VLIV MNOŽSTVÍ ASFALTOVÉHO POJIVA NA VYBRANÉ VLASTNOSTI ASFALTOVÉ SMĚSI

Žilinská univerzita v Žiline Stavebná fakulta

Študentská vedecká odborná činnosť Akademický rok 2006-2007

VLIV MNOŽSTVÍ ASFALTOVÉHO POJIVA NA VYBRANÉ VLASTNOSTI ASFALTOVÉ SMĚSI

Meno a priezvisko študenta : Ročník a odbor štúdia : Vedúci práce Žilina

: :

Petra Bukačová 4., Konstrukce a dopravní stavby Ing. Petr Mondschein 24.05.2007

Obsah Anotace Úvod Pojmy a definice Návrh asfaltové směsi Zkoušky asfaltové směsi Modul tuhosti asfaltové směsi pomocí přístroje NAT Únavové zkoušky prováděné pomocí přístroje NAT Stanovení pevnosti v příčném tahu Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě Závěr Použitá literatura Tabulka vlastností asfaltové směsi Tabulka fyzikálně-mechanických vlastností a čáry zrnitostí Tabulka modulů tuhosti asfaltové směsi Výsledky únavových zkoušek - Wöhlerovy diagramy Fotodokumentace - laboratorní míchačka pro výrobu asfaltových směsí Fotodokumentace - vakuové zařízení pro odstranění vzduchu ze směsi Fotodokumentace - NAT – moduly tuhosti Fotodokumentace - NAT – únavové zkoušky

1

str. 2 str. 3 str. 3 str. 5 str. 6 str. 6 str. 7 str. 8 str. 8 str. 9 str. 10 str. 11 str. 12 str. 13 str. 14 str. 15 str. 16 str. 17 str. 18

Úkolem a cílem této práce je posoudit vliv množství asfaltového pojiva na vybrané vlastnosti asfaltové směsi. Stanovit mechanicko-fyzikální a reologické vlastnosti na asfaltové hutněné úpravě v závislosti na množství asfaltového pojiva. Byla posuzována asfaltová směs ABH II - A 50/70 – ČSN 73 6121 s různým množstvím asfaltového pojiva (3,7%, 4,0% a 4,5% hm.). Ze směsi byly vyrobeny potřebné zkušební vzorky dle příslušných norem a předpisů. Práce obsahuje i postupy všech provedených zkoušek včetně podrobných výsledků.

The goal of this study is influence of asphalt binder content in hot mix asphalt (HMA), based on physical-mechanical characteristic. ABH II with asphalt binder A50/70 was chosen for this study with asphalt binder content of 3.7; 4.0; 4.5 percent. Specimens of typical sizes were developed in accordance with CSN 73 6160 standard. Detailed procedures and results are further discussed.

2

Úvod Pro dobré fungovaní společnosti je mimo jiné důležité mít kvalitní dopravní infrastrukturu. Správně fungující dopravní tepny umožňují rozvoj území, kudy procházejí a přispívají tak k dalšímu oživení blízkého i širšího okolí. Velký podíl na národním hospodářství tvoří silniční síť. Hospodárnost dopravy závisí na silniční síti, technických parametrech silnic a dálnic a kvalitě jejich důležitého stavebního prvku, kterým je vozovka. Nárůst silniční dopravy (zejména nákladní) však vede ke stále vyšším nárokům na tyto komunikace. Vzhledem k pokračujícímu rozvoji silniční dopravy je efektivní návrh a stavba vozovek velice aktuální. Životnost konstrukce vozovky nutí zhotovitele hledat nová řešení jak kvalitativně a ekonomicky vyhovět daným potřebám. Poznatky o funkčnosti silničních komunikací, jako důležité části infrastruktury krajiny, potvrzují, že pro její hodnocení je rozhodující stav vozovek. Stav vozovky můžeme definovat její provozní způsobilostí a únosností. Stavba a obnova je velice nákladná. Hledání nových příměsí, přísad, technologických postupů a materialů je možností, jak na dané požadavky odpovědět. Výkonnost a životnost asfaltových směsí je mimo jiné ovlivňována vlastnostmi pojiva. Asfaltová směs je směs kameniva, pojiva – asfaltu a fileru. Přidávají se též různé látky zlepšující vlastnosti směsi, nebo nosiče pojiva. Asfaltové směsi odolné proti deformacím dnes zpravidla nelze při stále rostoucím zatížení těžkou nákladní dopravou navrhovat jen s využitím normových asfaltů. Tento vývoj vede k výrobě modifikovaných asfaltů, které jsou používány více jak dvacet let. Je známo, že asfaltové vrstvy mohou dlouhodobě odolávat zejména velmi těžkému dopravnímu zatížení jen tehdy, budou-li splněny všechny zásadní požadavky, které jsou dány normou a technickými podmínkami. Pro použité kamenivo, asfalt, R-materiál a přísady platí ČSN 73 6121 a Technické kvalitativní podmínky staveb pozemních komunikací, doplněné dalšími, dále uvedenými zpřesňujícími požadavky. Totéž platí pro návrh složení směsí a jejich vlastnosti. Úkolem a cílem této práce je posoudit jaký vliv má množství asfaltového pojiva na vybrané vlastnosti asfaltové směsi. Pro tuto práci byla vybrána asfaltová směs ABH II, asfaltové pojivo A 50/70 AZALT (SRN – rafinerie Brunsbüttel – fa. TOTAL)

