ASFALTY A ASFALTOVÉ VÝROBKY RNDr. Jaroslav Buchta Asfalty jsou hmoty, se kterými se setkáváme všude kolem nás. Jsou to asfaltové vozovky, chodníky, izolace budov, střešní krytiny atd. Asfalt si v těchto aplikacích uchovává svoje prvenství i přes rozvoj plastických hmot a jejich rozšiřující se používání v mnoha podobných aplikacích. Používání asfaltu se datuje již do období před 25.000 lety. Byly poznány dobré a využitelné vlastnosti této černé hmoty a lidé se ji naučili používat zejména pro její neobyčejnou tmelivou schopnost a snadnou zpracovatelnost. V mnoha oborech své činnosti. Tento postulát zůstal zachován dodnes, kde k němu přistupuje snadná dostupnost a relativně nízká cena. Co jsou to vlastně asfalty, jaké jsou jejich vlastnosti, způsoby získávání a využití? Asfalty jsou černé amorfní hmoty koloidního charakteru, které obsahují uhlíkaté organické látky a jejich složení se hodnotí podle obsahu
asfaltenů, tj. makrokrystalických uhlíkatých látek, které jsou nositelem tuhosti
pryskyřic, polárních látek aromatického charakteru, které stabilizují asfaltové micely
aromatické malténové oleje,které vytváří disperzní prostředí
saturáty – nasycené alifatické nebo naftenické uhlovodíky
Množstevní zastoupení jednotlivých skupin se zjišťuje chromatografickou metodou SARA (TLC/FID) Iatroscan a výsledky těchto analýz připívají ke stanovení možností aplikace asfaltů, způsobu výběru základní suroviny a způsobu jejich výroby. V minulosti se asfalty nacházely ve volné přírodě a mohly být těženy povrchovou metodou. Některá taková naleziště jsou dodnes využívána (Trinidad, Sýrie). A jak se získávají nyní?Jsou výsledkem zpracování ropy
vakuovou destilací, jako destilační vakuový zbytek, tzv. destilační asfalty
dofoukáváním destilačních zbytků vzdušným kyslíkem při zvýšených teplotách; tím dochází ke zvýšení obsahu asfalténů a dosahuje se vyšších hodnot tvrdosti
některými extrakčními procesy, destilačních zbytků propanem
zejména
odasfaltováním
vakuových
Další úprava vlastností získaných vlastností je možná navazujícími technologiemi, jako jsou vzájemné mísení, emulgace, rozpouštění v organických rozpouštědlech, modifikace polymery apod., s cílem dosažení výrobků s požadovanými vlastnostmi. Které jsou to vlastnosti? Fyzikálně chemické vlastnosti Reologické vlastnosti, kterými je možné charakterizovat chování při nízkých teplotách a odpovídající plasticita při vyšších teplotách, kdy nesmí docházet k trvalé deformaci, zejména při trvalém zatížení.
Základními zkouškami, které jsou používány pro charakterizaci asfaltů, sloužící pro jejich základní zařazování do jednotlivých aplikačních skupin, jakostních standardů a jednotné klasifikace, jsou především:
Penetrace jehlou. Zkouška je založena na proniknutí jehly penetrometru s celkovou zátěží 100g do zkoušeného vzorku vytemperovaného na 25 °C (ČSN EN 1426).
Bod měknutí metodou kroužek – kulička. Určuje se teplota, při které za podmínek zkoušky váha kuličky překoná kohezi asfaltu umístěného v předepsaném kroužku a tlakem se protáhne na stanovenou míru.
Bod lámavosti dle Fraase je teplota, při které tenká vrstva vzorku asfaltu nanesená na zkušebním ocelovém plíšku, který je postupně ochlazován,při prohýbání praskne.
