speciální příloha Asfaltové vozovky

Transkript

1 speciální příloha Asfaltové vozovky

2 Konference Asfaltové vozovky 2017 Konference Asfaltové vozovky 2017, která se koná pravidelně ve dvouletém cyklu, se uskutečnila ve dnech 28. a již po dvanácté v Českých Budějovicích. Akci pořádali společně Sdružení pro výstavbu silnic a Česká silniční společnost, sekce Asfaltové vozovky. Organizaci zajistila společnost PRAGOPROJEKT, a. s., oddělení publikačních a školicích činností. Účast na konferenci byla rekordní, zúčastnilo se přes 550 odborníků. Zahájení konference se zúčastnili: Ing. Petr Mondschein, předseda České silniční společnosti; Ing. Petr Čížek, předseda Sdružení pro výstavu silnic; Ing. Jiří Hlavatý, Ph.D., ředitel úseku kontroly kvality staveb ŘSD ČR; Ing. Milan Dont, Ph.D., ředitel odboru příspěvků SFDI; Egbert Beuving, tajemník EAPA; Ing. Petr Svoboda, jednatel Sdružení pro výstavbu silnic. Jsme rádi, že můžeme konstatovat zvýšený zájem investorských organizací, zástupců ŘSD ČR a krajských správ, z nichž se prezentovalo 57 účastníků. Přítomno bylo 45 projektantů a konzultantů, přes 80 výrobců materiálů a dodavatelů vybavení, strojů a zařízení, 90 odborníků z laboratoří, akademická sféra byla zastoupena 17 osobami, zúčastnili se také zástupci výzkumných ústavů, sdružení a média, přes 220 osob byli pracovníci ze stavebních firem. Konference se zúčastnilo 58 odborníků ze zahraničí, převážně ze Slovenské republiky, dále z Ruska, Polska, Turecka, Holandska, Francie, Rakouska, Německa, Velká Británie, Litvy, Maďarska. Firmy se prezentovaly v maximální výši. Bylo obsazeno 24 stánků, výstava probíhala také ve druhém patře KD Metropol i před ním a byly využity i další formy prezentace. Účastníkům byly předány prospekty s materiály konference. Sborník konference byl publikován na flash disku s doprovodnou tiskovou brožurou. Témata pro AV 17 zůstala na základě pozitivních ohlasů z roku 2015 obdobná. Hlavní tematické okruhy byly zaměřeny na moderní trendy v materiálech a konstrukcích, navrhování vozovek, zkoušení a výkonové hodnocení materiálů a konstrukcí vozovek, na problematiku evropských norem a technických předpisů v oblasti asfaltových vozovek a na udržitelné, bezpečné a chytré asfaltové vozovky. Dopad příspěvků zhodnotil ve svém závěrečném shrnutí předseda České silniční společnosti Ing. Petr Mondschein, Ph.D. Zaměřil se na 6 oblastí, kterých se příspěvky nejvíce dotýkaly. VĚČNÉ VOZOVKY Trendem posledních let v problematice asfaltových vozovek je realizace alternativních konstrukcí vozovek, které budou svou životností a trvanlivostí konkurenceschopné cementobetonovým krytům. Pojem věčné vozovky není již jen z oblasti sci-fi. Výzkumné organizace, univerzitní pracoviště, ale i zhotovitelská sféra nejen hledají, ale už i realizují první projekty asfaltových konstrukcí s předpokládanou životností 50 let a více. Od teorie, která byla v mnoha článcích prezentována na AV 2015, kde byly rozebírány zejména únavové charakteristiky asfaltových směsí, které by bylo možné používat v podkladních vrstvách konstrukcí vozovek, případně asfaltová pojiva typu Hi- MA, která právě mají vynikající únavové vlastnosti, přešli autoři článků na AV 2017 k seznámení čtenářů s konstrukčními variantami řešení. Z předložených příspěvků vyplývá, že preferovaným principem řešení konstrukce vozovky je použití velmi tuhé a také relativně tlusté konstrukční ložné vrstvy, která leží na podkladní vrstvě s vylepšenými únavovými charakteristikami. Není nutné materiál, který odolává vzniku únavové trhliny, příliš předimenzovávat. Při ekonomické analýze přínosu těchto trvanlivých materiálů v podkladních vrstvách a investičních nákladů se ukázalo, že zvětšování tloušťky podkladních vrstev nemá ekonomický efekt. Základem věčných vozovek je správná realizace všech konstrukčních vrstev, dodržení kvality provedení, zajištění správnosti technologických postupů a volba materiálů. ASFALTOVÁ POJIVA Asfaltovou směs je možné považovat za kompozitní materiál. Využívá silné stránky obou používaných materiálů. Není možné zakrývat, že máme v poslední době problémy s kvalitou, trvanlivostí a živostností asfaltových směsí či vrstev. Nelze opomenout navýšení zatížení intenzity nákladní dopravy a také přetěžování vozidel, změnu klimatu. Ale přes tyto aspekty je chování asfaltových směsí alarmující. Přes nedodržovanou kvalitu produkovaného kameniva (množství jemných částic, tvarový index, zrnitost) má stěžejní vliv na chování asfaltové směsi kvalita a volba asfaltového pojiva. Z těchto důvodů se výrobci asfaltového pojiva a jejich partneři snaží stabilizovat kvalitu pojiva, vylepšit jejich funkční chování. Modifikace SBS je dostatečně známá. Asfaltová pojiva typu HiMA se realizují vysokým poměrem přidávaného polymeru. Nízkým přídavkem SBS do asfaltového pojiva nedochází k výraznému ovlivnění vlastností asfaltového pojiva, přidáním kyseliny polyfosforečné lze ovlivnit chování pojiva za vyšších teplot. Dalším trendem modifikace asfaltového pojiva je ovlivnění zpracovatelnosti asfaltové směsi a snížení energetické náročnosti výroby a pokládky asfaltové směsi. Nízkoteplotní/nízkoviskózní pojiva jsou dostatečně známá, ale jejich realizace není stále preferována. Nelze opomenout ani tradiční modifikaci asfaltového pojiva pryžovým granulátem, která je stále rozvíjena a je jednou z možností využití silničního stavitelství jako oblasti ochrany životního prostředí. STÁRNUTÍ S problematikou asfaltových pojiv úzce souvisí změna jejich vlastností v čase, tedy tzv. proces stárnutí asfaltového pojiva, který zcela zásadně ovlivňuje chování asfaltové směsi v čase, ale také její životnost a trvanlivost. Postupy stárnutí asfaltových pojiv jsou jasně definovány a dá se říci unifikovány a přejímány odbornou veřejností. Pro procesy stárnutí asfaltových pojiv existují zkušební zařízení, zkušební postupy, normované postupy. Podobná situace ještě zcela nenastala u stárnutí koncového produktu, tj. asfaltové směsi. Existují definované postupy, těch je však více a zatím nedošlo u odborné veřejnosti k jasné shodě, které postupy budou preferovány a dále rozvíjeny. Při výrobě asfaltových směsí se využívá celá řada přísad a modifikací, které pozitivně ovlivňují chování nově vyrobené směsi. Ve svých znalostech však musíme mířit dál a je zcela nutné znát chování asfaltové směsi v blízké, ale i vzdálenější budoucnosti. Musíme být schopni ověřit chování asfaltového pojiva a asfaltové směsi v čase a dostatečně dopředu tak předcházet vzniku poruch na vozovkách. 2 SILNICE ŽELEZNICE 1/2018

