Asfaltové izolační pásy pro izolaci mostů v České republice – fyzikální a tepelně technické vlastnosti

• Foto

ÚVOD
V současné době dochází k zvyšování cen vstupních surovin pro výrobu asfaltových izolačních pásů (AIP) a zároveň je snaha o snížení nákladů na výrobky. Je tedy všeobecnou tendencí u výrobků pohybovat se na hranici deklarovaných parametrů anebo přímo pod ní. Před přibližně 2,5 rokem vstoupila v platnost výrobková norma EN 14695 [1] a prováděcí ČSN 736242:2010 [2], která v tabulce č. 4 specifikuje kvalitativní požadavky na AIP. Pro část výrobců tak bylo nutné na toto vydání zareagovat úpravou některých parametrů. Jaká je skutečnost přibližuje tento článek a především jeho závěr. Cílem je totiž ukázat, kde se pohybují hodnoty parametrů u asfaltových izolačních pásů, které se aplikují na mosty v České republice a kde se nachází jakýsi standart pro daný parametr dle této normy. 

Nejedná se tedy o porovnání, zda daný výrobce dodržuje deklarované parametry dle technického listu, ale zda jsou dodržovány požadavky normy ČSN 736242:2010 [2]. Cílem je tak nalézt jakýsi standart pro daný parametr a vlastní asfaltový izolační pás.

METODIKA A MATERIÁL
AIP, které se používají při izolaci mostů a silnic na dálnicích a silnicích I. třídy, musí být součástí izolačních systémů, které jsou schválené Ministerstvem dopravy. Přehled schválených izolačních systémů je na stránkách Ředitelství silnic a dálnic. [10]. Pro testování bylo vybráno celkem 7 AIP, které se používají pro jednovrstvé aplikace na izolaci betonových mostovek.

Následující soubor je dle rozdělení pásů v ČSN 736242:2010 [2]. Celkem 4 pásy jsou s hrubozrnným posypem a 3 pásy s jemnozrnným posypem nebo bez posypu. Ve vybraném souboru jsou 4 výrobky s hmotou plastomerického charakteru a 3 s hmotou elastomerického charakteru. Vzhledem k tomu, že ČSN 736242:2010 [2] nerozděluje požadavky na AIP dle typu asfaltové hmoty, jsou všechny výrobky v jedné skupině. Norma [2] naopak rozděluje výrobky podle tloušťky a tak jsou pásy rozděleny do dvou skupin dle povrchové úpravy, viz tabulka 1. Například ale v STN 736242:2010 [3] jsou stanoveny požadavky tloušťky bez povrchové úpravy.

Předmětem porovnání jsou čtyři zkoušky. Jedná se o zkoušky ohebnosti za nízkých teplot, odolnost proti stékání při zvýšené teplotě, rozměrová stálost při zvýšených teplotách a nasákavost vodou po 28 dnech. Hodnocena nebyla zkouška vodonepropustnost (vodotěsnost) z důvodu absence zkušebního zařízení.

Ohebnost při stanovené teplotě
Ohebnost za nízkých teplot se stanovuje dle zkušebního postupu dle ČSN EN 1109 [4]. 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.

Pro vlastní zkoušku se připraví 5 zkušebních těles pro zkoušku horního povrchu a 5 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 dle ČSN EN 1110 [5,6]. V době vydání kvalitativních požadavků [2] byla používána metodika [5], která byla vydána v roce 2000. Ke změně metodiky a vyhodnocování došlo až v roce 2011 [6], proto zde tato metodika není používána.

Pro zkoušku se používají tři zkušební tělesa 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. Doba temperance je 120 min. (obr. 4). 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 [7]. 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 h. Zkouška se provádí na 5 zkušebních tělesech o velikosti 250 × 50 mm. Zkušební tělesa byla připravena ze vzorku ve směru výroby asfaltového pásu. Vzdálenost mezi měřícími body je cca 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 %.

Nasákavost vodou po 28 dnech při 23+/–3 °C
Nasákavost se stanovuje dle zkušebního postupu dle ČSN EN 14223 [8]. Pro zjištění nasákavosti se zkušební těleso ponoří na 28 dní do vody o teplotě 23 +/–3 °C. Zjistí se hmotnost před ponořením a po jejich jejich vyjmutí z vody. Pro zkoušku se používá 5 zkušebních těles o rozměru 200 × 200 mm. Před zvážením se ze zkušebních těles musí odstranit veškerý volný posyp. Před zvážením po vyjmutí z vodní lázně se zkušební tělesa temperují po dobu 5 h při teplotě (23+/–3) °C a relativní vlhkosti (50+/–5) %.

