STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY Asfalty a dehty Doc. Ing. Tomáš Vymazal PhD. Prof. Ing. Jan Kudrna, CSc.
STAVEBNÍ LÁTKY
• Asfalty a dehty řadíme mezi živice. • Jedná se o směsi uhlovodíků a jejich nekovových derivátů. • Živice jsou polotekuté nebo tuhé směsi rozpustné v sirouhlíku. • Za běžné teploty jsou živice tvárné, vlivem mechanického namáhání u nich dochází k trvalé deformaci.
STAVEBNÍ LÁTKY
ASFALTY
DRUHY ASFALTŮ
• Název ze starořečtiny, v anglické literatuře nazývané bitumeny (původ hebrejský). • Mohou být přírodní nebo vyráběné z ropy (asfalty umělé, ropné, též petrolejové). • Ve stavebnictví - výstavba vozovek pozemních komunikací (asfalty silniční) nebo jako základ materiálů a výrobků izolujících proti vodě a vlhkosti (asfalty stavebně izolační). • Uplatnění i při výrobě laků a ochranných nátěrů.
• Ropné Penetrace - silniční 70/100, 50/70, 30/50 - tvrdé 10/20, • Přírodní, tvrdé s příměsemi - v ČR se nepoužívají • Modifikované - elastomery (kaučukem), AMe130, AMe65, AMe45, - plastomery (PE, EVA) AMp65, AMp45, AMp25 - gumou z ojetých pneumatik • Emulze 30 % a 70 % vody • Ředěné asfalty nedoporučují se užívat
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
Složení asfaltů • Pro praktické účely se užívá dělení na: – ASFALTENY – křehké látky složené z kondenzovaných aromatických uhlovodíků, jsou považovány za nositele tvrdosti asfaltu, – MALTENY – látky olejovitého až pryskyřičného typu vytvářející prostředí, v němž jsou těžší molekuly asfaltenů rozptýleny, jsou nositeli plastických a lepivých vlastností asfaltů.
Vlastnosti asfaltů • Asfalt je ve vodě téměř nerozpustný, nebobtná, přijímá jen na povrchu stopová množství vody (chová se podobně jako kaučuky a plasty, proto může sloužit jako izolační materiál proti vodě). • Hustota je 980 – 1100 kg.m-3. • Měrná tepelná vodivost cca 0,2 W.m-1.K-1. • Součinitel délkové teplotní roztažnosti asi 600.10-6 K-1.
1
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
Vlastnosti asfaltů
Vlastnosti asfaltů
• Asfalt je mrazuvzdorný, za nižších teplot je však křehký.Při teplotách pod -18°C ztrácí asfalt přilnavost k plastům. • Asfalty jsou odolné polárním chemickým látkám – anorganickým solím, louhům, nízkým koncentracím kyselin i posypovým hmotám. • Koncentrovaná kyselina sírová sulfonuje aromatické složky za vzniku sulfonových kyselin rozpustných ve vodě.
• Kyselina dusičná asfalt oxiduje a částečně narušuje. • Kyselina solná nevyvolává hlubší změny, které by narušovaly izolační schopnost. • Odolnost je nižší při vyšších teplotách a u měkčích asfaltů. • Asfalt je rozpustný v organických rozpouštědlech jako jsou benzin, benzen apod. – využití při výrobě asfaltových laků a nátěrových hmot.
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
Vlastnosti asfaltů
Zkoušení asfaltů
• Asfalt je hořlavý a velmi výhřevný. • Požární nebezpečí ovlivňuje silně i obsah těkavých látek z případných ředidel, v samotném asfaltu se těkavé látky vyskytují nepatrně. • Vlivem UV záření a kyslíku asfalty postupně tvrdnou a křehnou.
