Morfológia és hideg tulajdonságok

A gumi rlemény az eddig tárgyalt nedves eljárásokkal aktív bitumen-módosítóvá alakítható szelektív devulkanizálással, illetve depolimerizálással, melynek eredményeként stabilis, teljesen diszpergált termék állítható el . Emellett a gumibitumen kompozíció megtartja az eredeti gumi néhány tulajdonságát is. A polimert tartalmazó kompozíció úgy is viselkedhet, mint az egyetlen fázisból álló rendszerek. Az így el állított termékek és a hagyományos polimerekkel módosított bitumenek szerkezetét - a diszperz rendszerek homogenitásának mértékét - mutatja be az1.11. ábra

fluoreszcens mikroszkóppal készített felvételek segítségével. Látható, hogy csupán polietilénnel történ módosítással nem érhet el megfelel homogenitás a végtermékeknél(1.11.a ábra), valamint az is, hogy SBS felhasználásával megfelel en homogén rendszert kapunk (1.11.b ábra). Gumi rlemény alkalmazásakor a kialakult kompozit nem homogén(1.11.c ábra), az inhomogenitásból adódó el nyök a kedvez hideg tulajdonságok kialakításában dönt szerepet játszanak, amire a kés bbiekben még visszatérünk. Továbbá megállapítható, hogy az adalékanyag hatása mellett az el állítás során alkalmazott eljárás is nagymértékben befolyásolja a megfelel diszperz rendszer kialakulását(1.11.d ábra)[Gooswilligen 2000].

1.11. a-d ábra

Különböz módosító-szerekkel el állított termékek szerkezete 400 szoros nagyításban.

a) polietilénnel módosított bitumen;b) SBS-sel és polietilénnel módosított kompozíció;c) gumi rleménnyel módosított bitumen;d) elasztomerrel módosított bitumen (az SBS-részek nincsenek

teljesen diszpergálva)

A bitumenes köt anyag kis h mérsékleten való viselkedése nagyban meghatározza a bel le épített utak biztonságát, valamint az életciklus költségét. A visszaver repedések kialakulásában valójában három tényez együttesen játszik közre.

A napi h mérsékletváltozások feszültségeket indukálnak, melyeket csak er sít a kopóréteg hirtelen leh lése. A forgalom hatására létrejöv ismétl feszültségek hatása azonban ezeknél is nagyobb [Minhoto 2003, Sousa 2002]. Éppen ezért fontos, hogy a köt anyag alacsony h mérsékleten is megfelel ellenállást tanúsítson a repedések kialakulását okozó hatások ellen. Vizsgálatok kimutatták, hogy az öregedési és hideg tulajdonságok függnek a gumibitumen morfológiájától is. A túlságosan finom morfológiájú, teljesen homogén gumibitumen rosszabb fáradási tulajdonságokat mutatott, mint a durvább elegyek. A bitumen és gumirészecskék úgy hatnak egymásra, hogy a gumi felületéhez aszfaltén köt dik, majd abból egy géles fázis épül ki (1.12.

ábra), továbbá a gumi rlemény beoldódása során a gumi részecskék a bitumen olajos frakciójának hatására duzzadás közben az olajokat is abszorbeálják. A vulkanizált kötött kén nem, vagy csak igen nehezen választható el a kaucsuktól, ezért a bitumen olajos része csak abban az esetben hatékony, amikor a gumi vulkanizáltsági foka kicsi. A gumilisztben a kötött kénen kívül más vegyi- és tölt anyagok is vannak, amelyek a

gumi rlemény szemcsenagysága és felületi sajátosságai mellett szintén befolyásolják az olajos részek hatását és abszorpcióját. Minél kisebb a szemcsenagyság és nagyobb a szemcsék felülete, annál gyorsabban játszódik le a gumi részecskék duzzadása.

1.12. ábra A nedvesítési folyamat.

Az el állítási paramétereket tekintve a nyírás mértékének nagyobb hatása van a morfológiára, mint a h mérsékletnek. Kismérték nyírás hatására a lágyítóolajjal és a lágyítóolaj nélkül készült minták eltér morfológiát eredményeztek (1.13.a-b ábra).

Ezzel szemben igen er teljes nyírás után a különbség lényegesen kisebb(1.13.c-d ábra) [Asphalt 2001]. Ez mindenesetre felhívja a figyelmet arra, hogy a gumi-bitumen reagáltatásának körülményeit nagyon gondosan kell megválasztani, és a kívánatos tulajdonságok elérésekor a reakciókat be kell fagyasztani.

1.13. ábra Mechanikai nyírás hatása a morfológiára.

Gumibitumen 200 °C-on végzett kis mérték nyírás után lágyító olaj nélkül (a), és lágyító olajjal (b). Gumibitumen kolloidmalomban

való rlés után lágyító olaj nélkül (c), és lágyító olajjal (d).

A gyakorlati tapasztalatok alapján született elméleti meggondolások szerint a bizonyos mértékig inhomogén gumibitumen kedvez bb fáradási és hideg tulajdonságainak az lehet az oka, hogy ha egy induló törés, ill. repedés olyan nagyobb rugalmas anyagrészhez ér, amely eloszlatja a feszültséget, akkor a törés megakad, nem folytatódik a rugalmas anyag mögött, egyszer en annak mérete, és feszültségeloszlató hatása miatt. Az ilyen részecskéket már nem tartalmazó elegyekben a törés terjedését

Sebaly különböz gumibitumenek hidegoldali viselkedését tanulmányozta.

Három különböz szemcseméret tartományú gumi rleményb l 12 és 24%-os keverékeket készített 4 féle bitumennel. Ezek 108 db kombinációját vizsgálta és megállapította, hogy jelent s gumimennyiséget kell adagolni ahhoz, hogy a hidegtörés kedvez legyen. Minden szemcseméret tartományú gumihoz társítás szempontjából más és más „legkedvez bb bitument” kapott, továbbá azt tapasztalta, hogy a hidegoldali viselkedés nagyban függött az eredeti bitument l. Összességében megállapította, hogy pontos szabályok szerint kell a kompozitokat el állítani (alapanyagok kedvez összeválogatása), különben a gumi rlemény nem fejti ki eléggé kedvez hatását [Sebaly 2003].

A bitumenes köt anyagok hideg- viselkedésének jellemzésére az ún. Fraass-töréspontot (MSZ 13163) szokták meghatározni. Ez felvilágosítást ad arról, hogy mekkora az a legkisebb h mérséklet, amelyen a vizsgált bitumenminta el írt h tési körülmények között megreped. Ez a módszer inhomogén anyagokra kevésbé alkalmazható, ugyanis a mérés feltétele egy homogén bitumen-film létrehozása [Eckmann 2004].

A bitumenek hidegtulajdonságai a kis h mérsékleten mért duktilitással (7°C-on (MSZ EN 13161)), rugalmas visszaalakulással (7°C-on (MSZ EN 13398)) valamint penetrációval (4°C-on, ASTM D 6114 (2002)) is tanulmányozhatók.

A SHRP bitumenszabványban az alacsony h mérséklet viselkedés tanulmányozására hasábhajlító reométert (Bending Beam Rheometer) használnak, a szabványos határértékek az „S” kúszási merevségre és a kúszási merevség - terhelési id összefüggés meredekségére, az ún. m-értékre vonatkoznak.

Hagyományos útépítési- és gumibitumenekb l készült aszfaltok hidegtörésének szimulációjára is kidolgoztak már egy eljárást, mellyel el re megjósolható a repedések kialakulásának ideje, azok epicentruma [Minhoto 2003].