10. tétel Aszfaltok gyártása, minőségellenőrzése – Jellemezze az aszfaltok összetevőit! – Mutassa be a gyártástechnológiákat! – Beszéljen a minőségellenőrzés fontosságáról! Kulcsszavak, fogalmak: -
Ásványi adalékanyagok
Aszfaltnak nevezzük azokat az anyagokat, amelyeknél az ásványi adalékanyagokat (zúzottkő, homok, töltőanyag, kavicsos homok stb.) szénhidrogén alapú kötőanyag (útépítési bitumen, hígított bitumen, bitumenemulzió stb.) vonja be, ill. köti össze. Ásványi adalékanyag. Eredete az állandó vagy helyi, ideiglenes kőbányákból, kavics és homokbányákból nyert ásványi anyag, amelyet a kőszabványok és a homok- és kavicsszabvány előírásainak megfelelően osztályoznak, ill. törnek és osztályoznak, különböző szemnagyságú frakciókat létrehozva. Így válik lehetővé az aszfaltok kővázának tudatos összeállítása több frakcióból. Az ásványi eredet szerint fontos megkülönböztetni a magmás, valamint az üledékes kőzetekből származó tört- és osztályozott anyagokat, valamint a kavicsés homokbányákból származó osztályozott (és esetleg tört) kvarckavics és homokanyagokat. Az aszfaltokhoz alkalmazott ásványi adalékanyagok: • zúzottkő; • zúzalék; • homok; • töltőanyag. Zúzottkő. Az aszfalttechnológiában a 25...100 mm közötti szemnagyságú, tört kőanyag, a szabványnak megfelelő nagyságú frakciókba osztályozva. Zúzalék. Az aszfalttechnológiában a 2...25 mm közötti szemnagyságú, tört kőanyag. Előállítása és felhasználása szűk frakciókban vagy tágabb, ún. nyújtott frakciókban történik. Homok. Az aszfalttechnológiában a 0,1...2,0 mm közötti szemnagyságú anyag. Lehet természetes kvarchomok vagy kőanyagból nyert zúzott homok. A homok szemeloszlása és a finom homokrész aránya (1 mm alatt) igen lényeges tulajdonságok. A zúzott homok alkalmazása a nagy belső súrlódása miatt főleg az aszfalt kopórétegek és kötőrétegek előállításánál fontos. Töltőanyag. Az aszfaltbeton és öntött aszfalt ásványi vázának legfinomabb része, amelynek min. 85%-a 0,09 mm-nél kisebb szemnagyságú. Szerepe az aszfalthabarcs kialakításában és a bitumen lekötésébe igen fontos. Legalkalmasabb anyaga az őrölt mészkő, a mészkőliszt, valamint a tiszta zúzalékokból a keverőtelepek porelválasztójával kinyert és visszaadagolt kőpor. Kisebb forgalmú utaknál töltőanyagként pernye is alkalmazható, ez esetben azonban több bitument kell felhasználni.
-
Kötőanyagfajták
Szénhidrogén alapú kötőanyagok. A bitumen az ásványolaj desztillációjának, ill. a desztillációs maradék további feldolgozásának terméke. Igen sokféle szénhidrogénből áll,
amelyek 80...85%-a szén, további 9...10%-a hidrogén, a fennmaradó rész sok másfajta elemet tartalmaz (oxigén, kén, nitrogén stb.). A bitumen kolloid-rendszer, amely a következők szerint viselkedik: • alacsony hőmérsékleten rugalmas testként; • közepes hőmérsékleten viszkoelasztikus-plasztikus anyagként; • magas hőmérsékleten viszkózus anyagként. A bitumen minősége annál jobb, minél szélesebb hőmérséklettartományban, minél nagyobb mechanikai igénybevételt képes elviselni maradó alakváltozás nélkül. A bitumen a nyersolaj legnehezebb molekulasúlyú frakciója, amely megjelenhet: • természetes bitumenként; • nyersolajból lepárolt bitumenként. Az útépítéshez használt bitumenfajták: • útépítési