• Asfalty nejsou jednoduchými látkami, tvoří je složité směsi, proto nelze vlastnosti popsat jednoduchými fyzikálními zkouškami jako je bod tání, bod varu apod. • Proto byly vyvinuty speciální zkoušky (obvykle podle amerických norem ASTM) významné pro praktické používání asfaltů.
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
1. Penetrace (ČSN EN 1426)
1. Penetrace
• Penetrační zkouška je hlavním kritériem pro zjišťování tvrdosti a odolnosti asfaltu. • Spočívá v měření hloubky vniknutí jehly normovaných rozměrů při jejím zatížení hmotností 100 g do vrstvy asfaltu. • Výsledky závisí na teplotě (měření při teplotě +25°C). • Hodnota penetrace se odečítá po 5 s a udává se v penetračních jednotkách (desetinách mm).
2
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
2. Bod měknutí (ČSN EN 1427)
2. Bod měknutí
• Asfalt nemá definovanou teplotu tání, během ohřevu se postupně mění z látky pevné na kapalnou stejně jako termoplastické hmoty. • K vzájemnému porovnání se nejvíce používá postup zavedený původně americkou normou ASTM – stanovení bodu měknutí metodou kroužek kulička.
• Při teplotě odpovídající bodu měknutí je asfalt tvárný již účinkem malé síly. • Uvádí se, že v bodě měknutí tvrdost asfaltu klesá na hodnotu odpovídající hmotě s penetrací 800. • Asfalt v tomto bodě nabývá podoby vysoce viskózní kapaliny s viskozitou 106 mm2.S-1.
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
• Penetrace a bod měknutí bývají uváděny při označování asfaltů, např. u oxidovaného asfaltu AOSI 85/25 znamená čitatel zlomku hodnotu bodu měknutí zjištěnou metodou KK, jmenovatel pak penetraci při 25°C. • Stárnutím asfaltu na povětrnosti dochází k postupnému vzrůstu bodu měknutí. • Pro stavebněizolační účely se vyrábějí asfalty s bodem měknutí nad 80°C KK, to spl ňují asfalty oxidované nebo modifikované – využití při výrobě asfaltových pásů, další pak v nátěrech, tmelech a izolačních stěrkách, emulzích a suspenzích.
3. Bod lámavosti (ČSN EN 12593) • Podle Fraassea označuje nejvyšší teplotu, při níž vrstvička asfaltu tloušťky 0,5 mm nanesená na kovový plíšek při ohýbání za definovaných podmínek praskne. • Teplota, při níž k tomu dojde, zhruba udává teplotu, kdy asfalt ztrácí svoje plastické vlastnosti a mění se v křehkou hmotu. • Zkouška se provádí při postupně snižovaných teplotách, je velmi citlivá na přesné provádění a výsledky mívají značný rozptyl.
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
4. Duktilita (ČSN EN 13398)
5. Další zkoušky asfaltu
• Vyjadřuje tažnost asfaltu za definované teploty, obvykle 25°C. • Je závislá na chemickém složení asfaltu, především na obsahu parafinu. • Zkouší se vytahováním vlákna ponořeného ve vodě do přetržení. • Zkušební vzorek se vyrobí odlitím do formy osmičkového tvaru. • Duktilita se udává v cm vytaženého vlákna.
• Přilnavost ke kamenivu (ČSN 73 6161) – u silničních asfaltů (rozhoduje o mechanické pevnosti silničních směsí asfaltu a kameniva) – zhoršení přilnavosti působí např. vyšší obsah parafinických uhlovodíků
• Stálost za tepla (ČSN EN 12607-1) – sleduje se změna vlastností po vystavení asfaltu teplotě 70°C po dobu 2 hodin
• Teplota vzplanutí – zkoušená zapalování v kelímku postupně zahřívaného vzorku asfaltu
3
STAVEBNÍ LÁTKY
Přírodní asfalty • Nacházejí se na několika místech zeměkoule (USA, Trinidad, Bermudy, Kuba, v Evropě Albánie), případně se získávají tavením z hornin či zemin, které asfalt obsahují. • Podíl přírodních asfaltů na trhu neustále klesá, naprostá většina současných výrobků je z asfaltů ropných.
