Porovnání chování nízkoteplotních asfaltových směsí typu SMA Autor: Jan Valentin, ČVUT, WP1 a kolektiv ČVUT, VUT, Eurovia CS a Total ČR Příspěvek byl zpracován za podpory programu Centra kompetence Technologické agentury České republiky (TAČR) v rámci projektu Centrum pro efektivní a udržitelnou dopravní infrastrukturu (CESTI), číslo projektu TE01020168
www.cesti.cz
Motivace pro nízkoteplotní asfaltové směsi
• celková energetická náročnost výroby asfaltové směsi v kontextu cen energií; • snížení produkce skleníkových plynů (zejména CO2); • zmírnění dopadů povinné účasti zařízení s vyšším výkonem než 35 MW v systému hospodaření s emisními povolenkami (CO2 Emission Trading); • vývoj v oblasti DNEL a OEL limitů, což představuje zdravotní a bezpečnostní limity pro hygienu práce (vztahuje se k PAU); • aplikace asfaltových pojiv z hlediska REACH a teplotní omezení (bezpečnostní kritéria zejména u litých asfaltů).
www.cesti.cz
Využití nízkoteplotních asfaltových směsí • běžné aplikace asfaltových směsí; • asfaltové směsi používané ve vnitřních prostorách (podlahy v garážích a průmyslových prostorech – snížení emisí); • asfaltové směsi v tunelech (snížení emisí); • provádění krytů na mostech; • dopravní plochy s požadavky na urychlené uvedení do provozu (např. vzletové a přistávací dráhy); • asfaltové plochy s vysokými nároky na tuhost (např. manipulační plochy v přístavech, odstavné plochy kontejnerů).
www.cesti.cz
Aplikace chemických přísad pro NT směsi
• organické přísady na bázi syntetických vosků (montánní a FT parafíny) => Romonta, Sasobit, RH, VTB; • organické přísady na bázi amidů mastných kyselin => Licomont BS; • organické přísady na bázi kyseliny polyfosforečné (primárně není přísadou pro výrobu nízkoteplotních směsí); • organické přísady na bázi aminů či povrchově aktivních látek ovlivňující smáčitelnost povrchu zrn kameniva a míru vnitřního tření: • Rediset WMX; IterLow T; CECA Base; Evotherm MA3, • chemické přísady uplatňující nanotechnologické poznatky a zlepšující lubrikační efekt pojiva ve směsi (Zycotherm).
www.cesti.cz
Probíhající rozvoj inovativních řešení
Prováděné experimenty – I. soubor – rok 2013: • testovány směsi ACO11+ pro obrusné vrstvy; • kamenivo: Libodřice, Litice; • asfaltové pojivo: 50/70 dvou různých původů; • organické přísady: FT parafín, RH parafín, Zycotherm, IterLow; CecaBase • průmyslově připravená pojiva: NV40, NV41, NV42, 407, ECO2
www.cesti.cz
Probíhající rozvoj inovativních řešení
Prováděné experimenty – II. soubor – rok 2014: • testovány směsi SMA11S pro obrusné vrstvy; • kamenivo: Litice; • množství pojiva: 5,80 %-hm.; • asfaltové pojivo: PMB 25/55-55 dvou různých výrobců, PMB45/100-60, 50/70 s PPA; • organické přísady: FT parafín, RH parafín, Zycotherm, Rediset; CecaBase
www.cesti.cz
Rozsah provedených porovnání
• stanovení mezerovitosti, vč. objemových hmotností; • vodní citlivost dle ČSN EN a AASHTO (modifikovaný přístup): standardní ITSR po 72h ve vodní lázni @40°C, zkoušeno @15°C, modifikovaný ITSR s jedním zmrazovacím cyklem (18°C), vodní lázeň @60°C a zkoušeno @15°C. • modul tuhosti dle ČSN EN 12697 26 (metoda IT-CY); zkušební teplota 5°C, 15°C, 27°C. • zkouška odolnosti proti tvorbě trvalých deformací ve vzduchové lázni při teplotě 60°C a 50°C a s aplikací 10 000 cyklů.