3 RECYKLACE Značná část příspěvků byla věnována problematice recyklace konstrukčních vrstev vozovky. Ve sborníku konference jsou prezentovány jak možnosti technologie recyklace za horka na obalovně, tak i technologie recyklace za studena na místě, která je v České republice stále populární a hojně využívaná. Hlavním tématem recyklace asfaltového R-materiálu na obalovně za horka je zvyšování přidávaného množství recyklátu do nových asfaltových směsí se zachováním standardních vlastností. Pro eliminaci negativního vlivu zestárlého pojiva ve směsi je nutné jeho oživení, nastartování pružných vlastností, zlepšení přilnavosti atd. Autoři se v tomto ročníku věnovali pouze cestě použití rejuvenátorů. Je škoda, že žádný z příspěvků nevyužil možnosti přidávání měkkých asfaltových pojiv, které již historicky byly aplikovány i v České republice a stále se využívají. Z prezentovaných výsledků je zcela zřejmé, že při dodržování známých principů je možné přidávat do asfaltových směsí značné množství R-materiálu, aniž by bylo negativně ovlivněno chování asfaltových směsí. HLUK Ve sborníku se objevily pouhé dva příspěvky, které se věnují problematice měření hluku nebo protihlukových asfaltových koberců. Nízkohlučné asfaltové směsi jsou stále populárnější u investorů, kteří touto cestou řeší problém s hlukem vznikajícím na kontaktu pneumatika-obrusná vrstva. Je nutné neustále opakovat, že tyto směsi jsou schopné snižovat hluk jen za určitých rychlostních podmínek a skladby dopravního proudu. Je nutné se o ně starat, čistit je a je také nutné počítat s většími nároky na zimní údržbu a uvědomit si, že tyto asfaltové směsi mají oproti klasickým úpravám určeným pro obrusné vrstvy kratší životnost. Také je nutné si připomenout, že podstatou snížení valivého hluku je rovnost povrchu, zrnitost asfaltové směsi a obzvláště její mezerovitost. V tomto roce se podařilo dokončit TP 259 Asfaltové směsi pro obrusné vrstvy se sníženou hlučností, které se podařilo schválit až koncem roku NORMY A PŘEDPISY Ve sborníku AV 17 byly věnovány příspěvky normám z oblasti kameniva, polymerem modifikovaným asfaltům, kationaktivním asfaltovým emulzím a asfaltovým směsím. V celé oblasti laboratorního zkoušení nastavený trend zavádění funkčních zkoušek je stále rozvíjen. V celé Evropě se provádí srovnávací měření, sledují parametry, a to z důvodů, aby bylo možné definovat požadavky pro jednotlivé výrobky. Není nic horšího než zkušební postup, u kterého nejsou definovány požadavky na výrobky a ani pořádná interpretace výsledků. V oblasti asfaltových směsí to jsou například zkouška pevnosti v příčném tahu nebo odolnost asfaltové směsi vůči šíření trhliny na půlválcovém tělese. Určitě by se našly i další příklady nejen z oblasti asfaltových směsí. Příkladem reakce na získané zkušenosti s chováním materiálů je změna norem asfaltových směsí řady ČSN EN 13108, která probíhá a reflektuje poznatky z chování asfaltových směsí od roku 2008, kdy byla schválena první verze evropských norem. Obdobný proces probíhá i například v oblasti kameniva, kde dochází také k revizi důležité normy pro výrobu asfaltových směsí ČSN EN VÝSTUP Z AV 17 Prezentace všech přednášejících, fotogalerie, rozhovor s organizátory a videozáznamy z vystoupení hostů v úvodní slavnostní části konference jsou k dispozici na na stránkách a facebooku Sdružení. Konference ASFALTOVÉ VOZOVKY je významným setkáním odborné sféry. Máme proto snahu, aby poznatky a zkušenosti přednesené v rámci akce nezůstaly bez odezvy v praktické realizaci. Proto pořadatelé konference (Sdružení pro výstavbu silnic a Česká silniční společnost) po ukončení konference ASFALTOVÉ VOZOVKY 2015 stejně jako v letech 2013 a 2011 formulovali závěrečné prohlášení. Prohlášení bylo pojato jako soubor problematik, které je nutné řešit v následujícím období, aby byla zefektivněna činnost v oblasti přípravy staveb, výstavby a následné údržby pozemních komunikací. Soubor problémů se bohužel nepodařilo v období nikterak zmenšit, v řadě oblastí týkajících se technické politiky se situace ještě zhoršila, období mezi roky 2013 a 2015 jsme hodnotili podstatně příznivěji. Důvodem je především fakt, že se postupně podařilo navázat lepší spolupráci zainteresovaných partnerů. Jak je vidět z následujícího grafu, rok 2015 znamenal ve výrobě asfaltových směsí výjimku způsobenou několika faktory. Rok 2015 byl posledním rokem, kdy bylo možné využít evropské dotace z OPD I a kdy 3

4 byl také poskytnut nejvyšší příspěvek krajům na silnice II. a III. třídy. Výroba roku 2016 se opět vrátila do původních kolejí, v roce 2017 byl opět zaznamenán nárůst výroby. Odbornou veřejnost asi není potřeba přesvědčovat, že výroba asfaltových směsí souvisí přímo s veřejnými rozpočty a samozřejmě tím pádem i s tím nejvýznamnějším, rozpočtem SFDI tis. t 600 Porovnání výroby AS po měs. v letech Vývoj výroby AS v letech měsíce tis. t Výroba AS v roce 2015 Výroba AS v roce 2016 Výroba AS v roce Největší český veřejný investor v oblasti pozemních komunikací ŘSD ČR bohužel nastolil trend (zřejmě pod tlakem různých kontrolních a ochranných úřadů), kdy se rozhodl snížit kvalifikaci uchazečů a tendry na novostavby rozhodovat nadále podle kritérií 90 % nejnižší cena a 10 % výše záruky. Kombinace nízké kvalifikace a hodnocení na nejnižší cenu nám dává výslednou cenu, která je až na úrovni 60 % předpokládané ceny. Představa, že investorovi zajistí kvalitu zvýšená záruka, je naprosto mylná. Zvláště tehdy, když je uplatňována takovým způsobem, že je nabízena možnost poskytnout záruky vyšší, než je životnost provedené technologie. Ocenění takové stavby končí většinou závěrem, že to za 10 let nějak dopadne. Myslím, že velice nebezpečné je, že tento názor začínají stále ve větší míře zastávat i renomované firmy. Státní fond dopravní