Výsledky těchto zkoušek jsou využívány pro základní označování asfaltů a jejich klasifikaci v jakostních standardech. Hlavní uplatnění asfaltů a asfaltových výrobků a jejich druhy 1. Asfalty silniční Asfalty silniční představují základní pojiva určená pro asfaltové směsi s kamenivem do hutněných vozovek pozemních komunikací. Pro tuto aplikaci se spotřebují asi ¾ asfaltů. Asfaltová pojiva významně ovlivňují vlastnosti konstrukcí netuhých vozovek. Asfaltové spodní vrstvy obsahují 3,5 – 4,5 % hm. asfaltu, horní – obrusné – obsahují 5 – 6 %. Třídění druhů a jejich podstatné charakteristiky jsou v EU harmonizovány s požadavky směrnice pro stavební výrobky a standardizovány v EN 12591 : 2009. V ČR jsou určeny národní přílohou k české verzi ČSN EN 12591 a využívají se jen druhy skupiny 1. Číselná označování uvádí spodní a horní hranici penetrace při teplotě 25 °C, např. 30/45, 160/220. Silniční asfalty jsou vyráběny z vakuového destilačního zbytku, převážně dofoukáváním vzdušným kyslíkem, čímž se dosáhne tvrdší hodnota penetrace a zvýší se obsah asfalténů. 2. Asfalty speciální Do této skupiny jsou zařazovány další silniční asfalty :
tvrdé silniční asfalty dle ČSN EN 13924
multigrádové silniční asfalty
účelové silniční asfalty
Systém specifikace tvrdých silničních asfaltů určuje ČSN EN 13924. V současné době jsou na trhu polofoukané asfalty AP 15 – pen. rozsah 10 – 20 a AP 25 s pen. rozsahem 20 – 30.Tyto asfalty jsou vybaveny evropskými certifikáty. Jsou určeny jako pojiva pro lité asfalty. Multigrádové asfalty se vyznačují zvýšeným bodem měknutí při dané penetraci. Mají rozšířenou oblast plasticity bez modifikace polymery a svými vymezenými charakteristikami – penetrací, bodem měknutí a penetrací postihnou současné chování měkčího druhu při nízkých teplotách a sousedního tvrdšího druhu při zvýšené teplotě provozu. 2
Účelové asfalty mají vlastnosti blízké asfaltům silničním. Jsou určeny jako polotovary pro další využití v průmyslu, např. s penetrací 80/25 °C jako pojivo pro silicifikaci nebezpečných odpadů, s penetrací 220/25 °C k impregnaci nebo výrobě modifikovaných střešních pásů. 3. Asfalty modifikované Přídavkem vhodného polymeru lze významně zlepšit viskoelastické chování asfaltů a rozšířit oblast jejich použitelnosti. Aplikace modifikovaných asfaltů při výstavbě netuhých silničních vozovek s vyšším dopravním zatížením je dnes již nezbytnou podmínkou pro efektivní silniční hospodaření. Jednotlivé druhy se klasifikují podobně jako u silničních asfaltů dle hranic penetrace. Hodnoty penetrací mají větší rozsah, připojuje se k nim označení PMB a hodnota minimálního bodu měknutí, např. PMB 25/-60. Ke specifikaci jednotlivých druhů je určena nově revidovaná EN 14023/2010 s národní přílohou ČSN EN. Způsob modifikace se postupně inovoval. V současné době se převážně používá reaktivní eleastomer akrylátového typu, který se reakcí s asfalteny váže kovalentní vazbou. 4. Asfalty ředěné Silniční ředěné asfalty jsou roztoky silničních a oxidovaných asfaltů v minerálních, resp. rostlinných olejích. Účelem rozpouštění je snížit viskozitu asfaltu, aby pojivo bylo dobře aplikovatelné bez nutnosti ohřevu. Vlastnosti jsou závislé na kvalitě použitého základního asfaltu a druhu použitého rozpustidla. Použije-li se jako rozpustidlo složka relativně těkavá (benzin, petrolej), potom po rozprostření asfaltu na povrch vozovky dochází postupně k tuhnutí asfaltu až na tuhost základního asfaltu. Proto je podstatná viskozita, chování při tuhnutí (destilační zkouška) a vlastnosti zbytkového pojiva. Označují se jako např. AR-RT 50A – asfalt ředěný rychletuhnoucí o viskozitě 50 s, aditivovaný. Jsou to hořlavé kapaliny II. třídy nebezpečnosti. Podle zákona o chemických látkách a směsích jsou dráždivé na kůži, zdraví škodlivé pro dýchací orgány a škodlivé pro vodní prostředí. 