Ocena techniczna pap zgrzewalnych

Zgrzewalne papy asfaltowe przeznaczone do wykonywania izolacji przeciwwodnych na obiektach mostowych, izolacji przeciwwilgociowych oraz pokryć dachowych zawierają masę powłokową modyfikowaną polimerami termoplastycznymi.

Dynamiczny rozwój katalizatorów polimeryzacji nowej generacji (katalizatorów metalocenowych) i coraz doskonalsze metody technologiczne powodują, że otrzymywane polimery do modyfikacji asfaltów są materiałami "na miarę".

Stąd w izolacyjnej praktyce budowlanej funkcjonują rzadziej mieszanki fizyczne plastomeru z elastomerem niż dobrane stechiometrycznie związki chemiczne tych samych składników w postaci tzw. kopolimerów.

W przemyśle izolacyjnym najczęściej wykorzystywane są kopolimery styrenu i butadienu (SBS) oraz w mniejszym stopniu styrenu i izoprenu (SIS). Kopolimery te, a także inne (np. w postaci homogenicznego plastomeru APP) jako polimery termoplastyczne zmieniają stan wraz ze zmianami temperatury.

Przemiany fazowe następują w bardzo zróżnicowanych wartościach temperatury i obejmują stosunkowo duży przedział od 90°C do 150°C. Poza przemianami fizycznymi w kopolimerach zachodzą również przemiany chemiczne, które polegają na rozprzęganiu kopolimeru na odrębne składniki, np. w SBS na polistyren i polibutadien.

Nie są to zjawiska jednorazowe, ale występujące okresowo, przede wszystkim w czasie produkcji asfaltu modyfikowanego i wytwarzania papy oraz układania mieszanek mineralno-asfaltowych na gorąco na obiektach inżynierskich. W związku z coraz bardziej nowoczesnymi dodatkami modyfikującymi rośnie przepaść między dotychczasową oceną wyrobów z ich udziałem a stosowanymi surowcami do ich produkcji.

Może to wywołać nową falę problemów technologicznych i obniżyć trwałość obiektów mostowych. Chyba, że podejmie się niezwłoczne działania, by zmniejszyć te różnice przez uwzględnienie oceny masy powłokowej równie obszernie jak całego wyrobu, lecz oddzielnie.

Istotną rolę w ocenie przydatności pap asfaltowych (wyrobów rolowych) w określonych warunkach eksploatacji powinny odgrywać prawa reologii ciał sprężysto-plastyczno-elastyczno-lepkich [1].

Wiarygodne wnioski odnośnie jakości pap i ich przydatności można otrzymać w oparciu o krzywe płynięcia, opracowane na podstawie wyników badań lepkości dynamicznej masy powłokowej w zakresie temperatury 90–150°C.

Ocena pap asfaltowych w świetle norm PN i PN-EN

Jeszcze do niedawna badania pap asfaltowych (zgrzewalnych) prowadzono zgodnie z normą PN-90/B-04615 [2], a ich ocenę według kryteriów ujętych w zaleceniach IBDiM do udzielania aprobat technicznych nr Z/96-03-001 [3].

Wytrzymałość na rozciąganie stanowi jeden z podstawowych parametrów oceny pap asfaltowych. Badanie polega na rozciąganiu prostokątnych próbek i zmierzeniu maksymalnej siły zrywającej oraz wydłużenia.

Na podstawie wyników badań sprawdzających pap zgrzewalnych przed udzieleniem dla nich aprobat technicznych, ujętych w pracy K. Germaniuka, J. Wrzesińskiej [4], opracowano wykres (RYS. 1) przedstawiający maksymalne wartości siły zrywającej 12 próbek pap różnych producentów (oznaczone od 1 do 12).

Kryteria oceny przyjęto zgodnie z wymaganiami zawartymi w zaleceniach IBDiM do udzielania aprobat technicznych nr Z/96-03-001 [3]. Linia czerwona stanowi wymaganie minimalnej siły zrywającej próbek wyciętych wzdłuż arkusza papy, a niebieska - w poprzek. Wśród badanych pap występują zarówno takie, które zawierają masę powłokową modyfikowaną elastomerem SBS, jak i plastomerem APP.

Modyfikacja asfaltu (w przeważającej części przemysłowego otrzymywanego metodą utleniania) ma poprawiać właściwości pap i zwiększać trwałość izolacji.