bitumen; • hígított bitumen; • bitumenemulzió; • modifikált bitumen. Útépítési bitumen. Az útépítési bitumeneket a kőolaj-finomítóban, bitumengyártási eljárással, lepárlással állítják elő. A leglágyabb, B-200-as típust főként felületi bevonatokhoz, ill. speciális hidegaszfalt-keverékekhez használják. A közepes típusokat (B-80, B-65, B-45) a hengerelt aszfaltok gyártásához, a keményebb fajtákat (B-25, B-15) az öntött aszfalt előállításához használják. Az útépítési bitumen a modifikált bitumenek gyártásának, valamint a fél-meleg eljárással felhasználható, hígított bitumenek, ill. a hideg eljárással felhasználható bitumenemulziók előállításának alapanyaga. penetráció, tű beszúrás. Hígított bitumen. Útépítési bitumenből hígítással állítják elő a lepárlóüzemben. A hígítószer 8...20% közötti tömegarányban petróleum, gázolaj, benzin stb. Többnyire kétféle változata van. Az egyik kevesebb hígítószerrel, nyári felhasználásra, a másik több hígítószerrel, tavaszi-őszi felhasználásra készül. A hígított bitumen az ásványi adalékanyagot csak akkor köti meg véglegesen, ha a hígító anyag nagy része pár hónap alatt teljesen elpárolog. A hazai hígított bitumenekbe már a lepárlóüzemben belekeverik a hatékony tapadásjavító szert. Alkalmazása: • aszfaltmakadámok előállítása; • felületi bevonatok készítése. Bitumenemulzió. Útépítési bitumenből, vízből és emulgeátor felhasználásával, kolloidmalom segítségével stabil emulzió készíthető. Az útépítésben többnyire kb. 60% útépítési bitumen, 40% víz és néhány tized % emulgeátor képezi a bitumenemulziót. Alkalmazhatnak kationaktív és anionaktív bitumenemulziót. A kationaktív emulzió előnye, hogy nagyobb a tapadó képessége, és nedves időben is jól használható. A bitumenemulzió a kőanyaggal való érintkezés után vízzé és bitumenné válik szét, és a víz elpárolgásától függetlenül a bitumen kötni kezd. Vannak gyorsan törő emulziók (5. ..10 min, pl. felületi bevonásnál), közepesen törő emulziók (10...20 min), és lassan törő emulziók (20...30 min, pl. aszfaltkeverék készítésénél). Alkalmazása: • aszfaltrétegek összeragasztása; • felületi bevonatok készítése; • fenntartási célra hidegemulziós aszfaltkeverékek gyártása; • feszültségelosztó aszfaltréteg (SAMI) előállítása a repedési hajlam csökkentésére.
Modifikált bitumen. Az egyre nagyobb forgalmi terhelések és szélsőséges időjárási körülmények speciális, széles hőmérséklet-tartományban alaktartó kötőanyagokat igényelnek. Ehhez a normál útépítési bitumeneket módosítani - modifikálni - kell. Az útépítési bitumen tulajdonságai jelentősen megjavíthatók szerves vegyületek, polimerek kis mennyiségben történő bekeverésével a gyártó üzemben. Jelentősen megjavulhatnak: • a melegben való viselkedés; • a fáradási tulajdonságok; • a hidegviselkedés; • a termikus repedésekkel szembeni ellenállás. Minden szempontból való javulást a modifikálás sem képes biztosítani, ezért a modifikált bitumenek különböző fajtáit az adott technológiai szükséglet szerint kell megválasztani. Alkalmazása: • nagy forgalmú utak pályaszerkezeti aszfaltrétegeinél; • betonpályák megerősítése vékony aszfaltréteggel; • csomópontok, autóbuszmegállók burkolatánál; • hidak szigetelésvédő és pályaszerkezeti aszfaltrétegeinél.