www.cesti.cz
Rozsah provedených porovnání – chování při nízkých teplotách Chování asfaltové směsi v oboru nízkých teplot stanovené na trámečcích: • pevnost v tahu za ohybu: teplota 0°C; zatěžovací rychlost 50 a 1,25 mm.min-1, rozměry trámečku 50x50x300 mm; • ochlazovací zkouška TSRST: zamezení smrštění tělesa (εt=0); teplotní gradient 5°C/h; rozměry trámečků 50x50x200 mm => stanovení maximálního napětí a kritické teploty. Relaxace zkouškou tříbodového ohybu na trámečcích: • zkušební teplota 0°C s využitím trámečků 50x50x300 mm; • tělesa zatížena na úroveň 2/3 maximální síly zkoušky pevnosti v tahu za ohybu; • relaxace vyjádřena jako čas kdy během 10 minut dojde k 50% poklesu úrovně vneseného napětí (kratší doba = lepší relaxační schopnost); • v typické ln(x) funkci koeficient „B“ popisuje míru relaxace a parametr „A“ výchozí úroveň z níž začíná směs relaxovat (vyšší A = vyšší kapacita směsi z hlediska zatížitelnosti). www.cesti.cz
Rozsah provedených porovnání – chování při nízkých teplotách Odolnost proti šíření trhliny: • válcová tělesa s průměrem 100 mm nebo 150 mm; • zkušební teplota 0°C, -5°C nebo -10°C; • konstantní rychlost zatěžování 5,0 mm/min; • přímý záznam maximální síly a přetvoření; • výpočtové charakteristiky: σmax, εmax, geometrický faktor a lomová houževnatost Klc.
www.cesti.cz
Základní empirické charakteristiky testovaných směsí SMA Označení směsi směs SMA_1 směs SMA_2 směs SMA_3 směs SMA_4 směs SMA_5 směs SMA_6 směs SMA_7 směs SMA_8 směs SMA_9 směs SMA_10 směs SMA_11 směs SMA_12 směs SMA_13 směs SMA_14 směs SMA_15 směs SMA_16
www.cesti.cz
Použité pojivo PMB 25/55-55 PMB 25/55-55 + 3% FTP PMB 25/55-55 + 2% RH PMB 25/55-55 + 0,1% Zycotherm PMB 25/55-55 + 0,5% Rediset PMB 25/55-55 + 0,5% CECA PMB 25/55-55 + 0,5% Evotherm 50/70 + 1% PPA PMB 45/100-65 Polybitume 45E Polybitume + 3%FTP Polybitume + 2%RH Polybitume 45E + 0,1% Zycotherm Polybitume 45E + 0,5% Rediset Polybitume 45E + 0,5% CECA Polybitume 45E + 0,5% Evotherm
Teplota hutnění (°C) 160 140 140 140 140 140 140 150 160 160 140 140 140 140 140 140
Objemová hmotnost zhutněná (g.cm-3)
Maximální objemová hmotnost (g.cm-3)
2,508 2,476 2,503 2,514 2,460 2,467 2,468 2,491 2,505 2,526 2,463 2,491 2,469 2,479 2,493 2,447
2,570 2,577 2,534 2,539 2,584 2,529 2,532 2,544 2,586 2,613 2,564 2,541 2,582 2,580 2,553 2,544
Mezerovitost (%) 2,43 3,91 1,21 2,92 4,79 2,44 2,53 2,07 3,13 3,32 3,95 1,98 4,37 3,94 2,35 2,55
Vybrané charakteristiky PMB pojiv – dynamická viskozita
1,3 2,1
1,3
0,8 0,8
0,9
Pm B
0,5 0,00,0
www.cesti.cz
3% FTP
2% RH
0,8 0,8
0,5% Rediset
th er m
RH
0,1% ZT
Ev o
3%
FT P
0,00,0
0,0
Polybitume 45E
1,1
0,5
0,5 0,0
0,80,8
CE CA
0,8 0,7
0, 5%
0,7
1,2 0,8 0,8 0,7
0, 5%
0,7
1,2
1,2
se t