Papy zgrzewalne zawierające masę powłokową modyfikowaną APP mają wyższą odpornością termiczną i są polecane do stosowania w krajach o klimacie śródziemnomorskim. Papy z masą powłokową modyfikowaną elastomerem SBS wykazują natomiast korzystniejsze właściwości sprężyste w niskich temperaturach przy niewiele mniejszej odporności termicznej. Tego typu materiały przeznaczone są do stosowania w krajach z klimatem zbliżonym do naszego.

Analiza wyników wskazuje, że właściwości mechaniczne pap zgrzewalnych wyrażone maksymalną siłą zrywającą są zbliżone, niezależnie od producenta i polimeru użytego do modyfikacji asfaltowej masy powłokowej.

Na RYS. 2 przedstawiono wyniki badań odporności na zginanie (giętkości) w niskiej temperaturze na wałku o średnicy 30 mm. W ten sposób ocenia się elastyczność materiałów rolowych, która jest istotna dla pracy tych materiałów.

Wymaganie minimalnej temperatury, przy której próbka pęka w przypadku pap z masą powłokową modyfikowaną kopolimerem SBS, oznaczono linią czerwoną, a niebieską - papy modyfikowanej polimerem APP. Podobnie jak poprzednio, badane papy mają wymaganą odporność na zginanie (giętkość).

Kolejnym ważnym parametrem w ocenie przydatności pap zgrzewalnych stosowanych jako izolacja przeciwwodna na obiektach mostowych jest ich odporność na działanie podwyższonej temperatury. Badanie polega na przechowywaniu przez 2 godz. swobodnie zwisających próbek papy w założonej stałej temperaturze (najczęściej 100°C). Wynik badania uznaje się za pozytywny, jeżeli próbka nie wykazuje zmian (np. zgrubień czy spływania masy powłokowej).

Przyjęta metodyka badania odporności na działanie podwyższonej temperatury w laboratorium nie odzwierciedla rzeczywistych warunków panujących podczas układania mieszanki mineralno-asfaltowej. Błędnie przyjęto warunki oddziaływania temperatury (zbyt długi czas oddziaływania temperatury i jej niską wartość w porównaniu z temperaturą wbudowywania mieszanek).

Z doświadczeń autora zdobytych w czasie bieżącej kontroli jakości na inwestycjach realizowanych przez GDDKiA w Szczecinie wynika, że na izolację działa zróżnicowana temperatura zależna od rodzaju układanej mieszanki mineralno-asfaltowej.

W przypadku stosowania asfaltu lanego najwyższą temperaturę izolacja osiąga w ciągu pierwszych 10 min (od 150°C do 160°C). Następnie temperatura dość szybko się obniża, a po upływie 20 min od rozpoczęcia układania mieszanki nie przekracza już 100°C.

Warto zwrócić uwagę, że badane papy asfaltowe przeznaczone do wykonywania izolacji przeciwwodnych na obiektach mostowych wykazują właściwości wyraźnie przekraczające minimalne wymagania ujęte w zaleceniach IBDiM do udzielania aprobat technicznych nr Z/96-03-001 [3].

Aktualnie ocenę tego typu pap prowadzi się według normy PN­‑EN 14695:2012 [5]. Pod względem ilości, jakości i konkretnej metodyki badań normy PN-EN niewiele odbiegają od obowiązujących do niedawna zasad w normach PN. Powielają ich nieścisłości, a nawet istotne błędy w określaniu poszczególnych parametrów. Do takich błędów i nieścisłości według autora należy przede wszystkim przyjęcie założenia, że właściwości tego rodzaju pap najlepiej oceniać jedynie podczas badań całego wyrobu.

Jest to istotny błąd, ponieważ papa nie jest jednorodnym i homogenicznym materiałem wieloskładnikowym. W tym miejscu należy zauważyć, że tego rodzaju papy stanowią układy warstwowe, przy czym funkcję warstwy nośnej spełnia osnowa (sztywna tkanina z włókien szklanych wykazujących wyraźny charakter nieorganiczny). Funkcję materiału izolacyjnego pełni natomiast powłoka z asfaltu modyfikowanego polimerem (masa powłokowa).

Zastosowanie identycznych warunków badania kłóci się więc ze strukturą wewnętrzną tych materiałów. Osnowa szklana, jako klasyczne ciało stałe o temperaturze mięknienia ok. 800°C, wykazuje wysoki czas relaksacji naprężeń, w miarę szybko je koncentrując.

