Praktické zkušenosti s novými typy vysoce modifikovaných asfaltových pojiv

• Foto

Odvětví asfaltových technologií v současné době čelí výzvám, jakými jsou například zvyšující se dopravní zatížení a také zvyšující se nároky na životnost vozovek pozemních komunikací. Jednou z alternativ, jak těmto výzvám čelit, může být použití vysoce polymerem modifikovaných asfaltových pojiv. Pro praktické ověření vlastností asfaltové směsi s vysoce polymerem modifikovaným pojivem přímo na vozovce byl v rámci výzkumného projektu TE01020168 Centre for Effective and Sustainable Transport Infrastructure (CESTI) firmou Skanska a. s. v roce 2016 realizován referenční pokusný úsek. Realizaci referenčního pokusného úseku předcházelo laboratorní porovnání vlastností vysoce polymerem modifikovaného pojiva, konvenčního pojiva typu PmB 25/55-65 a silničního asfaltu gradace 50/70. Dále byly provedeny laboratorní zkoušky asfaltových směsí pro obrusné vrstvy ACO 11S se všemi výše uvedenými alternativami asfaltových pojiv.

Vlastní pokládka pokusného úseku obrusné vrstvy zhotovené ze směsi ACO 11S s vysoce polymerem modifikovaným asfaltovým pojivem od firmy TOTAL (PmB 25/55-75 Styrelf) byla realizována firmou Skanska a. s. v říjnu roku 2016. Tento pokusný úsek se nachází v areálu logistického centra, kde se předpokládá vysoké bodové zatížení a také působení velkých radiálních sil způsobených provozem vysokozdvižných vozíků a těžké kamionové dopravy.

Tato studie se skládá ze tří hlavních částí:

1. Laboratorní zkoušky tří druhů asfaltových pojiv (silniční asfalt gradace 50/70, konvenční PmB 25/55-65, vysoce polymerem modifikované asfaltové pojivo PmB 25/55-75).
2. Laboratorní zkoušky asfaltových směsí s různými druhy asfaltového pojiva a porovnání jejich vlastností.
3. Realizace referenčního pokusného úseku a zkoušky asfaltových vrstev.

VÝSLEDKY LABORATORNÍCH ZKOUŠEK ASFALTOVÝCH POJIV

V předmětné směsi ACO 11S, která byla použita při realizaci pokusného úseku, bylo použito vysoce polymerem modifikované asfaltové pojivo PmB 25/55-75. Pro přesnější určení vlastností asfaltového pojiva PmB 25/55-75 byla provedena řada laboratorních zkoušek. Aby bylo možné vlastnosti porovnat, byly laboratorní zkoušky provedeny také na konvenčním silničním asfaltu gradace 50/70 a na konvenčním PmB 25/55-65. Na pojivech byly provedeny standardně používané zkoušky, které byly provedeny také na pojivech zestárlých třemi různými metodami:

• Metoda krátkodobého stárnutí RTFOT [10]
• Metoda krátkodobého stárnutí RTFOT a urychlené dlouhodobé stárnutí v tlakové nádobě (PAV) [10, 11]
• Modifikovaná metoda 3× RTFOT

Viditelnými rozdíly poukazujícími na výrazně vyšší modifikaci pojiva PmB 25/55-75 ve srovnání s pojivem PmB 25/55-65 jsou výsledky vratné a silové duktility na nezestárlém pojivu. Tyto výsledky značí vyšší odolnost pojiva PmB 25/55-75 proti tvorbě únavových trhlin. Vzhledem k tomu, že se od směsi očekává převážně odolnost proti lokálním bodovým zatížením a napětím způsobeným vysokozdvižnými vozíky, lze v delším časovém horizontu očekávat také vyšší odolnost proti tvorbě trvalých deformací [1].

Tabulka 1 – Vybrané vlastnosti nezestárlých pojiv a pojiv zestárlých metodou RTFOT

Pokud se zaměříme na zkoušku stárnutí používanou dle metodiky EN pro modifikované asfalty, tedy kombinaci RTFOT + PAV, vidíme, že silniční asfalt prochází silnějším procesem stárnutí, ve srovnání s polymerem modifikovanými asfaltovými pojivy. A dále pokud bychom vycházeli pouze z tohoto srovnání, čím vyšší modifikace asfaltového
pojiva, tím nižší účinky stárnutí a finálně vyšší životnost vozovky. Tyto výsledky jsou v souladu se zatím nejdelším výzkumem stárnutí pojiv ve vozovce, provedeným v rámci studie LAVOC [19] v letech 1988 – 2007, a poukazují na jisté hranice ve stárnutí vysoce modifikovaných asfaltů, po kterých již nedochází k dalším změnám v chemickém složení asfaltů, a tudíž také k žádnému dalšímu posunu ve fyzikálních vlastnostech. Při stanovení vratných a silových duktilit u konvenčního modifikovaného asfaltového pojiva PmB 25/55-65 došlo k přetržení vzorků před dosažením požadovaných protažení, přičemž pro vysoce modifikované asfaltové pojivo PmB 25/55-75 tyto hodnoty naměřeny byly.