-
Aszfaltkeverő telepek
Aszfaltkeverő telepek. A keverőtelepen található berendezések útépítési bitumennel, modifikált bitumennel, esetleg részben újrafelhasználható, pl. granulált aszfalt kötőanyaggal dolgoznak. A keverőgépek lehetnek szakaszosak vagy folyton-keverők. A korszerű keverőtelepek kapacitása kis teljesítménynél 50...70 t/h (ennél a teljesítménynél a finiser már folyamatosan tud dolgozni). Közepes teljesítmény esetén 100...150 t/h, nagy teljesítmény esetén 180...300 t/h aszfaltot tudnak előállítani. A mai keverőtelepek részegységei - amelyeket villamos motorok hajtanak - számítógéppel vezérelt folyamatirányítással, automatizáltan működnek. A gépek, az egyes keverési adagok formális összetételét jegyzőkönyvezik, és ki is nyomtatják. A kívánt keverékek összetételének adatait be lehet programozni. Ez az automatizált rendszer valójában csak akkor eredményezi a kívánt aszfaltösszetételt, ha az előadagoló bunkersorba a megfelelő frakcióhatárokat egyenletesen betartó frakciók kerülnek, pedig a keverőtelep mérlegelő és hőmérsékletmérő elemeit megfelelő időközönként ellenőrzik. A szakaszosan keverő telep munkamenetének sorrendje a következő: 1. Előadagoló bunkersor, amely 5...7 db ásványianyag-frakció befogadására alkalmas. Az egyes bunkerek saját adagolóberendezését közelítően be lehet állítani a kívánt frakcióarányoknak megfelelően, folytonosan adagolnak egy szállítószalagra, amelyen már az ásványi anyag együttese szerepel, töltőanyag nélkül. 2. Ezután az adalékanyag egy forgó, hosszú szárítódobba kerül, amelyben az ellentétes irányú gázláng felmelegíti az adalékanyagot, megszünteti a nedvességtartamát, és elszívja a kőport vagy a finom szennyeződéseket. 3. Innen a meleg rostákra kerül a forró adalékanyag, ahol 4-5 frakcióra választják szét, majd frakciónként meleg bunkerekben tárolják. Itt lehetséges egy-egy keverési adag pontos összetételű összemérése egy adagolótálban. A töltőanyag csigaadagolással itt érkezik meg. 4. A kényszerkeverő berendezésbe egy keverési adag anyaga hullik be. Először a szárazkeverés történik, majd erős nyomással bepermetezik a tömegre kimért kötőanyag mennyiséget, ezzel a nedves keverés következik. 5. A megkevert aszfaltot a keverő kiengedi egy szállítótartályba, amely sínpályán felvontatja, és a fűtött aszfalttároló tartályba üríti. Innen az aszfaltürítés a szállító gépkocsik
érkezése szerint történik, vagyis a szállítás független a keverő-berendezés szakaszos keverési idejétől.
A szakaszosan keverő telepek előnye, hogy a szemeloszlási görbét, a frakcióarányokat és a bitumenadagolást megbízhatóbban betartják, így az aszfalt minőségét garantálják. Hátrányuk viszont, hogy jóval költségesebbek nemcsak a meleg rosta és a bunkerek miatt, hanem mert igényes és költséges porelszívó rendszerre van szükség. A folytonkeverő aszfaltüzem jóval kisebb beszerzési és energiaköltségű keverőtelep, mint a szakaszos rendszerű. Részei és működési folyamata a következő:
1. A pontos előadagoló bunkersor frakcióarány-beállításának hatékonysága igen fontos, mert már véglegesen meghatározza az aszfalt szemeloszlását. A bunkersorból a frakciók szállítószalagra jutnak. 2. A szállítószalag az ásványi adalékanyagot a forgó dobkeverőbe, szárító folytonkeverő dobba tölti. Ebben a részben a még nedves adalékanyag először kiszárad, felforrósodik, megtörténik a porelszívás, miközben a forgódobban az adalékanyag előrehalad. A szárító gázláng itt a dob elejéről lövell ki, és kb. a dob felénél egy belső pajzs állja a láng útját. Az adalékanyag azonban a pajzs mögé jut, ott a pajzstól védve megtörténik a bitumen bepermetezése. A forgódobban a bitumen és az adalékanyag összekeveredik, és a dob végén a kifolyónyíláshoz jut. 3. A kifolyó aszfaltkeverék tartályba hullik, amely sínpályán a tárolótartályba viszi és betölti az aszfaltot. Az aszfaltszállító tehergépkocsik töltési időpontja így független a dobkeverő munkaütemétől. A folytonkeverő rendszer előnye a kisebb beruházási és energiaköltség, mivel elmarad a meleg rosta és a meleg bunker, az összemérés és a kényszerkeverő, valamint a drágább, zsákos porelszívás. Másik előnye, hogy egyetlen keverőtelepnél is igen rugalmasan változtatható a beállítás a kis és nagy t/h teljesítmény között. Hátránya viszont, hogy az aszfaltösszetétel ingadozása jóval nagyobb, mint a szakaszosan működő keverőknél, ami az aszfalt alaprétegek esetén még megfelelő lehet, burkolati rétegeknél viszont csak igen nagy erőfeszítéssel tartható a jó minőség. Különösen fontos, hogy az előadagoló bunkerekbe igen pontos osztályozású ásványianyag-frakciók kerüljenek, és ezek víztartalma ne legyen magas.