Plastyczna masa powłokowa natomiast w identycznych warunkach oddziaływania siły i temperatury o wiele szybciej traci naprężenia (krótki czas relaksacji w stosunku do osnowy) i staje się materiałem biernym mechanicznie, tzw. satelitą osnowy. To powoduje, że rola masy powłokowej w tych warunkach jest zredukowana do niemierzalnej wartości.

Tymczasem w normie PN-EN 14695:2012 [5] zrezygnowano całkowicie z badań masy powłokowej i skupiono się na badaniu parametrów całego wyrobu. Taka ocena zgodności pap z wymaganiami normy, upoważniająca do znakowania CE, jest mniej wymagająca niż dotychczasowa. Istnieje również pilna potrzeba ustalenia wartości progowych dla przewidzianych w normie parametrów.

Aktualnie parametry te mogą być w zasadzie dowolne, ale powinny mieścić się w zakresie deklarowanej przez producenta tolerancji i nie przekraczać wartości granicznej ustalonej przez producenta.

Biorąc pod uwagę te argumenty, można stwierdzić, że pełną analizę i ocenę właściwości masy powłokowej z udziałem asfaltów modyfikowanych zapewnia jej oddzielenie od osnowy. Proponuje się zatem zmianę podejścia w ocenie technicznej wyrobów rolowych. Szczegółowe badania masy powłokowej uzupełnią badania zawarte w PN-EN 14695:2012 [5] i do momentu określenia wartości progowych pozwolą eliminować produkty o niewielkiej przydatności.

Ocenę makroskopową osnowy można przeprowadzić po ekstrakcji próbek papy asfaltowej. Ważnym czynnikiem laboratoryjnym w powyższym procesie jest rozpuszczalnik, który powinien wykazywać cechy dobrego rozpuszczalnika modyfikowanej masy powłokowej. W tej kwestii autor proponuje trzy rozpuszczalniki: benzen, chloroform i czterochlorek węgla.

Ten ostatni użyto z zadowalającym skutkiem w papach, w których masa powłokowa zawierała SBS i APP. Po wykonaniu ekstrakcji i wymyciu masy powłokowej można łatwo ustalić rodzaj osnowy w próbie palności (wynik pozytywny w przypadku osnowy organicznej, np. poliestrowej). Osnowa z włókien szklanych i welonu szklanego w płomieniu palnika topi się w temp. ok. 1250°C.

Aby natomiast określić właściwości masy powłokowej w niskiej (pośredniej) i wysokiej temperaturze – zamiast badań całego wyrobu – przyjęto badania fizykochemiczne i reologiczne:

• penetracji w trzech różnych temp. (np. w 15°C, 25°C i 35°C), a następnie na ich podstawie obliczenie wskaźnika PI odwzorowującego wrażliwość termiczną masy,
• nawrotu sprężystego masy powłokowej przynajmniej w temp. 15°C i 25°C,
• lepkości dynamicznej w lepkościomierzu Brookfielda z wysokimi temp. (120–180°C), których wyniki wykorzysta się do wykreślenia krzywych reologicznych.

Właściwości wybranych próbek

Masa powłokowa do badań pochodziła z papy zgrzewalnej uzyskanej w wyniku mechanicznego oddzielenia od osnowy. Pozyskanie materiału do badań w taki sposób ogranicza wpływ oddziaływania wysokiej temperatury przy ogrzewaniu na uzyskiwane właściwości masy powłokowej.

Osnowę stanowiła włóknina przesycona i obustronnie powleczona masą powłokową (asfalt modyfikowany polimerem). Ich górną powierzchnię wykończono posypką mineralną o różnej granulacji, a dolną zabezpieczono przed sklejaniem się papy w rolce cienką folią z tworzywa sztucznego.

Materiał do badań stanowiły cztery handlowe papy zgrzewalne pobrane w trakcie realizacji obiektów inżynierskich na terenie województwa zachodniopomorskiego i pochodzące od różnych producentów. Trzech producentów pap deklarowało, że przy ich produkcji użyto masy powłokowej modyfikowanej elastomerem SBS.