Tabulka 2 – Vybrané vlastnosti pojiv po stárnutí metodou RTFOT + PAV a modifikovanou metodou 3× RTFOT

Všechny výsledky tedy poukazují na vyšší odolnost asfaltu PmB 25/55-75 proti stárnutí ve srovnání se standardně modifikovaným a s nemodifikovaným asfaltem, což v kombinaci s lepšími vstupními vlastnostmi značí vyšší životnost asfaltové směsi [1].

VÝSLEDKY LABORATORNÍCH ZKOUŠEK ASFALTOVÝCH SMĚSÍ

Směs ACO 11S PmB 25/55-75, která byla použita při realizaci referenčního pokusného úseku, byla svými vlastnostmi porovnána s konvenční směsí ACO 11S 50/70 a směsí ACO 11S PmB 25/55-65. Všechny tyto směsi mají stejnou křivku zrnitosti, liší se pouze v použitém asfaltovém pojivu a teplotě, při které se směsi hutní. Směsi s modifikovaným asfaltovým pojivem vyžadují vyšší teploty hutnění, konkrétně 155 °C oproti 150 °C u směsi s konvenčním silničním asfaltem 50/70. To má za následek dosažení rozdílných hodnot objemových hmotností a následně mezerovitostí. Konkrétní hodnoty naměřené při kontrolních zkouškách jsou uvedeny v tabulce 3 [1].

Tabulka 3 – Porovnání základních vlastností a ITSR asfaltových směsí ACO 11S s různými druhy asfaltových pojiv

Parametry ITSR všech zkoušených směsí vyhovují požadavku ČSN EN 13 108-1, který je minimálně 80 %. Překvapivý výsledek nejnižší hodnoty ITSR u směsi ACO 11S PmB 25/55-75 mohl být částečně ovlivněn nepřesností výroby v obalovacím centru. Pro přesnější stanovení parametru ITSR by bylo vhodné zkoušku opakovat na směsích připravených laboratorně.

ZKOUŠKA POJÍŽDĚNÍ KOLEM [17]

Směs ACO 11S PmB 25/55-75 byla také podrobena zkoušce pojíždění kolem (odolnosti proti trvalým deformacím). Stejně tak byla této zkoušce podrobena i srovnávací směs ACO 11S 50/70 a také směs ACO 11S PmB 25/55-65.

Ze směsí byly laboratorně připraveny zkušební desky tloušťky 40 mm, které byly zhutněny na 99,0 – 100,0 %. Jako vztažná hodnota byla použita objemová hmotnost zkušebního tělesa připraveného v rámci kontrolního rozboru směsi. Teplota hutnění zkušebních těles byla 155 °C pro směsi s polymerem modifikovaným asfaltovým pojivem a 150 °C pro směs se silničním asfaltem gradace 50/70. Teplota zkoušení byla vzhledem ke zkušenostem, kdy povrchová teplota obrusných vrstev dosahuje za horkých letních dní teplot přesahujících 50 °C, provedena při teplotě 60 °C a výsledky této zkoušky jsou uvedeny na obrázcích 1 a 2 [1].

NÍZKOTEPLOTNÍ VLASTNOSTI A TVORBA TRHLIN POMOCÍ JEDNOOSÉ ZKOUŠKY TAHEM [18]

Dále byly směsi ACO 11S PmB 25/55-75 a ACO 11S PmB 25/55-65 podrobeny zkoušce nízkoteplotních vlastností a tvorbě trhlin pomocí jednoosé zkoušky tahem. Pro tuto zkoušku byla z každé směsi připravena a zkoušena 3 zkušební tělesa o rozměrech 50 × 50 × 200 mm. Výsledky zkoušek jsou shrnuty na obrázku 3 [1].