Základní pojmy a definice, týkající se vlastností a zkoušení asfaltových směsí Objemová hmotnost kameniva ρv – hmotnost objemové jednotky kameniva včetně uzavřených dutin a pórů, avšak bez pórů přístupných rozpouštědlu a bez mezer mezi zrny, za podmínek zkoušky. Objemová hmotnost směsi kameniva ρvs – hmotnost objemové jednotky směsi kameniva vypočtená z objemových hmotností frakcí hrubého a drobného kameniva a měrné hmotnosti kamenné moučky nebo stanovené v pyknometru s použitím rozpouštědla. Objemová hmotnost nezhutněné asfaltové směsi ρs - hmotnost objemové jednotky nezhutněné asfaltové směsi vypočtená z objemové hmotnosti směsi kameniva a měrných hmotností vápencové moučky a asfaltu nebo stanovená v pyknometru s použitím rozpouštědla. 3

Objemová hmotnost zhutněné asfaltové směsi ρvz - hmotnost objemové jednotky zhutněné asfaltové směsi včetně dutin a pórů v zrnech kameniva a mezer ve směsi, nepřístupných pro vodu za podmínek zkoušky. Mezerovitost zhutněné asfaltové směsi M - objem mezer (v % obj.) ve zhutněné asfaltové směsi. Stanovuje se výpočtem z objemových hmotností zhutněné a nezhutněné asfaltové směsi. Mezerovitost směsi kameniva ve zhutněné asfaltové směsi Mk - objem mezer (v % obj.) mezi zrny kameniva ve zhutněné asfaltové směsi. Stanovuje se výpočtem z objemové hmotnosti zhutněné asfaltové směsi, objemové hmotnosti směsi kameniva a z obsahu kameniva. Stupeň vyplnění mezer asfaltem Sv - podíl mezer směsi kameniva ve zhutněné asfaltové směsi vyplněných asfaltem. Nasákavost N - podíI objemu vody, který se za podmínek zkoušky vsákne do zkušebních těles, k objemu těchto těles vyjádřený v procentech. Bobtnání B - přírůstek objemu zkušebních těles zjištěný při stanovení nasákavosti vyjádřený v procentech. Marshallovo těleso – zkušební těleso válcového tvaru, vyrobené z asfaltové směsi postupem dle ČSN 73 6160. Stabilita SM - podle Marshalla - nejvyšší síla potřebná k porušení zkušebního tělesa tvaru válce o výšce 63,5 mm a průměru 101,6 mm, stlačovaného ve speciálních čelistech kolmo na rotační osu tělesa o rychlosti deformace 50 mm/min při teplotě 60°C. Zkušební tělesa se připravují ve formě, hutněním 50, resp. 75 údery pěchu o hmotnosti 4 550 g z výšky 46 cm na obě základny. Zjištěná nejvyšší síla potřebná k porušení vzorku se vynásobí korekčním faktorem závislým na výšce vzorku a označuje se jako stabilita SM. Přetvoření PM - podle Marshalla - velikost svislé deformace zkušebního tělesa při dosažení hodnoty stability SM, vyjádřené v 0,1 mm. Míra tuhosti TM – stonásobek poměru stability SM k přetvoření PM. Pevnost v prostém tlaku R – mezní napětí, při němž dojde k porušení válečkového tělesa za podmínek zkoušky. Stanovuje se při teplotě 20°C, resp. 50°C na zkušebních tělesech tvaru rovnostranného válce o průměru 50,5 mm, 71,4 mm, resp. 101,0 mm, v závislosti na maximální velikosti zrna ve směsi. Při 20°C se zkouší jak vodou nenasycené, tak i nasycené vzorky. Pevnost v tahu za ohybu - mezní napětí v tahu, zjišťované při namáhání zkušebního tělesa prostým ohybem. Zkouší se na zkušebních tělesech tvaru hranolu o rozměrech 50 x 50 x 300 mm, při teplotách +20°C, ±0°C, resp. -20°C. Pevnost v příčném tahu Rp (ITS) - největší napětí působící ve zkušebním tělese při jeho porušení příčným roztažením. Odolnost asfaltové směsi vůči působení vody ITSR – poměr pevností v příčném tahu, vypočítaný jako poměr pevností v příčném tahu vlhkých zkušebních těles a suchých zkušebních těles Dotvarování v prostém tlaku - slouží k posouzení tuhosti a odolnosti asfaltové směsi proti tvoření trvalých deformací při dlouhodobém namáhání. Podstatou zkoušky je stanovení časové závislosti svislého přetvoření zkušebního tělesa namáhaného prostým tlakem konstantní velikosti při stálé teplotě. Zkouška opakovaného pojíždění kolem - simuluje svislé účinky kanalizované dopravy (vyjíždění kolejí). Z výsledku této zkoušky Ize posoudit odolnost asfaltových směsí proti trvalým deformacím vlivem pohybujícího se kola. Marshallova zkouška - stanoví se hodnoty stability SM, přetvoření PM a míra tuhosti TM zhutněné asfaltové směsi. Při této zkoušce se zhutněné těleso stlačuje 4

