Analýza vybraných vlastností asfaltových pásů pro izolaci betonových mostovek ve Slovenské republice mezi lety 2013–2016 – porovnání fyzikálních, mechanických a tepelně technických vlastností

• Foto

ÚVOD

V současné době, kterou provází všeobecná snaha o snižování nákladů pro výrobu asfaltových izolačních pásů (dále v textu AP), je tendencí se v případě hotových výrobků pohybovat na hranici deklarovaných parametrů anebo přímo pod ní. Výrobková norma pro asfaltové pásy EN 14695 [1] a prováděcí STN 736242:2010 [2] v tabulce 5 specifikuje kvalitativní požadavky kladené na AP.

Cílem tohoto příspěvku je ukázat, kde se pohybují vybrané hodnoty parametrů určené pro asfaltové izolační pásy, které se aplikují na mosty ve Slovenské republice, a kde se nachází pomyslný standard pro daný parametr dle této normy a zda v posledních letech došlo ke změně a pokud ano, tak k jaké. Nejedná se tedy o porovnání, zda daný výrobce dodržuje deklarované parametry dle technického listu, ale zda jsou dodržovány požadavky normy STN 736242:2010 [2]. Cílem je tak nalézt určitý standard pro daný parametr a vlastní asfaltový izolační pás.

METODIKA A MATERIÁL

Asfaltové pasy, které se používají při izolaci mostů a silnic na dálnicích a silnicích I. třídy, jsou součástí hydroizolačních systémů. Na rozdíl od České republiky, kde jsou asfaltové pásy součástí izolační systémů pro izolaci betonových mostovek schválených Ministerstvem dopravy [5], existuje ve Slovenské republice pouze databáze používaných hydroizolačních systémů na mostech (HIS) [6]. Z bodu 6.1.2. STN 736242:2010 [2] vyplývá, že: „Izolačný systém musí mať vyhlásenie zhody s touto normou ako ucelený stavebný výrobok v zmysle zákona č. 90/1998 Z.z. v znení neskorších predpisov. Všetky materiály (stavebné výrobky) použité na izolačný systém musia mať vyhlásenie zhody.“ Dále dle bodu č. 6.1.3. citujeme: „Izolačný systém vozovky na moste se može zhotovovat len na základe technologického predpisu dodávateľa systému, schváleného objednávateľom mostného objektu.“ Z uvedeného výčtu tedy plyne, že ve Slovenské republice je provedení izolačního systému záležitostí zhotovitele a objednatele, ale v České republice vstupuje do procesu schvalování izolačního systému MD ČR. Nicméně je možné, že v blízké budoucnosti dojde ke změně.

Pro testování bylo vybráno celkem devět asfaltových pásů, které se používají pro jednovrstvé aplikace na izolaci betonových mostovek, z toho celkem osm AP s posypem a jeden AP bez posypu. Ve vybraném souboru je zahrnuto pět výrobků s hmotou plastomerického charakteru a čtyři s hmotou elastomerického charakteru. Vzhledem k tomu, že STN 736242:2010 [1] nerozděluje požadavky na AP dle typu asfaltové hmoty, jsou všechny vzorky v jedné sledované skupině. Přehled vzorků asfaltových pásů ukazuje tabulka 1.

Pro testování byly vybrány nejčastěji sledované parametry AP a to ohebnost za nízkých teplot, teplotní odolnost, rozměrová stálost, pevnost v tahu a tažnost. Kvalitativní požadavky kladené na tyto vybrané vlastnosti stanovuje prováděcí STN 736242:2010 [2], vybrané parametry jsou uvedeny v tabulce 2. Ohebnost za nízkých teplot ovlivňuje poloha nosné vložky, tepelnou odolnost typ asfaltové krycí hmoty a rozměrovou stálost s pevností a tažností pak nosná vložka. Z tohoto důvodu byly tyto charakteristiky doplněny do přehledu vzorků v tabulce 1.