-
Öntöttaszfalt gyártás
A habarcsosítással előállított öntöttaszfalt-burkolat értékes, nagy teherbírású, hosszú élettartamú, vízzáró kopóréteg. Öntöttaszfalt burkolatfajták. Kemény bitumennel, magas bitumentartalom és magas töltőanyag-tartalom mellett, szabad hézagtartalom nélkül, az ásványi anyag befogadó hézagához képest kis bitumentöbblettel, nagy hőmérsékleten (220 °C) készítik, szállítják és terítik el. Elterítés után azonnal tömör, hengerlésre nincs szükség. A csúszósurlódás megfelelő szintjét érdesítő zúzalék elszórásával biztosítják. Az öntöttaszfalt gyártása. A tűzkocsi (masztikátor) kisebb mennyiségű öntött aszfalt készítésére alkalmas gép. Egy tűzkocsiban 8 h alatt 5...7 t tömegű öntöttaszfalt gyártható, és egyben a beépítés helyszínére is szállítható. A kettős falú, olajtüzelésű tűzkocsit 220...240 °C hőmérsékletre fűtik fel. Először a kemény (ez esetben szilárd) bitument mérik be a keverőtérbe, utána a mészkőlisztet, majd a homokot, végül a zúzalékot adagolják be a masztikátorba, amelynek nagy kényszerkeverő lapátjai lassan forognak a kocsin lévő saját motorral hajtva. A 7...8 h keverési idő azért szükséges, mert a bitumen kemény és sok, valamint nagy a töltőanyag mennyisége is. A keverék kétfázisú lesz, szabad hézag nélkül, tehát minden légbuborékot el kell távolítani. Ezért a keverést, főzést pl. egész éjszaka folytatják, hogy másnap aszfaltozhassanak. Ez a hagyományos módszer kis mennyiségek, burkolatjavítások számára napjainkban is használatos. Nagyobb mennyiség előállítására alkalmas a korszerű, keverőtárcsás öntöttaszfalt-keverő telep, amely 15...25 t/h teljesítményre alkalmas. A keverőtelep első része azonos a toronysilós keverőteleppel (előadagoló bunkerek, szárítódob, meleg elevátoros emelés a toronysiló egyes bunkereibe, keverék-összemérés). Itt a beadagolás előtt a mészkőlisztet is felmelegítik, egy külön kisebb szárítódobban. Nagy különbség a külön egységet képező, fűtött, kettős falú
tárcsakeverő, amelynek függőleges tengelyén két ferde, áttört tárcsa forog és keveri-gyúrja a forró keveréket. Negyedórai keverési idő után 2...4 t keverési adag készül el. Ez már homogén, buborékmentes. Az adagot itt is tűzkocsiba ürítik a szállítás miatt, hogy a beépítésnél is 220 °C hőmérsékletű legyen az öntöttaszfalt.