konstantní rychlostí a měří se vyvozená síla a odpovídající deformace tělesa. Zkušební těleso má tyto rozměry: průměr 101,6 ± 0,1 mm, výška 63,5 ± 8 mm. K přípravě je potřeba asi 1200 až 1300 g asfaltové směsi o maximální velikosti zrna 22 mm. Přesná navážka se pro jednotlivá tělesa určí předem pokusně tak, aby výsledný vzorek měl předepsanou výšku. Zkouška se provádí na Marshallových tělesech, která jsou vytemperována na 60 ±1°C po dobu 30 – 35 minut. Zkoušené těleso se vyjme z vodní lázně a ihned se vloží mezi tlačné čelisti zkušebního přístroje a stlačuje se rychlostí 50 mm/min až do okamžiku, kdy síla začne klesat. Celá zkouška by od okamžiku vyjmutí z vodní lázně až po dosažení nejvyšší síly neměla trvat déle než 30 s.

Návrh asfaltové směsi Návrh asfaltové směsi vychází z požadavků příslušných technických norem, které předepisují druh a kvalitu stavebních materiálů, složení asfaltové směsi a její fyzikální a fyzikálně-mechanické vlastnosti. Návrh složení směsí i ověření jejich vlastností mohou být prováděny pouze odbornými laboratořemi s potřebnou způsobilostí. Obecně musí být návrh proveden s respektováním těchto zásad: při návrhu asfaltové směsi musí být vždy provedena optimalizace obsahu pojiva, pokud to druh použité směsi vyžaduje, doporučuje se optimalizovat i další složky směsi (např. složení směsi kameniva u AKM ). Stanoví se zrnitost jednotlivých frakcí kameniva a navrhne se čára zrnitosti kameniva tak, aby ležela uvnitř oboru zrnitosti předepsaného technickými normami. Výsledná čára zrnitosti se volí s ohledem na účel použití a výrobně ekonomické možnosti. Teoretické optimální množství pojiva se stanoví buď výpočtem podle konstant, nebo výpočtem podle součinitele sytosti. Vypočtené optimální množství pojiva se ověří laboratorními zkouškami. Zhotoví se pět sérií Marshallových zkušebních těles, hutněných předepsaným počtem úderů. Jednotlivé série mají obsah asfaltu odstupňovaný po 0,3 až 0,5 hmotnostních dílů na 100 hmotnostních dílů kameniva tak, aby dvě série obsahovaly méně a dvě více než přepokládané optimální množství asfaltu. Jedna série obsahuje minimálně čtyři zkušební tělesa. U jednotlivých sérií se stanoví: objemová hmotnost zhutněné asfaltové směsi, mezerovitost zhutněné asfaltové směsi, mezerovitost směsi kameniva, stupeň vyplnění mezer asfaltem, stability a přetvoření podle Marshalla a případně míra tuhosti. Výsledky laboratorních zkoušek se graficky vynesou v závislosti na obsahu pojiva. Do grafického zobrazení se vynesou i požadavky příslušné technické normy. Tyto mezní hodnoty v průsečíku s průběhem závislosti určí na vodorovné ose interval, ve kterém leží skutečné optimální množství asfaltu v asfaltové směsi. Návrh složení je nutné provést s ohledem na dohutnění směsi předpokládaným dopravním zatížením. Při návrhu složení je nutné vycházet z objemových charakteristik zhutněné směsi (např. M, Mk, Sv apod.). U směsí pro ložní a obrusné vrstvy je nutné vždy ověřit odolnost proti vzniku trvalých deformací. Při návrhu složení směsi pro ložní a obrusné vrstvy je nutné dosáhnout dobré přilnavosti asfaltu ke kamenivu, u HDK pro ložní a obrusné vrstvy je nutné provést zkoušku přilnavosti s použitým asfaltem, ta musí být nejméně "vyhovující" (ve smyslu ČSN 73 6161). Při návrhu složení směsi je nutné přihlédnout k možnému vzniku únavových i mrazových trhlin (např. volbou vhodného druhu asfaltu, mezerovitosti zhutněné směsi, ověřením v NAT, sledováním relaxačních vlastností apod.). 5