Nasákavost asfaltových pásů se vyjadřuje jako procenta a to jako poměr rozdílu hmotnosti zkušebního tělesa po ponoření do vody – hmotnost zkušebního tělesa před ponořením do vody ku hmotnosti zkušebního tělesa před ponořením do vody. Poměr rozdílu hmotností k hmotnosti zkušebního tělesa před ponořením do vody vyjádřený v procentech je nasákavost AIP. Výsledek zkoušky je průměrnou aritmetickou hodnotou pěti jednotlivých hodnot.

VÝSLEDKY ZKOUŠEK
Ohebnost při stanovené teplotě
Požadavky normy [2] splnily pouze dva pásy, viz tabulka 1 a graf 1. Nejhorších výsledků dosáhly AIP s nosnou vložkou umístěnou ve středu pásu (–5 °C/–6 °C) a pod povrchem (–9 °C/–6 °C), viz tabulka 2. Hlavním ukazatelem je díky vložce umístěné v horní polovině ohebnost spodní vrstvy. U spodní vrstvy bylo dosaženo ohebnosti od –6 °C do –21 °C. Požadavky normy byly splněny u 3 pásů. U horní vrstvy bylo dosaženo ohebnosti od –5 °C do –19 °C. Požadavky normy byly splněny pouze u 2 pásů. U třech pásů se hodnoty dostaly na cca 50 % požadované hodnoty. Největšího rozdílu mezi ohebností spodní a horní vrstvy bylo 10 °C.

Tabulka 1 – Kvalitativní požadavky na asfaltové izolační pásy dle [2]

Odolnost proti stékání při zvýšené teplotě
Požadavky normy [2] viz tabulka 1 splnily všechny vzorky viz graf 2. Pásy dosáhly hodnot od 105 °C do +160 °C. Podle očekávání vysokých teplot dosáhly pásy plastomerického charakteru a to od 125 °C do 160 °C. Pásy modifikované elastomery dosáhly teplot 105 °C a 110 °C. 

Tabulka 2 – Umístění nosné vložky (zdroj: vlastní)

Tabulka 3 – Výhodnocení měření pro jednotlivé sledované parametry

Rozměrová stálost při zvýšených teplotách
Na tento typ zkoušky nejsou stanoveny kvalitativní požadavky normy [2]. Pásy dosáhly hodnot od –1,4 % do –3,6 % viz graf 3. Výsledky zde ovlivňuje vyztužení AIP skelnými vlákny. Pásy s nosnou vložkou z PES vyztužené skelnými vlákny dosáhly hodnot od –1,4 % do 2,7 %. Pásy s nosnou vložkou z PES dosáhly hodnot od –1,7 % do –3,6 %.

Nasákavost vodou po 28 dnech při 23+3 °C
Požadavky normy [2] viz tabulka 1 splnily všechny vzorky s výjimkou jednoho viz graf 5. Pásy dosáhly hodnot od 0,4 % do 1,6 %, viz graf 4. Hodnotu nasákavosti ovlivňuje povrchová úprava pásů a typ nosné vložky. Pásy s hrubozrnným posypem dosáhly nasákavosti 0,6 – 1,6 %. Pásy s jemnozrnným posypem 0,4 %. Pás s geotextilií na vrchní straně 1,3 %.

DISKUZE
Ohebnost při stanovené teplotě
Na výslednou hodnotu má především vliv asfaltové hmota, tloušťka asfaltového pásu a umístění nosné vložky. Ze sedmi sledovaných pásů požadavky pro horní a dolní vrstvu splnily pouze dva AIP, což je méně než polovina.

Právě umístění nosné vložky velmi kolísalo, přestože je pro tento typ pásů – izolace mostovek požadavek, aby se nosná vložka nacházela v horní třetině. Nejlépe přímo pod horním povrchem. Umístění přímo pod povrchem zhorší výsledky díky tomu, že horní vrstva je příliš malé tloušťky a nepřenese napětí, které vzniká při ohybu. Ukazatelem by tak měla být ohebnost na spodní straně. Mezi vzorky však takovýto případ nenastal. Vzorky č. 2, 3, a 14 obsahovaly hmotu, která nesplnila požadované parametry. Asfaltová hmota totiž vykázala nedostatečné parametry i u spodní vrstvy. Hodnoty u těchto pásů jsou více než nedostačující, což ukazuje na použitou asfaltovou hmotu nižší kvality. Jiným příkladem je použití hrubozrnného posypu velké frakce, který oslabuje horní asfaltovou vrstvu. Příklady jsou v tomto případě vzorky č. 14 a 17. Asfaltová hmota je zde dostatečně kvalitní, což dokazuje hodnota ohebnosti spodní vrstvy. U vzorku č. 14 je hodnota lehce pod požadovanou hodnotou.