Tabulka 1 – Přehled vzorků asfaltových pásů z let 2013 – 2016 (zdroj: vlastní)
Legenda: HP – hrubozrnný posyp, N – bez posypu, P – krycí hmota plastomerického charakteru, E – krycí hmota elastomerického charakteru, PES – polyesterová nosná vložka bez vyztužení, PES/PV – polyesterová nosná vložka s podélným vyztužením.

Ohebnost za nízkých teplot

Ohebnost za nízkých teplot se stanovuje dle zkušebního postupu dle ČSN EN 1109 [7]. Cílem je zjistit, při jaké teplotě se na horním a dolním povrchu zkušebního tělesa o rozměru 50 × 140 mm vytvoří trhliny při ohýbání o úhel 180°. Ohyb se provádí v mechanickém zařízení ponořeném v chladicí kapalině. Zkušební zařízení se skládá ze dvou nerotačních válců o průměru 20 mm a pohyblivého ohýbacího trnu průměru 30 mm, viz obr. 2.

Pro vlastní zkoušku se připraví pět zkušebních těles pro zkoušku horního povrchu a pět zkušebních těles pro zkoušku dolního povrchu. Zkouška je úspěšná, pokud nejméně čtyři tělesa vykazují, že na zkoušené ploše při stanovené teplotě nevznikly trhliny. Výsledek pro horní a dolní plochu se uvádí zvlášť. Na výsledek zkoušky má mimo typ asfaltové hmoty vliv poloha nosné vložky. Z tohoto důvodu bude ve výsledcích uváděna i poloha nosné vložky.

Odolnost proti stékání při zvýšené teplotě

Odolnost proti stékání při zvýšené teplotě, zkráceně stékavost, se zjišťuje dle zkušebního postupu příslušnému normě ČSN EN 1110 [8, 9]. V době vydání kvalitativních požadavků [2] byla používána metodika [8], která byla vydána v roce 2000. Ke změně metodiky a vyhodnocování došlo až v roce 2011 [9], proto zde tato metodika není aplikována.

Pro zkoušku se používají tři zkušební tělesa o rozměru 100 × 115 mm. Na okraji vzorku se oboustranně odstraní asfaltový film o šířce přibližně 15 mm až na nosnou vložku. Asfaltová hmota se rovněž oboustranně odstraní na okrajích ze středu vzorku. Vznikne tak prostor 10 × 10 mm bez asfaltové hmoty. Do středu takto vzniklé plochy se zarazí kolíky, které vytvoří otvory. Podle pravítka se v celé šířce vzorku oboustranně vyznačí vertikální čára, která spojuje tyto otvory. Poté se zkušební tělesa zavěsí do sušárny, která je temperována na příslušnou teplotu. Temperance probíhá po dobu 120 minut. Po ukončení temperování se mezi otvory vytvoří nová ryska. Vzdálenost mezi původní a novou ryskou nesmí být větší než 2 mm s přesností 0,1 mm. Na každém zkušebním tělese musí být stékavost menší nebo rovna 2 mm.

Rozměrová stálost při zvýšených teplotách

Rozměrová stálost se stanovuje dle zkušebního postupu dle ČSN EN 1107 [10]. Cílem je zjistit, k jak velkému smrštění zkušebního vzorku dojde po uvolnění vnitřního napětí při teplotě 160 °C. Vzorky jsou při této teplotě temperovány po dobu 1 hodiny. Zkouška se provádí na pěti zkušebních tělesech o velikosti 250 × 50 mm. Zkušební tělesa byla připravena ze vzorku ve směru výroby asfaltového pásu. Vzdálenost mezi měřícími body je přibližně 200 mm. Výsledná změna se měří pomocí optické nebo mechanické metody. Metoda posuvného měřítka, která zde byla použita, je založena na měření vzdálenosti posuvným měřítkem. Vzdálenost se měří mezi dvěma měřícími body před a po vystavení zkušebního tělesa tepelnému zatížení. Výsledek zkoušky je průměrnou aritmetickou hodnotou pěti jednotlivých hodnot a uvádí se s přesností 0,1 %.