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
Přírodní asfalty • ASFALTIT – přírodní asfalt s vysokou tvrdostí a nízkým obsahem minerálních příměsí. • ASFALTOVÉ HORNINY – přírodní asfalty s vysokým obsahem minerálních látek a nízkým obsahem vlastního asfaltu.
STAVEBNÍ LÁTKY
Asfalty ropné • Získávají se jako zbytkový podíl z frakční destilace ropy. • Jednotlivé druhy ropy se velmi liší: – lehké ropy – obsahují velké množství benzinových frakcí – těžké ropy – malý podíl benzinu a více asfaltu
• Naše výroba asfaltů byla založena převážně na zpracování parafinické ruské ropy.
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
1. Oxidované (foukané) asfalty
1. Oxidované (foukané) asfalty
• Připravují se z měkčích primárních asfaltů a destilačních zbytků profukováním vzduchem při teplotách 250 až 300°C. • Během oxidačního procesu probíhají ve struktuře asfaltu chemické změny, na vzdušný kyslík se vážou atomy vodíku z řetězců, u nichž pak dochází ke spojování. Přitom se zvyšuje koncentrace asfaltenů, které vytvářejí souvislou gelovou vrstvu.
• Změna chemického složení působí změny vlastností: – vznikají výrobky méně citlivé na teplotní změny – zvyšuje se hodnota bodu měknutí na hodnoty 80 – 100°C
• Tyto výrobky se uplatňují v izolační technice a částečně též v silničním stavitelství a nátěrových hmotách. • Pro izolační výrobky se příliš tvrdý asfalt ještě před oxidací upravuje přídavkem oleje – tzv. fluxováním.
4
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
2. Ředěné asfalty
3. Modifikované asfalty
• Od běžných asfaltů se liší výrazně sníženou viskozitou. • Připravují se z primárních nebo oxidovaných asfaltů přidáním organických rozpouštědel v množství 40 – 50% hmotnosti. • Rozpouštědla bývají na bázi ropných frakcí (benzin, petrolej) nebo jde o frakce z dehtu (toluen, xylen, solventní nafta). • Používání těchto hmot se snižuje (uvolňované páry z rozpouštědel zvyšují nebezpečí požáru).
• Asfalty modifikované přísadou polymeru. • Surovinou k jejich výrobě je primární asfalt s přidáním vhodných elastomerů (kaučuků) nebo plastomerů (termoplastů). • Přidáním těchto látek se mění termoviskózní a elastoviskózní vlastnosti původního asfaltu a získávají se materiály s podstatně lepšími uživatelskými vlastnostmi. • Užívají se v hydroizolační technice (výroba izolačních pásů, zálivky) i v silničním stavitelství.
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
Využití asfaltů ve stavebnictví • Hlavní možnosti využití asfaltů ve stavebnictví jsou v silničním stavitelství (postřiky, emulze, asfaltové betony, lité asfalty) a v hydroizolační technice (nátěry, výroba asfaltových pásů atd.)
1. Asfaltové izolační pásy • Jsou nejrozšířenějším výrobkem pro izolační účely na bázi asfaltu. • Jako tovární výrobky jsou schopné zaručit požadovanou kvalitu a stejnoměrnost vlastností celé výroby. • Asfaltové pásy se skládají z: – výztužné vložky, – krycí vrstvy asfaltu, – povrchové úpravy.
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
Pásy s nasákavou vložkou
Pásy s nasákavou vložkou
• Původními organickými a nasákavými vložkami byla jutová tkanina, později hadrová či celulózová (buničinová) lepenka. • V české literatuře se udával druh vložky a její gramáž, tj. hmotnost 1m2 (např. A 330 H znamenalo asfaltový pás s vložkou z hadrové lepenky H o gramáži 330 g.m-2).