Pro výrobu vzorků byla použita směs ABH II, která byla vyrobena podle výrobního předpisu zkušební laboratoře NIEVELT-Labor Praha, spol. s r.o. Komponenty: Použité kamenivo : Filer Velké Hydčice DDK 0/2 Hirschentanz (SRN) HDK 2/5 Pechbrunn (SRN) HDK 5/8 Pechbrunn (SRN) HDK 8/11 Pechbrunn (SRN HDK 11/16 Pechbrunn (SRN) Asfaltové pojivo : 50/70 AZALT (SRN – rafinerie Brunsbüttel – fa. TOTAL)

Zkoušky asfaltové směsi Laboratorními zkouškami asfaltových hutněných směsí se bud' prokazuje, že z daných vstupních surovin můžeme vyrobit směs splňující požadavky na ni kladené, nebo se jimi kontroluje jakost a množství jednotlivých složek směsi. Do první skupiny zkoušek patři zkoušky průkazní, do druhé skupiny zkoušky kontrolní. Vlastnosti asfaltových směsí lze rozdělit na základní vlastnosti fyzikální a mechanické. Mezi první patří především objemová hmotnost, mezerovitost, nasákavost a bobtnání. Do druhé skupiny zařazujeme stabilitu, přetvoření, pevnost v příčném tahu, pevnost v tahu za ohybu a jiné. Speciální skupinu tvoří vlastnosti reologické. Jedná se o vlastnosti látek, které nejsou ani dokonale pružné, ani dokonale vazké a ani plastické, ale vyskytují se u nich jejich kombinace a jsou závislé na době zatížení a na teplotě. Zkouší se dotvarování, relaxace, modul tuhosti, komplexní modul a vlastnosti únavové.

Stanovení modulu tuhosti asfaltové směsi zkouškou opakovaným namáháním v příčném tahu pomocí přístroje NAT NAT se uplatňuje především v případech, kdy standardní metody (Marshallova zkouška) ztrácejí dostatečnou vypovídací schopnost a nedokáží kvalifikovaně zhodnotit asfaltovou směs. Asfaltové směsi používané pro konstrukční vrstvy vozovek jsou z hlediska únosnosti charakterizovány modulem tuhosti, který se mění v závislosti na teplotě a době trvání zatížení. Moduly tuhosti charakterizují reologické vlastnosti asfaltové směsi při krátkodobém zatížení. Modul tuhosti asfaltové směsi je významnou deformační charakteristikou, která se společně s hodnotou Poissonova čísla používá při navrhování konstrukčních vrstev vozovek. Modul tuhosti je definován jako poměr napětí a poměrného přetvoření a charakterizuje schopnost materiálu odolávat účinkům zatížením. S rostoucí hodnotou modulu tuhosti, roste i schopnost přenášet větší účinky zatížení. Podstata metody: hodnoty modulu tuhosti asfaltových směsí v přístroji NAT získáváme pomocí zkoušky opakovaným namáháním v příčném tahu. Jedná se o zkoušku nedestruktivní prováděnou na Marshallových tělesech nebo na vývrtech z vozovky. Přímé tlakové zatížení přenášené v rovině svislého průměru vzorku vyvozuje namáhání v příčném tahu kolmo ke směru zatížení. Při zkoušce měříme vodorovnou deformaci pomocí snímačů LDVT, které jsou pevně připevněny ke 6

