Teza doctorat Pop Nicolaie.pdf

of 188/188
FACULTATEA DE CONSTRUCȚII Ing. Nicolaie Pop TEZĂ DE DOCTORAT STRUCTURI RUTIERE RECICLATE LA RECE, ARMATE DISPERS CU FIBRE SINTETICE DIN STICLĂ ȘI POLIESTERI Conducător ştiinţific, Prof. dr. ing. Mihai Iliescu
  • date post

    20-Dec-2016
  • Category

    Documents

  • view

    276
  • download

    1

Embed Size (px)

Transcript of Teza doctorat Pop Nicolaie.pdf

  • FACULTATEA DE CONSTRUCII

    Ing. Nicolaie Pop

    TEZ DE DOCTORAT

    STRUCTURI RUTIERE RECICLATE LA RECE, ARMATE DISPERS CU FIBRE SINTETICE DIN STICL I POLIESTERI

    Conductor tiinific,

    Prof. dr. ing. Mihai Iliescu

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    II

    CUPRINS

    Cuprins List figuri List tabele

    II VI XI

    INTRODUCERE 1 CAPITOLUL 1. Definirea i descrierea pe capitole a conceptului de reciclat armat dispers cu fibre

    1.1. Definirea conceptului de material reciclat armat dispers cu fibre 1.2. Componena pe capitole a lucrrii

    3

    3 4

    CAPITOLUL 2. Utilizarea fibrelor sintetice pentru armarea structurilor rutiere reciclate la rece

    2.1. Armarea dispers cu deeuri din fibr de sticl a structurilor rutiere suple i

    semirigide, reciclate la rece in situ 2.2. Alegerea materialelor de armare

    2.2.1. Armarea cu fibre 2.2.1.1. Principalele avantaje ale soluiilor de armare cu fibre 2.2.1.2. Principalele dezavantaje ale soluiilor de armare cu fibre

    2.3. Fibrele de sticl 2.4. Fibrele poliesterice 2.5. Rolul deeurilor din fibre de sticl adugate la reciclare 2.6. Alte materiale utilizate

    2.6.1. Agregatele naturale 2.6.2. Cimentul 2.6.3. Bitumul spumat

    2.7. Determinarea dozajului optim de bitum spumat 2.8. Utilizarea fibrelor sau a deeurilor de fibre din sticl peliculizate cu rini

    poliesterice n tehnologia de reciclare cu bitum spumat i ciment 2.9. Aplicarea tehnologiei de reciclare cu fibre n dispersie

    2.9.1. Utilizarea tehnologiei de reciclare la rece cu fibre de sticl n dispersie, n cadrul lucrrilor de reabilitare a drumurilor n Romnia i n Judeul Slaj

    2.9.2. Tehnica de reciclare la rece in situ din Romnia 2.9.3. Utilizarea tehnologiei de reciclare la rece n Romnia

    2.10. Caracteristicile infrastructurii rutiere n judeul Slaj 2.11. Aspecte teoretice i tehnologice

    2.11.1. Aspecte teoretice 2.11.2. Aspecte tehnologice

    2.12. Concluzii i observaii referitoare la aceast tehnologie de reciclare

    6

    6 7 7 9 9 9

    10 11 12 12 13 13 14

    15 18

    18 19 21 21 24 24 26 27

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    III

    CAPITOLUL 3. Mecanismele transmiterii tensiunilor de la sistem la fibre. Funcia de armare

    3.1. Comportamentul structurilor rutiere reciclate la rece armate cu fibre.

    Consideraii teoretice 3.2. Particularitile structurilor rutiere reciclate la rece, armate dispers cu fibre 3.3. Comportarea materialelor de armare. Principii de baz

    3.3.1. Adeziunea la interfa 3.3.2. Distana dintre fibre i suprafaa specific a fibrelor 3.3.3. Calculul distanei medii dintre fibre i suprafaa specific a fibrelor

    3.4. Determinarea numrului de fibre din reciclat orientate n 2D, cu planul seciunii perpendicular pe planul orientrii

    3.5. Determinarea numrului de fibre din reciclat orientate n 3D 3.5.1. Exemple de calcul a distanei medii dintre fibre

    3.6. Fibrele cu funcie de armare. Manifestarea tensiunilor la interfaa fibrei 3.6.1. Suprafaa specific a fibrelor

    3.7. Lungimea i dozajul fibrelor de armare dispers 3.7.1. Lungimea fibrelor 3.7.2. Lungimea minim 3.7.3. Lungimea medie 3.7.4. Lungimea critic 3.7.5. Lungimea maxim

    3.8. Calculul dozajului de fibre necesare la armarea dispers a reciclatului 3.9. ntinderea fibrelor n sistemele polifazice cu crpturi multiple i discontinue n

    zona de interfa supus ntinderii 3.10. Modulul de elasticitate al fasciculelor de fibre nglobate n reciclat 3.11. Tensiuni generatoare de fisuri la interfaa bimaterial

    3.11.1. Evaluri analitice 3.11.2. Fisura bimaterial 3.11.3. Fisurarea la interfa i sub-interfa 3.11.4. Exemplificare analitic

    3.12. Smulgerea fibrelor din sisteme cu crpturi multiple 3.13. Defectele de structur rutier 3.14. Defecte ale fibrelor de sticl cu funcie de armare 3.15. Cauzele degradrilor structurilor rutiere reciclate la rece cu fibre n dispersie

    3.15.1. Cauzele interne 3.15.2. Cauzele externe

    3.16. Degradri datorate fenomenului de fisurare. Tipuri de fisuri 3.17. Influena traficului asupra degradrilor interne ale structurilor rutiere reciclate

    la rece in situ cu bitum spumat i deeuri din fibre de sticl n dispersie 3.18. Fenomene de transfer de lichide i gaze ce degradeaz structurile rutiere

    reciclate la rece i armate dispers cu deeuri din fibre de sticl n dispersie 3.19. Structura i numrul porilor (porozitatea)

    3.19.1. Adsorbia fizic a apei n pori 3.19.2. Fenomene de transfer ale apei din aerul umed 3.19.3. Transferul apei n condiii de ploaie

    3.19.4. Mecanismul de transport a apei n cazul imersiunii

    31

    31 35 36 36 37 38

    41 42 43 44 46 48 48 48 49 49 49 50

    51 54 55 55 55 55 56 57 63 64 64 65 65 66

    67

    69 70 71 72 73 74

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    IV

    CAPITOLUL 4. Analiza cu ajutorul microscopiei electronice. Modele de tranziie

    4.1. Aspecte teoretice ale comportamentului componenilor sistemului 4.2. Analiza vizual cu ajutorul stereolupei Stereolupei Olympus SZ 4.3. Analiza prin scanare cu ajutorul microscopului electronic

    4.3.1. Etapele prelucrrii probelor 4.4. Analiza prin dezanrobarea pe clase 4.5. Analiza la interfa pe componeni a reciclatului cu fibre n dispersie 4.6. Descrierea anrobatului bituminos rezultat dup reciclarea structurilor rutiere cu

    bitum i deeuri din fibre de sticl 4.7. Modele de tranziie. Modelul Eshelby - Krner i modelul Mori - Tanaka

    4.7.1. Estimarea comportamentului la variaiile de temperatur a unei structuri rutiere n straturi cu ajutorul modelului matematic Eshelby - Krner

    75

    75 76 79 79 82 82

    83 84

    85

    CAPITOLUL 5. Determinri specifice pe anrobatul obinut prin aplicarea tehnologiei reciclrii la rece, cu adaos din fibre de sticl

    5.1. Determinri de laborator realizate pe reciclatul cu fibre 5.1.1. Confirmarea calitii reciclatului cu fibre prin ncercri de laborator

    realizate pe epruvetele prelevate 5.1.2. Prelevarea epruvetelor 5.1.3. Determinri de laborator pe probele prelevate 5.1.4. Studiul parametric al materialului reciclat cu deeuri din fibre de sticl

    n dispersie 5.1.5. Determinarea rezistenelor la compresiune pe probe 5.1.6. Legtura dintre coninutul de fibre i stabilitatea Marshall 5.1.7. Legtura ntre numrul de treceri la compactare, volumul de goluri i

    densitatea aparent 5.2. Caracteristicile macroscopice ale reciclatului cu fibre. Geometrii de fibre

    5.2.1. Factorul de dispersie al fibrelor din materialul reciclat 5.2.2. Factorul de eficien de armare al fibrelor 5.2.3. Fisurarea macroscopic

    89

    89

    89 91 91

    102 103 104

    105 106 109 110 110

    CAPITOLUL 6. Aplicaii practice ale tehnologiei de reciclare in situ cu fibre n dispersie 6.1. Tehnologia de reciclare cu deeuri din fibre de sticl, bitum spumat i suspensie de ciment

    6.1.1. Fazele procesului de reciclare in situ utiliznd tehnologia mixturii cu bitum spumat i fibre 6.1.2. Tehnologia de dozare a fibrelor 6.1.3. Execuia lucrrilor de reciclare cu deeuri din fibre de sticl

    6.2. Determinarea cantitilor de lucrri cu ajutorul aplicaiei de proiectare drumuri ADVANCED ROAD DESIGN

    6.2.1. Scopuri 6.2.2. Obiective de referin 6.2.3. Configuraia geometric i caracteristicile tehnice ale drumului 6.2.4. Situaia proiectat

    6.3. Realizarea rapoartelor de volume pe pichei cu ajutorul ADVANCED ROAD

    115

    115

    115 117 120

    121 122 123 123 123

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    V

    DESIGN 6.3.1. Etapele de referin 6.3.2. Raportarea terasamentelor i a cantitilor de materiale pe poziii

    kilometrice 6.3.3. Raportarea materialelor pe poziii kilometrice n format csv 6.3.4. Raportarea materialelor pe pichei

    6.4. Reprezentarea datelor printr-o diagram coloan 6.5. Calculul costurilor necesare realizrii - Investiiei de baz

    6.5.1. Calculul costurilor necesare realizrii - Investiiei de baz - pentru lucrri pe ampriza drumului i structur rutier propus n varianta clasic de reabilitare

    6.5.2. Calculul costurilor necesare realizrii - Investiiei de baz - pentru lucrri pe ampriza drumului i structur rutier propus n varianta de reabilitare prin reciclare in situ cu bitum spumat, ciment i fibre n dispersie

    6.6. Beneficii economice 6.7. Concluzii privind aplicaiile practice ale tehnologiei cu bitum spumat, ciment i

    fibre n dispersie

    124 124

    126 127 128 130 132

    132

    134 136

    136

    CAPITOLUL 7. Concluzii, contribuii personale, perspective i direcii de cercetare

    7.1. Concluzii 7.2. Concluzii privind sigurana n exploatare a drumurilor reabilitate prin reciclare 7.3. Contribuii personale 7.4. Perspective i direcii de cercetare