Zkoušky byly prováděny dle ČSN 736242: 2010 [2], EN 12311-1[4]. Tato norma [4] stanovuje maximální hodnotu tahové síly pro vzorek pásu dosažený v průběhu zkoušky a hodnotu protažení při této síle. Odběr vzorků, příprava a zkušební postup je přesně specifikován dle EN.

Trhací stroj musí vyvinout sílu minimálně 2 000 N. Světlá vzdálenost mezi čelistmi je (200 ± 2) mm. Šířka upínacích čelistí musí být větší než 50 mm. Vzorky jsou odebrány dle příslušné normy. Testováno bylo pět zkušebních těles v podélném a pět v příčném směru. Šířka zkušebního tělesa je 50 ± 0,5 mm. Vzorek má být temperován nejméně po dobu 20 hodin při teplotě (23 ± 2) °C a relativní vlhkosti (50 ± 20) %. Zkouška se provádí při teplotě (23 ± 2) °C. Rychlost oddalování čelistí je (100 ± 10) mm/min. Při hodnocení se vypočítá aritmetický průměr z platných měření. Za neplatné se považuje měření, při kterém se zkušební těleso přetrhne ve vzdálenosti do 10 mm od čelistí nebo se vysune z čelistí o více jak 2 mm u vzorků tloušťky více jak 3 mm. Průměrná hodnota se zaokrouhlí s přesností na 5 N.

Tažnost

Zkušební postup se řídí normou EN 12311-1 [4] a odpovídá tedy zkoušce Pevnost v tahu. Průměrná hodnota se zaokrouhlí s přesností na 1 %.

VÝSLEDKY ZKOUŠEK

Ohebnost při stanovené teplotě

Požadavky normy [2] splnil pouze jeden vzorek AP a to pás s krycí hmotou modifikovanou elastomery s hrubozrnným posypem, viz graf 1. V případě spodního povrchu bylo dosaženo ohebnosti od 0 °C do –24 °C. Požadavky normy byly splněny u tří vzorků AP. V případě horního povrchu bylo dosaženo ohebnosti od 0 °C do –25 °C. Požadavky normy byly splněny pouze u dvou vzorků AP. Zajímavější jsou výsledky z hlediska asfaltové krycí hmoty. Vzorky AP s krycí hmotou modifikovanou elastomery dosáhly nejlepšího, ale i nejhoršího výsledku.

Odolnost proti stékání při zvýšené teplotě

Požadavky normy [2], viz tabulka 1, splnily všechny vzorky, viz graf 2. AP dosáhly hodnot teplot od 105 °C do 160 °C. Podle očekávání dosáhly vysokých teplot pásy plastomerického charakteru a to od 105 °C do 160 °C. Pásy modifikované elastomery dosáhly teplot od 115 °C do 125 °C.

Rozměrová stálost při zvýšených teplotách

Pro tento typ zkoušky jsou na rozdíl od norem České republiky stanoveny kvalitativní požadavky normy [2]. Pouze jediný vzorek AP splnil požadavky normy [2]. AP dosáhly hodnot od –0,1 % do –2,4 % smrštění, viz graf 3. Pásy s nosnou vložkou z PES vyztužené skelnými vlákny dosáhly hodnot smrštění od –1,3 % do –1,9 %. Pásy s nosnou vložkou z PES bez vyztužení dosáhly hodnot smrštění od –0,1 % do –2,4 %.

Pevnost v tahu

Požadavky normy [2], viz tabulka 1, splnily všechny vzorky, jak ukazuje graf 4. AP dosáhly v podélném směru hodnot pevnosti od 1 007 N/50 mm do 1 315 N/50 mm a v příčném směru 793 N/50 mm do 1 062 N/50 mm.