zkušebnímu vzorku. Přístroje a pomůcky: zkušební zařízení Nottingham Asphalt Tester (NAT) s klimatizační komorou, zařízení a pomůcky pro výrobu vzorku. Příprava vzorku: zkouška se provádí na Marshallových tělesech. Na těleso nakreslíme nitkový kříž, protože modul tuhosti se měří ve dvou polohách tělesa, tj. otočením tělesa kolem osy rotace o 90° a tímto křížem se usnadní umístění sond zkušebního rámu. Postup zkoušky: měření modulu tuhosti probíhá při teplotách 15°C a 40°C. Zkušební vzorek, temperovaný minimálně 2 hod. na zkušební teplotu, upevníme do zkušebního rámu a začne vlastní zkouška. Velikost zatěžovací síly působící na vzorek nemůžeme ovlivnit přímo, a proto měníme jen velikost výsledné vodorovné deformace a tím snížíme nebo zvýšíme velikost působící síly potřebné na její dosažení. Maximální požadovaná horizontální deformace je 5 až 10 mikronu. Aby bylo dosaženo této vodorovné deformace, vnáší se před samotnou zkouškou 5 až 10 přípravných zatěžovacích pulsů. NAT následně vyvine zatížení potřebné k dosažení této deformace, aniž by došlo k destrukci vzorku. Výsledkem zkoušky je modul tuhosti asfaltové směsi vypočtený z průměru pěti provedených zkoušek. Vyhodnocení zkoušky: z naměřených hodnot modulu tuhosti, změřených při 15°C a 4 0 °C, lze vypočítat teplotní citlivost asfaltové směsi, což je ukazatel kvality směsi. Obecně se teplotní citlivost stanovuje poměrem modulu tuhosti naměřených při nejnižší a nejvyšší teplotě. Čím je hodnota teplotní citlivosti nižší, tím lze předpokládat lepší kvalitu směsi.

Únavové zkoušky prováděné pomocí přístroje NAT V zařízení NAT provádíme únavové zkoušky principem dynamické zkoušky příčným tahem při působení opakovaně konstantního napětí. U tohoto způsobu provádění únavové zkoušky působí na zkušební vzorek tlaková síla, která vyvolává ve vzorku tahové napětí. Toto je ze strany odborníků kritizováno. Praxe však ukázala, že tento druh provádění únavové zkoušky v zařízení NAT seřazuje materiály ve stejném pořadí jako dosavadní, mnohdy složitější způsoby únavových zkoušek. Podstata metody: na základě výsledků únavové zkoušky se usuzuje na odolnosti zkoušené asfaltové směsi proti účinkům opakovaného tahového namáhaní. Zkouškou simulujeme tahové namáhaní vyvozené v konstrukčních vrstvách vozovky pohyblivým zatížením. Podstata zkoušky spočívá v opakovaném přenášení tlakového zatížení v rovině svislého průřezu vzorku, které vyvolává opakované tahové namáhaní v příčném směru, kolmo ke směru působení zatížení. Měří se průběh vertikální deformace vzorku až do jeho porušení. Porušení se projeví vznikem trhliny ve svislém směru průřezu vzorku. Svislou deformaci vzorku měří snímač LVDT s lineárním rozsahem do 10 mm. Výrobce zařízení NAT udává u vzorků o průměru 100 mm svislou deformaci 5 mm, při které dojde k porušení vzorku. Přístroje a pomůcky: Nottingham Asphalt Tester (PC, řídící jednotka, pneumatická jednotka, zkušební rám + snímače deformace + teplotní komora jsou vidět na obrázku, zdroj tlakového vzduchu 0,7MPa), zařízení a pomůcky pro přípravu vzorku. Postup zkoušky: zkoušku provádíme na Marshallových tělesech nebo na vývrtech z vozovky o průměru 100 mm. Před vlastní zkouškou se vzorek temperuje 2 hodiny. Meření provádíme při teplotě +27°C. Únavová zkouška se provádí při několika 7