    137 137 138 140 140

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    VI

    LIST FIGURI

    Fig. 2.1. Tipuri de structuri rutiere cu minerale poligranulare reciclate, armate dispers cu fibre Fig. 2.2. Fibre din sticl i deeuri de fibr de sticl n amestec cu rini poliesterice dup mcinare Fig. 2.3. Reprezentarea variaiei rezistenei la compresiune n funcie de coninutul de bitum Fig. 2.4. Fibre sintetice din polipropilen FORTA FI HMA Fig. 2.5. Reprezentarea schematic comparativ dup starea de viabilitate a reelei de drumuri judeene, din judeul Slaj Fig. 2.6. Reprezentarea schematic a reelei de drumuri judeene pe categorii, din judeul Slaj Fig. 2.7. Reprezentarea schematic a reelei de drumuri reciclate, n judeul Slaj Fig. 2.8. Imagine din reciclat realizat pe epruveta nr. 1 Fig. 2.9. Imagine din reciclat realizat pe epruveta nr. 3 Fig. 2.10. Imagine din reciclat realizat pe epruveta nr. 5 Fig. 2.11. Fibre de sticl tiate din role la lungimea de 12 cm Fig. 2.12. Fibre de sticl i deeuri din fibre de sticl peliculizate cu rini poliesterice aternute pe stratul rutier superior Fig. 2.13. Fibre de sticl uniformizate nainte de reciclare Fig. 2.14. Strat din ciment aternut peste covorul din fibre de sticl nainte de reciclare Fig. 2.15. Agregate naturale, ciment i fibre aternute naintea reciclatorului Fig. 2.16. Reciclarea n profunzime a structurii rutiere i a materialelor de adaos Fig. 2.17. Structur rutier nou obinut dup reciclare Fig. 2.18. Prob de anrobat bituminos prelevat din structura rutier reciclat Fig. 3.1. Evidenierea cu ajutorul Stereolupei a zonei de interfa trimaterial din reciclat Fig. 3.2. Evidenierea cu ajutorul microscopului electronic a geometriei dispunerii fibrelor n reciclat Fig. 3.3. Tipuri de armare cu fibre a materialului reciclat Fig. 3.4. Reprezentare schematic a unei arii unitare din reciclat i a unei fibre izolate Fig. 3.5. Reprezentarea comparativ a distanei medii calculate dintre fibre n funcie de procentul lor volumic pe 4 epruvete prelevate din reciclat Fig. 3.6. Reprezentarea distanei medii dintre fibre n funcie de numrul de fibre pe 4 epruvete prelevate din reciclat Fig. 3.7. Reprezentare n 2D a armrii disperse cu fibre Fig. 3.8. Reprezentare n 3D a armrii disperse cu fibre Fig. 3.9. Epruveta nr. 1 cu 21 fibre/As1 Fig. 3.10. Epruveta nr. 2 cu 27 fibre/As2 Fig. 3.11. Epruveta nr. 3 cu 31 fibre/As3 Fig. 3.12. Reprezentare schematic a unei uniti de volum i a unei arii unitare din reciclat armat dispers cu fibre Fig. 3.13. Fibre din reciclat cu lungimi peste 30 cm, aglomerate n fascicule i ghemuri Fig. 3.14. Fibr inserat n reciclat Fig. 3.15. Fibr izolat supus ntinderii Fig. 3.16. Reprezentarea unui cmp generalizat de tensiuni generatoare de fisuri la interfaa n 2-D

    7

    10

    14 16

    22

    22 23 24 24 24 29

    29 30 30 30 30 30 30 31

    32 33 38

    40

    40 41 42 43 43 43

    47 50 51 52

    56

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    VII

    Fig. 3.17. Smulgerea fibrelor ntr-un material reciclat cu crpturi multiple Fig. 3.18. Smulgerea unei singure fibre din sistemul cu crpturi multiple Fig. 3.19. Tipuri de fisuri cauzate de variaiile termice Fig. 3.20. Zon izolat, degradat din structura rutier reciclat la rece in situ cu bitum spumat i deeuri din fibre de sticl n dispersie Fig. 3.21. Reprezentarea fenomenelor de transfer n reciclat Fig. 3.22. Distribuia porilor pe categorii Fig. 3.23. Legarea apei n pori prin adsorbie la interfa Fig. 3.24. Fibre de sticl ca bariere n difuzia capilar a apei Fig. 4.1. Stereolupa Olympus SZ Fig. 4.2. Prob supus analizei cu Stereolupa Olympus SZ Fig. 4.3. Fascicule de fibre dezanrobate parial i total nglobate n sistemul polifazic reciclat Fig. 4.4. Fascicule de fibre anrobate nglobate n sistemul polifazic reciclat Fig. 4.5. Anrobat bituminos nearmat (fragment) din sistemul polifazic reciclat Fig. 4.6. Zone de anrobat bituminos armat parial cu fibre dispersate neuniform n sistem Fig. 4.7. Fascicule de fibre excluse parial din sistem datorit anrobrii neuniforme Fig. 4.8. Fascicule de fibre ce creeaz puni de armare ntre granulele din sistem Fig. 4.9. Fascicule de fibre ce ies din goluri datorit ruperii mecanice a probei Fig. 4.10. Fibre i fascicule de fibre distribuite uniform ce asigur armarea tip pnz de pianjen Fig. 4.11. Prob supus procesului de uscare Fig. 4.12. Prob pregtit pentru metalizare Fig. 4.13. Prob metalizat cu pelicul de aur Fig. 4.14. Fibre dezanrobate parial n reciclat Fig. 4.15. Fibre nglobate parial n reciclat Fig. 4.16. Fascicule de fibre excluse din reciclat Fig. 4.17. Fibre nglobate i anrobate total n reciclat Fig. 4.18. Fibre nglobate i anrobate n sistem cu funcia optim de armare Fig. 4.19. Fascicule de fibre anrobate i nglobate n sistem ce supraarmeaz local reciclatul Fig. 4.20. Fascicule de fibre degradate de cuitele reciclatului Fig. 4.21. Fascicul de fibre ce realizeaz armarea unidirecional, oblic a reciclatului Fig. 4.22. Fascicul de fibre ce realizeaz armarea unidirectional, vertical a reciclatului Fig. 4.23. Corelaia dintre rezisten la compresiune i diametrul mediu al particulelor de mastic Fig. 5.1. Aparat pentru determinriLos Angeles Fig. 5.2. Etuva Fig. 5.3. Baia de ap termostatat Fig. 5.4. Balan hidrostatic Fig. 5.5. Set de site i ciururi Fig. 5.6. Penetrometru Richardson Fig. 5.7. Aparat cu inel i bil Fig. 5.8. Vscozimetru Engler Fig. 5.9. Aparat Soxhlet Fig. 5.10. Pres Marshall Fig. 5.11. Centrifug extracie bitum Fig. 5.12. Sonet Marshall Fig. 5.13. Curba granulometric a agregatului total determinat pe epruveta nr. 1 Fig. 5.14. Curba granulometric a agregatului total determinat pe epruveta nr. 2

    59 60 67

    68 70 71 72 72 77 77

    77 77 78 78 78 78 78

    78 79 79 79 79 79 79 80 80

    80 80 80 80

    84 90 90 90 90 90 90 90 90 90 91 91 91 93 95

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    VIII

    Fig. 5.15. Curba granulometric a agregatului total determinat pe epruveta nr. 3 Fig. 5.16. Structura rutier reciclat cu fibre pe DJ 109 lim. Jud. Cluj Dragu, km: 39+700-39+850 Fig. 5.17. Zona marginal cu cedri uoare a structurii rutiere reciclate cu fibre pe DJ 109 lim. Jud. Cluj Dragu, km: 39+950 Fig. 5.18. Zona izolat parial segregat din structura rutier reciclat cu fibre pe DJ 109 lim. Jud. Cluj Dragu, km: 40+100 Fig. 5.19. Reprezentarea grafic n diagrame de tip coloan a parametrilor dominani n funcie de temperatur Fig. 5.20. Reprezentarea schematic a stabilitii Marshall n funcie de dozajul de fibre Fig. 5.21. Reprezentarea schematic a stabilitii Marshall n funcie de dozajul componenilor Fig. 5.22. Reprezentarea schematic a volumului de goluri i densitii aparente pe probe Fig. 5.23. Structura macroscopic a reciclatului cu fibre Fig. 5.24. Reprezentarea curbelor tensiune deformaie pentru 3 tipuri de reciclat Fig. 6.1. Schema tehnic de funcionare la reciclatorul WR. 2000, 2200, 2500 (frezare - pulverizare liani i malaxare pe tamburul de frezare) Fig. 6.2. Tren reciclator utilizat n tehnologia de reciclare cu bitum spumat i fibre de sticl pe DJ 109, limita jud. Cluj Dragu format din Autogreder, Compactor 12 to, Reciclator WR 2200, Dozator ciment WM1000, Cistern de bitum cald Fig. 6.3. Fixarea rolei de folie din polietilen n instalaia de dozare Fig. 6.4. Tierea fibrelor i aternerea lor n strat uniform pe folia ntins Fig. 6.5. Uniformizarea stratului de fibre cu ajutorul tamburilor rotativi Fig. 6.6. nfurarea covorului de fibre fixate cu rin poliesteric pe folia din polietilen Fig. 6.7. Fazele reciclrii i distribuia forei de frnare n structura rutier Fig. 6.8. Tipuri de sisteme rutiere cu minerale poligranulare ce pot fi reciclate i armate dispers cu fibre 119 Fig. 6.9. Suprafaa de teren cu axul n plan i planul de situaie proiectat pentru o lungime prestabilit de drum Fig. 6.10. Aplicarea profilului transversal tip pe structur reciclat n pichei prestabilii Fig. 6.11. Aplicarea profilului transversal tip pe structur clasic n pichei prestabilii Fig. 6.12. Modul de aplicare a comenzii Section by Section report for Bulk Earthworks Fig. 6.13. Tabel reprezentnd ariile i volumele de sptur i umplutur Fig. 6.14. Fiierul de date pentru structura proiectat n varianta clasic de reabilitare Fig. 6.15. Fiierul de date pentru structura proiectat n varianta de reabilitare prin reciclare Fig. 6.16. Modul de aplicare a comenzii (ARUV7MATERIAL SBYINTER POLATION) Fig. 6.17. Modul de aplicare a comenzii (Materials to exclude) Fig. 6.18. Modul de aplicare a comenzii (Apply Bridges Exclude File) Fig. 6.19. Modul de aplicare a comenzii (numedrum - ProfileChNumber) Fig. 6.20. Reprezentarea n diagrame de tip coloan-cilindru a materialelor pe tipuri n valori absolute pentru structura standard Fig. 6.21. Reprezentarea n diagrame de tip coloan-cilindru a materialelor pe tipuri n valori absolute pentru structura reciclat Fig. 6.22. Reprezentarea n diagrama de tip coloan-cilindru a cantitilor totale de materiale pe tipuri de structuri

