Széchenyi István Egyetem Építész-, Építő- és Közlekedésmérnöki Kar Közlekedésépítési Tanszék

Széchenyi István Egyetem Építész-, Építő- és Közlekedésmérnöki Kar Közlekedésépítési Tanszék

Aszfaltkeverék-tervezés támogatása a bitumenek dinamikus nyíróreométeres (DSR) vizsgálatával, avagy elég-e a penetráció és lágyuláspont ismerete a maradó alakváltozás előrebecsléséhez?

41. Útügyi Napok, Balatonfüred

2016.09.22.

Előadás tartalma Téma aktualitása • Klímaváltozás hatása az útépítésben • Hazai útburkolatok állapota (nyomvályúk) • Bitumenek fokozat-besorolásához alkalmazott jellemzői • Bitumen teljesítményalapú jellemzői és az aszfaltkeverékek maradó alakváltozással szembeni ellenállása közötti kapcsolat

Kutatási célok Kutatási módszerek Kutatási eredmények További kutatási célok és javaslatok 41. Útügyi Napok, Balatonfüred

2016.09.22.

Téma aktualitása „Szemléltető eszköz”


2016.09.22.

Téma aktualitása „Szemléltető eszköz”


2016.09.22.

Téma aktualitása Klímaváltozás hatásai a „20-30%”-ra

forrás: NASA


2016.09.22.

Téma aktualitása Klímaváltozás hatásai a „20-30%”-ra

forrás: Ed Hawkins


2016.09.22.

Téma aktualitása Klímaváltozás hatásai a „20-30%”-ra Magyarország évi középhőmérsékletének alakulása 1901 és 2009 között, az 1971-2000-as időszak átlagához viszonyítva

forrás: OMSZ


2016.09.22.

Téma aktualitása Klímaváltozás hatásai a „20-30%”-ra A hőségnapok

éves számának idősora, a tízéves mozgó átlaggal, 1901 és 2009 között

forrás: OMSZ


2016.09.22.

Téma aktualitása Klímaváltozás hatásai a „20-30%”-ra A fagyos napok éves számának idősora, a tízéves mozgó átlaggal, 1901 és 2009 között

forrás: OMSZ


2016.09.22.

Téma aktualitása Forma-1 Magyar Nagydíj 216

Szombati időmérő edzés


forrás:www.f1-vilag.hu

2016.09.22.

Téma aktualitása Forma-1 Magyar Nagydíj 2016 Léghőmérséklet: +28°C Burkolathőmérséklet: +51°C forrás: www.formula.hu

AC 11 kopó (F) B50/70 Lágyuláspont: 46 - 54°C

Vasárnapi futam


forrás: www.f1-vilag.hu

2016.09.22.

Téma aktualitása Hazai útburkolatok állapota Országos közutak keréknyomvályú-mélység osztályzat szerinti megoszlása 2015-ben (%) Teljes kiépített hálózat 3,1 4,4 2,7 8,3

Főhálózat 8,6 6,5 10,4 80,4

Jó

Megfelelő

Tűrhető

Nem megfelelő

55,9

Rossz 18,3

forrás: Magyar Közút NZrt.

88,7% → 74,2%

Jó

Megfelelő

Tűrhető

Nem megfelelő

Rossz

forrás: Magyar Közút NZrt.


2016.09.22.

Téma aktualitása Szabványos bitumenvizsgálatok Útépítési célú bitumenek alkalmazásának mérföldkövei: Útépítési bitumenek – 1834 Európa, 1872 USA Modifikált bitumenek – 1970-es évek Multigrade típusú bitumenek – 1995 környéke Gyakorlatban a mai napig használatos besoroláshoz alkalmazott jellemzők: Tűpenetráció – 1888 Gyűrűs-golyós lágyuláspont – 1900-as évek eleje


fokozat-

2016.09.22.