infrastruktury začal pracovat na metodice, která by měla investorům předložit návod, jak správně nastavit kvalifikaci, a také to, jaká kritéria použít k hodnocení nabídek. Inspiraci není třeba hledat daleko kromě Velké Británie nebo Nizozemska začali na tvorbě dokumentu, který by měl určit technicky a ekonomicky nejlepší nabídku, pracovat i v sousedním Rakousku. Jako hodnoticí kritéria jsou navržena následující: míra omezení dopravy během výstavby, míra omezení výstavby o víkendech, zlepšení kvality (transport asfaltových směsí nákladními automobily s tepelně izolovanými korbami, použití homogenizátorů, použití kompaktních finišerů pro pokládku dvou vrstev apod.), zajištění bezpečnosti v pracovních zónách, náklady životního cyklu, kvalita rozhodujícího personálu, míra omezení dopadů na životní prostředí, rozsah dopadů na okolí omezením denní doby výstavby, znovupoužití materiálů přímo ze stavby, nabídka alternativního řešení a jiné. Doufejme, že v oblasti zadávání dopravních staveb proběhne stejně konstruktivní diskuze, jaká probíhala mezi Sdružením pro výstavbu silnic a investorskými organizacemi při připomínkování návrhů obchodních podmínek a navazujících dokumentů. Jak se daří využívat stavební sezonu, ukazuje následující graf s výrobou asfaltových směsí, přičemž v letech 2015, 2016 i 2017 se neopakovala situace z roku 2013, kdy byla situace nejhorší od roku 2006, kdy tuto statistiku sledujeme. Rok 2014 naznačil příznivý obrat v negativním trendu, který snad bude pokračovat i v následujícím období. V roce 2015 se celková výroba i její rozložení posunulo do stavu, který se blíží potřebě, v roce 2016 se snížil celkový objem vyrobených asfaltových směsí, bohužel v měsících, které jsou vhodnější pro stavbu a opravy asfaltových vozovek, než jsou měsíce listopad a prosinec. V roce 2017 jsme zaznamenali celkový nárůst objemu, výroba v listopadu a také v prosinci je však enormní. rok V prohlášení účastníků AV 2015 jsme rovněž upozornili, jak velký problém může způsobit rovněž tzv. Coherent stamp definovaný v zákoně č. 39/2015 Sb., kterým se mění zákon č. 100/2001 Sb., o posuzování vlivů na životní prostředí neboli verifikační závazné stanovisko vydané jako podklad pro každé navazující rozhodnutí za účelem, zda podoba záměru schvalovaná v navazujícím řízení odpovídá podobě záměru, k níž bylo vydáno stanovisko EIA. Dalších mnoho měsíců trvalo, než jsme společně s dalšími organizacemi přesvědčili Vládu ČR a poslance, aby byla situace řešena. Opět se projevilo, jak málo je v Poslanecké sněmovně poslanců, kteří dokáží pochopit dopad této situace. Naprosto tristní situace v technické politice státu koncem roku 2013 se od počátku roku 2014 zlepšuje. ŘSD ČR, které převzalo od MD většinu činností spojených s agendou spojenou se správou Systému jakosti pozemních komunikací, začalo přistupovat k problematice zodpovědněji. Byly obnoveny pravidelné činnosti spojené s udržování předpisů SJ PK v aktuální podobě, byl vytvořen Statut technických redakčních rad, ve kterém je popsáno, jakým způsobem jsou všechny předpisy projednávány a určuje paritní zastoupení zástupců veřejných investorských organizací, zhotovitelů a nezávislé odborné či akademické sféry. Je potřeba, aby MD nadále řídilo celý SJ PK, předpisy a pravidla uplatňovaná v rámci systému by měla být platná pro celou silniční síť, nejenom pro dálnice, rychlostní komunikace a silnice I. třídy ve správě ŘSD ČR. SFDI několik let pravidelně vyčleňovalo v posledních letech vždy nejméně 70 mil. Kč ročně na aplikace nových technologií na dopravní síti financované z rozpočtu SFDI. Žádost o finanční prostředky mohli podávat pouze veřejní vlastníci dopravní infrastruktury. V rozpočtu pro rok 2018 bohužel tento příspěvkový program chybí. Je pravda, že se za několik let podařilo vyzkoušet mnoho technologií, nastavení podmínek ovšem neumožňovalo, aby mohly příspěvek získat firmy přímo. Motivovány byly tak především jednotlivé kraje, které ovšem předkládaly často projekty na technologie, které již byly realizovány či dříve ověřeny, Samozřejmě, že není potřeba mít speciální příspěvkový program na zavádění nových technologií, pokud mají o uplatňování novinek, které vedou k efektivnějšímu využívání finančních zdrojů, zájem investorské organizace. Příspěvkový program SFDI ale znamenal významný impulz, který budeme určitě postrádat. Z výše uvedeného stručného výčtu je zřejmé, že se rozhodně nedaří uspokojivě řešit všechny problémy, které byly identifikovány. Přesto v některých oblastech trvá směřování k lepšímu, především u největší investorské organizace (ŘSD ČR). Věříme, že program konference (včetně doprovodných prezentací i společenských setkání) obohatil všechny účastníky. Ing. Petr Svoboda jednatel, Sdružení pro výstavbu silnic předseda přípravného výboru konference Ing. Petr Mondschein, Ph.D. předseda ČSS 4 SILNICE ŽELEZNICE 1/2018

5 Ověření konstrukce pražcového podloží s využitím asfaltové směsi se 70 % R-materiálu Příspěvek se zabývá alternativním uplatněním R-materiálu vzniklého z konstrukčních vrstev asfaltového betonu. Je uveden popis a možnosti aplikace R-materiálu v železničním stavitelství, jsou shrnuty výhody a nevýhody jeho aplikace v této oblasti. Na základě laboratorního modelu pražcového podloží s aplikací R-materiálu ve zkušebním boxu došlo následně k jeho aplikaci v konstrukci železniční tratě. Předpokládaným přínosem aplikace R-materiálu je rehabilitace daného úseku, který je charakteristický dlouhodobými problémy s udržením geometrických parametrů koleje a nepříznivým vodním režimem v podloží, při kterém je zemní těleso ohroženo účinky mrazu. Ve zvolených měřicích profilech zkušebního úseku jsou metodou jádrových vývrtů průběžně odebírány vzorky R-materiálu, na kterých jsou stanoveny deformační charakteristiky. Tyto výsledky jsou doplněny o charakteristiky asfaltové směsi se 70 % R-materiálu odebrané v rámci realizace zkušebního úseku, a umožňují tak v příspěvku komplexně shrnout přínosy dané realizace. Od roku 2000 je na Katedře železničních staveb Fakulty stavební ČVUT v Praze průběžně řešeno v rámci různých výzkumných aktivit téma Využití alternativních materiálů v konstrukci