Tažnost

Požadavky normy [2], viz tabulka 1, splnily všechny vzorky, viz graf 5. AP dosáhly v podélném směru hodnot tažnosti od 36 % do 51 % a v příčném směru od 46 % do 56 %.

DISKUZE

Ohebnost při stanovené teplotě

Ve výsledcích měření AP byly zjištěny velké rozdíly, viz Vzorek č. D a č. I. Na výslednou hodnotu má vliv především asfaltové hmota, tloušťka AP a umístění nosné vložky. Z devíti zkoušených vzorků AP jsou požadavky [1] splněny pro horní a dolní vrstvu pouze v případě jediného vzorku AP.

Ukazatelem pro hodnocení je především ohebnost na spodní straně a to i z důvodu aplikace AP na betonových mostovkách. Hydroizolační schopnost má především krycí asfaltová hmota pod nosnou vložku. V případě horní krycí vrstvy totiž dochází ke spojení s ochrannou vrstvou izolačního systému mostovky v podobě litého asfaltu nebo asfaltobetonu. Požadavky normy [2], viz tabulka 2, byly splněny celkem pro tři vzorky AP.

Tabulka 2 – Kvalitativní požadavky na asfaltové izolační pásy dle [2] (zdroj: vlastní)

Výsledky ve skupině jednotlivých vzorků jsou velmi rozdílné. V porovnání s výsledky pro AIP testovaných v letech 2011 – 2012 [12], viz tabulka 3, lze konstatovat, že došlo ke snížení počtu vzorků, které vyhověly požadavkům normy [1] a snížila se střední hodnota. Výrazné snížení je vidět především v případě pásů s krycí hmotou na bázi elastomerů a pásů s hrubozrnným posypem. Mírné navýšení je pak možné vidět v případě pásů s krycí hmotou na bázi plastomerů a jemnozrnným posypem. Tyto údaje jsou sice informativní, ale vypovídají o celkové kvalitě používaných AP.

Tabulka 3 – Průměry měření pro jednotlivé sledované parametry (zdroj: vlastní)
Legenda: HP – hrubozrnný posyp, JP – jemnozrnný posyp (bez posypu), P – krycí hmota plastomerického charakteru, E – krycí hmota elastomerického charakteru, VŠE – výsledky bez rozdílu krycí hmoty a povrchové úpravy AP

Odolnost proti stékání při zvýšené teplotě

Na velké rozdíly v naměřených hodnotách (od 105 °C do 160 °C) má vliv hlavně typ asfaltové hmoty. Vliv na výslednou odolnost proti stékání mají dále tloušťka asfaltové hmoty nad a pod vložkou, typ posypu a nosná vložka. Z tohoto hlediska je vhodné výsledky posuzovat z hlediska typu asfaltové hmoty, přestože norma [2] stanovuje jediný požadavek bez ohledu na asfaltovou hmotu. Požadavky normy [2] splnily všechny vybrané vzorky AP. 

Vzorky AP s hmotou modifikovanou elastomery dosáhly střední hodnoty teploty 124 °C, AP s hmotou modifikovanou plastomery dosáhly střední hodnoty 141 °C. V porovnání s výsledky AP testovaných v letech 2011 – 2012 [12] je možné konstatovat, že došlo ke snížení počtu vzorků, které vyhověly požadavkům normy [2], ale snížila se
střední hodnota teploty.

Rozměrová stálost při zvýšených teplotách

Na rozdíl od výsledků získaných v České republice zde dosažené hodnoty neodpovídají tomu, zda jsou AP vyztuženy skelnou tkaninou. Výsledky tedy nejsou ovlivněny tím, zda je AP vyztužen skelnými vlákny. Jediný vzorek AP, který splnil požadavky, byl bez vyztužení. Podle výsledků měření pevnosti v tahu, viz graf 4, se ale jednalo o pás s nosnou vložkou o vysoké plošné hmotnosti a pevnosti. AP dosáhl v příčném i podélném směru pevnost o hodnotě vyšší než 1 000 N/50 mm.