-
Aszfaltvizsgálatok (anyag és végtermék)
A gépjárműről a burkolat síkjában a burkolatra ható csaknem vízszintes irányú erőket az útburkolat felülete és a gumiabroncsok között fellépő passzív súrlódási erő ellensúlyozza. Az útburkolat és a gumiabroncs közötti súrlódás segítségével az útburkolat átveszi, felveszi a síkjában ható erőket. Eg = Q f a gördülési ellenállás = a kocsi súlya (tömege) x súrlódási tényező f függ: -a burkolat felületi tulajdonságaitól -gumiabroncs tulajdonságaitól -egyéb más tényezőktől, pl. burkolat száraz, vizes, jeges Úttechnológiai oldalról igen fontos a burkolatfelület érdességének (geometriai érdesség) a tudatos megválasztása, a sebességi igénynek és az emelkedők szerint. Az útépítés feladata, hogy az útburkolatok jó felületi tulajdonságait megvalósítsa úgy, hogy ezek a tulajdonságok a forgalom alatt minél kisebb mértékben romoljanak. Burkolat érdesség vagy geometriai érdesség a burkolatfelület geometriai jellegű felületegyenetlenségi tulajdonsága, amely a felület struktúráját jelzi. - Makró-érdesség vagy durva érdesség: tized mm-től 3-5 mm-ig terjedő magassági egyenetlenség, cm nagyságrendű hosszakon, - Mikró-érdesség vagy finom érdesség: század és tized mm közötti nagyságú magassági egyenetlenség, éles érdesség, mm hosszokon - Kisimult, sima felület: kicsi az adhéziós súrlódás, fényes felületű A makró-édesség csak akkor tartós és hatékony, ha a zúzalékszemek élesek, hegyesek, és a forgalom hatására nem polírozódnak, nem csiszolódnak gömbölyűvé. A polírozhatóság az alkalmazott kőzet tulajdonsága. Érdesség-meghatározás homokterítéses módszerrel: amelynél a felület homokmélységét állapítjuk meg. A mérés elve: a pályafelületre szórt 5, 10 vagy 25 cm3 homokot az érdes felület mélyedéseibe körkörösen elterítik, bedörzsölik, majd a kapott közel kör alakú folt átmérőjét három irányból megmérik, ezek átlagával számolják a folt felületét. A kiöntött mennyiség és a folt felületének hányadosa adja az átlagos homokmélységet. Homokmélység = téfogat / felület A homokmélység értéke a makró-érdesség nagyságával arányos.
Csúszásellenállás mérése ötödik mérőkerékkel: A mérés elve: egy vontató jármű mögé csuklós felfüggesztéssel csatakozik egy fékszerkezettel ellátott, keretbe foglalt ötödik kerék, a SCRIM mérőkerék. A mérést tisztára mosott pályaburkolaton végzik, állandó sebesség mellett, befékezve a kereket, közben a járműről bő vízsugárral nedvesítik a mérőkerék előtt a felületet. A mérési adatokat számítógép dolgozza fel. A mérés folyamatos és megbízható, valós f értéket ad. Az érdesség mérő inga alkalmazása: Felület, súrlódási együtthatóját SRT ingával mérjük. A mérés elve: A készüléket vízszintesen felállítják a mérendő burkolatfelület fölé (100 cm2), amelyet előtte már letisztítottak, és vízzel benedvesítettek. Az ingás kart vízszintes helyzetben rögzítik. A retesz kioldása után az inga átlendül, és az inga alján rugósan elhelyezett gumilap súrolja a felületet – 125 mm hosszon. Az inga kissé lefékeződik, majd továbblendülve a maga előtt tolt mutatót a burkolat érdességétől függően egy félkörös tárcsán a túlsó holtponton hagyja. Ez lesz az SRT szám.
A nagyobb SRT-érték nagyobb csúszási ellenállást jelent. Laboratóriumi vizsgálatkor a mérést vizes felszínű, foglalatba helyezett próbatesten kell végezni. A súrlódás-mérés előtt és után a skálamutató állását és a súrlódási hosszat ellenőrizni kell. A készüléket úgy kell beállítani, hogy a próbatest érintése nélkül az ingakar által tolt mutató a skálán éppen a 0 értéken álljon meg. A próbatest felszínét és a gumiélt is be kell vizezni. Az ingakart a záró gomb megnyomásával ki kell oldani, majd az átlendülés utána visszalendülő kart el kell kapni. A visszamaradt mutató állását le kell olvasni. Ezután az ingafejet az emelőfogantyúval a próbatest mellett súrlódásmentesen vissza kell vezetni a vízszintes helyzetbe, és ott rögzíteni szükséges. A mérést minden próbatesten ötször kell elvégezni, minden lengetés előtt újravizezve a próbatest és a gumi felületét (MSZ 18287/5-78).
A burkolat használati értékének megítélésében lényeges szerepet játszik annak hosszirányú egyenletessége, felületének hullámossága. Ennek mérésére is különböző módszerek alakultak ki.