    97

    99

    99

    99

    103

    104

    104 105 108 112

    116

    116 117 117 117 117

    118

    119

    125 126 126 127 127

    128 128 129 129 130

    130

    131

    131

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    IX

    LIST TABELE

    Tabelul 2.1. Compoziia chimic a fibrelor de sticl de tip A Tabelul 2.2. Caracteristicile fibrei poliesterice Tabelul 2.3. Tipuri de fibre utilizate pentru armarea dispers Tabelul 4.1. Prezentarea datelor rezultate din analiza microscopic a reciclatului cu fibre Tabelul 4.2. Structura reciclatului cu fibre de sticl Tabelul 5.1. Determinri de laborator pe reciclat cu fibre realizate pe primul sector experimental din Romnia, pe DJ 109, lim. jud. Cluj Dragu, km: 39+700 40+200 Tabelul 5.2. Determinri de laborator pe reciclat cu fibre realizate pe primul sector experimental din Romnia, pe DJ 109, lim. jud. Cluj Dragu, km: 39+700 40+200 Tabelul 5.3. Determinri de laborator pe reciclat cu fibre realizate pe primul sector experimental din Romnia, pe DJ 109, lim. jud. Cluj Dragu, km: 39+700 40+200 Tabelul 5.4. Determinri de capacitate portant pe reciclat cu fibre realizate pe primul sector experimental din Romnia, pe DJ 109, lim. jud. Cluj Dragu, km:39+700 40+200 Tabelul 5.5. Dimensionarea structurii pe primul sector experimental din Romnia, pe DJ 109, lim. jud. Cluj Dragu, km: 39+700 40+200 Tabelul 5.6. Parametri variabili n procesul de reciclare Tabelul 5.7. Reprezentarea rezistenelor la compresiune pe probe de reciclat Tabelul 6.1. Calculul costurilor pe cantiti de lucrri n varianta clasic de reabilitare a drumului DJ 109 lim. jude Cluj Dragu tronson din sectorul experimental km: 39+700 - 40+080 Tabelul 6.2. Calculul costurilor pe cantiti de lucrri n varianta de reabilitare prin reciclare a DJ 109 lim. jude Cluj Dragu tronson din experimental km: 39+700 - 40+080

    10 11 17 81 82

    92

    94

    96

    98

    99 102 103

    133

    134

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    1

    INTRODUCERE

    Fibrele sintetice pot fi utililizate ca materiale pentru armare dispers n structurile rutiere

    reciclate la rece pentru a le mbunti proprietile fizico-mecanice i a reduce preul de cost

    pentru un kilometru de drum reabilitat.

    Din anul 2012 aceast fraz a aprut n lucrrile tiinifice, dar ea urmeaz a fi confirmat

    n viitorul n care reciclarea in situ a structurilor rutiere va fi mult mai larg utilizat, ca

    tehnologie alternativ n domeniul ingineriei drumurilor.

    Aceast lucrare deschide posibilitatea realizrii armrii disperse a structurilor rutiere

    reciclate la rece in situ, cu deeuri din fibre de sticl peliculizate cu rini poliesterice i

    amestecate cu granule din aceste rini rezultate din procesul de fabricaie al piscinelor, czilor

    de baie i altor obiecte sanitare armate cu fibre de sticl, printr-o tehnologie specific.

    Materialele i tehnologiile utilizate pentru reciclare la rece sunt ntr-o continu evoluie.

    Datorit avantajelor pe care le prezint armarea dispers cu fibre a structurilor rutiere

    reciclate la rece, influeneaz pozitiv comportamentul n exploatare al acestora. n prezent,

    numrul abordrilor teoretice i practice n domeniul armrii disperse cu fibre a structurilor

    rutiere reciclate la rece este foarte redus. Totodat, n Romnia nu exist realizri tehnologice

    semnificative n aceast direcie. Dup cum se tie i n acest domeniu realizrile tehnologice din

    alte ri sunt cu mult naintea abordrilor teoretice iar utilajele performante pentru realizarea

    operaiunilor de reciclare, reciclatoarele-stabilizatoare de tip WR 2000, WR 2200, WR 2400, WR

    4200 exist n Romnia nc din anii '90, ca tehnologie importat.

    Lucrarea de fa i propune s fundamenteze tiinific principiile generale de realizare a

    reciclrii la rece in situ a structurilor rutiere ranforsate cu fibre de sticl ori de poliester n

    dispersie, cu adaos de bitum spumat, ciment (filer) i ap.

    Eforturile tehnologice experimentale au fost direcionate spre optimizarea dozajului de

    fibre asigurnd att orientarea optim a fibrelor precum i adezivitatea ct mai bun a lianilor la

    fibre i agregate n prezena apei odat cu omogenizarea amestecului masei de reciclat.

    Lucrarea i propune s ofere o imagine de ansamblu a problemelor care apar n aplicarea

    tehnologiei de reciclare la rece in situ a structurilor rutiere degradate, cu bitum spumat, ciment

    i deeuri din fibre de sticl n dispersie i soluiile derivate din observaiile i determinrile

    experimentale.

    Nevoile tehnologice de optimizare a soluiilor de reabilitare a drumurilor prin reciclare

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    2

    pot determina completarea literaturii de specialitate cu aceast metod de reciclare n care sunt

    utilizate deeuri din fibre de sticl n dispersie, amestecate cu granule de rini poliesterice. Ea se

    bazeaz pe conceptul de armare cu fibre de sticl cu orientri diferite care preiau o mare parte

    din tensiunile deformatore i le distribuie aleatoriu n mas odat cu disiparea lor i diminuarea

    potenialului de fisurare. De asemenea, granulele de rini poliesterice n calitatea lor de material

    de umplutur intr parial n golurile generatoare de microfisuri din reciclat.

    Aceast abordare se bazeaz pe observaiile i determinrile microscopice secveniale,

    considerate microstructuri speciale i pe rspunsurile la solicitrile mecanice realizate pe

    epruvete, care pot fi difereniate atunci cnd dozajul i orientrile fibrelor sunt diferite.

    Utilizarea acestei tehnologii de reciclare este recomandat n special pentru o

    dimensionare optim a structurilor rutiere n care rolul cheie l au fibrele ce mbuntesc

    semnificativ proprietile i cresc performanele acestora.

    Pe de alt parte, n lucrare, sunt analizate cteva puncte eseniale cum ar fi: geometria

    dispunerii fibrelor, funcia de armare, dozajul, distana medie dintre fibre i comportamentului

    reciclatului cu fibre la aciunea forelor deformatoare. Toate aceste date pot fi utilizate n

    predimensionarea structurilor rutiere reciclate la rece, n care variabilele de proiectare sunt legate

    de proprietile straturilor rutiere pe diverse seciuni transversale i alte elemente geometrice ale

    traseului drumului.

    Optimizarea structural a straturilor rutiere este abordat pe baz de soluii specifice

    elaborate ntr-o diversitate de condiii locale care converg spre o acceptare att tehnologic ct i

    economic. Este prezentat i un model de studiu parametric pentru aceste tipuri de structuri

    rutiere reciclate din care pot fi trase concluzii privind avantajele i dezavantajele realizrii lor.

    Sunt abordate aspecte legate de omogenitatea dispersiei fibrelor, de compatibilitate a

    componenilor n cutarea soluiei de realizare a dispersiei optime, care maximizeaz rigiditatea

    structural.

    Pornind de la criterii simple, de mecanica ruperii cu efecte neliniare i de la mecanismele

    de propagare a fisurilor n structurile reciclate, sunt formulate concluzii limitate de incertitudinile

    ce pot deschide alte direcii de cercetare cu privire la proprietile mecanice ale reciclatului cu

    fibre n dispersie.

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    3

    CAPITOLUL 1

    DEFINIREA I DESCRIEREA PE CAPITOLE A CONCEPTULUI DE

    RECICLAT ARMAT DISPERS CU FIBRE

    1.1. Definirea conceptului de material reciclat armat dispers cu fibre

    Scopul principal al acestei lucrri este s evidenieze posibilitatea armrii disperse cu

    fibre sau deeuri din fibre de sticl a structurilor rutiere reciclate la rece in situ cu bitum

    spumat i ciment. Pentru definirea conceptului de material reciclat armat dispers cu fibre i

    confirmarea caracteristicilor fizico-mecanice superioare ale acestuia fa de oricare anrobat

    bituminos clasic, au fost realizate investigaii cu ajutorul microscopiei de nalt performan i

    determinri de laborator pe probele prelevate pe parcursul realizrii sectoarelor experimentale.

    Acest domeniu de cercetare este de actualiatate att datorit dezvoltrii de diverse

    tehnologii de recuperare i reciclare a materialelor ct i datorit necesitii proteciei mediului

    nconjurtor. Soluia de reciclare la rece in situ cu bitum spumat, ciment i fibre sau deeuri

    din fibre de sticl n dispersie a structurilor rutiere degradate, rspunde cerinelor actuale privind

    economia de resurse materiale, coroborat cu cerinele de mediu. Deeurile din fibre de sticl

    peliculizate cu rini poliesterice i amestecate cu granule din aceste rini rezultate dup

    mcinare au un potenial poluant extrem de ridicat.

    Lucrarea a pornit de la ideea necesitii studierii posibilitilor de utilizare a acestor

    deeuri n tehnologia de reciclare i a compatibilitii lor cu ceilali componeni din sistem.

    Primele ncercri au necesitatat introducerea i dezvoltarea soluiilor de control al dozajului pe

    componeni nainte i n faza de reciclare. n acest sens, dac Reciclatorul Wirtgen 2200 dispune

    de sisteme de dozare a unor componeni (ap, bitum) a fost necesar i dozarea corect a fibrelor

    nainte de preluarea lor de ctre cuitele reciclatorului. Aceast problem de dozare a fost

    rezolvat cu ajutorul unei instalaii unice n Romnia existente la S.C. FIBREX Co S.R.L.

    Crasna, judeul Slaj, ce a fost adaptat pentru realizarea acestei operaiuni.

    Astfel, dup rezolvarea tuturor problemelor de pregtire pe componente, au fost realizate

    dou sectoare experimentale: primul pe drumul judeean DJ 109, lim. jude Cluj Dragu,

    ntre km 39+700 40+200 iar al doilea pe drumul comunal DC 4 A, DN 1F amud. n urma

    prelevrii probelor de pe sectoarele experimentale realizate i efectuarea primelor determinri de

    laborator am constatat c s-a obinut o mixtur asfaltic similar unui anbrobat bituminos clasic

    dar cu rezistene net superioare.