Neobvyklé je překročení požadovaných parametrů u vzorků č. 16, 17. Tento výsledek je možné zdůvodnit tím, že tyto AIP se používají i pro mosty v Slovenské republice, kde jsou požadavky na ohebnost za nízkých teplot stanoveny na –18 °C [3].

Odolnost proti stékání při zvýšené teplotě
Na velký rozptyl ve výsledcích (od 105 do 160 °C) má především vliv asfaltové hmota, tloušťka asfaltové hmoty nad a pod vložkou, typ posypu a nosná vložka. Je nutné si uvědomit, že základní roli zde hrají smykový síly mezi nosnou vložkou a asfaltovou hmotou. Hmotnost asfaltové hmoty, typ posypu a typ včetně úpravy nosné vložky (povrch, impregnace) ovlivňují smykovou sílu na rozhraní nosné vložky a asfaltové hmoty. Obecně pásy s hrubozrnným posypem v porovnání s pásy bez posypu nebo s jemnozrnným posypem za předpokladu stejné hmoty odolávají nižším teplotám. Nejvyšších hodnot tak dosáhly pásy plastomeriského charakteru, ale s hrubozrnným posypem a geotextilií. Posyp však byl velice dobře zalisován a menší frakce. Pásy modifikované elastomery dosáhly nižších hodnoty než by se dalo očekávat (120 °C). Vyšší hodnoty dosáhl pás s jemnozrnným posypem.

Rozměrová stálost při zvýšených teplotách
Tato zkouška není součástí ČSN 736242 [2]. Není tedy na ni kladen kvalitativní požadavek. Tato zkouška (při 160 °C/1 hod.) se provádí pouze pro ochrannou vrstvu s litým asfaltem (MA). Jedná se prakticky o rozměrovou stálost po pokládce MA. Kvalitativní požadavek v [2] není stanoven, ale například v STN 736242 [3], je stanoven požadavek na 0,5 %. Naměřené hodnoty se pohybují od –1,4 % do –3,6 %, viz graf 4. Výsledky by měly korespondovat s podélným vyztužením nosné vložky (pásy č. 3, 14, 16, 17). Pásy s podélně vyztuženou nosnou vložkou by měly dosahovat nižších parametrů. Skutečně nejvyššího výsledku dosahuje pás č. 2 s nevyztuženou nosnou vložkou. U dalších třech (č. 14, 16, 17) však toto pravidlo neplatí. Rozměrová stálost je dána výrobním procesem. Je možné říci, že u dalších dvou nevyztužených pásů je při výrobě vneseno velmi malé předpětí, což ukazuje na kvalitní výrobu, naopak rozměrová stálost u vyztužených pásů pohybující se přes 2 % je relativně dost vysoká. V porovnání s pevností v tahu a tažností dosahuje velmi dobrých výsledků vzorek č. 3.

Nasákavost vodou po 28 dnech
Pásy jsou v ploše velmi málo nasákavé. O nasákavosti rozhoduje povrchová úprava a plošná hmotnost nosné vložky, která je na hraně zkušebního tělesa odkryta. Celková délka odkryté vložky má délku 0,8 m. Pásy s nosnou vložkou větší plošné hmotnosti a s hrubozrnným posypem měly dosáhnout větší nasákavosti U všech pásů bylo použito nosné vložky srovnatelné plošné hmotnosti. Rozdíl tedy bylo možno hledat v posypu.

Pásy s jemnozrnným posypem č. 14 a 16 dosáhly nejnižší nasákavosti (0,4 %). Pásy s hrubozrnným posypem pak dosáhly nasákavosti od 0,6 % až 1,6 %. Zde se projevil vliv zalisování a frakce hrubého posypu. Hrubý posyp menší frakce, který byl velmi dobře zalisován (vzorek č. 17), dosáhl nasákavosti 0,6 %. Opakem byl vzorek č. 15, který obsahoval hrubozrnný posyp větší frakce, který se velmi snáze uvolňoval (z tohoto důvodu je nutné vzorky před zkouškou kartáčovat). Tento vzorek požadavku max. nasákavosti 1,5 % nevyhověl.

ZÁVĚR
Částečný závěr pro fyzikální a tepelně technické vlastnosti
Předpoklad, že nebude dosaženo ohebnosti za nízkých teplot, se naplnil. Právě tedy pásy vykazovaly největší rozdíly. Kvalitativní požadavky ohebností za nízkých teplot dle normy tak měly splnit pásy, které ve skutečnosti vyhověly na –5 °C do –23 °C. Pás největší tloušťky dosáhl nejhoršího výsledku, ale pás, který dosáhl druhé největší tloušťky, dosáhl výsledku nejlepšího. Vzhledem k tomu, že asfaltová hmota představuje rozhodující podíl v nákladech, mohou si tyto pásy jen stěží konkurovat. Ostatní sledované parametry byly v toleranci kvalitativních požadavků, nebo tyto požadavky nebyly stanoveny.