Felületi egyenletesség: a burkolat azon tulajdonságai, amely az egyenes vagy íves szakaszokon alkalmazott esésviszonyoknak megfelelően, közel sík pályát biztosít a gépjárműveknek. A felületi egyenetlenség: a szabálytalan hullámoknak a hossza és amplitúdója jellemzi. Hullámok lehetnek: - rövid hullámok 1-3 m hosszúak - közepes hullámok 3-30 m hosszúak - hosszú hullámok, 20 m felett A hullámos felületen a v sebességgel haladó jármű az l hosszúságú hullámokon f= v/l frekvenciával rezgésbe jönne, ha a gumiabroncs, a kerék- és ülésrugózás nem tompítaná le a rezgések és gyorsulások hatását. A rövid hullámok gyakorlatilag érezhetetlenek, csak a futás hangja változik. A hosszú hullámok is csak nagy sebesség mellett érezhetők. A közepes nagyságú, főleg a 3-8 m hosszúak okoznak utazáskényelmi és járműrezgési, biztonsági szempontokból hátrányt. Ez azonban függ a sebességtől, a gépkocsi rugózásától és dinamikai jellemzőitől. Előfordul, hogy egy burkolat pl. közepes sebességgel egyenletesnek hat, viszont nagyobb sebességgel már kellemetlen rajta utazni. A felületi egyenletesség mérés módszerei: 4 m-es léccel és mérőékkel: Alkalmazási köre az építés közbeni ellenőrzés. Hátránya, munkaigényes, nem elég pontos, a hosszú hullámokat nem lehet vele mérni. Ma már nem alkalmazzuk.
Huzalfeszítéses módszer: tájékoztató jellegű, építés közbeni mérés. Mozgóbázisú egyenetlenség mérők: A 4m-es merev rácsszerkezet két végén egy-egy fix kerék helyezkedik el. A középső kerék függőlegesen szabadon elmozdulhat a bázishoz
képest. Emelkedését illetve süllyedését egy kiíró szerkezet kirajzolja, elektronikája pedig osztályközökbe sorolja az elmozdulásokat. A mérési eredményt 100m-enként kel kiolvasni. BUMP integrátor: hosszirányú út-egyenetlenségek lengésmérési módszerrel való maghatározása. A mérőberendezés gépkocsi után kapcsolt egykerekű utánfutó, amely a mérőkerekének egyirányú függőleges elmozdulásait méri, összegzi, egy nagy tömegű, merev kerethez képest. A mérőkerék rugózott, és lengéscsillapított. A mérés közben a mérőberendezés állandó sebességgel halad. A feldolgozás eredménye az egyenetlenségi index. r = cm/km, amely állandó sebességgel vontatott mérőkerék egyirányú függőleges elmozdulásainak cmben mért összege 1 km úthosszra vonatkoztatva. A felület fényvisszaverő képességének: elsősorban az esti-éjszakai forgalomban van nagy jelentősége – közvilágítással vagy fényszóróval megvilágított burkolatfelületnél – forgalombiztonsági szempontból. A sötét aszfaltburkolat nem veri vissza a fényt, hanem elnyeli. Nedves aszfaltburkolaton rosszabb a helyzet, kedvezőtlenebb a fényvisszaverődés, mint száraz felületen. (csillog) Az aszfaltburkolatok fényvisszaverő képességét elsősorban az ásványi adalékanyag színével lehet javítani. Világosabb színt biztosítanak az andezitek és a fehér mészkő. A burkolatfelület geometriai érdességének és fényvisszaverő képességének összefüggésével kapcsolatban megállapították, hogy a durva érdes, nagy geometriai édességű felület szárazon és nedvesen is jobb fényvisszaverő, mint a kevésbé érdes, zártabb felületű burkolat. A felület használhatósági indexe: az úthasználó járművezetők szubjektív összbenyomásaként adódó minőségi jellemző, az útburkolat pillanatnyi minőségi állapotának reális értékelése. Az úthasználók szubjektív ítéleteinek átlageredményét szoros matematikai összefüggésbe hozták, pontos mérhető, műszaki burkolatjellemzőkkel. Nagysága függ: a burkolat hosszirányú hullámosságától, a burkolatfelület állapotától: felületi hibák, repedések, deformációktól, a keréknyomok által kijárt mélyedések húrmagasságától, amelyek a forgalom éveken keresztüli igénybevétele következtében létrejövő elhasználódása során keletkeznek. A használhatósági index (PSI szám) folyamatosan csökkenő értékével jelzi, hogy mikor szükséges a burkolatot felújítani.