1,0
1,2
Re di
1,0
ZT
1,0 1,3
0,9
135°C 135°C 150°C 1,2150°C
1,2
0, 5%
1,5 1,0
2%
1,5
1,3
1,6
45 /8 Dynamická viskozita [Pa.s] 0Pm 55 B 45 /1 00 Pm -6 B 5 25 /5 565 Pm V1 B 25 /5 565 V2 Pm B 25 /5 560 Pm B 25 /5 555
Dynamická viskozita [Pa.s]
2,0
0, 1%
2,5 1,5
-1 Dynamická viskozita -1 @ 6,8 s EN 13302 2,3 Dynamická @ 6,8 s , 135°C a 150°C EN 13302 2,3viskozita
0,5% CECA
0,5% Evotherm
Vybrané charakteristiky PMB pojiv – komplexní smykový modul 1,E+07 1,E+07
Shear modulus master curves @ 20°C Shear modulus master curves @ 20°C
1,E+06 1,E+06 Complex shear modulus G* [Pa] Complex shear modulus G* [Pa]
PmB 45/100-65 PmB 25/55-55
1,E+05 1,E+05
3% FTP 45E Polybitume RH 3%2% FTP
1,E+04 1,E+04
2%0,1% RH ZT 0,5% 0,1% ZTRediset
0,5% CECA 0,5% Rediset 0,5% Evotherm 0,5% CECA 50/70 + 1% PPA 0,5% Evotherm
1,E+03 1,E+03 1,E+02 1,E+02 1,E-05 1,E-05
www.cesti.cz
1,E-04 1,E-04
1,E-03 1,E-02f [Hz] 1,E-01 1,E-03 Frequency 1,E-02 1,E-01 Frequency f [Hz]
1,E+00 1,E+00
1,E+01 1,E+01
PM B 25 /5 555
www.cesti.cz
ITSR [%]
ITSR [%]
ITSR [%]
120,0% 120,0% 100,0% 100,0% 80,0% 80,0% 60,0% 60,0% 40,0% 40,0% 20,0% 20,0% 0,0% 0,0%
25 Po /55 l PM ybit 55 + PM B um 3 % 25 B e 25 P /5 45 FTP o E /5 ly 555 5- bi + P5M5 tum 2% + e P B PMM 0, + RH 2 1 5/% 3% BB 2 55Zy F 25P5 -5coTP /o5/55 Po 5 th l5y-b-5 P lyb o 5 er i 5 t 5 PMPlyb u+m+ m i t u PM 3e0%,5 m BMiBtu +F% e 2 m B 2T%R 25 P 45 5/255e/ 4 PRe d E 5 5 P/o5 M 5 H is ly5b-5B 2 + 0, 555-5E5 et Po it5u 5/ 1% + 2 + + 5 PM lyb m 0e, 5- Zyc% 0R,5 i t o H% B um 1+%55 25 e 3%Zy+ 0 the CE C Po /55 45 FcToPt,5% rm A Po he E lyb -55 E + rv lyb PMP itum + 0 0,5% m oth itu o , er Blyb e 5% 5 R m m 25it + 2 R0/ ed e /u5m % e d70 i se PM45E 5- e RH ise+ t 554 PoB 2 + 0, t 1% 5+E 5 lyb /5 1% PP Po 0+, PM A itu5-5 Zy 50%, B lyb 5C%4 m 5 co itu e + th E CC5/1 m 45 0, er AEC00 e 5 E %m A -6 45 + Ev E 5 0 , + 5%ot 0, 5% Po Evher 50 lyb ot m Re/7 he itu d0i rm se+ m t1% e 45 Po PP E PM lyb A + B 0, 4 itu 5 m % 5/ e CE 1 0 45 CA 0-6 E 5 + 0, 5% Ev ot he rm
PM B
ITSR [%]
Trvanlivost nízkoteplotních SMA směsí
Vodní citlivost dle ČSN EN Vodní citlivost dle ČSN EN Vodní citlovst dle AASHTO T283 Vodní citlovst dle AASHTO T283 120,0%
100,0%
80,0%
60,0%
40,0%
20,0%
0,0%
120,0%
100,0% 80,0%
60,0%
40,0%
20,0%
0,0%
Deformační charakteristiky – tuhost směsí SMA
Označení směsi směs SMA_1 směs SMA_2 směs SMA_3 směs SMA_4 směs SMA_5 směs SMA_6 směs SMA_7 směs SMA_8 směs SMA_9 směs SMA_10 směs SMA_11 směs SMA_12 směs SMA_13 směs SMA_14 směs SMA_15 směs SMA_16
www.cesti.cz
Použité pojivo PMB 25/55-55 PMB 25/55-55 + 3% FTP PMB 25/55-55 + 2% RH PMB 25/55-55 + 0,1% Zycotherm PMB 25/55-55 + 0,5% Rediset PMB 25/55-55 + 0,5% CECA PMB 25/55-55 + 0,5% Evotherm 50/70 + 1% PPA PMB 45/100-65 Polybitume 45E Polybitume + 3%FTP Polybitume + 2%RH Polybitume 45E + 0,1% Zycotherm Polybitume 45E + 0,5% Rediset Polybitume 45E + 0,5% CECA Polybitume 45E + 0,5% Evotherm