Deklaracja producenta czwartej próbki papy wskazywała, że przy jej produkcji wykorzystano masę powłokową modyfikowaną polimerem APP. Właściwości masy powłokowej badanych pap zgrzewalnych przedstawiono w TABELI 1, a pozostałe wyniki badań ujęto są w pracy "Badania nad rozszerzeniem skali ocen właściwości technicznych rolowych materiałów hydroizolacyjnych na obiektach inżynierskich" [6].

Badania uzupełniające

Skład pap zgrzewalnych

Skład analizowanych pap zgrzewalnych określono w wyniku ekstrakcji w aparacie Soxhleta. Przygotowano próbki z każdej papy w kształcie pasków o szer. 15 mm i długości nieprzekraczającej długości gilzy aparatu. Na RYS. 3 przedstawiono procentowy udział głównych składników masy powłokowej.

Najwięcej wypełniacza stwierdzono w masie powłokowej oznaczonej jako B (aż 39%), a najmniej w próbce D (tylko 13%). Ilość wypełniacza w próbkach masy powłokowej A i C jest na podobnym poziomie i wynosi ok. 20%. Z jednej strony wypełniacz może poprawić wrażliwość termiczną mas powłokowych, a z drugiej jego nadmiar w masie obniża jej elastyczność, zwłaszcza w niskiej temperaturze.

Zawartość poszczególnych składników masy powłokowej A, C i D w porównaniu z danymi przedstawionymi w pracy M. Werno i M. Buve [7] mieści się w podanych przedziałach, natomiast ilość wypełniacza w masie powłokowej oznaczonej jako B zdecydowanie wykracza poza granice przedziału uznanego za optymalny w przypadku mas powłokowych modyfikowanych elastomerem SBS.

Wrażliwość termiczna masy powłokowej

Do oceny wrażliwości termicznej asfaltów poniżej temperatury mięknienia, czyli szybkości zmian konsystencji wraz ze zmianami temperatury, wykorzystuje się indeks penetracji [8]. Im niższy indeks penetracji, tym większe zmiany konsystencji lepiszcza wraz ze wzrostem temperatury (większa wrażliwość termiczna).

Dodatkowo określono zakres plastyczności, w którym asfaltowa masa powłokowa zachowuje właściwości lepko-sprężyste. Dąży się zatem do możliwie najniższej temperatury łamliwości i najwyższej temperatury mięknienia (dużego zakresu plastyczności).

Badanie penetracji masy powłokowej wykonano w pięciu wartościach temperatury w zakresie od 10°C do 50°C. Na podstawie wyników badań penetracji można zauważyć większe rozproszenie w skrajnych wartościach, tj. 10°C i 50°C. Względne rozproszenie (współczynnik zmienności) wyników penetracji w tych wartościach temperatury jest ponad dwukrotnie wyższy niż w pozostałych temperaturach, tj. 15°C, 25°C i 35°C.

Obciążone większym błędem pomiarowym wyniki penetracji w 10°C i 50°C oraz odchylenie charakterystyki mas powłokowych od zależności liniowej powyżej temp. 35°C utrudnia interpretację indeksów penetracji. Badane masy powłokowe wykazują liniową zależność logarytmu penetracji od temperatury w przedziale od 15°C do 35°C (współczynnik determinacji R2 > 0,99).

Z tego powodu indeks penetracji PI 4 mas powłokowych obliczono z wykorzystaniem wartości wskaźnika wrażliwości temperaturowej A, pochodzącego z równania regresji w przedziale temp. 15-35°C. Dodatkowo obliczono wskaźnik wrażliwości temperaturowej A z wykorzystaniem penetracji mas powłokowych w 25°C i temperatury mięknienia przy założeniu, że penetracja w temperaturze mięknienia wynosi 800×0,1 mm.

Wartość PI obliczona z TPiK i penetracji w 25°C jest wyraźnie większa niż obliczona pozostałym sposobem. Obliczona z regresji liniowej temperatura penetracji 1,25 mm jest znacznie niższa niż uzyskana z pomiarów.

Doświadczenie autora pokrywa się ze spostrzeżeniami ujętymi w pracy D. Sybilskiego [8], że wrażliwości termicznej asfaltów modyfikowanych nie można oznaczać na podstawie wyników temperatury mięknienia i penetracji w 25°C.

Indeks penetracji obliczony na podstawie pomiarów penetracji w przedziale temp. 15–35°C pozwala stwierdzić, że masa powłokowa oznaczona jako D jest najmniej wrażliwa termicznie. Próbki A i C wykazują zbliżoną wrażliwość termiczną, natomiast najbardziej podatna na zmiany temperatury jest masa powłokowa B.