• Pásy s vložkou nasákavou jsou sice levnější, vzhledem k jejich vlastnostem se však v oblasti izolační techniky dnes doporučují používat pouze na provizorní zakrytí, nanejvýš k izolacím tam, kde nebudou vystaveny přímému tlaku spodní vody. • U střech ve spádu nad 10°na d řevěném podkladu se pásy s nasákavou vložkou dají použít jako spodní vrstva.
5
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
Pásy s vložkou ze skleněné rohože
Pásy s vložkou ze skleněné tkaniny
• Vložka těchto pásů je rohož vyrobená ze skleněných vláken, která je nasycena asfaltem. • Tyto cenově lacinější vložky plošné hmotnosti 50 – 150 g.m-2 mají poměrně nízké tržné zatížení (pevnost v tahu) a malou tažnost vyplývající ze struktury vložky. • Stejně tak odolnost na proražení je u těchto vložek nízká (nevhodné, pokud bude pás více mechanicky namáhán).
• Vložka je vyrobena ze skleněné tkaniny obvykle plátnové vazby. • Plošná hmotnost bývá 120 – 250 g.m-2. • Tyto vložky se vyznačují vysokou pevností při malé tažnosti. • Jsou vhodné do pásů vystavených většímu namáhání.
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
Pásy s vložkou z kovové fólie
Pásy s vložkou z kovové fólie
• Jedná se o tenké kovové fólie – nejčastěji hliníkové, někdy též měděné či dokonce z nerezové oceli. • Vlastní asfaltová hmota zde vložku neprosytí, zůstává pouze nalepena na povrchu (do povrchu fólie bývá vytlačen dezén umožňující lepší soudržnost obou materiálů).
• Pevnost vložky závisí především na druhu kovu (u hliníkové je nejmenší, u ocelové největší). • Kovové vložky se vyznačují vysokým difuzním odporem a jsou tedy vhodné do pásů použitých jako doplňkové vrstvy izolace spodních staveb proti radonu nebo k vytvoření tzv. parozábrany.
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
Pásy s vložkou ze syntetických vláken
Pásy s vložkou ze syntetických vláken
• Výztužnou vložku tvoří rohož ze syntetických vláken – nejčastěji polyesterových. • Plošná hmotnost rohože se pohybuje mezi 130 – 250 g.m-2. • Tyto vložky mají poměrně velké tržné zatížení a hlavně vysokou tažnost. • Dnes užívané v řadě asfaltových izolačních pásů vysokých parametrů.
• Výjimečně se vyrábějí i vložky kombinované z polyesterové rohože protkané skleněnými vlákny nebo naopak. • Skleněné vlákno zajišťuje rozměrovou stabilitu a brání smrštění polyesteru během výroby i natavování pásu. • Tyto materiály pak v sobě spojují výhody obou předchozích typů, tj. vysokou pevnost a vhodnou tažnost a jsou tak užívány ve špičkových pásech určených pro střechy.
6
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
3. Asfaltové nátěry a tmely
4. Asfaltové emulze a suspenze
• Asfaltové výrobky na ochranu stavebního díla se vyrábějí pro kladení za horka nebo pro kladení za studena. • Výrobky určené ke zpracování za horka se před zpracováním ohřívají na teploty nepřesahující 180°C.
• Představují směs asfaltu a vody, kde je asfaltová hmota rozptýlena ve vodní fázi ve formě malých kuliček o průměru 1 – 5 µm za použití vhodného emulgátoru a stabilizátoru, např. latexu kaučuku v množství 2 – 10%. Hmoty dále obsahují bentonitové či jiné kaolinické plnidlo. • Tím, že hustoty vody a asfaltu se příliš neliší, nedochází k sedimentaci a oddělení obou složek, a je tedy možné tyto hmoty dlouho skladovat bez změny původní kvality.