Tato zkouška se provádí při teplotě 160 °C, na rozdíl od běžné rozměrové stálosti, která je při 80 °C, protože na AP je položena ochranná vrstva z litého asfaltu (MA) nebo asfaltobetonu (AC). Vzhledem k tomu, že na Slovensku je běžně jako ochranná vrstva používán AC, který při aplikaci dosahuje nižších teplot než litý asfalt, je normový požadavek je přísný. Na rozdíl od jiných konstrukcí, především střech, by na tento parametr nemusel být kladen takovýto požadavek.

Pevnost v tahu

Ve výsledcích při měření pevností AP není žádný výrazný rozdíl mezi vzorky AP, které jsou vyztužené a které nejsou vyztužené v podélném směru skleněnými vlákny. Střední hodnota pevnosti v tahu u vzorků bez rozlišení je překročena o více než 50 %.

V porovnání s výsledky z [12] (viz tabulka 3) je možné říci, že došlo ke zvýšení pevnosti v tahu jak v podélném, tak příčném směru přibližně o 20 %. Výsledky měření tedy ukazují na používání polyesterových nosných vložek s ještě vyšší plošnou hmotností, než ukládá norma [2], kde tato hodnota činí 180 g/m². V používání nosných vložek o vyšších gramážích je možné spatřit snahu výrobců o úsporu asfaltové hmoty při zachování stejné tloušťky AP.

Tažnost

Na rozdíl od pevnosti v tahu, kde se jednotlivé výsledky výrazně nelišily, tak v případě tažnosti byly rozdíly nepatrně vyšší. Požadavek [1] splnily všechny vzorky AP. Parametry jsou překročeny o 30 % (podélný směr) a o 40 % (příčný směr). Pásy vyztužené v podélném směru skelnými vlákny dosáhly nejnižších hodnot. V porovnání s výsledky z let 2011 – 2012 došlo k mírnému poklesu hodnot o necelých 5 %. Výsledky tedy opět ukazují na používání PES nosných vložek vyšších plošných hmotností, viz kapitola Pevnost v tahu.

ZÁVĚR

Z hlediska sledovaných parametrů jsou požadavky normy [2] splněny pouze v případě tepelné odolnosti a mechanických vlastností – pevnosti v tahu a tažnosti. Běžný AP používaný ve Slovenské republice pro jednovrstvou izolaci betonových mostovek nedosahuje požadovaných parametrů v případě ohebnosti za nízkých teplot a rozměrové stálosti.

Za obvyklou hodnotu a pomyslný standard je tedy pro AP bez rozdílu krycí hmoty a povrchové úpravy používané ve Slovenské republice možné považovat: ohebnost za nízkých teplot horní/dolní povrch: –12/–13 °C, tepelná odolnost: +133 °C, rozměrová stálost při vysokých teplotách: –1,5 %, pevnost v tahu podélný / příčný směr: 1 214/928 N/50 mm, tažnost pro podélný / příčný směr: 45/50 %.

V porovnání s obdobím 2011 – 2012 došlo ke zlepšení v případě pevnosti v tahu a ke zhoršení tepelně‑technických vlastností a tažnosti. Ohebnost za nízkých teplot – jeden z hlavních ukazatelů kvality AP – je ovlivněna složením asfaltové hmoty a tato problematika bude tématem dalšího dílu.