Nawrót sprężysty

Elastyczność materiału (papy asfaltowej) można z powodzeniem oceniać w badaniu nawrotu sprężystego masy powłokowej (RYS. 4). Im większy nawrót sprężysty, tym bardziej elastyczna masa powłokowa.

Jak widać, największym nawrotem sprężystym charakteryzuje się próbka oznaczona symbolem C, a najmniejszym - próbka B. Nawrót sprężysty poniżej 25°C próbki oznaczonej jako B określono przy rozciągnięciu do wydłużenia równego 10 cm.

W temp. 10°C próbka masy powłokowej B zrywała się przed osiągnięciem 10 cm. Przyczyną tego może być duża sztywność masy powłokowej wynikająca ze zbyt dużej ilości wypełniacza. Dla wszystkich badanych próbek nawrót sprężysty w 25°C jest większy niż w 15°C.

Lepkość dynamiczna mas powłokowych

Badania lepkości dynamicznej przeprowadzono w ośmiu wartościach temperatury od 120°C do 180°C. Wykorzystano lepkościomierz Brookfielda, w którym ścinanie badanej próbki następuje w wyniku obrotów elementu pomiarowego (wrzeciona) [9]. Założoną (stałą) temperaturę badania utrzymywał system Thermosel. Próbki mas powłokowych wraz z wrzecionem termostatowano przez 1 godz. w przyjętej temperaturze badania.

Pomiary wykonywano przy maksymalnej możliwej liczbie poziomów prędkości obrotowej wrzeciona, zmieniającej się od najniższej do najwyższej. Uzyskane wyniki wykorzystano do wyznaczenia zależności lepkości i naprężenia ścinającego od prędkości ścinania oraz lepkości od naprężenia ścinającego.

W pracy "Badania nad rozszerzeniem skali ocen właściwości technicznych rolowych materiałów hydroizolacyjnych na obiektach inżynierskich" [6] stwierdzono, że masy powłokowe powyżej temp. 120°C wykazują płynięcie typowe dla układów nienewtonowskich. Wraz ze wzrostem prędkości ścinania ich lepkość maleje, co jest charakterystyczne dla cieczy pseudoplastycznych (RYS. 5-6).

Zaobserwowano również, że masy powłokowe pap zgrzewalnych, podobnie jak asfalty drogowe badane w pracy B. Stefańczyka [10], charakteryzują się lepkością strukturalną zależną nie tylko od prędkości ścinania, lecz także od temperatury badania. Wraz ze wzrostem temperatury maleje lepkość strukturalna.

Na podstawie wyników można zauważyć znaczne zróżnicowanie lepkości mas powłokowych w temp. 120-180°C. Większej lepkości mas powłokowych w temp. 120°C odpowiada większa lepkość w temp. 180°C. Wzrost temperatury powoduje, że maleje różnica lepkości między badanymi próbkami masy powłokowej. Masa powłokowa oznaczona jako D charakteryzuje się wyraźnie większą lepkością dynamiczną niż pozostałe próbki. Masy oznaczone jako A i B wykazują zbliżoną lepkość dynamiczną.

Dalsza wnikliwa analiza pozwala zauważyć, że przebieg krzywych płynięcia podlega istotnym zmianom w zależności od temperatury badania (RYS. 7–8). Początkowo krzywe płynięcia mas powłokowych w temp. 120°C przyjmują kształt paraboliczny, jednak w miarę wzrostu temperatury badania obserwuje się zmianę krzywej płynięcia, z parabolicznego do linii prostej.

Równocześnie zwęża się zakres naprężeń, w którym zachodzi wyraźna (skokowa) zmiana lepkości. Widać to w przebiegu krzywej płynięcia masy powłokowej oznaczonej jako B. W temp. 120°C zakres naprężeń ścinających, w którym lepkość zmniejsza się w sposób skokowy, jest najszerszy.

Już w temp. 130°C następuję wyraźne jego zwężenie, a w 135°C od samego początku wykresu lepkość jest w przybliżeniu stała. Zmienia się charakter reologiczny mas powłokowych, które przechodzą w ciecz newtonowską. Podobnie zachowuje się masa powłokowa oznaczona jako A, z tą różnicą, że dopiero w wyższej temperaturze (140°C) zanika obszar naprężeń.