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
4. Asfaltové emulze a suspenze
5. Síroasfalt
• Princip vytvoření hydroizolační membrány spočívá v tom, že voda obsažená v materiálu po nanesení na konstrukci vysychá, emulze se štěpí, a tím dochází k vzájemnému spojení asfaltových částic a vytváření homogenní membrány.
• Síra, která tvoří dlouhé řetězce, má zvýšenou chemickou reaktivitu k maltenové fázi v asfaltu, přitom při chemické vazbě s asfaltem nastává dehydrogenizace, podobně jako při oxidačních procesech. • Přídavek síry do asfaltu znamená:
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
5. Síroasfalt
6. Dehtové výrobky
– zlepšení duktility za nízké teploty při zachování hodnot bodu lámavosti, – snížení teplotní citlivosti,
– zvýšení pevnosti asfaltových vrstev a zmenšení deformací, – zvýšení odolnosti vůči únikům vody i pohonných hmot, – zvýšení přilnavosti asfaltu ke kamenivu, – zvýšení odolnosti proti stárnutí.
• V minulosti používán k izolačním účelům i dehet (vzniká při suché destilaci uhlí, dřeva, rašeliny nebo jiných organických surovin). • U nás se na bázi dehtu do 70. let min. stol. vyráběly izolační pásy nepískované (D 400/H, D 500/H, D 500/B) a pískované (DP400/H, DP 500/H)
Takto upravené asfalty je možné použít především v silničním stavitelství.
• Písmeno D – pás dehtový, P – pískovaný, a H – vložka z hadrové lepenky, B – vložka z buničité lepenky.
7
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
6. Dehtové výrobky
8. Silniční stavební materiály obecně
• Dehtové výrobky svými vlastnosti zůstávají pozadu za výrobky z asfaltu, navíc jsou ekologicky a zdravotně závadné (dehet obsahuje fenoly a karcinogenní polyaromatické úhlovodíky), a proto se v současné době ve vyspělých státech nepoužívají a jsou dokonce zakázány. • Může se však vyskytovat v obalových směsích starých vozovek a v případě jejich recyklace se tak v malém množství může objevit v recyklátu.
• Asfalt (CZ, SK, USA)=černé, lepící, viskózní pojivo, EU = bitumen • Asfaltová směs, směs kameniva a asfaltu • Asfaltový beton, asfaltový mastix, asfaltový koberec mastixový, drenážní a tenký, litý asfalt, penetrační makadam asfaltový, asfaltový nátěr =vrstvy konstrukce silnice, lidově asfalt • Živice = souhrnné označení pro asfalt a dehet, dehet se nesmí do silnic používat, není důvod používat název živičné směsi
STAVEBNÍ LÁTKY
STAVEBNÍ LÁTKY
Asfalt
Základní vlastnost asfaltu umožňuje (positiva)
• na izolace proti vlhkosti, podzemní a povrchové vodě (podzemních a nadzemních částí a střech všech objektů občanské a průmyslové výstavby, tunelů, mostů apod.), • k těsnění vodohospodářských děl • k výstavbě vozovek • k údržbě vozovek, • k opravě vozovek, • k recyklaci vozovek.
• Jednoduché zpracování (stříkání, míchání, obalování kameniva, nanášení na povrch apod.) za vysoké teploty. • Další zpracování výrobku za snižování teploty. • Použití výrobku okamžitě po vychladnutí. • Snadnou údržbu poškozeného materiálu nanesením nejtenčí vrstvy asfaltu nebo asfaltového výrobku. • Po zahřátí výrobku znovupoužití (recyklaci).
STAVEBNÍ LÁTKY
Základní vlastnost asfaltu umožňuje (negativa) • Za nízkých teplot - trhliny • Za vysokých teplot - trvalé deformace
Dotazy? Děkuji za pozornost! Doc. Ing. Tomáš Vymazal PhD.
8