Téma aktualitása Szabványos bitumenvizsgálatok Bitumen: Európa Penetráció és gyűrűs-golyós lágyuláspont tapasztalati (empirikus) jellemzők USA SHRP-bitumenazonosítás - Komplex nyírási modulus teljesítményalapú (fundamentális) jellemzők Aszfalt: Európa: tapasztalati és teljesítményi (választhatóan) USA: SHRP-Superpave - teljesítményi


2016.09.22.

Téma aktualitása Bitumen teljesítményalapú jellemzői és az aszfaltkeverékek maradó alakváltozással szembeni ellenállása közötti kapcsolat Reológiai vizsgálatok általában adalékszer vagy modifikálószer vizsgálatára

valamilyen hatásának

Hiányzik a kapcsolat a bitumenek teljesítményalapú jellemzői és az aszfaltok alakváltozási paraméterei között


2016.09.22.

Kutatási célok •

Konvencionális és teljesítményalapú között összefüggések keresése

•

Bitumenek reológiai alapú jellemzői és az aszfaltkeverékek empirikus valamint fundamentális alakváltozási jellemzői között összefüggések keresése

•

Teljesítményi bitumenjellemző azonosítása a keveréktervezés támogatására, és a beépítendő aszfaltkeverék teljesítménye kedvezőbb, illetve pontosabban előrebecsülhető lehet

•

Előrelépés a bitumenjellemzők teljesítményi kapcsolata felé


és

bitumenjellemzők

aszfaltjellemzők

2016.09.22.

Kutatási módszerek Laboratóriumi vizsgálatok a bitumenek (összesen 37 minta) • empirikus (Pen, LP, PI), • alapvető reológiai tulajdonságainak (DSR) meghatározásához. Aszfaltbeton keverékek jellemzőinek kutatása • Keréknyom-képződési vizsgálatok (WTT) kiskerekes berendezéssel, • ismételt terhelésű összenyomódási vizsgálat (TCCT) univerzális hidraulikus aszfaltvizsgáló berendezéssel.

Vizsgált keverék szemeloszlása AC 16 kopó keveréknek felelt meg.


2016.09.22.

Kutatási módszerek Bitumen reológiai jellemzői

Bitumen empirikus jellemzői

Aszfaltkeverék nyomképződési jellemzői


Aszfaltkeverék dinamikus kúszási jellemzői

2016.09.22.

Kutatási módszerek AC 16 kopó aszfaltkeverékhez alkalmazott bitumentípusok illetve azok penetrációja és gyűrűs-golyós lágyuláspontja 11 75

79

10/20

48 51

70/100

52 32

50/70

57

35/50

50

52

50/70

49

50

50/70

48

98

48

66

45

25/55-65 80

32 24 Penetráció [1/10 mm]


SFB 5-50

63 67

45/80-65 KSGB 10/40-65

Gyűrűs-golyós lágyuláspont [°C]

2016.09.22.

Kutatási módszerek A kutatás során vizsgált 40 bitumenjellemző Bitumenjellemzők • Penetráció Jellemző Paraméter típusa • Gyűrűs-golyós Penetráció 25°C-on Empirikus Gyűrűs-golyós lágyuláspont lágyuláspont Penetrációs index • LVE-tartományok G J • Komplex nyírási modulus G /sinδ η • Komplex viszkozitás G • MSCR-jellemzők J η • Burgers-modell elemei G J • Zéró nyírási viszkozitás η γ • Feszültségérzékenység γ ZSV • Feszültség-viszkozitási ZSV tényező η (3,2)

Bitumenjellemzők Jellemző Paraméter típusa J nra (6,4) ΔJ nra (0,1-3,2) ΔJ nra (3,2-6,4)

10

*

10

*

10 *

10

0,883

*

0,883

*

0,883 * 3 * 3 * 3

LVE10%

cr-re c

3MSCR

J nra (0,1) J nra (3,2)


γ re ca (0,1) γ re ca (3,2) γ re ca (6,4) γ una (0,1) γ una (3,2) γ una (6,4) Δγ re ca (0,1-3,2) Δγ re ca (0,1-6,4) SVF SSV

LVE5%

cre e p

ΔJ nra (0,1-6,4)

Δγ re ca (3,2-6,4)

Fundamentális (T=+ 20°C)

Fundamentális (T =+60°C)

*


*

G * 10 G * 10 /sinδ η

* 10

γ LVE5% γ LVE10%

2016.09.22.