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    4

    n urma analizelor prin metode optice de nalt performan a structurii interne a

    materialului rezultat din procesul de reciclare cu fibre n dispersie, putem afirma c acesta nu

    este un compozit polimeric clasic dar are unele comportri oarecum similare cu anumite tipuri

    compozite.

    Rezultatele calitative obinute confirm corectitudinea ipotezei iniiale privind

    proprietile potenial superioare ale acestor tipuri de materiale ce pot fi utilizate pentru

    realizarea structurilor rutiere de orice categorie. Performanele i durabilitatea structurilor rutiere

    obinute n anul 2013 odat cu realizarea sectoarelor experimentale din judeul Slaj, pe drumul

    judeean DJ 109, limita jude Cluj Dragu, arat c definirea iniial a conceptului de material

    reciclat, armat dispers cu fibre este una corect. Rspunsurile la ntrebrile privind alte

    proprieti ale acestor structuri, implic extinderea studiilor pentru determinarea comportrii la

    solicitri de tipul deformaiilor permanente i oboseal, n condiiile existenei unei varieti a

    soluiilor de armare.

    1.2. Componena pe capitole a lucrrii

    Lucrarea cuprinde cinci capitole i o anex n care sunt analizate i prezentate

    urmtoarele aspecte:

    n Capitolul 1 se definete succint conceptul de armare dispers cu fibre a materialului

    reciclat i este prezentat cuprinsul pe capitole al lucrrii.

    Capitolul 2 face referire la posibilitile de aplicarea n practic a conceptului de armare

    dispers cu fibre sau deeuri din fibre de sticl, la alegerea materialelor de armare i la avantajele

    acestei soluii. Sunt analizate cteva tipuri de fibre ce pot fi utilizate n armarea dispers, alte

    materiale utilizate la reciclare i este descris tehnologia de reciclare cu fibre sau cu deeuri din

    fibre de sticl peliculizate cu rini poliesterice i amestecate cu granule din aceste rini,

    rezultate dup mcinare. Primele concluzii i observaii practice desprinse din descrierea acestei

    tehnologii, ncheie acest capitol.

    Capitolul 3 trateaz mecanismele transmiterii tensiunilor de la sistem la fibre n procesul

    de realizare a funciei de armare, adeziunea la interfa i modalitile teoretice de calcul a

    distanei medii dintre fibre, a suprafeei specifice, a lungimii fibrelor i a dozajului acestora ca

    baz pentru un concept nou de proiectare la durabilitate a acestor tipuri de structuri rutiere. Mai

    sunt reliefate aspecte privind ntinderea fibrelor, apariia fisurilor, smulgerea fibrelor, defectele

    de structur i cauzele degradrilor ce apar la aceste categorii de structuri rutiere. Influena

    traficului asupra degradrilor structurale i fenomenele de transfer de lichide i gaze n reciclat

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    5

    sunt expuse n partea final a acestui capitol.

    Aspecte teoretice desprinse din analiza cu ajutorul Stereolupei Olympus SZ i prin

    scanare cu microscopul electronic Jeol JSM 5510 LV a structurii materialului reciclat i

    modelele de tranziie la scar microscopic a distribuiei tensiunilor, sunt descrise n Capitolul 4.

    n Capitolul 5 sunt prezentate determinrile de laborator specifice pe epruvete prelevate

    din reciclatul cu fibre, un studiu parametric realizat pe baza datelor practice culese, diverse

    corelaii ntre coninutul de fibre, stabilitatea Marshall i modificrile valorilor volumului de

    goluri i ale densitii aparente n funcie de numrul de treceri ale compactorului cu rulouri

    netede. Descrierea caracteristicilor macroscopice ale reciclatului, diverse geometrii de fibre,

    factorul de dispersie, factorul de eficien al armrii i fenomenul de fisurare macroscopic

    ncheie acest capitol.

    n Capitolul 6 sunt detaliate cteva date sintetice privind utilizarea tehnologiei de

    reciclare la rece in situ cu bitum spumat i ciment n Romnia i n judeul Slaj, performanele

    structurilor rutiere reciclate la rece cu fibre de sticl realizate experimental pe drumul judeean

    DJ 109, limita jude Cluj Dragu, precum i o analiz a posibilitilor de utilizare a acestei

    tehnologii pe alte drumuri judeene administrate de CONSILIUL JUDEEAN SLAJ, n funcie

    de starea lor de viabilitate. Modul de utilizare a fibrelor sau a deeurilor de fibre din sticl

    peliculizate cu rini poliesterice n realizarea sectoarelor experimentale sunt descrise n

    continuarea acestui capitol. n partea final este propus o nou metod eficient de determinare

    a cantitilor de lucrri cu ajutorul aplicaiei de proiectare drumuri ADVANCED ROAD

    DESIGN i de calcul comparativ al costurilor att n varianta clasic de reabilitare ct i n

    varianta de reabilitare prin reciclare cu bitum spumat i deeuri din fibre, pe un tronson de drum

    din sectorul experimental realizat, n lungime total de 380 m.

    Mai multe perspective i direcii de cercetare, concluziile i contribuiile personale aduse

    n implementarea tehnologiei de reciclate la rece in situ cu bitum spumat i fibre sau deeuri

    din fibre de sticl n dispersie a structurilor rutiere degradate, sunt expuse n Capitolul 7.

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    6

    CAPITOLUL 2

    UTILIZAREA FIBRELOR SINTETICE PENTRU ARMAREA

    STRUCTURILOR RUTIERE RECICLATE LA RECE

    2.1. Armarea dispers cu deeuri din fibr de sticl a structurilor rutiere suple i

    semirigide, reciclate la rece in situ

    La baza conceptului de armare a materialelor existente n structurile rutiere suple i

    semirigide reciclate la rece stau cteva ntrebri de baz la care vom cuta rspunsuri adecvate.

    Acestea sunt:

    a) De ce este util recuperarea prin reciclare a materialelor componente ale

    structurilor rutiere suple i semirigide (balast, piatr spart, cribluri, bitum)?;

    b) Cum se realizeaz utilizarea componenei eterogene a materialelor reciclate?;

    c) Cum se realizeaz punerea n valoarea a compoziiei mineralogice i chimice

    eterogene a acestor materiale?;

    d) Dac utilizarea materialelor de adaos cu compoziii i structuri mineralogice

    diferite (cribluri, piatr spart, balast) este necesar?;

    e) Dac lianii de adaos, n amestec au compatibilitate limitat (ciment + bitum)?;

    f) Cum se manifest apariia microfisurilor n amestecul reciclat datorit

    compatibilitii limitate a materialelor i a lianilor aflai n interaciune care

    genereaz un gradient de tensiuni superficiale specific?;

    g) Cum se realizeaz alegerea unui material de armare n funcie de caracteristicile i

    condiiile de utilizare a noului complex rutier?;

    h) Dac respectarea condiiei de reciclare a materialelor de armare deeuri de fibr

    de sticl peliculizate cu rini poliesterice implic degradarea parial a acestora?;

    i) Cum se realizeaz compatibilitatea fibrelor de armare cu materialele (agregatele)

    i lianii din amestecul reciclat?;

    j) Dac este asigurat creterea rezistenelor structurilor rutiere n urma introducerii

    n masa de material reciclat a materialelor de armare (fibrelor n dispersie)?;

    k) Cum putem reduce posibilitatea apariiei microfisurilor (considerate ca principal

    factor generator de degradare) n masa de material reciclat?;

    l) Cum se poate asigura distribuia uniform n mas a fibrelor?;

    m) Dac amestecul de material reciclat se constituie n mediu de transmitere a

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    7

    eforturilor att ntre faze ct i ctre fibre ca material de armare prin adeziune sau

    conlucrare?;

    n) Dac i cum amestecul reciclat trebuie s protejeze fibrele din mas pe toat

    durata de exploatare?;

    o) Dac fibrele vor asigura distribuia concentrrilor de tensiuni odat cu reducerea

    fenomenului de propagare a fisurilor n mas?;

    p) Dac fibrele reduc efectele corozive ale agenilor chimici asupra masei de material

    reciclat prin stabilitatea lor chimic?.

    Odat definit conceptul de armare dispers, putem determina cteva tipuri de structuri

    rutiere reciclate, astfel:

    Fig. 2.1. Tipuri de structuri rutiere cu minerale poligranulare reciclate, armate dispers cu fibre

    2.2. Alegerea materialelor de armare

    2.2.1. Armarea cu fibre

    Armarea dispers a structurilor rutiere reciclate la rece are ca scop mbuntirea

    proprietilor fizico-mecanice ale acestora. Materialele de armare (fibrele de sticl sau deeurile

    din fibre de sticl peliculizate cu rini poliesterice) pot contribui la ridicarea parametrilor fizico-

    mecanici ai structurilor rutiere reciclate la rece prin modul de dispersie al acestora, proporia lor

    n mas i de msura n care acestea realizeaz o aderen bun cu scheletul mineral, liant i alte

    materiale de adaos. Fibrele reprezint componenta discontinu n mas avnd att un rol

    Tipuri de structuri rutiere cu minerale poligranulare reciclate la rece, armate dispers cu fibre

    Structuri rutiere legate (strat de uzur, de legtur i de baz) reciclate la rece armate dispers

    cu fibre de sticl (poliester)

    Structuri rutiere legate (strat de uzur i de legtur) i nelegate (fundaie din piatr spart i balast)

    reciclate la rece armate dispers cu amestec de fibre de sticl i poliester

    Structuri rutiere legate (strat de uzur i de baz) i nelegate (piatr spart) reciclate la rece, armate dispers cu fibre de sticl (poliester)

    Structuri rutiere nelegate (strat de baz din piatr spart i de fundaie din balast) reciclate la rece, armate dispers cu fibre de sticl (poliester)

    Structuri rutiere legate (strat de uzur i de legtur) i nelegate (fundaie din balast i piatr spart) reciclate la rece, armate dispers cu fibre de sticl + fibre de poliester + granule de poliester

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    8

    ranforsant ct i rol de umplere a spaiilor interstiiale dintre fraciunile granulare odat cu

    diminuarea porozitii sistemului i reducerea tensiunilor superficiale la interfaa componenilor

    i reducerea riscului apariiei microfisurilor.

    Funcia de armare este ndeplinit dac fibrele au rezisten la traciune i elongaia strns

    corelate cu cele ale materialului reciclat i dac se asigur att transferul solicitrilor exterioare

    de la ranforsant la fibre, ct i protecia fibrelor mpotriva degradrilor mecanice sau prin

    coroziune.

