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(%)