Závěr pro AIP
Pokud spočítáme aritmetický průměr pro daný parametr z jednotlivých parametrů u každého AIP, dostaneme průměrnou hodnotu daného parametru AIP používaného v České republice na mostech. Jedná se sice o zkreslení díky tomu, že pásy mají různé hmoty, z hlediska normy [2] však pro ně platí stejné požadavky. Výsledky viz tabulka 3. V tabulce jsou zohledněny i výsledky fyzikálních a mechanických vlastností z čísla 5/2012 [12].

Výsledky nám tedy ukazují, že standart pro AIP používaný pro izolaci betonové mostovky s výjimkou ohebnosti za nízkých teplot splňuje veškeré požadované parametry [2]. Některé z parametrů jsou výrazně překročeny. Pod hranicí požadovaných parametrů je ohebnost za nízkých teplot. Právě ta je ale jedním ze základních ukazatelů a zde bylo dosaženo mezi jednotlivými pásy největších rozdílů. Aritmetický průměr dosahuje u horního povrchu 80 % požadované minimální hodnoty, u spodní strany 93,3 %. Některé pásy ale dosáhly pouze 30 % požadované hodnoty. Aritmetický průměr tak není nejvhodnějším ukazatelem.

Recenzoval:
Ing. Karel Matějů, CSc.

POUŽITÉ ZDROJE:
[1] ČSN EN 14695:2010. Hydroizolační pásy a fólie – Asfaltové pásy pro hydroizolaci betonových mostovek a ostatních pojížděných betonových ploch – Definice a charakteristiky. Praha: Ústav pro technickou normalizaci, metrologii a zkušebnictví. 2010-05-01. Třídící znak 727605.
[2] ČSN 736242:2010. Navrhování a provádění vozovek na mostech pozemních komunikací. Praha: Ústav pro technickou normalizaci, metrologii a zkušebnictví. 2010-04-01. Třídící znak 736242.
[3] STN 736242:2010. Vozovky na mostoch pozemných komunikácií. Navrhovanie a požadavky na materiály. Bratislava: Slovenský ústav technickej normalizácie. 2010-05-01. Třídící znak 736242.
[4] 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.
[5] ČSN EN 1109 :2000. Asfaltové pásy a fólie – Stanovení odolnosti proti stékání při zvýšené teplotě. 1. vyd. Praha: Český normalizační institut, 2000-09-01. Třídící znak 727634
[6] ČSN EN 1109 :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
[7] 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
[8] ČSN EN 14223 :2006 Hydroizolační pásy a fólie – Hydroizolace betonových mostovek a ostatních pojížděných betonových ploch – Stanovení nasákavosti. 1. vyd. Praha: Český normalizační institut, 2006-07-01. Třídící znak 727677.
[9] ČSN EN 14694 :2006. Hydroizolační pásy a fólie – Hydroizolace betonových mostovek a ostatních pojížděných betonových ploch – Stanovení odolnosti předem narušených pásů proti dynamickému vodnímu tlaku. 1. vyd. Praha: Český normalizační institut, 2006-01-00. Třídící znak 727676
[10] http://www.rsd.cz/doc/Technicke-predpisy/prehled-schvalenych-hydroizolacnich-systemu-mds-cr 
[11] PLACHÝ,J.; PETRÁNEK,V. Praktické zkušenosti výrobce AIP s ČSN EN 14695:2010. 22. Konference hydroizolace a vozovky na mostech. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2010. ISBN 1801-822X.
[12] PLACHÝ, J. Asfaltové izolační pásy pro izolaci mostů v České republice – fyzikální a mechanické vlastnosti. Silnice a železnice. 5/2012 str. 59–62, ISBN 978-80-87342-13-8.

Asphalt Insulation Bands for insulation of Bridges in Czech Rapublic – physical and thermal properties
The paper describes real measured valuesof thermal parameters of asphalt insulation membranes (low temperaturebending, temperaturestability, dimensional stability, water absorption), which are used for the insulation of concrete bridge decks in the Czech Republic. The paper is not a comparison, whether the product meets the declared parameters, but rather whether the requirements of the standard CSN 73 6242:2010 are met. Another aim of this paper is finding of certain kind of standard for that parameter. In conclusion, the assessment of the requirements of IEC 736242:2010 for the entire asphalt waterproof membrane.

Autoři

• Ing. Plachý Jan Ph.D.
• Ing. Petránek Vít Ph.D.
• Ing. Popp František