pražcového podloží. Příkladem řešení mohou být práce věnované popílkovému stabilizátu [1], betonovému recyklátu [2, 3], drceným automobilovým pneumatikám [4] a recyklovaným asfaltovým směsím [5, 6]. Použití asfaltových směsí v konstrukci pražcového podloží bylo v podmínkách tehdejších ČSD sledováno již v 60. a 70. letech 20. století. S ohledem na vysoké počáteční náklady a technologickou komplikovanost však u nás toto řešení dosud není běžné a používá se pouze ve speciálních případech. Technologickým vývojem v oblasti silničního stavitelství dnes lze standardně vyrobit mimo běžné asfaltové směsi i směsi obsahující vyšší podíl R-materiálu. To se v současnosti postupně stává běžnou a zavedenou technologií. Pro konstrukční aplikace v železničním stavitelství tento přístup představuje zajímavou alternativu k tradičním technickým řešením. R-materiál je asfaltová směs znovuzískaná odfrézováním asfaltových vrstev nebo drcením ker vybouraných asfaltových vozovek nebo velkých kusů asfaltové směsi z neshodné nebo nadbytečné výroby, která byla přetříděna a předrcena na požadovanou frakci. Tento materiál je přesně specifikován normou ČSN EN Složení R materiálu musí tvořit více jak 95 % asfaltových materiálů s maximálním obsahem 5 % hmotnostních ostatních recyklovaných materiálů, jakými jsou: beton, betonové výrobky, malta, betonové zdící prvky, jíl a další přilnavé nečistoty, kovy, neplovoucí dřevo, stavební plasty a pryž, sádrová omítka a další. R materiál patří do skupiny recyklovaných stavebních materiálů (RSM) obsahujících asfaltové směsi. Do této skupiny dále patří recyklát z vozovek a recyklát asfaltový (nově dle EN :2016 pouze jako znovuzískaná asfaltová směs). POTENCIÁL VYUŽITÍ R-MATERIÁLU V KONSTRUKČNÍCH VRSTVÁCH PRAŽCOVÉHO PODLOŽÍ Možnost využití asfaltových směsí v konstrukčních vrstvách pražcového podloží byla historicky motivována především snahou zvýšit jeho deformační odolnost a zlepšit ochranu zemní pláně před účinky mrazu a vody. Konstrukční vrstvy vyrobené z asfaltových směsí se vyznačují vyšší mechanickou odolností, včetně schopnosti přenášet tahová napětí. V důsledku nižší tepelné vodivosti asfaltových směsí, ve srovnání s (běžně používaným) drceným kamenivem, je při jejich použití zemní pláň lépe chráněna před účinky mrazu. Současně může konstrukční vrstva z asfaltových směsí významným způsobem omezit pronikání srážkové vody na zemní pláň a zabránit vzlínání vody a jemnozrnného materiálu zemní pláně do kolejového lože. Základní nevýhodou aplikace asfaltových směsí do konstrukce pražcového podloží v ČR je jejich cena, která je ve srovnání s drceným kamenivem (štěrkodrť frakce 0/32) přibližně 6 vyšší. Další významnou nevýhodou je závislost kvality konstrukčních vrstev z asfaltových směsí na teplotě při jejich pokládce. Drcené kamenivo lze zpracovávat prakticky bez teplotního omezení s výjimkou zákazu zpracovávat zmrzlé drcené kamenivo. První možností, jak snížit cenu konstrukční vrstvy vyrobené z asfaltové směsi, je při její výrobě maximálně využít na potřebnou teplotu ohřátý recyklovaný tříděný materiál označovaný jako R materiál. Druhou možností je při pokládce konstrukční vrstvy použít pouze základní stavební techniku typu: zemní válec, grejdr, nákladní automobil, rypadlo. Z hlediska dosažení lepší efektivity pokládky a zejména co nejlepší homogenity zhutnění a stejné rovinatosti, se nicméně doporučuje používat standardní finišery. Od roku 2011 je na Katedře železničních staveb Fakulty stavební ČVUT v Praze systematicky realizován výzkum možnosti aplikace asfaltových směsí obsahujících 100 % R-materiálu ohřátého na teplotu 80 C až 120 C bez aplikace dalších příměsí či pojiv do konstrukční vrstvy pražcového podloží [5]. Pro takovou aplikaci nejsou v oboru železničního ani silničního stavitelství v ČR stanoveny postupy, normy a předpisy. V letech 2011 až 2014 byly postaveny v měřítku 1 : 1 dva malé laboratorní modely o rozměrech ( mm) a tři velké laboratorní modely o rozměrech ( mm) konstrukce pražcového podloží s vrstvou z asfaltové směsi obsahující 100 % R materiálu. ZKUŠEBNÍ ÚSEK S RECYKLOVANÝM ASFALTOVÝM BETONEM Realizovaný zkušební úsek o délce přibližně 80 m se nachází na celostátní železniční trati Plzeň České Budějovice v katastrálním území obce Šťáhlavy v Plzeňském kraji v nadmořské výšce 360 m. n. m. Jedná se o jednokolejnou elektrifikovanou trať s dovolenou traťovou třídou zatížení D3, která je definována přípustným zatížením na nápravu 22,5 t, resp. 7,2 t/m. Zkušební úsek začíná v km 326,095 a končí v km 326,169 a zahrnuje také železniční přejezd v km 336,111. Poloha zkušebního úseku byla vybrána z důvodu dlouhodobých problémů s udržením geometrických parametrů jízdní dráhy způsobených jak namáháním železničního přejezdu silniční dopravou, tak navíc i nepříznivým vodním režimem. Problémy s geometrickými parametry koleje vyústily v nepří- Tabulka 1 Požadavky na konstrukční vrstvu z asfaltové směsi s obsahem 100 % R materiálu Kvalitativní ukazatel Parametry směsi Zkušební metoda Zrnitost kameniva 0/16 až 0/22 mm ČSN EN a ČSN EN Obsah rozpustného pojiva S 4 až 7 % ČSN EN Mezerovitost V m max. 15 % ČSN EN Pevnost v prostém tlaku R c min. 2,5 MPa ČSN EN Odolnost proti mrazu a vodě R cxx min. 85 % R c SŽDC S4, příloha 6 a ČSN EN