    Alegerea fibrelor de sticl sau a deeurilor din fibre de sticl peliculiate cu rini

    poliesterice, ca materiale de armare, se justific prin necesitatea atingerii scopului propus i

    impune cunoaterea condiiilor generale pe care acestea trebuie s le ndeplineasc.Acestea sunt:

    modul de elasticitate ridicat;

    form corespunztoare care s asigure realizarea corect a dozajului i dispersia n

    mas;

    suprafa specific de aderen a lianilor de adaos.

    Utilizarea extins a fibrelor de sticl i a celor din poliesteri ca materiale componente

    (geogrile, geosintetice, geocompozite antifisur) dar i ca materiale pentru construcia de

    drumuri, ci ferate, construcii hidrotehnice, duce la concluzia c acestea ar putea fi utilizate i

    pentru armarea dispers a structurilor rutiere suple, semirigide ori rigide ntruct prezint

    urmtoarele caracteristici de baz:

    rezistene mari la rupere, la traciune, compresiune i oc;

    stabilitate dimensional;

    rezisten la coroziune;

    nu absorb ap, nu se degradeaz sub aciunea factorilor organici iar cele de sticl

    nu ard;

    fibrele de sticl au stabilitate termic bun (la 370C i pstreaz aproximativ

    50% din valorile caracteristicilor fizico-mecanice pe care le au la temperatura

    obinuit);

    buni izolatori electrici i termici;

    au densiti reduse;

    au preuri extrem de reduse fiind materiale reciclate.

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    9

    2.2.1.1. Principalele avantaje ale soluiilor de armare cu fibre

    Principalele avantaje ale fibrelor cu funcie de armare n reciclat sunt:

    costul foarte redus al fibrelor (deeuri rezultate de la producerea obiectelor

    sanitare cu fibre de sticl n matrice de rini poliesterice);

    rezisten la oc;

    rezisten la ntindere i compresiune;

    rezisten la atac chimic i biologic;

    rezisten la aciunea apei i la umiditate timp ndelungat;

    rezisten la impact (fibre de sticl).

    Aceast serie de avantaje recomand utilizarea fibrelor de sticl pentru armare dispers a

    structurilor rutiere reciclate, pe considerentele performanelor acestora ca materiale cu funcie de

    armare, economice i de mediu.

    2.2.1.2. Principalele dezavantaje ale soluiilor de armare cu fibre

    Principalele dezavantaje ale fibrelor cu funcie de armare sunt:

    rezisten sczut la abraziune;

    aderen limitat a liantului la fibr n prezena apei.

    Aderena relativ sczut a liantului la fibr n prezena apei necesit fie folosirea unor

    ageni chimici de cuplare, fie reducerea cantitii de ap din amestec pn la o valoare care s nu

    influeneze semnificativ acest fenomen.

    Caracteristicile fizico-mecanice ale structurilor rutiere reciclate la rece i armate dispers cu

    fibre sunt influenate semnificativ de forma i dimensiunile materialelor poligranulare, de

    omogenitatea distribuiei lor n mas i de cantitatea de fibre pe unitatea volumic de material

    reciclat de dozajul si tipul de lianti utilizati.

    2.3. Fibrele de sticl

    Fibrele de sticl se obin prin topirea compuilor silicoi la temperaturi de 1.200 1.600C

    n cuptoare de topire a sticlei. Din topitura de sticl se realizeaz baghete sau bile din care prin

    retopire se fileaz filamente care n contact cu aerul se solidific i se nfoar cu vitez mare pe

    tamburi speciali cnd are loc o puternic etirare i subiere a filamentelor. Fibrele pot fi rupte

    mecanic i aternute pe o folie din poliester ca suport pentru realizarea unei pturi de fibre n

    grosimea cerut de utilizator. Fibrele ondulate confer cea mai bun fixare n matrice avnd

    funcie de armare. Ele servesc la fabricarea obiectelor sanitare, a celor de mobilier urban ori de

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    10

    grdin etc. din rini poliesterice armate cu fibre de sticl. Compoziia chimic a acestora este

    prezentat n Tabelul 2.1. [32].

    Tabelul 2.1. Compoziia chimic a fibrelor de sticl de tip A

    Tipul de fibr de sticl

    SiO2 (%)

    Al2O3 (%)

    MgO (%)

    Fibre de tip A 65 25 10

    Fibrele de sticl cu lungimea de 12 cm i deeurile de fibre din sticl cu lungimi cuprinse

    ntre 2,50 i 5,00 mm, peliculizate cu rini poliesterice i amestecate cu granule din aceste

    rini, rezultate dup mcinare, sunt prezentate n Fig. 2.2.

    Fig. 2.2. Fibre din sticl i deeuri de fibr de sticl n amestec cu rini poliesterice dup mcinare

    2.4. Fibrele poliesterice

    Din poliesteri se realizeaz o varietate de materiale ntre care i fibrele textile care au

    aprut n anii '50. Termenul de poliester cuprinde o varietate de materiale din cadrul fibrelor

    textile, din care o parte au nceput s fie luate n considerare pentru armarea dispers a

    betoanelor. Literatura de specialitate recomand un volum de 1%, care poate asigura o bun

    comportare pentru reducerea fisurilor datorate contraciei. Dozajul de fibre n acest procent

    volumic nu d creteri semnificative ale rezistenei i duritii. Durabilitatea fibrelor de

    polipropilen n sistemul polifazic agregat ciment ap nu este complet elucidat i se

    presupune c acestea i reduc rezistena sub aciunea componenilor alcalini ai cimentului.

    Fibrele poliesterice pot fi utilizate pentru armare, au puritate de 100%, sunt non-magnetice,

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    11

    rezistente la coroziune, neutre chimic i nonhigroscopice [32].

    Tabelul 2.2. Caracteristicile fibrei poliesterice

    FIBRA POLIESTERIC

    Modul de elasticitate E 2800 - 3100 MPa

    Rezisten la rupere t 55 - 75 MPa

    Limita de elasticitate 50 - 150 %

    Temperatura de topire 170 C

    Absorbia de ap (ASTM) 0,16

    Comportarea materialelor de armare dispersate n masa de material reciclat difer n

    funcie de compoziia i caracteristicile acestora, de distribuia lor omogen i modul de

    dispunere al acestora, de proporia n care sunt folosite precum i de msura n care se realizeaz

    o bun aderen ntre cele 3 componente n amestec: scheletul mineral (al agregatelor) liant

    fibra de armare.

    2.5. Rolul deeurilor din fibre de sticl adugate la reciclare

    Proporia de deeuri din fibre de sticl adugate n masa de reciclat are n vedere

    obinerea caracteristicilor fizico-mecanice specifice tipului de mixtur ce urmeaz a fi obinut

    prin aceast metod. Dozajul fibrelor exprimat n procente masice, aa cum a fost determinat n

    Capitolul 3, asigur un numr minim necesar de fibre pe unitatea de volum din materialul

    reciclat, precum i ndeplinirea funciei de armare. Deeurile din fibre de sticl cu lungimi mai

    mici de 5 cm nu vor fi luate n considerare ca avnd funcie de armare ntruct acestea nu

    asigur legarea suficient de puternic a granulelor sub aciunea liantului.

    Stabilirea i utilizarea n dozaje corecte a deeurilor din fibre de sticl n funcie de tipul

    i adncimea de reciclare i caracteristicile materialelor granulare existente n structura rutier

    este condiia de baz a obinerii unor structuri reciclate cu capaciti portante ridicate. n

    continuare, vom exemplifica cteva caracteristici fizico-mecanice ale agregatelor naturale,

    cimentului i bitumului spumat n calitate de componeni ai stratului rutier obinut dup reciclare.

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    12

    2.6. Alte materiale utilizate

    n principiu, materialele utilizate n tehnologia reciclrii la rece in situ a structurilor

    rutiere sunt urmtoarele:

    agregate naturale: din structura existent i de aport;

    liani hidraulici: ciment sau var;

    liani bituminoi: bitum, emulsie bituminoas cationic (cu bitum simplu sau

    modificat) i/sau bitum spumat;

    ap.

    2.6.1. Agregatele naturale

    Agregatele naturale (balast, piatr spart) preluate de cuitele reciclatorului din structura

    rutier existent, degradat, au urmtoarele caracteristici de baz:

    nu sunt curate;

    conin pri levigabile, urme de produse petroliere sau resturi organice;

    sunt mrunite suplimentar sub aciunea cuitelor reciclatorului astfel nct curba

    granulometric determinat iniial pe probele prelevate va avea uoare abateri;

    prezint urme de alterare chimic;

    prezint roci parial descompuse sub aciunea apelor freatice sau agenilor fizico-

    chimici din atmosfer aflai n contact cu acestea prin fenomenul de absorbie

    capilar.

    Determinrile de laborator au evideniat faptul c adezivitatea bitumului scade cu pn la

    50% fa de cea obinut pe agregatele splate.

    Agregatele de adaos trebuie s aib urmtoarele caracteristici:

    uzur mic datorat circulaiei rutiere cu un coeficient Los Angeles mai mic de

    20%;

    omogenitate mineralogic;

    provenien din roci bazice sau neutre care asigur o bun adezivitate a bitumului

    spumat;

    rezisten la compresiune;

    forme granulare poliedrice pentru evitarea sfrmrii sub circulaie.

    Agregatele de adaos sunt, de regul, balast de ru splat sau piatr spart cu granulaia

    ntre 25 i 40 mm.

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    13

    2.6.2. Cimentul

    Cimentul favorizeaz maturarea amestecului, mrete domeniul de plasticitate i

    adezivitatea bitumului la agregatele naturale. Cimentul amestecat cu bitum i modific mai greu

    compoziia chimic mpiedicnd mbtrnirea prematur a bitumului i este denumit n literatura

    de specialitate filer activ.

    Cimentul dozat corespunztor mrete suprafaa specific de aderen a agregatului

    natural i compactitatea reciclatului care mpreun cresc rezistenele mecanice i stabilitatea

    acestuia. Rezistena la forfecare i la alte tipuri de deformaii plastice crete odat cu micorarea

    grosimii peliculei de bitum, iar acest fenomen este favorizat prin procesul de filerizare a

    agregatelor.

    Din studiile de laborator realizate pe anrobate bituminoase obinute prin reciclare in

    situ cu bitum spumat i deeuri din fibr de sticl n dispersie, n care cimentul a fost nlocuit cu

    filer de calcar au rezultat urmtoarele concluzii:

    adezivitatea bitumului n prezena filerului de calcar i stabilitatea reciclatului nu

    s-au modificat;

    vscozitatea bitumului spumat a crescut uor;

    volumul de goluri s-a redus cu 1 pn la 3%.