Kutatási módszerek Néhány jellemző alakulása Átlagos fajlagos rugalmas alakváltozás (γrec,a,[%])

γreca [%]

0,1 kPa

3,2 kPa

6,4 kPa

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0


2016.09.22.

Kutatási módszerek Néhány jellemző alakulása Átlagos visszamaradó kúszási hajlam (Jnr,a)

Jnra [1/kPa]

0,1 kPa

3,2 kPa

6,4 kPa

3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0


2016.09.22.

Kutatási módszerek aszfaltkeverékek

9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0


keréknyom-képződési 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00

WTSAIR [mm/1000 ciklus]

PRDAIR [%]

AC 16 kopó jellemzői (WTT)

2016.09.22.

Kutatási módszerek Aszfaltkeverékek ismételt terhelésű összenyomódási vizsgálata (TCCT) Görbeillesztés a Francken-képlet módosításával ε [μstrain]

εFrancken [μstrain]

ε(n) = a · nb + c · [exp (d ·nu) –1]

80000 70000

ε [μstrain]

60000

ε [μstrain]

50000

εFrancken-módosított [μstrain]

80000

40000

70000

30000

60000 ε [μstrain]

20000 10000 0 0

10000

20000

50000 40000

30000 40000 50000 20000 Ciklus [db] 10000

30000

60000

70000

10000

20000

0 0

30000

40000

50000

60000

70000

Ciklus [db]


2016.09.22.

Kutatás eredményei Pen&LP vs. fundamentális jellemzők • PI és G*, η*, G*/sinδ között T=+20°C, f=10Hz mellett kedvező a kapcsolat útépítési bitumeneknél (R2=0,8..0,9) CEN/TS 15325 eljárása • η0 (ZSVcreep) időigényes mérése helyett egyciklusos kúszásvisszalakulás módszere η3 (ZSVcr-rec) (R2=0,92) log ZSVcr-rec [Pa·s]

1,E+06

1,E+05 1,E+04 1,E+03 1,E+02 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06 1,E+07 log ZSVcreep [Pa·s]


2016.09.22.

Kutatás eredményei Pen&LP vs. fundamentális jellemzők • PI és G*, η*, G*/sinδ között T=+20°C, f=10Hz mellett kedvező a kapcsolat útépítési bitumeneknél (R2=0,8..0,9) CEN/TS 15325 eljárása • η0 (ZSVcreep) időigényes mérése helyett egyciklusos kúszásvisszalakulás módszere η3 (ZSVcr-rec) (R2=0,92) Keréknyom-képződési vizsgálat vs. Bitumenjellemzők • PRDair kedvező kapcsolata G*0,883, η*0,883, η3MSCR(3,2), Jnr,a(3,2), γun,a(3,2) (R2=0,84..0,87) Kúszássebesség vs. Bitumenjellemzők • fc és η3MSCR(3,2), Jnr,a(3,2), γun,a(3,2) jellemzők kedvező kapcsolata (R2=0,81..0,87) 41. Útügyi Napok, Balatonfüred

2016.09.22.