Modul tuhosti (MPa) při teplotě 5°C 15°C 27°C 16 915 7 007 3 090 16 113 7 005 3 650 15 379 6 828 2 567 16 510 6 056 1 700 13 265 5 776 2 433 15 072 6 626 2 070 13 805 5 248 1 796 13 805 6 542 2 840 14 789 6 709 1 821 17 603 8 385 2 962 10 943 6 106 2 737 13 726 6 722 2 798 10 859 5 608 1 793 13 499 5 952 1 908 13 436 5 639 2 624 14 345 6 646 1 843
+
25 /5 555
10,00
0,00
www.cesti.cz
m
20,00
50,00
th er
30,00
-10°C
Ev o
40,00
60,00
0, 5%
50,00
Odolnost vůči lomu [N/mm1,5]
60,00
PM B50 25/7 /50 5+515% +P 3%PA PM FT PBo P 2l5y PM b/5i t5u B -5m 25 5e +4 /5P 25%E 5o5ly5 RH bi+ tu0 m,1% e PM +Zy 3c%o B 25 FthTe P/o5 Prm 5 Po lyb-5 lyb it5u+ itu m0, e5% m P + R e M 2%e 45 B RdHis E 25 + /5 et 0, 5 1 Po P %-55 Zy + lybM co0,5 ituB 2 th % 5 m /5 er C e 5 mE C 45 -5 A E 5+ + 0 0, ,5 5% % Po lyb ReE vo itu di t h se er m t m e 45 P Po E M lyb + B 0, 45 itu 5% / m e C1E00 45 CA-65 E
PM B
Odolnost vůči lomu [N/mm1,5]
Chování nízkoteplotních SMA směsí v oblasti teplot <0°C Odolnost proti šíření mrazových trhlin 0°C Odolnost proti šíření mrazových trhlin
0°C -10°C
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
www.cesti.cz
lyb
lyb
e4
5E
CE CA
se t
th er m
,5%
Re di
Ev o
+0
,5%
RH rm
2% Zy co th e
,5%
5E
+0
,1%
5E FT P
e4 3% e+
e+
A
65
PP
00 -
1%
it u m
it u m
+0
e4
5E
+0 e4 it u m
it u m
5E
lyb
CA
th er m
45 /1
it u m lyb
lyb
Po
Po
Po
Pm B
0+
Ev o
CE
ise t
ot he rm
0,5 %
5+
50 /7
55 -5
P
5
RH
FT
2%
Re d
Zy c
0,5 %
5+
5+
0,1 %
5+
3%
55 -5
25 /
5+
55 -5
55 -5
25 /
e4
it u m
Po
lyb
it u m Po
lyb
Po
Po
5+
25 /
PM B
PM B
55 -5
PM B
25 /
55 -5
25 /
55 -5
25 /
PM B
PM B
25 /
PM B
PM B
Chování nízkoteplotních SMA směsí v oblasti teplot <0°C Pevnost v tahu za ohybu (MPa) @50 mm.min-1
12,00
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
www.cesti.cz
PM B
25 25 /5 /5 55PM PM 55 55 B B + 25 25 3% /5 /5 FT 5555 P 55 PM + + B 0, 2% 1% 25 RH /5 Zy 5c 55 ot PM he + B 0, rm 25 PM 5% / 55 B Re 25 -5 di 5 /5 se + 5t 0, 55 5% + CE 0, 5% CA Ev ot 50 he /7 rm 0 + PM 1 % PP B A 45 /1 00 Po -6 lyb 5 itu Po m lyb e itu Po 45 m lyb E e Po itu + lyb 3% m e itu FT 4 5E Po P m e lyb + + 0, itu 2% 1% m RH Zy e 45 co Po E th lyb + er 0, Po itu m 5 % lyb m e Re itu 45 di m E se e + t 45 0, 5% E + CE 0, 5% CA Ev ot he rm
PM B
Chování nízkoteplotních SMA směsí v oblasti teplot <0°C Relaxace asfaltové směsi při 0°C
70,0
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
Q&A
České vysoké učení technické v Praze Stavební fakulta Katedra silničních staveb Thákurova 7 166 29 Praha Česká republika
[email protected]