    Deeurile din fibr de sticl adugate n mas n procente de 1,5 pn la 3% n prezena

    filerului de calcar i ndeplinesc funcia de armare i mresc coeziunea reciclatului.

    2.6.3. Bitumul spumat

    Prin proprietile sale de liant n masa de reciclat, bitumul spumat realizeaz:

    peliculizarea agregatelor i anrobarea acestora n faza premergtoare legrii lor;

    meninerea adezivitii sub aciunea factorilor deformatori, n prezena apei.

    Se recomand utilizarea bitumului D 80/100, nclzit la 160-170C care are o bun

    capacitate de spumare n momentul dozrii acestuia de ctre instalaia de dozare a reciclatorului

    Wirtgen 2200.

    Dozajul de bitum i vscozitatea acestuia influeneaz stabilitatea mecanic a reciclatului.

    La dozaje insuficiente de liant dup compactare apar suprafee poroase ce se degradeaz uor sub

    aciunea apei.

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    14

    2.7. Determinarea dozajului optim de bitum spumat

    Pornind de la faptul c n masa de reciclat pe lng agregate i ciment sunt adugate

    deeuri de fibr de sticl, uneori n amestec cu rini poliesterice, stabilirea dozajului optim de

    liant este o caracteristic hotrtoare pentru proprietile fizico-mecanice ale materialului

    obinut.

    Variaia rezistenei la compresiune n funcie de coninutul de bitum realizat pe epruveta

    nr. 5 prelevat din reciclat este prezentat mai jos:

    Fig. 2.3. Reprezentarea variaiei rezistenei la compresiune n funcie de coninutul de bitum

    Coninutul de bitum trebuie s asigure anrobarea agregatelor i a fibrelor n vederea

    obinerii unor valori maxime pentru stabilitatea Marshall, densitatea aparent i fluaj. Cantitatea

    de bitum necesar anrobrii complete a componenilor dup observaii experimentale este de

    circa 3,5%. Depirea acestei valori duce la diminuarea calitii anrobatului obinut prin reciclare

    dup cum se poate observa din graficul de la Fig. 2.3.

    Excesul de bitum creeaz n masa de reciclat deformaii plastice ireversibile i

    favorizeaz diminuarea capacitii portante, facilitnd infiltrarea apei prin porozitate i n final

    dezanrobarea i degradarea structurii rutiere. Concluzia cea mai important este c n stabilirea

    coninutului optim de bitum spumat sunt determinante ncercrile experimentale care evideniaz

    procentele de componeni la care anrobatele au cele mai bune caracteristici fizico-mecanice.

    nainte de stabilirea dozajului optim de liant se fac pregtiri de laborator dup cum urmeaz:

    determinarea granulozitii pe sorturi;

    determinarea caracteristicilor bitumului (adezivitate, punct de nmuiere,

    penetraie);

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    15

    determinarea caracteristicilor fibrelor ce urmeaz a fi adugate n mas (lungime,

    diametru, cu sau fr granule de rini poliesterice);

    calculul compoziiei procentuale pe dozaje de agregat;

    realizarea curbelor de granulozitate i verificarea ncadrrii lor n zonele

    recomandate n normele tehnice;

    calculul suprafeei specifice i a dozajului de liant.

    Calculul necesarului de liant pentru anrobate bituminoase obinute prin reciclarea in situ a

    structurilor rutiere cu deeuri de fibre de sticl n dispersie se poate realiza cu relaia [60]:

    b = 0,035 P + 0,045 N + 0,15 F1 + 0,15 F2 + C

    n care:

    b procentul de bitum;

    P procentul de granule cu dimensiunea 2 mm;

    N procentul de granule cuprinse ntre 0,074 i 2 mm;

    F1 procentul de pri fine (ciment sub 0,074 mm);

    F2 procentul de fibre (cu lungimea peste 5 cm);

    C coeficientul care ine seama de condiiile locale, de porozitatea rocii etc. i

    care variaz ntre 0,7 i 1,0.

    Din datele experimentale putem formula cteva concluzii legate de dozajul de bitum utilizat

    prin aceast tehnologie de reciclare, astfel:

    creterea dozajului de bitum cu 0,3 0,5% este necesar pentru asigurarea

    anrobrii fibrelor dispersate n masa de reciclat i asigurarea gradului de

    compactare corespunztor;

    mrirea dozajului de ciment cu 1 1,5% duce la creterea gradului de compactare

    cu 0,7 1%;

    granulozitatea continu a agregatelor i prezena fibrelor n dispersie n amestec

    cu rini poliesterice asigur o compactitate ridicat a amestecului reciclat.

    2.8. Utilizarea fibrelor sau a deeurilor de fibre din sticl peliculizate cu rini

    poliesterice n tehnologia de reciclare cu bitum spumat i ciment

    Deschidem un domeniu n care soluiile de reciclare i armare dispers cu fibre vor ctiga

    din ce n ce mai mult teren, datorit caracteristicilor fizico-mecanice mbuntite ale acestor

    tipuri de structuri rutiere.

    Planul de calitate i control pentru tehnologia reciclrii cu bitum spumat i fibre este

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    16

    elaborat de constructor n colaborare cu coordonatorul sectorului experimental i armonizat cu

    cerinele impuse de standardul SR EN ISO 9001:2008.

    Abordrile teoretice n domeniul armrii disperse cu fibre a structurilor rutiere reciclate la

    rece, armate cu fibre, sunt extrem de puine iar realizri tehnologice nu exist. Cteva exemple

    din domenii conexe privind armarea dispers sunt redate mai jos:

    Reglementarea tehnic din 21/04/2003 publicat in Monitorul Oficial al Romniei, Partea I

    nr. 576 bis din 12/08/2003 i denumit Ghid pentru stabilirea criteriilor de performan i a

    compoziiilor pentru betoanele armate dispers cu fibre metalice, indicativ GP-075-02, betonul

    armat dispers cu fibre metalice BFM este definit ca material obinut prin amestecul

    cimentului, agregatelor, fibrelor metalice, aditivilor, adaosurilor minerale i apei la preparare,

    n proporiile prestabilite, ale crui proprieti se dezvolt prin hidratarea i ntrirea cimentului

    i interaciunea dintre fibrele metalice i matrice [45].

    Astfel, noiunea de beton armat dispers cu fibre de diferite tipuri va fi acceptat n

    literatura de specialitate din ar.

    n data de 01.09.2010 Grupa specializat nr. 7 Drumuri, poduri, porturi i aeroporturi

    elibereaz Agrementul Tehnic nr. 004-07/1253-2010 pentru produsul FORTA FI HMA - fibre

    din polipropilen pentru mixturi asfaltice ce se utilizeaz n mixturile asfaltice de tip MASF

    (mixtura asfaltic stabilizat cu fibre) [78].

    Produsul FORTA FI HMA este format din fibre sintetice din polipropilen de culoare

    galben negru cenuiu avnd urmtoarele proprieti fizice [78]:

    Fig. 2.4. Fibre sintetice din polipropilen FORTA FI HMA

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    17

    Materiale de . Polyolefin/Aramid

    Lungime .. 3/4" (19 mm), 1-1/2" (38 mm)

    Forma .. Twisted fibrilate & Monofilament fibre

    Culoare ... Galben, Negru, Cenuiu

    Greutatea specific . 0.91/1.44

    Rezistena la rupere .... 70.000 p.s.i./400.000 p.s.i.

    Temperatura de topire . 212F/800F (100C/427C)

    Adaosul de fibre active de 0,30 - 0,50% creeaz n mas o reea tridimensional care

    asigur mixturii asfaltice de tipul MASF, stabilitate la temperaturi ridicate, flexibilitate la

    temperaturi sczute i o bun rezisten la uzur. Produsul este fabricat de FORTA Corporation

    SUA.

    Totui, armarea dispers cu fibre a structurilor rutiere reciclate la rece are un al doilea

    scop major, acesta fiind controlul procesului de generare a microfisurilor n masa de material

    reciclat, a capacitii de absorbie a energiei generate de forele deformatoare, a creterii

    rezistenei la impact, la oc i gradieni de temperatur.

    n Tabelul nr. 2.3. sunt redate caracteristicile fizico-mecanice ale diverselor categorii de

    fibre sintetice ce pot fi utilizate la armarea dispers a betoanelor sau mixturilor asfaltice.

    Tabelul 2.3. Tipuri de fibre utilizate pentru armarea dispers [32]

    Felul fibrei Diametru [m]

    Densitate

    [kg/m3]

    Rezistena la ntindere

    [N/mm2]

    Modulul de elasticitate

    [N/mm2 103]

    Alungire la rupere

    [%]

    Rf/ [Nmm/kg

    10-9]

    Azbest 0,02-20 3200 500-3000 80-150 0,50-2,0 0,15-0,95

    Vat mineral 10 2700 500-800 70-120 0,6 0,18-0,30

    Carbon (grafit) 8-9 1900 1800-2600 200-380 0,5-1,0 0,95-1,37

    Oel 5-800 7850 5-800 7850 1000-3000 210 3-4 0,13-0,39

    Sticl 9-15 2500 1000-4000 70-80 1,5-3,5 0,46-1,60

    Polipropilen 20-200 900 300-800 3,5-5,0 20-25 0,33-0,90

    Poliester 20-200 950 700-900 8,4 11-13 0,74-0,95

    Utilizarea tehnicii de reciclare in situ este condiia obligatorie de eficien maxim, ce

    confer posibilitatea realizrii unor sisteme complexe de tipul: agregate minerale liani fibre

    ap. Astfel, se ndeplinesc condiiile de recuperare a unor componente din sistem cum ar fi

    agregatele i de utilizare a deeurilor din fibre de sticl peliculizate cu rini poliesterice ce au un

    potenial poluant ridicat.

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    18

    2.9. Aplicarea tehnologiei de reciclare cu fibre n dispersie

    Utilizarea tehnicii de dozare a fibrelor, unic n Romnia, existente la S.C. FIBREX Co

    S.R.L. Crasna, judeul Slaj, aa cum a fost prezentat n Capitolul 2, cu ajutorul creia fibrele

    sunt tiate la dimensiunile prestabilite, stropite cu liant i aternute n covor continuu pe o folie

    din polietilen cu grosimea de 0,02 m, constituie un progres evident fa de tehnicile clasice de

    aternere manual a acestora n faa reciclatorului.

    Opinia aproape unanim este c straturile interfaciale n masa de reciclat asimilat cu un

    sistem polifazic (agregate, liani, fibre, ap), au o influen extrem de important asupra

    proprietilor fizico-mecanice i asupra lucrabilitii ntregului sistem.