6 Obr. 1 Podélný řez s typickou skladbou konstrukce železniční trati a skladbou s aplikací R materiálu s naznačením způsobu odběru zkušebních vývrtů pustné hodnoty zborcení koleje v místě železničního přejezdu a správcem trati byla naplánována komplexní rekonstrukce přejezdu a přilehlých úseků trati. Zkušební úsek je vyjma železničního přejezdu situován v mělkém zářezu s hloubkou do 1,5 m. Železniční svršek je v tomto úseku tvořen betonovými pražci SB8, tuhým upevněním typu K a kolejnicemi tvaru 49 E1. Původní projekt rekonstrukce pražcového podloží v daném úseku předpokládal vložení typické konstrukční vrstvy ze štěrkodrti o tloušťce 250 mm. Tento návrh byl ze strany ČVUT v Praze po konzultaci s investorem v místech zkušebního úseku upraven tak, že část tloušťky vrstvy štěrkodrtě byla nahrazena vrstvou z R materiálu zpracovaného za tepla, resp. asfaltovou směsí ACP s podílem R-materiálu ve výši 70 %, viz obrázek 1. Asfaltová směs s vysokým podílem R materiálu byla dovezena nákladními automobily, ze kterých byla odebírána za použití dvoucestného bagru MHS.2. Rozhrnování asfaltové směsi s R-materiálem z osy koleje po šířce a jeho výšková úprava byla provedena pomocí grejdru HBM BG 110. Asfaltová směs byla hutněna se střední vibrací pomocí zemního tahačového válce AMMANN ASC 90 o hmotnosti 9 t. Na vrstvu asfaltového betonu byla po vychladnutí zřízena vrstva kolejového lože a položen kolejový rošt. Konstrukční vrstva asfaltového betonu byla vyrobena ze směsi označené dle ČSN EN jako ACP 22+ se silničním asfaltem 50/70. Tato asfaltová směs obsahovala 70 %-hm. tříděného R-materiálu frakce 0/22 mm. Teplota směsi při nakládce byla 140 C a při zpracování na stavbě teplota klesla na rozpětí mezi 100 C až 120 C. Vyššího obsahu podílu R-materiálu ve směsi nebylo možné z technologických a přepravních důvodů dosáhnout. Po cca 4 hodinách od pokládky konstrukční vrstvy z asfaltové směsi s vysokým obsahem R materiálu byly provedeny odběry zkušebních vzorků (jádrových vývrtů). Na zkušebních tělesech byla Katedrou železničních staveb Fakultou stavební ČVUT v Praze později laboratorně stanovena pevnost v prostém tlaku, a to s ohledem k standardním požadavkům u vrstev železničního spodku. LABORATORNÍ ZKOUŠKA PEVNOSTI V PROSTÉM TLAKU Laboratorní zkoušky byly provedeny počátkem roku 2017 a u zkušebních těles tak lze předpokládat mírnou degradaci krátkodobým stárnutím, které je pro asfaltové směsi přirozené. Technický předpis popisující metodu stanovení pevnosti recyklovaného betonu v prostém tlaku není v rámci předpisové základny EN norem dostupný. Z tohoto Obr. 2 Celkový pohled na složení konstrukčních vrstev pražcového podloží (po zhutnění) ve zkušebním úseku s horní vrstvou z asfaltové směsi s obsahem 70 % R-materiálu důvodu byly požadavky na laboratorní zařízení pro provádění testu, postup provádění zkoušky a metoda výpočtu pevnosti v prostém tlaku přejaty z technické normy ČSN EN zaměřené na zkoušení nestmelených směsí a směsí stmelených hydraulickými pojivy. Základní naměřené hodnoty jednotlivých zkušebních těles jsou uvedeny v tabulce 2. Průměrná objemová hmotnost konstrukční vrstvy z asfaltové směsi s obsahem 70 % R-materiálu vypočtená z rozměrů a hmotnosti těles dosáhla hodnoty kg m 3. Pro porovnání lze uvést, že při výrobě laboratorních válcových zkušebních těles z asfaltové směsi odebrané při vlastní realizaci bylo dosaženo metodou vodou nasyceného povrchu (SSD) dle ČSN EN objemové hmotnosti kg m 3 až kg m 3 v závislosti na zvolené teplotě hutnění v intervalu 100 C až 140 C. Průměrná pevnost zkušebních těles v tlaku dosáhla hodnoty R c = 4,3 MPa. Zvolený zkušební postup zatěžování prostým tlakem stanovil nejvyšší dosaženou sílu, ze které byla vypočtena pevnost zkušebních těles z R-materiálu. Při dosažení síly, ze které je vypočtena pevnost zkušebního tělesa, došlo k významnému stlačení zkušebních těles, a to v rozmezí od 15 do 20 mm. Takové stlačení nekoresponduje se skutečným stlačením konstrukční vrstvy v železniční trati, ale je charakteristikou R materiálu při zvoleném postupu provádění laboratorní zkoušky. Je vhodné kvalitu recyklovaných asfaltových směsí posoudit typickými zkouškami, jako je pevnost v příčném tahu dle ČSN EN nebo modul tuhosti dle ČSN EN S ohledem k dřívějším poznatkům a experimentálním posouzením provedeným například v rámci disertační práce [5] byla asfaltová směs odebraná ze zkušebního úseku zhutňována při třech různých teplotách 6 SILNICE ŽELEZNICE 1/2018

7 Obr. 3 Zkušební tělesa asfaltové vrstvy se 70 % R-materiálu pro laboratorní zkoušku pevnosti v prostém tlaku (100 C, 120 C a 140 C), a to vždy 2 50 údery Marshallova pěchu. Uvedený postup byl částečně zvolen též s ohledem k teplotám hutnění, které se vyskytovaly při vlastní realizaci zkušebního úseku. Tabulka 3 uvádí výsledky provedených stanovení modulu tuhosti, který se určil nedestruktivní metodou opakovaného namáhání v příčném tahu na válcových zkušebních tělesech dle ČSN EN při třech různých zkušebních teplotách. Výsledky jsou logické a korespondují s obvyklými poznatky, kdy zkušební tělesa zhutněná při vyšší teplotě (a tudíž s nižší mezerovitostí) vykazují mírně zlepšenou hodnotu tuhosti. Tento poznatek se opakuje i v případě teplotní citlivosti, která je vyjádřena poměrem mezi modulem tuhosti při nejnižší a nejvyšší zkušební teplotě. Čím nižší je výsledný poměrový ukazatel, tím lze předpokládat menší náchylnost asfaltové směsi na změnu teploty. V neposlední řadě jsou prezentovány výsledky chování asfaltové směsi z hlediska odolnosti proti šíření mrazové trhliny na půlválcových zkušebních tělesech při 0 C nebo únavové trhliny při 15 C. V obou případech se postupovalo dle metodiky uvedené v normě ČSN EN V případě mrazové trhliny byla rychlost zatěžování zkušebního vzorku 5 mm/min a výsledek je vždy průměrem šesti měření. U únavové trhliny nebylo prováděno simulované termooxidativní stárnutí asfaltové směsi a vlastní zkouška se prováděla při rychlosti zatěžování 1 mm/min. Klíčovou charakteristikou je kritická hodnota lomové houževnatosti, která vyjadřuje v souladu s teorií lomové mechaniky odolnost materiálu proti křehkému lomu (v našem případě vzniku trhliny). Z výsledků vyplývá, že teplota hutnění, a tedy i výsledná mezerovitost, mají v tomto případě poměrně důležitý vliv na míru odolnosti asfaltové směsi proti vzniku a šíření trhliny (viz tabulka 5). Tabulka 2 Výsledky laboratorních zkoušek provedených na zkušebních tělesech Číslo zkušebního tělesa hodnota Průměr [mm] 94,3 94,3 94,3 94,4 94,3 94,3 94,3 Výška [mm] 125,8 150,4 139,4 126,1 124,5 128,3 132,4 Objemová hmotnost r [kg m 3 ] Pevnost v prostém tlaku R c [MPa] 4,1 4,2 4,5 4,3 4,3 Mezerovitost V m [%] 2,0 1,5 1,3 1,9 0,7 4,0 1,9 Tabulka 3 Objemová hmotnost a tuhost asfaltové směsi ACP 22 se 70 % R-materiálu Objemová Modul tuhosti (MPa) při T ( C) Směs hmotnost, ρ bssd Teplotní citlivost [g.cm 3 ] ACP 22 R (100 C) 2, ,86 ACP 22 R (120 C) 2, ,19 ACP 22 R (140 C) 2, ,58 Tabulka 4 Objemové hmotnosti a míry zhutnění zkušebních vývrtů testovacího úseku Vývrt Objemová hmotnost, ρ bssd Míra zhutnění [%] [g.cm 3 ] 100 C 120 C 140 C Vývrt Štáhlavy 1 2, ,8 101,9 101,6 Vývrt Štáhlavy 2 2, ,2 102,3 102,0 Vývrt Štáhlavy 3 2, ,6 102,7 102,4 2,470 Vývrt Štáhlavy 4 2, ,0 102,1 101,8 Vývrt Štáhlavy 5 2, ,8 102,9 102,6 Vývrt Štáhlavy 6 2, ,5 100,6 100,3 7