5. Asfaltové emulze Asfaltová emulze představuje jemnou termodynamicky nestálou disperzi asfaltu ve vodě stabilizovanou povrchově aktivními látkami. Velikost částic asfaltu je většinou v rozmezí 1 až 20 mikrometrů. Asfaltové emulze obsahují obvykle 50 až 70 % dispergovaného asfaltu. Podle chemického emulgátoru mohou být emulze anionaktivní nebo kationaktivní. Kationaktivní emulze jsou využívány přednostně při údržbě silničních vozovek a vyznačují se dobrou přilnavostí k téměř všem druhům kameniva. Emulze mají nízkou viskozitu a jsou z ekologických a ekonomických důvodů podstatně více používány než ředěné asfalty. Ke štěpení emulze a uvolnění asfaltového pojiva dochází při odpařování vody a hlavně porušením elektronové dvojvrstvy vytvořené na povrchu kameniva při styku se záporným povrchem kameniva. Podle druhu použitého emulgátoru a stability emulze se emulze rozlišují na rychleštěpné, pomaluštěpné a stabilní, což určuje jejich silniční aplikace. Kationaktivní asfaltové emulze se dle EN 13808 klasifikují a specifikují pro údržbu a regeneraci povrchu vozovek. Používá se následující značení, např. C 65 BPF 4. 3
C znamená emulzi kationaktivní s obsahem pojiva 63 až 67 %, pojivo je silniční asfalt – B modifikovaný polymerem P, emulze je fluxovaná nejméně 2 % relativně těkavého rozpustila F a má třídu štěpnosti 4. Polymerem modifikovaná emulze se rozlišuje na dvojfázovou nebo trojfázovou. V první případě je dispergováno asfaltové pojivo modifikované, ve druhém případě se asfaltová emulze smísí s emulzí polymeru (latexem). Asfaltových emulzí je využíváno pro celou řadu silničních úprav, zejména pro opravy a regeneraci silničních vozovek. 6. Asfaltové hmoty spárovací Zálivkové hmoty pro aplikaci za horka představují měkké, vysoce modifikované asfalty. Používají se pro zalévání spár krytů vozovek, pro napojování nové hutněné asfaltové směsi ke starému povrchu nebo jiných konstrukčním částem vozovek pro opravy širších trhlin a nejčastěji k zalévání spár betonových vozovek, kde pro dobré spojení mezi betonem a zálivkovou hmotou se aplikuje speciální asfaltové lepidlo rozpustidlového typu. Zálivkové hmoty používané za horka jsou definovány ČSN EN 14 188-1. 7. Asfalty oxidované Asfalty oxidované se vyrábí oxidací asfaltové suroviny na vyšší bod měknutí. Základní asfalty se foukají vzdušným kyslíkem při teplotě kolem 240 °C, a tím dochází k exotermním chemickým reakcím, při nichž se zvyšuje velikost molekul a zvyšuje obsah asfaltenů. Použije-li se k oxidaci jako suroviny relativně tvrdý asfalt, např. extrakční, vznikají oxidací asfalty tzv. průmyslové (H), vyznačující se tvrdostí a křehkostí. Použije-li se k oxidaci relativně měkká základní surovina (směs vakuového destilačního zbytku a fluxačního oleje), dochází k rychlému vzrůstu asfaltenů a bodu měknutí při zachování změkčovacích olejů. Takto vyrobené oxidované asfalty, které zůstávají plastické i při vyšší tuhosti, jsou definovány jako asfalty stavebně izolační (AOSI). Obě skupiny oxidovaných asfaltů se používají v průmyslu jako polotovary při výrobě nátěrových hmot a AOSI pro výrobu asfaltových izolačních pásů. Používají se i v silničním stavitelství k úpravě vlastností tvrdých silničních asfaltů. Tvrdé průmyslové asfalty H jsou specifikovány v ČSN EN 13 305 a asfalty AOSI v ČSN EN 13 304. Označování jednotlivých druhů tvrdých průmyslových asfaltů se provede písmenem H a rozsahem bodů měknutí, např. H70/980. Asfalty stavebně izolační se popíší jako AOSI a bodem měknutí, lomeno penetrací při 25 °C, např. AOSI 85/25. S pojmem asfalt jsou spojovány i asfaltové izolační výrobky. Asfaltové izolační výrobky jsou stále důležité zejména pro ochranu staveb před vlhkostí, spodní i horní vodou i přes průnik plastických hmot do této oblasti a nacházejí v hydroizolacích široké uplatnění. Hlavní pozornost je zaměřena na výrobky, které umožňují aplikaci za studena, včetně tzv. izolačních pásů, které se aplikují přilepováním nahříváním plynovými hořáky. Nejčastěji jsou používány pro údržbu nebo vytváření střešních hydroizolačních povlaků. Mimo možnosti zpracování za studena je možno tyto výrobky celkem jednoduše nanášet při vysoké produktivitě práce a nízké ceně. Také jejich reologické vlastnosti a trvanlivost jsou na velmi dobré úrovni. Jejich výroba vychází jak ze silničních, tak hlavně z oxidovaných tvrdých 4