    Studiile teoretice, de obicei, se mulumesc cu modele de adeziune bun sau rea. Controlul

    proprietilor masei de reciclat aramat dispers cu fibre const n a gsi tipul de fibre cu lungimea

    optim i a alege lianii capabili s mbunteasc proprietile componenilor la interfa.

    2.9.1. Utilizarea tehnologiei de reciclare la rece cu fibre de sticl n dispersie, n cadrul

    lucrrilor de reabilitare a drumurilor n Romnia i n Judeul Slaj

    Tehnologia de reciclare/ranforsare la rece, in situ, a structurilor rutiere degradate cu

    adaos de ciment i emulsie bituminoas, a fost introdus n ara noastr n anul 1996, odat cu

    maina de frezat/reciclat 2100 DCR.

    Lucrarea publicat de Katz i Milewski [37] prezint materialele de umplutur minerale,

    organice i sintetice, curent utilizate i trage concluzia c aproape toate materialele naturale ori

    sintetice, pot fi ntr-o form sau alta amestecate cu o matrice pentru a forma un compozit cu

    proprieti fizico-mecanice mbuntite.

    Deeurile din fibre de sticl cu rol de umpluturi disperse i cu funcie de armare, au

    utilizri multiple ca elemente de ranforsare n matrice organice, ceramice ori metalice, toate

    fcnd parte din domeniul materialelor compozite. De asemenea, sunt cunoscute geotextilele

    neesute tridimensionale, realizate dintr-un aglomerat de fibre din monofilament polimeric,

    consolidate prin interesere i utilizate pentru filtrare-separare, protecie i drenaj n construcia

    de ci ferate, drumuri, drenuri, tuneluri, canale, diguri i depozite de deeuri menajere. Nu poate

    fi asimilat stratul de reciclat i armat dispers cu fibre, cu materialele compozite, deoarece acestea

    au adeziune interfacial sporit ntre fibre i matrice iar proprietile fizico-mecanice sunt

    diferite.

    Tehnologia de reciclare, tipul i calitatea lianilor precum i procentele volumice ale

    componenilor pot mbunti adeziunile interfaciale i pot oferi capacitate mare de preluare a

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    19

    stresului fizic de transfer [24] n perioada de exploatare. Adeziunea interfacial dintre fibre,

    granulele de agregate, particulele fine de liani i moleculele de ap din amestec este vital n

    obinerea unei structuri rutiere reciclate i armate dispers cu fibre cu proprieti fizico-mecanice

    mbuntite.

    Tehnologia de reciclare la rece i armarea dispers cu fibre a reciclatului urmrete

    realizarea de structuri rutiere cu materiale tradiionale, din care o parte reciclate, avnd cicluri de

    producie rapide i costuri recurente de exploatare mai mici dect tehnologiile clasice.

    Din anul 2007, compania ROMFRACHT Spedition apare pe partea comercial a pieii din

    Romnia, pe segmentul fibrelor pentru armarea pardoselilor dar i cu mrci nregistrate pentru

    armarea mixturilor asfaltice ale companiei FORTA Corporation cum ar fi fibrele din aramid

    (monofilament) i polyolefin (rsucit&monofilament) FORTA , FORTA-FI , aprute n SUA

    n luna august 1982 sub denumirea de FORTA-AR i testate la University of Texas at Austin n

    anul 1986 [78].

    Fibre de celuloz pentru Mixtura Asfaltic Stabilizat cu fibre sintetice de tip (MASF),

    aprute n Germania acum 30 de ani sunt utilizate pe scar tot mai larg n Europa i lume.

    n Romnia, acestea se utilizeaz de peste 25 de ani ca mrci nregistrate sub denumirea de

    TECHNOCEL sau granulele de tip TOPCEL [78].

    Geocompozitele i geogrilele realizate din fibre de poliester se utilizeaz cu bune rezultate

    att pentru armarea pmntului ct i la ranforsarea straturilor rutiere bituminoase noi i armarea

    rosturilor longitudinale la supralrgiri pentru diminuarea procesului de transmitere a fisurilor de

    reflexie i a apariiei fgaelor.

    n Romnia, mrcile nregistrate de tip Trisoplast sau Fornit au nceput s fie utilizate

    semnificativ dup anul 2001 n construcia de drumuri noi, drumuri de acces ori forestiere,

    precum i la reabilitri de ci ferate. Acestea sunt geogrile triaxiale ori biaxiale confecionate din

    polipropilen, protejate cu un strat din PVC mpotriva distrugerilor la punerea n oper, cu

    rezistene la rupere de 20 kN/m, 30 kN/m, 40 kN/m i 60 kN/m [78].

    n cazul armrii disperse cu deeuri de fibre din sticl peliculizate cu rini poliesterice a

    structurilor rutiere degradate reciclate la rece in situ cu adaos de bitum spumat, ciment i ap

    de hidratare, nu exist n literatura de specialitate date referitoare la abordri teoretice ori

    experimentale.

    2.9.2. Tehnica de reciclare la rece in situ din Romnia

    Tehnica de reciclare/ranforsare la rece in situ, cu adaos de ciment i emulsie bituminoas,

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    20

    a fost introdus n ara noastr n anul 1996. Reciclarea la rece este o tehnologie ce poate fi

    utilizat cu succes la reabilitarea i modernizarea drumurilor n Romnia. n funcie de utilizarea

    sau nu a lianilor i recuperarea agregatelor, reciclarea poate fi:

    - reciclare cu recuperarea total a agregatelor i adaos de liani (bitum, ciment);

    - reciclare cu recuperarea parial a agregatelor fr adaos de liani (bitum, ciment).

    Promovarea de tehnici i utilaje inovatoare pentru realizarea lucrrilor de drumuri a

    continuat. Astfel, ncepnd cu anul 2004, sunt utilizate n Romnia reciclatorul WR 200i, WR

    2200, WR 2400 i WR 4200 - cel mai mare utilaj de acest gen din lume, dotate cu un sistem de

    frezare - malaxare i aternere cu lime variabil de 2,00 - 4,20 m, precum i cu o instalaie de

    dozare pentru ap, ciment i bitum.

    Foto 1. Maina de frezat/reciclat Wirtgen 200i [90]

    Foto 2. Maina de frezat/reciclat Wirtgen 2200 [91]

    Foto 3. Maina de frezat/reciclat Wirtgen 2400 [92]

    Model Lime de

    lucru Adncime de lucru

    Puterea motorului

    Greutate de operare, CE *

    WR 200i 2000 mm 0-500 mm 320 kw/435

    CP 24.100 kg

    Model Lime de

    lucru Adncime de lucru

    Puterea motorului

    Greutate de operare, CE *

    W 2200DCR

    2100 mm 0-330 mm 534 kw/726

    CP 28.900 kg

    Model Lime de

    lucru Adncime de lucru

    Puterea motorului

    Greutate de operare, CE *

    WR 240i 2400 mm 0-510 mm 447 kw/608

    CP 31.000 kg

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    21

    Foto 4. Maina de frezat/reciclat Wirtgen 4200 [93]

    2.9.3. Utilizarea tehnologiei de reciclare la rece n Romnia

    Se poate observa la nivel naional o cretere semnificativ a utilizrii tehnologiilor de

    reciclare n cadrul lucrrilor de reabilitare/modernizare a drumurilor naionale, judeene i

    comunale.

    Tehnologiile de reciclare au o pondere semnificativ i n rile dezvoltate unde

    infrastructura rutier este puternic dezvoltat. Cu toate acestea nici n rile dezvoltate reciclarea

    structurilor rutiere cu bitum spumat, ciment i armarea dispers cu fibre sau cu deeuri din fibre

    de sticl peliculizate cu rini poliesterice, nu a fost realizat pn n prezent.

    Tehnologia de reciclare la rece cu bitum spumat i ciment este funcie de:

    caracteristicile componenilor i dozajele acestora;

    detaliile tehnologice de execuie;

    condiiile de realizare;

    tehnologia de operare specific utilajelor.

    O etap preliminar reciclrii dar obligatorie, este studiul de laborator care se realizeaz pe

    carote i material frezat pentru stabilirea oportunitii soluiei de reciclare, a adncimii i a

    omogenitii sectorului de drum, a granulozitii i a umiditii optime de compactare. Este

    imperios necesar ncadrarea n domeniul de granulozitate specific tehnologiei de reciclare

    (domeniul Rukel).

    2.10. Caracteristicile infrastructurii rutiere n judeul Slaj

    Din datele existente vom analiza mai jos situaia din judeul Slaj, pentru o reea de

    drumuri judeene n lungime total de 632 km i vom reprezenta grafic lungimea traseelor de

    drumuri reabilitate/modernizate i a celor cu durat de serviciu expirat, starea de viabilitate i

    lungimea traseelor de drum ce pot fi reciclate precum i lungimea traseelor de drum reabilitate

    (modernizate) prin aplicarea tehnologiei de reciclare in situ cu bitum spumat i deeuri de fibre

    Model Lime de

    lucru Adncime de lucru

    Puterea motorului

    Greutate de operare, CE *

    WR 420i 3.000 mm - 4.200 mm

    0 - 200 mm 2 x 433kW/

    589 CP 77.000 kg

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    22

    din sticl n dispersie. Rezistena i stabilitatea stratului rutier obinut prin reciclare la rece cu

    bitum spumat, ciment i deeuri de fibre din sticl n dispersie, peliculizate cu rini poliesterice,

    a fost determinat pe sectoarele experimentale realizate pe DJ 109, ntre km: 39+700 40+200,

    lim. jude Cluj-Dragu i pe DC 4 A, DN1F - amud ntre km: 3+000 4+300, judeul Slaj.

    Acestea difer n funcie de natura i compoziia granulometric a materialului frezat,

    procentul de bitum spumat utilizat (3,50 - 5,50%), procentul de ap de adaos (5,00 - 15,00 %),

    procentul de ciment sau filer (1,50 - 4,00 %), procentul volumic de fibre (1,00 - 3,50 %) i

    procentul de agregate de adaos (5 - 25 m) strat echivalent, considernd adncimea maxim de

    reciclare de 30 cm acceptat tehnologic. Vom prezenta, mai jos, reeaua de drumuri judeene

    aflate n administrarea judeului Slaj, pe categorii, n funcie de starea de viabilitate i lungimea

    total a traseelor de drumuri judeene care au fost reabilitate utiliznd soluia reciclrii la rece in

    situ.

