Protams, tas ļoti sadārdzina galaprodukta cenu. Veiktie pētījumi rāda, ka izmantojot SBS tipa polimēru un bitumenu ar zemāku viskozitāti (piemēram, B100/150) vai lietojot viskozus bitumenus (B50/70, B70/100) ar plastifikatoriem (eļļām) var uzlabot asfaltbetona deformatīvās īpašības zemās un augstās ekspluatācijas temperatūrās. 38

3.2 Bitumenu modificēšana lietojot termoplastiskos polimērus, kas nesatur gumiju Polietilēns, polipropilēns, polivinilhlorīds, polistirēns un etilvinilacetāts (EVA) ir galvenie gumiju nesaturošie termoplastiskie polimēri, kas pārbaudīti modificējot ceļu bitumenus. Kā termoplasti tie raksturojas ar mīkstināšanos pie sildīšanas un cietēšanu pie atvēsināšanas. Šiem polimēriem ir tendence ietekmēt vairāk penetrāciju nekā mīkstēšanas temperatūru, kas ir pretēja tendence termoplastiskajiem elastomēriem. Termoplastiskie polimēri sajaukti ar bitumenu pie noteiktām temperatūrām palielina bitumena viskozitāti. Tomēr tie būtiski nepalielina bitumena elastību un, kad tos karsē, tie var atdalīties, tādā veidā radot rupju dispersiju pie dzesēšanas. EVA koppolimērs ir termoplastisks materiāls ar izlases struktūru ko ražo koppolimerizējot elilēnu ar vinilacetātu. Koppolimēram ar zemu vinilacetāta saturu piemīt īpašības līdzīgas zema blīvuma etilēnam. Ja vinilacetāta līmeni paaugstina, tad mainās koppolimēra īpašības. EVA koppolimēra īpašības tiek klasificētas ar molekulāro svaru un vinilacetāta saturu: Molekulārais svars daudziem polimēriem definēts ar alternatīvu īpašību noteikumiem; standarta prakse EVA materiālam ir novērtēt kušanas plūsmas indeksu (MFI), viskozitātes tests apgriezti saistīts ar molekulāro svaru; Jo augstāks MFI, jo zemāks molekulārais svars un viskozitāte; tas ir analogi bitumena penetrācijas testam; jo augstāka penetrācija, jo zemāks vidējais molekulārais svars un bitumena viskozitāte; Vinilacetāta saturs. Lai novērtētu galvenos vinilacetāta ietekmes efektus uz modificēta bitumena īpašībām, aplūkosim vienkāršu struktūras ilustrāciju, kā parādīts 21. attēlā. Tas parāda kā regulāri polietilēna virknes segmenti var saistīties tuvu kopā veidojot tā sauktos kristāliskos reģionus. Tas arī parāda kā liela izmēra vinilacetāta grupas var sagraut šo tuvo saiti veidojot nekristāliskus vai amorfus reģionus. Kristāliskie reģioni ir relatīvi biezi un dod ievērojamu pastiprinošo ietekmi. 39

21. att. Polietilēna "iepakošana" EVA. Plašs klāsts EVA koppolimēra pieejams, kam norādīts gan MFI, gan vinilacetāta saturs. EVA koppolimēru var viegli disperģēt un tas labi saistās ar bitumenu. Tie ir termiski stabili pie temperaturām, kurās parasti tiek veidots asfalta maisījums. Tomēr statiskās uzglabāšanas laikā var rasties neliela nošķiršanās un tāpēc rekomendējams pirms lietošanas to kārtīgi samaisīt. 40

SECINĀJUMI 1) Analīzējot ārvalstu pieredzi augsto ekspluatācijas īpašību sastāvu izstrādē no zemākas kvalitātes minerālmateriāla (HMAC) apkopotas prasības HMAC sastāviem 2) Iztradāts HMAC sastāvu laboratoriskās izstrādes plāns. HMAC asfaltbetona sastāvu izstrādei izvēlēti piemēroti izejmateriāli zemās drupināšanas izturības Latvijas dolomīts un ciets bitumens B20/30. Šim pētījuma posmam izejmateriāli tika piegādāti no SIA Pļaviņu DM un Grupa LOTOS S.A (Polija). 3) Noteiktas izejmateriāku īpašības un izvērtēta to atbilstība Ceļu specifikācijas 2012 un HMAC specifikāciju prasībām. 4) Laboratorijas apstākļos radīti HMAC sastāvi uz AC bin/base 16 bāzes. Sastāviem noteiktas pamatīpašības un ekspluatācijas īpašības. HMAC-2/4 un HMAC-2/5 īpašības atbilst High Modulus Asphalt Concrete (HMAC) specifikāciju prasībām 5) Sagatavota publikācija DEVELOPMENT OF HIGH PERFORMANCE ASPHALT CONCRETE USING LOW QUALITY AGGREGATES publicēšanai starptautiski atzītos izdevumos un ziņošanai starptautiskās konferencēs. TURPMĀKIE PĒTĪJUMA VIRZIENI 1) Sastāvu projektēšana un testa paraugu izgatavošana ar B35/50, PMB 10/40-65 un PMB 25/55-60 bitumena tipiem. 2) Citu Latvijas karjeru dolomīta šķembu izmantošana HMAC sastāvu izstrādei. 3) Eksperimentālā posma izbūves projekta izstrādāšana (ar sadarbības partneriem), projekta iesniegšana apstiprināšanai Tehniskajā komisijā, konkursa dokumentu izstrādāšana un eksperimentālo darbu plānošana. 4) Izstrādātu maisījumu ražošana un ieklāšana uz Tehniskajā komisijā apstiprināta eksperimentālā posma. Eksperimentālā posma monitorings un iegūto rezultātu salīdzinājums ar laboratorijas pētījumiem. 5) Priekšlikumu došana ceļu specifikāciju papildināšanai 41

REKOMENDĀCIJAS Ja turpmākā pētījumā, izmantojot citu Latvijas karjeru minerālmateriālu, tiks apstiprināti šajā pētījumā iegūtie rezultāti - izmantojot vietējo materiālu var radīt augstu ekspluatācijas īpašību asfaltbetona sastāvus, tad tiks piedāvāts iekļaut HMAC asfaltbetona tipu Ceļu specifikācijas prasībās stingri reglamentējot sekojošus parametrus: 1) Risu veidošanās ātrums; 2) Stingums; 3) Nogurumizturība; 4) Ūdenjutība; 5) Sablīvējums. 42