8 Tabulka 5 Výsledky zkoušky odolnosti asfaltové směsi proti šíření trhliny Asfaltová směsi Napětí při porušení (σ max,i) Kritická hodnota (K ic,i) Přetvoření (ε max,i) [MPa] [N/mm 3/2 ] [%] Mrazová 0 C ACP 22 R (100 C) 4,91 36,45 2,00 ACP 22 R (120 C) 5,69 42,58 1,73 ACP 22 R (140 C) 5,82 43,04 1,60 Únavová 15 C ACP 22 R (100 C) 1,88 14,06 2,65 ACP 22 R (120 C) 2,39 17,53 2,37 ACP 22 R (140 C) 2,57 19,20 2,49 Tabulka 6 Porovnání návrhových a dosažených parametrů asfaltové směsi a vrstvy Kvalitativní ukazatel Návrhové parametry pro 100 % R-materiál Dosažené parametry pro 70 % R-materiál Maximální objemová hmotnost r mv kg.m kg.m 3 Objemová hmotnost vrstvy průměr kg.m 3 Obsah rozpustného pojiva S 4 7 % 4,5 % Zrnitost kameniva 0/16 až 0/22 mm 0/22 mm Pevnost v prostém tlaku R c min. 2,5 MPa průměr 4,3 MPa Mezerovitost V m max. 15 % průměr 1,9 % ZÁVĚR Realizace laboratorních modelů včetně laboratorních zkoušek umožnila stanovit základní návrhové parametry pro asfaltové směsi s vysokým obsahem R-materiálu využitelné v železničním stavitelství. Při výrobě asfaltové směsi, použité do zkušebního úseku, se z technologických důvodů nepodařilo vyrobit směs s obsahem 100 % R materiálu a vyrobená směs dosáhla pouze cca 70 % obsahu R-materiálu. Z tohoto důvodu byly očekávány výsledky laboratorních zkoušek na straně směrem k vyšší kvalitativní hranici. Tato hypotéza se potvrdila (s výjimkou obsahu asfaltového pojiva), jak uvádí tabulka 6. Z pohledu praktických zkušeností z realizace zkušebního úseku je možno konstatovat, že lze běžnou stavební mechanizací realizovat konstrukční stmelenou vrstvu s vysokým obsahem R-materiálu a že tato vrstva dosahuje navrhovaných parametrů. Pro podrobnější analýzu a hodnocení konstrukční vrstvy s vysokým obsahem R-materiálu v asfaltové směsi při uplatnění v železničním stavitelství bude zkušební úsek pracovníky Katedry železničních staveb v následujících letech podrobně sledován a vyhodnocován. Tím by mělo dojít k zajištění dalších praktických poznatků s užitným chováním takového kompozitu v oblasti železničních staveb. Ing. Martin Lidmila, Ph.D. Ing. Vít Lojda, Ing. Ondřej Bret Ing. Jan Valentin, Ph.D. ČVUT v Praze, Fakulta stavební Podpořeno projektem Zkušební úsek s konstrukční vrstvou z R-materiálu v pražcovém podloží, označení ISPROFOND , poskytovatel SFDI ve spolupráci s SŽDC. LITERATURA: [1] M. Lidmila, V. Lojda, L. Kopecký, Z. Prošek: Popílkový stabilizát v konstrukci pražcového podloží. VUT v Brně, Fakulta stavební, s. 133, [2] O. Zobal, P. Padevět, M. Lidmila, P. Tesárek: Možnosti recyklace betonu. In Betonářské dny Praha: Česká betonářská společnost ČSSI, 2010, díl 1, s ISBN [3] J. Šablatura: Experimentální ověření recyklátu z betonových pražců v konstrukční vrstvě pražcového podloží. Diplomová práce. Praha: ČVUT v Praze, Fakulta stavební, 2012, s [4] O. Bret: Determination of rubber granulate frost protection. Juniorstav 2017, Brno: Brno University of Technology, Faculty of Civil Engineering, [5] P. Kučera: Utilization of alternative materials in railway trackbed. Ph.D thesis, Czech Technical University in Prague, Prague, [6] M. Lidmila, T. Zikmund, J. Dvořák, J. Kaiser, V. Lojda: Application of Non-destructive Method for the Determination of Microstructural Parameters of Recycled Asphalt Concrete in Track Bed. In: Key Engineering Materials. Trans Tech Publications, Switzerland. Vol. 722, pp , ISSN: A Test of the Structure of Railway Sleeper Foundation Using an Asphalth Mixture including 70 % of R-Material This paper deals with the alternative utilization of reclaimed asphalt, so called RA obtained from existing asphalt concrete courses. The description and the possibilities of the RA implementation in railway structures are presented, as well as a summary of its advantages and disadvantages. Based on the laboratory model of railway trackbed with the application of RA in an experimental full-scale box, structural layer was paved by using RA in a railway trial section. Estimated and assumed benefits from the RA material application are the rehabilitation of track-design parameters and the remediation of poor ground water level conditions in the trackbed in which the subgrade is threatened by the unfavourable influence of frost. Using the core-drilling method, the specimens for the consequent laboratory testing were sampled. The deformation characteristics together with the material description are presented as the fundamental outcome of this research. 8 SILNICE ŽELEZNICE 1/2018

9

10 Asfaltové vozovky v tunelech V současné době je v ČR legislativně umožněno používat do silničních tunelů delších než 1 km pouze vozovky s cementobetonovým krytem, ale jejich používání má řadu nevýhod jak pro správce, tak pro účastníky silničního provozu. V rámci výzkumného projektu Technologické agentury ČR TA Asfalty v silničních tunelech probíhalo řešení s cílem používat do tunelů asfaltové vrstvy s vysokou odolností vůči účinkům dopravy (protismykové vlastnosti, rovnost a trvanlivost), se snadnou údržbou a opravou a zároveň s tím, že se nebude snižovat požární bezpečnost silničních tunelů. Příspěvek popisuje zkoušky požárních vlastností různých asfaltových vrstev: reakce na oheň, šíření plamene po povrchu, měknutí vrstvy po hoření a hoření hořlavé kapaliny na povrchu asfaltové vrstvy. Uvedené zkoušky simulují reálné chování asfaltových krytů při požáru v tunelu. Byla tak vyvinuta optimální asfaltová směs drenážního typu zajišťující nejvyšší plnění požární odolnosti. Asfaltové vozovky prokázaly svoje dobré vlastnosti a životnost ve velké škále aplikací, a to od místních vozovek, přes vysoce zatížené páteřní komunikace až k odstavným plochám kontejnerových překladišť. Velká část světových silničních tunelů má vozovky zhotovené právě z asfaltových směsí. Po sérii velkých tunelových požárů (např. tragický požár pod vrcholem Mont-Blanc z roku 1999 [1]) se