a stavebně izolačních asfaltů, kde potřebných aplikačních vlastností je dosahováno v některých výrobcích přídavkem modifikačních přísad. Tyto výrobky jsou v současné době velmi oblíbené a jsou využívány širokou spotřebitelskou veřejností. Asfaltové laky Asfaltové laky jsou vhodné asfalty rozpuštěné v organických rozpouštědlech. Nejpoužívanější jsou tyto výrobky: Penetrační laky Penetrační laky jsou dostatečně tekuté za běžných teplot, aby mohly splnit funkci uvedenou v názvu. Vnikají do pórů podkladu a vytvářejí pevné spojení s dalšími izolačními vrstvami. Mají dobrou přilnavost ke stavebním podkladům (beton, kov, zdivo, dřevo). Vhodnou aditivací je penetrace a dobrá přilnavost dosahována i u vlhkých podkladů. Zvýšení přilnavosti a pevnosti spoje je dosahováno i výrobou z modifikovaného základního asfaltu. Izolační laky Jsou podobné jako penetrační laky, ale jsou určeny především k renovaci střešních asfaltových povlaků. Vyznačují se dobrou povětrnostní odolností a jako základní surovina pro jejich výrobu jsou používány asfalty stavebně izolační AOSI. Asfaltové laky vhodné pro lepení Tyto asfaltové laky jsou vytvořeny z vhodného ředidla, asfaltů modifikovaných syntetickým kaučukem a pryskyřicí. Po odpaření rozpustidla se hmota vyznačuje vysokou pevností spoje a lepivostí. Nejčastější použití při aplikaci asfaltových zálivek pro zajištění dokonalé adheze zálivkových hmot k povrchům zalévaných spar. Asfaltohliníkové laky Jedná se o asfalty rozpuštěné ve speciálním organickém rozpouštědle, které umožňuje dobré lístkování přidaného hliníkového pigmentu. Nátěry tímto lakem odrážejí značnou část slunečních paprsků a snižují povrchovou teplotu asfaltových povlaků a prodlužují jejich životnost. Tímto způsobem je možno také snížit teplotu v místnostech vystavených slunečnímu záření. Delší trvanlivosti reflexních nátěrů je možno dosáhnout přídavkem minerálních plnidel, tzv. reflexní tmel. Asfaltové izolační tmely Jedná se o roztoky AOSI asfaltů, modifikovaných asfaltů v organickém rozpouštědle, zahuštěné minerálními a vláknitými hmotami. Po odpaření rozpustila má hmota dobrou přilnavost ke všem stavebním podkladům a je možno vytvářet i silnější izolační nebo dotěsňovací vrstvy. Nejsou vhodné pro interiéry. Asfaltové suspenze Asfaltové suspenze jsou vodné emulze, kde jako emulgátor k dispergaci slouží mletý bentonit. Jsou neomezitelně míseny s vodou, mají velmi dobrou přilnavost ke stavebním materiálům i jiným povrchům. První nátěr ředěnou suspenzí vytvoří dostatečný podklad pro nanášení dalších vrstev. Asfaltové suspenze mohou být různě modifikovány, k jejich výrobě je možno použít modifikovaných asfaltů, resp mohou být smíseny s polymery ve formě latexů. Tímto je po zaschnutí dosahováno velmi elastických vrstev, schopných překlenovat i trhliny podkladu. Asfaltové 5
suspenze musí po nanešení dobře proschnout, a proto je není vhodné používat ve vlhku, resp. při nebezpečí deště. Toto nebezpečí je snižováno tzv. dvousložkovými suspenzemi. Štěpení základní suspenze se urychluje smísením s urychlovačem tuhnutí ve formě prášku. Tyto dvousložkové suspenze mají pak širší využití a je možno tyto používat i k hydroizolaci proti vlhkosti, netlakové i tlakové vodě. Je použitelná k údržbě asfaltových povlakových krytin a k jejich vytváření, k těsnění střešních detailů, lepení polystyrenu na různé druhy podkladů, tmelení spár. Je vhodná i pro izolaci teras, balkónů a hydroizolaci základů. Asfaltové suspenze jsou velmi oblíbeným materiálem pro širokou veřejnost. Upozornění závěrem Asfalty jsou chemické látky, posuzování jejich nebezpečnosti pro práci a zařízení, lidské zdraví a životní prostředí podléhá zákonu o Chemických látkách a směsích č. 360/2010. Veškeré údaje k tomuto problému jsou obsaženy v bezpečnostních listech při prodeji právnickým osobám a uvedeny na obalech spotřebitelského balení. Asfalty podléhají také registraci u Evropské chemické agentury.
6