Masy powłokowe C i D wykazują natomiast jeszcze w temp. 150°C skokowe zmiany lepkości, a lepkość przy końcowych wartościach naprężeń ścinających nadal utrzymuje się na poziomie wyższym od lepkości mas powłokowych A i B. Świadczy to o dużej ilości energii koniecznej do zniszczenia struktury masy powłokowej C i D.

Wyraźne zróżnicowanie przebiegu krzywych płynięcia mas powłokowych świadczy o różnym stopniu ich modyfikacji. Charakter krzywych poszczególnych mas powłokowych zależy od ich struktury wewnętrznej, uwarunkowanej głównie rodzajem i ilością polimeru.

Papy zgrzewalne najczęściej przykleja się do zagruntowanego podłoża po nadtopieniu spodniej warstwy arkusza za pomocą palnika gazowego lub strumienia gorącego powietrza. Następnie na tak wykonanej izolacji układa się warstwę ochronną. Izolacja z papy zgrzewalnej powinna być zatem odporna na obciążenia ruchem i wysoką temperaturę wbudowywanej mieszanki mineralno-asfaltowej.

Aby ocenić odporność pap zgrzewalnych na działanie wysokiej temperatury, określono względne spadki lepkości (TABELA 2) każdej masy powłokowej w trzech ustalonych zakresach temperatury według wzoru:

gdzie:

η_T1 - lepkość dynamiczna w temp. T₁,

η_T2 - lepkość dynamiczna w temp. T₂.

Względny spadek lepkości mas powłokowych w całym badanym zakresie temperatury wynosił od 96% do 99%. Największe zróżnicowanie zmian lepkości można zauważyć od 140°C do 180°C. Taką temperaturę może osiągnąć izolacja w postaci papy zgrzewalnej w czasie układania warstwy ochronnej z asfaltu lanego.

Od wyrobów przeznaczonych do wykonywania izolacji przeciwwodnej na obiektach inżynierskich oczekuje się zatem dużej odporności termicznej. Zauważono, że masa powłokowa oznaczona jako C charakteryzuje się dwukrotnie mniejszym względnym spadkiem lepkości niż masy powłokowe B i D, natomiast próbka masy A wykazuje pośredni względny spadek lepkości.

Z jednej strony duży względny spadek lepkości w zakresie od 120°C do 140°C może świadczyć o dużej zawartości polimeru w asfalcie (następuje rozprzęganie elastomeru SBS), a z drugiej - wolny spadek lepkości w przedziale między 140°C a 180°C zapewnia większą stabilność i odporność izolacji z papy zgrzewalnej na działanie wysokiej temperatury podczas układania mieszanki mineralno-asfaltowej. Pod tym względem najkorzystniej zachowuje się badana masa powłokowa oznaczona jako C, a najmniej korzystne zachowanie wykazuje masa B (następuje jej szybkie upłynnienie).

Wnioski

Na podstawie przedstawionych analiz oraz uzyskanych wyników badań można twierdzić, że każda papa zgrzewalna powinna być szczegółowo przebadana, zwłaszcza, że norma PN-EN 14695:2012 [5] nie opisuje w sposób zadowalający właściwości tych materiałów.

Poważnym minusem jest brak wartości progowych dla właściwości przewidzianych w ramach normowej oceny pap zgrzewalnych. Kolejnym mankamentem jest rezygnacja z badań samej masy powłokowej i skupienie się jedynie na właściwościach końcowych wyrobu. Badania wytrzymałości na rozciąganie lub odporności na zginanie (giętkości) nie umożliwiają równoczesnej oceny obu składników: osnowy i masy powłokowej.

Papy zgrzewalne przeznaczone do wykonywania izolacji przeciwwodnej betonowych płyt pomostów obiektów mostowych powinny mieć dostatecznie niską wrażliwość termiczną w jak największym zakresie temperaturowym. Nawierzchnia mostowa bardziej niż nawierzchni drogowa narażona jest na oddziaływanie zmiennej temperatury (zarówno od góry przez nawierzchnię, jak i od dołu przez płytę).

Wrażliwość mas powłokowych na wpływ temperatury najlepiej uwidacznia się w badaniu penetracji. Z czterech przebadanych pap zgrzewalnych najmniej wrażliwe na zmiany temperatury są papy zawierające masę powłokową oznaczoną jako C i D.