různých úrovních napětí, namáhání vzorku volíme v rozsahu 200 až 600 kPa dle typu směsi. Je-li zvoleno příliš malé namáhání, nemusí dojít k porušení vzorku. Naopak při zatížení vzorku velkým namáháním dojde k porušení vzorku již při několika zatěžovacích pulsech. Namáhání vzorku probíhá až do doby, kdy dojde k jeho porušení. Vyhodnocení zkoušky: výsledkem únavové zkoušky je průběh svislé deformace vzorku až do jeho porušení v závislosti na počtu zatěžovacích cyklů. Získané hodnoty se vyhodnocují ve Wöhlerově diagramu, který udává závislost mezi působením zatížení a životností. Tato závislost obvykle představuje v logaritmickém měřítku přímku a předpokládá se, že její sklon dobře charakterizuje únavovou životnost asfaltové směsi. Na svislou osu vynášíme v logaritmickém měřítku maximální velikost příslušného zatížení a na vodorovnou osu počet zatěžovacích cyklů potřebných k porušení zkušebního vzorku. K vytvoření Wöhlerova diagramu je zapotřebí provádět zkoušku alespoň při třech různých úrovních napětí.

Stanovení pevnosti v příčném tahu ITS (dle ČSN EN 12697-23) Podstata zkoušky: zkouška se provádí na Marshallových tělesech. Vzorek je temperován při předepsané zkušební teplotě, uložen do lisu mezi zatěžovací pásy a zatěžován podél středové osy při konstantní rychlosti zatěžování do okamžiku porušení. Pevnost v příčném tahu je maximální tahové napětí vypočítané z nejvyššího zatížení, které vedlo k porušení, a z rozměrů zkušebního tělesa. Zkušební zařízení a pomůcky: lis (schopný vyvinout minimálně 28 kN při konstantní rychlosti zatěžování 50 ±2 mm za minutu po celou dobu zkoušky). Tlačné čelisti pro zkoušení pevnosti v příčném tahu jsou vybaveny zatěžovacími pásy z kalené oceli, které mají vydutý povrch s poloměrem zakřivení odpovídající jmenovitému poloměru zkušebního tělesa (pro vzorek 100 ±3 mm šířka zatěžovacích pásů 12,7 ±0,2), měřicí zařízení se schopností stanovit zatížení s přesností ±0,2 kN, termostaticky regulovaná vzduchová komora. Temperování: zkušební tělesa se temperují při předepsané zkušební teplotě. Těleso menší než 150 mm se uloží do vzduchové komory na dobu nejméně 2 hodiny. Postup zkoušky: zkušební teplota se zvolí v rozmezí 5°C až 25°C . Temperovaná zkušební tělesa se vloží do tlačných čelistí. Zkouška se provádí v místnosti o teplotě 15°C až 25°C . Těleso se umístí na spodním zatěžovacím pásu tak, aby mohl být zatěžován jeho průměr. Zahájí se stlačování zkušebního tělesa. Zatížení působí nepřerušovaně, bez nárazů při konstantní rychlosti 50 ±2 mm za minutu, až do dosažení maximálního zatížení. Zaznamená se maximální dosažené zatížení. Pokračuje se v zatěžování dokud se zkušební těleso neporuší. Zkouška musí být dokončena 2 min poté, co bylo zkušební těleso vyndáno z místa temperance. Stanoví se pevnost v příčném tahu jako průměr výsledků získaných ne nejméně třech jednotlivých zkušebních tělesech. Pro každé těleso se vypočítá pevnost v příčném tahu ITS .

Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě ITSR (dle ČSN EN 12697-12) Podstata zkoušky: zkouška se provádí na Marshallových tělesech hutněných 2 x 25 údery. Tělesa se rozdělí do dvou skupin. Jedna skupina je udržována na 8