Z výsledků zkoušky nízkoteplotních vlastností asfaltových směsí ACO 11S PmB 25/55-65 a ACO 11S PmB 25/55-75 je patrné, že asfaltová směs s vysoce polymerem modifikovaným pojivem je méně náchylná na tvorbu mrazových trhlin. Obecně lze z výše uvedených laboratorních zkoušek asfaltových směsí konstatovat, že směs s vysoce polymerem modifikovaným pojivem dosahuje lepších parametrů ať už u zkoušek probíhajících za vysokých teplot, tak i u zkoušek probíhajících za teplot nízkých.

POKLÁDKA ASFALTOVÉ SMĚSI ACO 11S PMB 25/55-75

Při pokládce byla sledována především zpracovatelnost a zhutnitelnost směsi. Při strojní pokládce nebyly pozorovány žádné rozdíly proti strojní pokládce konvenční asfaltové směsi ACO 11S, ať už se silničním asfaltem gradace 50/70 nebo s konvenčním PmB 25/55-65. Znatelný rozdíl byl však při ruční pokládce v místech, kde nebyla strojní pokládka možná. Směs vykazovala již za teploty kolem 160 °C vysoký stupeň soudržnosti a byla obtížně zpracovatelná. Následně po pokládce byl proveden hutnicí pokus. Míra zhutnění asfaltové vrstvy byla kontrolována pracovníky laboratoře společnosti Skanska Asfalt s. r. o., radiosondou Troxler 4640B. Měření bylo prováděno po každém pojezdu válce a výsledky měření jsou uvedeny v tabulce č. 4 [1].

Tabulka 4 – Výsledky měření míry zhutnění radiosondou Troxler

ZÁVĚR

Cílem výše popsaného dílčího výzkumného úkolu vypracovaného v rámci výzkumného projektu CESTI bylo praktické ověření použití asfaltové směsi s asfaltovým pojivem s vyšším stupněm modifikace polymerem, než je v současné praxi silničního stavitelství v ČR běžné. Nejprve byly laboratorně stanoveny vybrané parametry vysoce polymerem modifikovaného asfaltového pojiva PmB 25/55-75, které byly následně porovnány s parametry konvenčního PmB 25/55-65 a běžného silničního asfaltu gradace 50/70. Dalším krokem pro kvantifikaci možných přínosů použití vysoce polymerem modifikovaných asfaltových pojiv v praxi bylo porovnání jejich vlastností s vlastnostmi  konvenčního polymerem modifikovaného asfaltového pojiva a běžně používaného silničního asfaltu přímo v asfaltové směsi. Finálním krokem pak byla konečná realizace vybraného referenčního pokusného úseku s použitím vysoce polymerem modifikovaného asfaltového pojiva od společnosti TOTAL ČR s. r. o. PmB 25/55-75 Styrelf.

S ohledem na výsledky laboratorních zkoušek asfaltových pojiv lze očekávat lepší vlastnosti a vyšší životnost asfaltových směsí s modifikovaným asfaltovým pojivem ve srovnání se směsí se standardním silničním asfaltem. Vysoce modifikované asfaltové pojivo PmB 25/55-75 vykazuje výrazně vyšší odolnost pojiva proti stárnutí a elasticitu, ve srovnání se „standardním“ polymerem modifikovaným asfaltovým pojivem PmB 25/55-65. Od asfaltové směsi s vyšším stupněm modifikace polymerem lze tedy očekávat vyšší odolnost proti tvorbě únavových a nízkoteplotních trhlin a vyšší odolnost proti tvorbě trvalých deformací.

Při realizaci pokusného úseku bylo prokázáno, že asfaltovou směs s vysoce modifikovaným asfaltovým pojivem PmB 25/55-75 je možné vyrábět standardním způsobem bez jakýchkoli úprav obalovacího centra. Asfaltová směs je na stavbě strojně dobře zpracovatelná, vyšší náročnost zpracování ovšem přináší při ruční pokládce. Zhutnitelnost asfaltové vrstvy je velice dobře srovnatelná se směsmi s konvenčně modifikovanými asfaltovými pojivy, což bylo prokázáno nedestruktivní zkouškou míry zhutnění radiosondou Troxler. Pokusný úsek bude nadále sledován a vyhodnocován v čase.

Tento článek byl zpracován v rámci výzkumného projektu TE01020168 Centre for Effective and Sustainable Traffic Infrastructure (CESTI), spolufinancovaného Technologickou agenturou České republiky.

Autoři

• Ing. Špaček Petr Ph.D.
• Ing. Hegr Zdeněk
• Ing. Beneš Jan