Najbardziej przydatne w budownictwie mostowym są papy zgrzewalne, w których masa powłokowa wykazuje dużą elastyczność w pośrednim zakresie temperatur użytkowych. Ponadto wyniki badań nawrotu sprężystego wykazały, że zarówno elastomery, jak i plastomery mogą charakteryzować się właściwościami elastycznymi (wyrażonymi nawrotem sprężystym), ale w różnych temperaturach.

Zależą one od rodzaju polimeru użytego do modyfikacji asfaltu. Do modyfikacji najkorzystniej stosować kopolimery plastomeru i elastomeru, ponieważ elastomer poszerza zakres plastyczności w niskiej temperaturze, a plastomer - w wysokiej. W przypadku modyfikacji asfaltowej masy powłokowej kopolimerem SBS funkcję elastomeru pełni polibutadien, a plastomeru - polistyren.

Asfalt modyfikowany według deklaracji producenta APP (uważany w literaturze przedmiotu za plastomer) stanowiący masę powłokową może natomiast wykazywać właściwości elastyczne, które wynikają z obecności poliolefiny termoplastycznej.

Wpływ wysokiej temperatury technologicznej na papę zgrzewalną podczas układania mieszanek mineralno-asfaltowych uwidacznia się we względnym spadku lepkości określonym na podstawie badań lepkości dynamicznej. Masa powłokowa o małym względnym spadku lepkości między temp. 140°C a 180°C charakteryzuje się dużą odpornością termiczną (wolnym upłynnieniem).

Takie właściwości wykazuje badana masa powłokowa oznaczona jako C. Poza odpornością na działanie wysokiej temperatury wielkości uzyskane z badania masy powłokowej w lepkościomierzu Brookfielda pozwalają otrzymać krzywe płynięcia i parametry reologiczne (np. granicę plastyczności, lepkość plastyczną i inne), których wartość zależy od temperatury badania. Można je następnie wykorzystać do ustalenia z dużym prawdopodobieństwem klasy polimeru użytego do modyfikacji, a także jego ilości.

Podsumowując, należy stwierdzić, że najkorzystniejsze właściwości ma masa powłokowa oznaczona jako C, natomiast masa powłokowa D raczej nie była modyfikowana czystym plastomerem, lecz kopolimerem APP-TPO. Potwierdza to z jednej strony najwyższa (wśród czterech badanych pap) lepkość masy powłokowej, a drugiej – właściwości elastyczne.

Literatura

1. D. Żuchowska, "Polimery konstrukcyjne", WNT, Warszawa 2000.
2. PN-90/B-04615, "Papy asfaltowe i smołowe. Metody badań".
3. Zalecenia IBDiM do udzielania aprobat technicznych nr Z/96-03-001 "Polimeroasfaltowe papy zgrzewalne i samoprzylepne przeznaczone do wykonywania izolacji przeciwwodnych na drogowych i kolejowych obiektach inżynierskich", z. 74, Warszawa 2008.
4. K. Germaniuk, J. Wrzesińska, "Określenie parametrów pap termozgrzewalnych przeznaczonych do wykonywania izolacji przeciwwodnych na mostowych obiektach autostradowych", IBDiM, Warszawa 2000.
5. PN-EN 14695:2012 "Elastyczne wyroby wodochronne. Wyroby asfaltowe na osnowie do izolacji wodochronnej betonowych płyt pomostów obiektów mostowych i innych powierzchni betonowych przeznaczonych do ruchu pojazdów. Definicje i właściwości".
6. R. Jurczak, "Badania nad rozszerzeniem skali ocen właściwości technicznych rolowych materiałów hydroizolacyjnych na obiektach inżynierskich" [praca doktorska], Politechnika Szczecińska, Szczecin 2005.
7. M. Werno, M. Buve, "Izolacje termozgrzewalne APP, SBS na mostach", "Drogownictwo", nr 4/2001, s. 115-118.
8. D. Sybilski, "Polimeroasfalty drogowe. Jakość funkcjonalna. Metodyka i kryteria oceny", "Studia i materiały", z. 54, IBDiM, Warszawa 1996.
9. "Mores solutions to sticky problems", Brookfield Engineering Labs.
10. B. Stefańczyk, "Badania reologiczne jako metoda oceny struktury asfaltów", "Drogownictwo", nr 3/1984, s. 84-88.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!