    Fig. 2.5. Reprezentarea schematic comparativ dup starea de viabilitate a reelei de drumuri judeene, din judeul Slaj

    Fig. 2.6. Reprezentarea schematic a reelei de drumuri judeene pe categorii, din judeul Slaj

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    32

    494

    103

    3

    632

    412

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    23

    Fig. 2.7. Reprezentarea schematic a reelei de drumuri reciclate, n judeul Slaj

    Primele ncercri de reciclare la rece in situ cu bitum spumat, ciment i deeuri de fibre

    din sticl n dispersie au fost realizate n anul 2013 pe drumul comunal DC 4 A, DN 1C

    Samud, n judeul Slaj. A fost realizat atunci un sector experimental cu dou tipuri de fibre

    astfel:

    - deeuri de fibre din sticl cu lungimi cuprinse ntre 2,50 - 5,00 mm, peliculizate cu

    rini poliesterice i amestecate cu granule din aceste rini. Acestea au fost colectate ca deeu

    tehnologic mcinat, rezultat din debavurarea obiectelor sanitare (vni, chiuvete, piscine), produse

    de S.C. FIBREX Co S.R.L. n localitatea Crasna din judeul Slaj;

    - fibre de sticl tiate din role, la comand, cu lungimea de 12 cm, nepeliculizate i

    neamestecate cu granule de rini poliesterice.

    Structura rutiera obinut poate fi denumit STRUCTUR RUTIER RECICLAT LA

    RECE ARMAT CU FIBRE (S.R.R.A.F) i definit ca amestec de materiale rezultate dintr-o

    structur rutier elastic reciclat la rece cu aport de agregate minerale, ciment, liant (bitum

    spumat) i deeuri din fibre de sticl n dispersie.

    Proprieti sunt similare cu cele ale anrobatelor bituminoase de tip AB25, urmare a

    interaciunii dintre fibre i agregate sub aciunea puterii liante a bitumului, n prezena suspensiei

    apoase de ciment cu rol de filer activ. Noiunea de STRUCTUR RUTIER RECICLAT

    LA RECE ARMAT CU FIBRE (S.R.R.A.F) poate fi considerat noutate n literatura de

    specialitate din Romnia.

    La microscop aceste structuri rutiere arat astfel:

    0

    100

    200

    300

    400

    500

    600

    700

    Total drumuri judetene[km] Drumuri reciclate[km]

    632

    31.1

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    24

    Fig. 2.8. Imagine din reciclat

    realizat pe epruveta nr. 1

    Fig. 2.9. Imagine din reciclat

    realizat pe epruveta nr. 3

    Fig. 2.10. Imagine din reciclat

    realizat pe epruveta nr. 5

    Primele concluzii privind structura mixturii cu bitum spumat, suspensie de ciment i fibre

    au fost trase dup prelevarea probelor i efectuarea de observaii cu microscopul electronic i cu

    stereolupa. Imaginile obinute i concluziile ce confirm corectitudinea conceptului de armare

    dispers cu fibre sau cu deeuri de fibre din sticl a structurilor rutiere suple i semirigide,

    reciclate la rece in situ sunt prezentate mai jos:

    n materialul rezultat fibrele sunt anrobate i nglobate n proporie de peste 98%;

    punile de armare create de fibrele dispersate i nglobate n reciclat asigur

    preluarea unei pri a tensiunilor deformatoare iar granulele de poliesteri

    micoreaz volumul de goluri care sunt ntotdeauna poteniali factori generatori

    de microfisuri;

    estimrile iniiale privind mbuntirea proprietilor reciclatului prin adugarea

    de fibre sau deeuri din fibre de sticl peliculizate cu rini poliesterice i

    amestecate cu granule de poliesterice au fost confirmate.

    2.11. Aspecte teoretice i tehnologice

    2.11.1. Aspecte teoretice

    Multe tipuri de fibre cum ar fi cele din polipropilen denumite FORTA FI HMA [78] sau

    fibrele celulozice sunt deja utilizate la armarea mixturilor asfaltice i a betoanelor cu module

    nalte astfel nct acestea au devenit o clas de materiale de sine stttoare. Exist probleme n direcia dozrii i omogenizrii fibrelor n amestecul reciclat pentru

    ndeplinirea funciei de armare. Pentru ntregul complex reciclat (agregate + bitum + ciment +

    ap + fibre) vom utiliza denumirea generic de sistem polifazic.

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    25

    mbuntirile aduse proprietilor fizice, mecanice i fizico-chimice ale complexului

    reciclat, constituie probleme ce nu pot fi rezolvate n timp foarte scurt. n ceea ce privete fibrele,

    problema cea mai important este legat de dozarea i omogenizarea lor. Tuturor fibrelor, privite

    ca materiale de umplutur cu funcie de armare, trebuie s li se confere lungimea potrivit i

    distribuia dimensional cea mai indicat, legat de cea a particulelor de agregate i liani din

    sistemul polifazic. Tehnologia modern de reciclare la rece este un proces cu faete multiple care

    poate satisface diferite nevoi n ceea ce privete mentenana i reabilitarea infrastructurii de

    drumuri. n funcie de tratarea sau nu a materialelor cu un agent de legare i armarea cu fibre, se

    pot identifica dou categorii principale de reciclare:

    a) reciclarea la rece in situ cu liant i fibre;

    b) reciclarea la rece in situ cu liant i fr fibre. Stadiul actual al cercetrilor n domeniul reciclrii la rece in situ cu liant i deeuri de

    fibre din sticl, nu permite o analiz cuprinztoare a tuturor aspectelor aprute n timpul realizrii

    determinrilor de laborator i a sectoarelor experimentale. Cine accept ideea armrii disperse a structurilor rutiere reciclate la rece in situ i armate

    dispers cu deeuri de fibre din sticl peliculizate cu rini poliesterice, trebuie s rspund la cel

    puin trei ntrebri:

    a) Armarea dispers cu deeuri de fibre din sticl poate fi o cale de a ridica

    rezistenele mecanice a structurii rutiere reciclate la rece utilizat ca strat de

    fundaie a drumului i implicit a creterii capacittii portantee a acesteia?;

    b) Cum s se asigure tehnologic condiiile de omogenitate, anaerobare i dispersie

    uniform a fibrelor n masa de material reciclat?;

    c) Dac aceast tehnologie implic consum suplimentar de resurse i dac se

    produce deteriorarea proprietilor componenilor sistemului polifazic?.

    Aceste ntrebri au devenit acute n ultimii ani datorit creterii competiiei dintre

    materialele cu structur convenional i cele neconvenionale utilizate la reabilitarea/

    modernizarea drumurilor.

    n plus, materialele de umplutur fibroase sunt capabile s mbunteasc rezistenele

    mecanice i durabilitatea, dar n afara avantajelor menionate, ele pot face tehnologia reciclrii i

    armrii disperse cu fibre mai costisitoare.

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    26

    2.11.2. Aspecte tehnologice

    O serie de aspecte tehnologice, nc nerezolvate, ridic probleme diverse dintre care cele

    mai importante sunt:

    a) comportarea structurilor rutiere reciclate la rece cu materiale de umplutur disperse

    (fibre), la deformaii nu sunt nc complet elucidate. Din practic, observm c, n timp

    ce adugarea deeurilor de fibre din sticl peliculizate cu rini poliesterice cu lungimea

    de 12 - 24 cm conduce la mbuntirea major a proprietilor, adugarea deeurilor de

    fibre din sticl peliculizate cu rini poliesterice, n amestec cu granule de poliester, cu

    lungimea de 1 - 5 cm, nu conduce la obinerea unui efect similar;

    b) proprietile mecanice a structurilor rutiere reciclate la rece i armate dispers cu deeuri

    de fibre din sticl (pentru volume unitare de material reciclat),sunt n concordan

    suficient de bun cu cele ale structurilor clasice. Totui, apar dificulti considerabile n

    cazul determinrii teoretice a procentelor optime de fibre cu functie de armare, una din

    principalele probleme fiind interaciunea dintre granulele de agregate, liani i fibre,

    privite ca material de umplutur;

    c) n determinarea caracteristicilor finale de rezisten ale structurilor rutiere reciclate la

    rece i armate dispers cu fibre trebuie luate n considerare mecanismele de rupere, care

    reprezint fenomene foarte complexe, depinznd de un numr mare de factori;

    d) creterea rezistenei la compresiune i la rupere a structurilor rutiere reciclate la rece i

    armate dispers cu deeuri de fibre din sticl arat c n masa de reciclat are loc un proces

    ce ntrzie factorii generatori de microfisuri, fisuri i rupturi de structur. Acest lucru este

    de interes deosebit pentru tehnologi, atta timp ct punctul slab al celor mai multe

    structuri rutiere clasice aflate n exploatare l reprezint apariia fisurilor urmate de ruperi

    i cedri locale cu tendin de extindere datorit condiiilor de trafic i de mediu;

    e) cercetrile n domenii conexe (betoane armate dispers cu fibre), publicate pn acum, nu

    au dus dect la analiza unor studii de caz i descrierea relaiilor empirice legate de

    acestea;

    f) adezivitatea (adsorbia) la interfaa agregate liant fibre, atrage atenia ca factor ce

    manifest o influen extrem de important asupra proprietilor mecanice i reologice a

    ntregului sistem;

    g) funcia de armare a fibrelor n dispersie n masa de reciclat este legat direct de fixarea

    lor n sistem la interfaa intergranular sub aciunea lianilor;

    h) n general, i n acest domeniu realizrile tehnologice sunt naintea abordrilor teoretice;

  • Teza de doctorat Structuri rutiere reciclate la rece armate dispers cu fibre sintetice din sticl i poliesteri _________________________________________________________________________________________

    _____________________________________________________________________________

    27

    i) utilizarea tehnicii de dozare a fibrelor prestabilit la furnizor cu utilaje specifice

    constituie un progres evident fa de tehnicile clasice de aternere a materialelor

    granulare i a fibrelor n straturi relativ uniforme n faa trenului de reciclare.

    La realizarea sectoarelor experimentale au aprut diverse probleme tehnologice cum ar fi:

    degradarea (ruperea) parial a fibrelor n malaxorul reciclatorului sub aciunea

    combinat a cuitelor i granulelor agregatelor;

    determinarea creterii procentului de bitum spumat datorit adaosului de fibre

    pentru asigurarea adezivitii acestora;

    distribuia neuniform n masa de reciclat a fibrelor;

    tendinele de aglomerare n fascicule de fibre n zonele izolate reciclate;

    degradarea covorului de fibre sub aciunea utilajelor trenului de reciclare;

    excluderea parial a fibrelor datorit reprofilrii cu autogrederul a reciclatului;

    tendine de segregare a componenilor din reciclat;

    excluderea parial a fibrelor n zona marginal prii carosabile a drumului;

    compactarea neuniform a unor suprafee mici, izolate datorit aglomerrii fibrelor

    n fascicule;

    apariia unor neuniformiti a covorului de fibre sub aciunea roilor utilajelor din

    trusa de reciclate ce ruleaz na