Kutatás eredményei ε in mé rt

f c méεrtin mé rt/n in mé rtφ mé rt

n in re g

ε in re g

Nincs Nincs Nincs Nincs

Gyenge Gyenge Nincs Gyenge


Gyenge Nincs Nincs Gyenge

Gyenge Gyenge Nincs Jó

Nincs Nincs Nincs Nincs



f c re g ε in re g /n in re g

J * 10

Közepes

Nincs

Jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

Gyenge

Jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

G * 10 /sinδ

Jó

Nincs

Jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

Gyenge

Jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

η * 10

Jó

Nincs

Jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

Gyenge

Jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

0,883

Jó

Nincs

Jó

Nincs

Közepes Gyenge

Gyenge

Nagyon jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

0,883

Jó

Nincs

Gyenge

Nincs

Közepes Gyenge

Gyenge

Gyenge

Nincs

Gyenge

Gyenge

η * 0,883

Jó

Nincs

Nagyon jó

Nincs

Közepes Gyenge

Gyenge

Nagyon jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

G *3

Jó

Nincs

Jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

Gyenge

Jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

J

* 3

Jó

Nincs

Gyenge

Nincs

Gyenge

Gyenge

Gyenge

Gyenge

Nincs

Gyenge

Gyenge

η

* 3

Jó

Nincs

Jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

Gyenge

Jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

γ LVE5%

Gyenge

Nincs

Gyenge

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Gyenge

Nincs

Nincs

Nincs

γ LVE10%

Közepes

Nincs

Jó

Nincs

Nincs

Nincs

Gyenge

Jó

Nincs

Nincs

Nincs

ZSV creep

Gyenge Gyenge

Gyenge

Nincs

Gyenge

Gyenge

Nincs

Gyenge

Nincs

Gyenge

Gyenge

ZSV cr-rec

Gyenge Gyenge

Közepes

Nincs

Közepes Közepes

Nincs

Közepes

Nincs

Közepes

Közepes

Nincs

Jó

Jó

G

*

J

*

η 3MSCR(3,2)

Jó

Gyenge Nagyon jó

Nincs

Jó

Jó

Közepes Nagyon jó

J nra(0,1)

Jó

Közepes

Jó

Nincs

Nagyon jó

Jó

Gyenge

Jó

Nincs

Jó

Jó

J nra(3,2)

Jó

Gyenge

Jó

Nincs

Jó

Jó

Gyenge

Jó

Nincs

Jó

Jó

J nra(6,4)

Jó

Gyenge

Közepes

Nincs

Jó

Jó

Gyenge

Közepes

Nincs

Jó

Jó

ΔJ nra(0,1-3,2)

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

ΔJ nra(3,2-6,4)

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

ΔJ nra(0,1-6,4)

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Jó

Nincs

Közepes Közepes

Nincs

Jó

Nincs

Közepes

Jó

Közepes Közepes

Nincs

Közepes

Nincs

Közepes

Közepes

γ reca(0,1)

Gyenge Közepes

γ reca(3,2)

Gyenge Közepes Közepes

Nincs

γ reca(6,4)

Gyenge Gyenge

Közepes

Nincs

Nincs

Közepes

Nincs

Közepes

Közepes

γ una(0,1)

Jó

Közepes

Jó

Nincs

Nagyon jó

Jó

Gyenge

Jó

Nincs

Jó

Jó

γ una(3,2)

Jó

Gyenge

Jó

Nincs

Jó

Jó

Gyenge

Jó

Nincs

Jó

Jó

γ una(6,4)

Jó

Gyenge

Közepes

Nincs

Jó

Jó

Gyenge

Közepes

Nincs

Jó

Jó

Δγ reca(0,1-3,2)

Gyenge Gyenge

Közepes

Nincs

Közepes Közepes

Nincs

Közepes

Nincs

Közepes

Közepes

Δγ reca(3,2-6,4)

Gyenge Gyenge

Közepes

Nincs

Közepes Közepes

Nincs

Közepes

Nincs

Közepes

Közepes

Δγ reca(0,1-6,4) SVF SSV

Gyenge Közepes Közepes Közepes Nincs Jó Közepes Gyenge Közepes

Nincs Nincs Nincs

Közepes Közepes Nincs Közepes Közepes Gyenge Közepes Közepes Gyenge

Közepes Jó Közepes

Nincs Nincs Nincs

Közepes Közepes Közepes

Közepes Közepes Közepes

Fundamentális (T=+ 20°C)