mezi odborníky vede diskuze o oprávněnosti použití těchto povrchů v silničních tunelech. Jedna z hlavních námitek se týká především otázky požární bezpečnosti. K obecnému použití asfaltových vozovek v tunelech a k aspektům jejich vlivu na požární bezpečnost, se vyjádřila i dvě globální profesní sdružení World Road Association PIARC [2] a EAPA [3]. Zhodnocení dopadů použití asfaltových vozovek, jež jsou součástí tunelových těles, obecně nejlépe shrnují dokumenty těchto profesních organizací. Obě tyto organizace považují tento druh vozovek za bezpečný a nadále doporučují stavět a využívat hutněné asfaltové vrstvy v konstrukci vozovek silničních tunelů. V roce 1999 byla technickou pracovní skupinou č. 6 ( Fire and Smoke Control ) spadající pod technickou komisi C 5 organizace PIARC publikována zpráva s názvem Fire and Smoke Control in Road Tunnels [4], která se týkala požární bezpečnosti v tunelech. Tato zpráva srovnávala 2 povrchy vozovek v tunelech cementobetonový a asfaltový kryt. Základní vyjádření je, že vozovka zhotovená z asfaltového betonu nemá žádný významný negativní dopad na požár a může být v tunelech použita [1]. V ČR je v současné době problematika vozovek v silničních tunelech řešena normou ČSN EN Projektování tunelů pozemních komunikací [5]. Z uvedené normy vyplývá, že pro silniční tunely delší než 1 km je nutno použít výhradně cementobetonový kryt. U středně dlouhých tunelů je vozovka s cementobetonovým krytem doporučována. Kromě požadavků na požární bezpečnost a chování vozovky při požáru jsou na vozovky v tunelech kladeny také požadavky na protismykové a protihlukové vlastnosti povrchu, na jejich snadnou údržbu a opravu a dlouhodobou životnost. CÍLE PROJEKTU ASFALTY V SILNIČNÍCH TUNELECH TA Jedním z hlavních cílů projektu byl vývoj nového typu asfaltové směsi, která by vykazovala výborné charakteristiky v silničních tunelech a zároveň nesnižovala požární bezpečnost tunelů. Dalším cílem projektu bylo navržení certifikované zkušební metodiky pro stanovení třídy reakce materiálů na oheň asfaltových povrchů v tunelech. Pro tyto účely bylo v letech provedeno několik sérií požárních zkoušek na asfaltových površích. PRVNÍ SÉRIE POŽÁRNÍCH ZKOUŠEK REÁLNÝ POŽÁR OSOBNÍHO AUTOMOBILU První série zkoušek byla zaměřena na chování asfaltových vrstev při reálném požáru osobního automobilu. Při těchto zkouškách byl při různých rychlostech proudění vzduchu (2,5 m/s, 1,5 m/s a 0 m/s) zapálen osobní automobil stojící na asfaltovém povrchu. Tyto testy se prováděly ve zkušebním tunelu VVUÚ a. s. v Ostravě Radvanicích, kde byly položeny 3 běžně používané asfaltové směsi, a to asfaltový beton pro obrusné vrstvy ACO 11 +, asfaltový koberec mastixový SMA 11 a asfaltový koberec drenážní PA 8. Skladba vozovky ve zkušebním tunelu, je zobrazena na obrázku 1. Během zkoušek se měřily teploty jak v okolí vozidla, tak na povrchu asfaltové vrstvy, resp. pod povrchem. Cílem bylo zjistit reálné teplotního pole v okolí hořícího Obr. 2 Hořící osobní automobil během zkoušky Obr. 1 Řez skladbou vozovky ve zkušebním tunelu s vyznačením umístění termočlánků 10 SILNICE ŽELEZNICE 1/2018

11 automobilu, díky kterému bylo následně vyvinuto zkušební zařízení, sloužící pro laboratorní zkoušky požární odolnosti asfaltových směsí. Na obrázku 2 je zachycen průběh těchto požárních zkoušek. Obr. 3 Vyvinuté zkušební zařízení pro testování požární odolnosti Obr. 4 Umístění termočlánků na zkušebním vzorku Obr. 5 Vývoj teplot při zkoušce požární odolnosti na vzorku PA 8 Obr. 6 Zkouška měknutí povrchu DRUHÁ SÉRIE POŽÁRNÍCH ZKOUŠEK ZKOUŠENÍ POŽÁRNÍ ODOLNOSTI POMOCÍ ZKUŠEBNÍHO ZAŘÍZENÍ Pro další požární zkoušky byly vyrobeny malé zkušební desky o rozměrech 300 mm 500 mm 90 mm, které se skládaly ze dvou asfaltových vrstev obrusné a ložní. Obrusná vrstva vzorků byla tvořena ze tří druhů běžně používaných a již uvedených směsí: ACO 11 + (v tloušťce 40 mm), SMA 11 (v tloušťce 40 mm) a PA 8 (v tloušťce 30 mm). Ložní vrstva desek byla tvořena směsí asfaltového betonu pro ložní vrstvy ACL 16 + (v tloušťce 50 mm, resp. 60 mm). Zkoušky požární odolnosti byly prováděny pomocí vyvinutého zkušebního zařízení se sálavým panelem (obr. 3). Na pracovní plochu zkušebního zařízení byly umístěny za sebou dvě zkušební desky, kdy první zkušební deska byla vždy pod sálavým panelem a druhá deska byla mimo tento panel. Tepelný zdroj byl umístěn 90 mm nad povrchem asfaltové desky a působil na něj teplotou 850 C 900 C po dobu 30 minut. Rychlost proudění vzduchu během zkoušky byla stanovena 1,5 m/s. Pro sledování vývoje teploty vzorku byly na povrchu umístěny termočlánky (T0 T7), resp. pod povrchem v hloubce 40 mm (termočlánky T8 a T9). Umístění termočlánků je znázorněno na obr. 4. Během zkoušek se sledovaly zejména tyto charakteristiky: změna teploty v průběhu zkoušky na povrchu vzorku a pod obrusnou vrstvou, okamžik vzplanutí vzorku a šíření plamene po povrchu. Po ukončení doby trvání zkoušky se odklonil sálavý panel a provedla se zkouška měknutí povrchu. Ta spočívala ve statickém zatížení asfaltového povrchu pomocí ručního vysokotlakého čerpadla a hydraulického válce na tlačnou desku o rozměrech ( ) mm, se středovým otvorem 32 mm, tlakovou silou 20 kn, tj. s dotykovým tlakem 2,17 MPa (obr. 6). Při zkouškách požární odolnosti se ukázalo, že nejlepších výsledků dosáhl vzorek z asfaltové směsi typu asfaltový koberec drenážní PA 8. Zde docházelo pouze k minimálnímu šíření plamene po povrchu a směs vykazovala dobrou odolnost proti zatížení tlakem. Oproti tomu asfaltová směs SMA 11 se příliš neosvědčila pro použití v obrusné vrstvě, protože vlivem zahřátí došlo k vystoupení pojiva s filerem na povrch, které pak podporovalo hoření a šíření plamene po povrchu. Při zkoušce měknutí povrchu došlo u této směsi k popraskání vzorku s nejvyšším zatlačením zatěžovací plochy do vrstvy. VÝVOJ A ZKOUŠENÍ ASFALTOVÉ SMĚSI S NEJLEPŠÍMI VLASTNOSTMI Z HLEDISKA POŽÁRNÍ BEZPEČNOSTI Vzhledem k výsledkům prvotních zkoušek byla pro další vývoj vybrána směs PA 8. Pro účely vozovky v silničních tunelech, kde je kladen důraz mimo jiné i na snížení hluku od dopravy, byl do této směsi použit silniční asfalt 70/100 modifikovaný 