vzduchu při laboratorní teplotě. Druhá skupina je nasycena vodou a uložena do vodní lázně se zvýšenou teplotou. Po temperování se stanoví pevnost v příčném tahu na každé ze dvou skupin při předepsané zkušební teplotě. Stanoví se poměr pevností v příčném tahu skupiny zkušebních těles temperovaných ve vodní lázni v porovnání s pevností v příčném tahu skupiny udržované na vzduchu. Výsledek vyjádříme v procentech. Zkušební zařízení a pomůcky: zkušební lis, tlačná čelist se zatěžovacími pásy, termostaticky regulovaná vodní lázeň nebo sušárna, vakuový systém (schopný snížit tlak ve vakuové komoře na hodnotu 6,7 ±0,3 kPa za 10 ±1 min a musí uchovat požadovaný tlak po dobu 30 ±5 min), vakuová komora, sušárna (se schopností udržet teplotu 25 ±2°C ) , v á h y , m ěř í t k o . Temperování: skupina mokrých zkušebních těles se uloží do vakuové komory naplněné destilovanou vodou o teplotě 20 ±2°C do úrovně nejméně 20 mm nad horním povrchem těles, vyvolá se absolutní tlak 6,7 ±0,3 kPa během 10 ±1 min. Tlak se snižuje postupně aby nedošlo k poškození zkušebních těles rozpínajícím se vzduchem. Požadovaný tlak se udržuje po dobu 30 ±5 min. Poté se pomalu vpouští atmosférický tlak do vakuové komory. Tělesa se nechají ponořená dalších 30 ±5 min. Rozměry zkušebních těles se změří, vypočítá se objem. Zkušební tělesa, jejichž objem se zvýšil o více než 2% se vyloučí. Skupina mokrých těles se vloží do vodní lázně o teplotě 40 ±1°C na dobu 68 až 72h. Postup zkoušky: zkušební tělesa se vytemperují na zkušební teplotu 25 ±2°C. Na zkušebních tělesech se stanoví pevnost v příčném tahu na zkušebním lisu pomocí tlačných čelistí se zatěžovacími pásy. Povrch mokrých těles se před zkouškou osuší ručníkem. Zkouška v příčném tahu se musí provést do jedné minuty poté, co byla vyjmuta z temperované vodní lázně. Vypočítá se poměr průměrné pevnosti v příčném tahu skupiny mokrých těles k suchým zkušebním tělesům a přenásobí se 100, daná hodnota je v procentech.

Závěr Množství a druh asfaltového pojiva má zásadní vliv na všechny vlastnosti asfaltové směsi. Má schopnost působením teploty měnit původní tuhý nebo plastický stav až na kapalný. Tyto jeho vlastnosti mají nejvyšší aplikační hodnotu, protože za horka kapalný asfalt dokonale obalí kamenivo, dodá směsi zpracovatelnost a tvárnost, po zchladnutí se však chová jako tuhá látka, která dává směsi kameniva pevnost při zachování určité pružnosti. Je důležité vždy stanovit optimální množství asfaltového pojiva ve směsi, jelikož nižší množství asfaltového pojiva ve směsi zvyšuje mezerovitost směsi, která se stává křehčí, méně odolnější na působení okolních vlivů prostředí, jako jsou voda či mráz, což ve spojení s působením dopravního zatížení zvyšuje možnost tvorby trhlin a výtluků. Vyšší množství asfaltového pojiva ve směsi mezerovitost naopak snižuje, směs se stává plastičtější a přetvárnější a klesá odolnost proti tvorbě trvalých deformací. Závěrem lze konstatovat, že zde neplatí osvědčené rčení „čím více, tím lépe“, ale zároveň se potvrzuje, že každý kvalitní výrobek musí obsahovat dostatečné množství kvalitních komponentů. Dosažené výsledky zkoušek prezentované v této práci tuto skutečnost potvrzují.

9

Použitá literatura Gschwendt, I. a kol.: VOZOVKY – Obnova, zesilování a rekonstrukce, Bratislava, 2004, ISBN 80-8076-005-5 Kučera, A.: BITÚMENOVÉ VOZOVKY, vydavatelství ALFA, Bratislava, 1974 ČSN 73 6121 Stavba vozovek. Hutněné asfaltové vrstvy ČSN 73 6160 Zkoušení silničních živičných směsí (1988) ČSN EN 12697-12 Asfaltové směsi – Zkušební metody pro asfaltové směsi za horka – Část 12: Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě ČSN EN 12697-23 Asfaltové směsi – Zkušební metody pro asfaltové směsi za horka – Část 23: Stanovení pevnosti v příčném tahu

10

Druh směsi : ABH II - A 50/70 AZALT - ČSN 73 6121 Obsah asf. pojiva [% hm.]

Zkoušená vlastnost asf. směsi Objemová hmotnost nezhutněné asf. směsi ρ s

3,7

4,0

4,5

-3

2,881

2,868

2,832

-3

[g.cm ]

Objemová hmotnost zhutněné asf. směsi ρ vz

[g.cm ]

2,689

2,737

2,729

Mezerovitost zhutněné asf. směsi M

[% obj.]