Regresszió analízis statisztikai eredménye

Bitumenjellemzők PRD AIR WTS AIR n in mé rt Jellemző típusa Paraméter Penetráció 25°C-on Gyenge Nincs Gyenge Empirikus Gyűrűs-golyós lágyuláspont Nincs Közepes Gyenge Penetrációs index Gyenge Közepes Nincs * Jó Nincs Jó G 10


Gyenge Közepes

G * 10

Gyenge

Nincs

Gyenge

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Gyenge

Nincs

Nincs

Nincs

G * 10 /sinδ

Gyenge

Nincs

Közepes

Nincs

Nincs

Nincs

Gyenge

Közepes

Nincs

Nincs

Nincs

*

Gyenge

Nincs

Gyenge

Nincs

Nincs

Nincs

Nincs

Gyenge

Nincs

Nincs

Nincs

γ LVE95%

Jó

Nincs

Nagyon jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

Gyenge

Jó

Nincs

Gyenge

Gyenge

γ LVE90%

Jó

Nincs

Jó

Nincs

Nincs

Nincs

Gyenge

Jó

Nincs

Nincs

Nincs

η

10

2016.09.22.

Kutatás eredményei Miben nyújtanak paraméterek?

többet

a

teljesítményalapú

•

Az η3MSCR(3,2), γuna(3,2) és Jnra(3,2) reológiai jellemzők alapján az azonos összetételű kőanyaghalmazzal készülő aszfaltbeton keverék WTT és TCCT vizsgálatok során nyújtott teljesítménye jó közelítéssel előrebecsülhető.

•

A fenti reológiai paraméterekkel jellemzett bitumenek közül az aszfaltbeton keverékekkel szemben támasztott melegviselkedési követelmények figyelembe vételével a legkedvezőbb bitumentípus választható ki alkalmazásra.

•

A WTT és TCCT összefüggései hasznosak lehetnek a hazai gyakorlatban korábban elvégzett szabványos és nagy mennyiségben rendelkezésre álló WTT vizsgálatok eredményeinek felhasználásánál.


2016.09.22.

További kutatási célok •

Más reológiai modellek alkalmazása a paraméterek meghatározására (η3MSCR)

•

További aszfalttípusok teljesítményi tulajdonságainak kutatása a kötőanyag reológiai jellemzőinek tekintetében (SMA, PA, BBTM)

•

Különböző kőtermékek alkalmazása, azok hatásainak vizsgálata a teljesítményi tulajdonságokra

•

„In situ” vizsgálatok, lehetséges beépítési helyek keresése

•

További aszfaltjellemzők (pl. fáradás, komplex modulus) együttes egymásra hatásának vizsgálata

•

Hidegviselkedési jellemzők vizsgálata


2016.09.22.

És akkor „A kérdés” Aszfaltkeverék-tervezés támogatása a bitumenek dinamikus nyíróreométeres (DSR) vizsgálatával, avagy elég-e a penetráció és lágyuláspont ismerete a maradó alakváltozás előrebecsléséhez? Klímaváltozás? Hőség napok? SHRP? Nyomvályúk? A teljesítmény „20-30%”-a?

Úgy tűnik, rövid távon elegendő. DE közép és hosszú távon biztosan szükség lesz a teljesítményalapú jellemzők vizsgálatára és használatára a tervezés során. Ehhez meg kell találni a megfelelő paramétereket. 41. Útügyi Napok, Balatonfüred

2016.09.22.

Köszönöm a figyelmet!

Dr. Füleki Péter [email protected]


2016.09.22.

Széchenyi István Egyetem Építész-, Építő- és Közlekedésmérnöki Kar Közlekedésépítési Tanszék

Recommend Documents