POUŽITÉ ZDROJE:
[1] STN EN 14695:2011. Hydroizolační asfaltové pásy a folie – Hydroizolační asfaltové pásy s nosnou vložkou na betonové mostovky a další betonové povrchy vystavené působení betonových mostovek a ostatních pojížděných betonových ploch vystavené působení silničních vozidel – Definice a vlastnosti. Bratislava: Slovenský ústav technické normalizace. 2011-01-01. Třídící znak 727672.
[2] STN 736242:2010. Vozovky na mostoch pozemných komunikácií. Navrhovanie a požadavky na materiály. Bratislava: Slovenský ústav technickej normalizácie. 2010-05-01. Třídící znak 736242.
[3] PLACHÝ, J. Analýza vybraných vlastností asfaltových pásů pro izolaci betonových mostovek v České republice mezi lety 2013 – 2016 – porovnání fyzikálních a tepelně technických vlastností. Silnice Železnice, Ostrava – Vítkovice: Konstrukce Media, s. r. o., 2017, roč. 12., č. 1, s. 21 – 24. ISSN 1801-822X.
[4] PLACHÝ, J. Analýza vybraných vlastností asfaltových pásů pro izolaci betonových mostovek v České republice mezi lety 2013 – 2016 – Složení asfaltových pásů. Silnice Železnice, Ostrava – Vítkovice: Konstrukce Media, s. r. o., 2017, roč. 12. roč., č. 4, s. 72 – 76. ISSN 1801-822X.
[5] http://www.pjpk.cz/izolacni-systemy-mostu/ 
[6] http://www.ssc.sk/sk/technicke-predpisy-rezortu/databazahydroizolacnych-systemov-na-mostoch.ssc 
[7] ČSN EN 1109:2000. Asfaltové pásy a fólie – Stanovení ohebnosti za nízkých teplot. 1. vyd. Praha: Český normalizační institut, 2000-09-01. Třídící znak 727633.
[8] ČSN EN 1110:2000. Asfaltové pásy a fólie – Stanovení odolnosti proti stékání při zvýšené teplotě. 1. vyd. Praha: Český normalizační institut, 2000-09-01. Třídící znak 727634
[9] ČSN EN 1110:2011. Asfaltové pásy a fólie – Stanovení odolnosti proti stékání při zvýšené teplotě. 2. vyd. Praha: Úřad pro technickou normalizaci. 2011-05-01. Třídící znak 727634
[10] ČSN EN 1107-1:2000 Hydroizolační pásy a fólie – Část 1: Asfaltové pásy pro hydroizolaci střech – stanovení rozměrové stálosti. 1. vyd. Praha: Český normalizační institut, 2000-10-01. Třídící znak 727631
[11] ČSN EN 12311-1:2000. Hydroizolační pásy a fólie – Část 1: Asfaltové pásy pro hydroizolaci střech – Stanovení tahových vlastností. Praha: Český normalizační institut, 2000-11-01. Třídící znak 727637.
[12] PLACHÝ, J. Asfaltové izolační pásy na mostech ve Slovenské republice. In Hydrlozolácie mostov a tunelov: zborník z 20. konferencie s medzinárodnou účasťou. 1. vyd. Košice: Dom techniky, 2012. s. 19 – 22, 4 s. ISBN 978-80-232-0317-2.
[13] PLACHÝ, J. Asfaltové izolační pásy na mostech ve Slovenské republice – experimentální zkoušení vybraných vlastností. In Hydroizolácie mostov a tunelov : sborník příspěvků. 1. vyd. Košice: Etela Bačenková – Dom techniky, 2013. s. 26 – 29, 4 s. ISBN 978-80-232-0322-6.

The Analysis of Selected Characteristics of Asphalt Sheets for Insulation of Concrete Bridge Decks in the Slovak Republic in 2013 – 2016 – A Comparison of Physical, Mechanical and Thermal Properties
This article analyses the real values of the selected thermal technical parameters (stability at high temperatures, flexibility at low temperatures, dimensional stability, tensile strength and ductility) of the asphalt sheets under the standard EN 14695 [1], used for insulating the concrete bridge decks in the Slovak Republic in 2011 – 2016. It is not a comparison in terms of compliance with the parameters declared by a producer, but in terms of compliance with the standards of STN 73 6242:2010 [2], i.e. the determination of a “certain” standard of an asphalt sheet parameter. Thus, this work directly follows up the articles issued in 2012 – 2016 that addressed the topic of the asphalt sheets in the Czech Republic, see [3] and [4].

Autor

• Ing. Plachý Jan Ph.D.