6,7

4,6

3,6

Stabilita SM

[kN]

9,7

10,0

10,3

Přetvoření PM

[0,1 mm]

21

26

29

46

38

36

Míra tuhosti TM Pevnost v příčném tahu ITS

[MPa]

3,66

4,09

3,65

Odolnost proti asf. směsi vůči vodě ITSR

[%]

91,9

94,6

93,9

11

Přehled fyzikálně-mechanických vlastností a čáry zrnitosti asfaltové směsi Druh směsi :

Asfaltový beton hrubozrnný - ABH II Vlastnosti asfaltové směsi 3,7% asfaltu 4,0% asfaltu 3,6 3,8 2,881 2,868 2,698 2,737 6,3 4,6

4,5% asfaltu 4,4 2,832 2,729 3,7

Propady na jednotlivých sítech 3,7% asfaltu 4,0% asfaltu Propad [% hm.] Propad [% hm.] 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 97,0 95,4 73,9 68,4 57,1 54,7 40,6 39,6 31,7 31,5 22,9 22,7 16,7 16,5 12,6 12,5 9,7 9,8 9,6 8,8

4,5% asfaltu Propad [% hm.] 100,0 100,0 100,0 95,9 71,7 56,2 41,3 33,0 23,0 16,3 12,3 9,6 8,6

Vlastnost Obsah asfaltu OH nezhutněná OH zhutněná Mezerovitost

Síto [mm] 45 32 22 16 11 8 4 2 1 0,5 0,25 0,125 0,09

Návrh směsi Propad [% hm.] 100,0 100,0 100,0 96,2 69,3 55,2 42,8 32,3 21,6 15,0 11,8 9,6 8,5

Srovnání min. max. 100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

100,0

95,4

97,0

68,4

73,9

54,7

57,1

39,6

41,3

31,5

33,0

22,7

23,0

16,3

16,7

12,3

12,6

9,6

9,8

8,6

9,6

Srovnání čáry zrnitosti návrhu směsi s výsledky z výroby směsi Propad [% hm.]

100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 0,09

0,125

0,25

0,5

1

2

4

8

11

16

22

32

45

Síto [mm]

3,7%

4,0%

4,5%

12

návrh

min

max

15 ˚C 40 ˚C

NAT modul tuhosti MPa 12785 1563

Označení směsi ABH II - 3.7% síla deformace 3,61 2,7 0,68 5

15 ˚C 40 ˚C

NAT modul tuhosti MPa 11458 1372

Označení směsi ABH II - 4.0% síla deformace 3,64 3,1 0,59 5

15 ˚C 40 ˚C

NAT modul tuhosti MPa 10371 1175

Označení směsi ABH II - 4.5% síla deformace 3,65 3,4 0,5 4,95

13

ABH II kPa 250 300 350 400 450

3,70% pulsy 17828 11337 2358 1495 849

Sigma [kkPa] horizontální namáhání

Wöhlerův diagram - teplota 27 °C ABH II - 3.7% 1000

y = 1412x-0,17 R² = 0,958 100 100

1000

10000

100000

N - počet zatěžovacích cyklů

ABH II kPa 250 300 350 400 450

4,00% pulsy 10321 5330 1744 1185 618

Sigm ma [kPa] horizontální namáhán ní

Wöhlerův diagram - teplota 27 °C ABH II - 4.0% 1000

y = 1644,x-0,20 R² = 0,985 100 100

1000 10000 N - počet č t zatěžovacích těž í h cyklů klů

100000

ABH II kPa 250 300 350 400 450

4,50% pulsy 2790 2011 620 566 576

Sigma [kPa] horizontální nam máhání

Wöhlerův diagram - teplota 27 °C ABH II - 4.5% 1000

y = 2349,x-0,27 R² = 0,855 100 100

1000 N - počet zatěžovacích cyklů

14

10000

 

Laboratorní míchačka pro výrobu asfaltových směsí

15   

 

Vakuové zařízení pro odstranění vzduchu z asfaltové směsi

16   

Notthingham Asphalt Tester (NAT) pro zkoušky modulu tuhosti asfaltové směsi 17   

Notthingham Asphalt Tester (NAT) pro únavové zkoušky asfaltové směsi 18