17 % pryžového granulátu (CRMB). Vyvíjená směs byla postupně zkoušena z hlediska požární odolnosti a bylo optimalizováno její složení. Navržená směs obsahuje 6,5 % CRMB, její mezerovitost je 17 %. Tato asfaltová směs byla podrobena laboratorním funkčním zkouškám. Mezi důležité požadavky, které jsou kladeny na asfaltový koberec drenážní, patří odolnost vůči vodě a odolnost vůči ztrátě částic. Navržená směs dosáhla při stanovení odolnosti vůči ztrátě částic (dle ČSN EN A1 [6]) hodnoty PL = 8,9 %, a splňuje tak požadavek uvedený v národní příloze normy ČSN EN [7] na pozemní komunikace třídy dopravního zatížení S, I a II. Při stanovení odolnosti vůči vodě (dle ČSN EN [8]) dosáhla navržená směs bez použití adhezních přísad hodnoty ITSR = 78,3 %. Navržená asfaltová směs PA 8 byla podrobena zkouškám požární odolnosti. Na obr. 5 je lze vidět graf s vývojem teplot naměřených pomocí jednotlivých termočlánků při zkoušce. Další z prováděných zkoušek bylo testování vlivu různého povrchu na požár rozlité hořlavé kapaliny. Pro tyto účely byly na obalovně v Rajhradicích pomocí silničního tandemového vibračního válce 11

12 vyrobeny velké zkušební vzorky o rozměrech 0,9 m 1,4 m 0,09 m, sestávající ze dvou vrstev. Ložní vrstva byla tvořena směsí ACL 16 + a obrusná vrstva byla ze směsi ACO 11 + (vzorek 1), resp. z navržené směsi PA 8 (vzorek 2). Stejné množství paliva (10 l benzinu) bylo vylito na povrch těchto asfaltových vrstev, který byl vymezen ocelovými obrubami, a ihned poté zapáleno (ve stejném čase). Na obr. 8 je zachycen průběh zkoušky v čase 15 s po zapálení. Lze vidět, že došlo ke značnému rozdílu při hoření paliva na vrstvách ze směsí ACO 11 + a PA 8. Tato skutečnost se výrazně projevila na teplotách, které byly naměřeny pomocí termočlánků nad vzorky, resp. 4 cm pod povrchem (obr. 7). Lze říci, že vrstva PA 8 se téměř neohřála. teplota T [ C] doba zkoušky t [s] T0 ( 4 cm pod povrchem, ACO 11 +) T3 ( 4 cm pod povrchem, PA 8) T1 (20 cm nad povrchem, ACO 11 +) T4 ( 20 cm nad povrchem, PA 8) T2 ( 100 cm nad povrchem, ACO 11 +) T5 (100 cm nad povrchem, PA 8) Obr. 7 Vývoj teplot při zkoušce požáru rozlité hořlavé kapaliny na povrchu Obr. 8 Požár rozlité hořlavé kapaliny na povrchu, v čase 15 s od zapálení ZÁVĚR Z provedených zkoušek vyplývá, že navržená směs asfaltového koberce drenážního PA 8 dosahuje velmi zajímavých výsledků z hlediska požární odolnosti. Zejména při zkoušce požáru rozlité hořlavé kapaliny na povrchu se ukázalo, že drenážní schopnost zajistí odvedení kapaliny od požáru a vzniká jen minimum kouře. Při použití CRMB nedošlo ani k rozpuštění asfaltu a neprojevilo se porušení vrstvy. Naopak na asfaltovém betonu, který je téměř nepropustný, dochází k vyhoření většiny paliva přímo na povrchu s nadměrnou tvorbou kouře a dochází také k poškození povrchu. Na vrstvě z PA 8 nedošlo k téměř žádnému šíření plamene po povrchu, a to i přes to, že povrch byl vystaven teplotě 850 C po dobu 30 minut. K nejvýraznějšímu šíření plamene po povrchu došlo u vrstvy z asfaltového koberce mastixového SMA 11. Vlivem nízké mezerovitosti této vrstvy došlo při zahřátí vrstvy k vystoupení pojiva na povrch a k jeho hoření. Navržená směs PA 8 vykazuje taktéž výbornou odolnost vůči měknutí vrstvy po vystavení účinkům požáru. Závěrem nutno dodat, že pro dlouhodobé zachování uvedených výhod drenážního koberce, je potřeba provádět pravidelné čištění vrstvy, které se však v silničních tunelech běžně provádí. Tento příspěvek vznikl s finanční podporou projektu Technologické agentury ČR TA Asfalty v silničních tunelech. Ing. Petr Bebčák, Ph.D. Bc. Kateřina Bebčáková K.B.K. fire, s. r. o., Ostrava Ing. Pavel Šperka, prof. Ing. Jan Kudrna, CSc. VUT v Brně, Fakulta stavební, Centrum AdMaS RNDr. Svatopluk Stoklásek, Brno LITERATURA: [1] Improving fire safety in tunnels: The concrete pavement solution: Concrete road pavement improves tunnel safety [online]. Brussels: CEMBUREAU, 2004 [cit ]. Dostupné z: febelcem.be/fileadmin/user_upload/autres-publications/en/firesafety.pdf [2] DE LATHAUWER, Willy. Effect of pavement on fires in road tunnels. Routes/Roads. France, 2007, (N 334), 8. PIARC Ref. : RR ISSN X. [3] Asphalt pavements in tunnels: EAPA - Position Paper. In: EAPA [online]. Brussels, 21 May 2008, [cit ]. Dostupné z: [4] COMITÉ TECHNIQUE 5 TUNNELS ROUTIERS a TECHNICAL COMMITTEE 5 ROAD TUNNELS. Fire and smoke control in road tunnels [online]. La Défense, France: AIPCR, 1999 [cit ]. ISBN Dostupné z: Road%20Tunnels.htm [5] ČSN Projektování tunelů pozemních komunikací. Praha: Český normalizační institut, [6] ČSN EN A1. Asfaltové směsi Zkušební metody pro asfaltové směsi za horka Část 17: Ztráta částic asfaltového koberce drenážního. Praha: Český normalizační institut, 2007 [7] ČSN EN OPRAVA 1. Asfaltové směsi - Specifikace pro materiály Část 7: Asfaltový koberec drenážní. Praha: Český normalizační institut, [8] ČSN EN Asfaltové směsi Zkušební metody pro asfaltové směsi za horka Část 12: Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě. Praha: Český normalizační institut, Asphalt Pavements in Tunnels Currently, the legislation in the Czech Republic only allows for the cement-concrete type of pavement to be used in road tunnels longer than 1 km. This solution, however, has a number of disadvantages for both administrators and road users. As a part of the research project TA of the Technology Agency of the Czech Republic, Asphalt in Road Tunnels, a new asphalt mixture suitable for road tunnels was developed. The objective was to create a surface that would be highly resistant to traffic stresses (regarding skid resistance, roughness and durability), be easily maintained and repaired and would not compromise fire safety. The paper deals mainly with testing of fire properties of various asphalt layers, such as reaction to fire, flame spreading over the surface, layer softening and combustion of flammable liquid on the surface of the asphalt layer. These tests simulate the real behaviour of asphalt pavements in road tunnels on fire. The paper also describes the optimal drainage asphalt mixture that ensures the highest resistance to fire. 12 SILNICE ŽELEZNICE 1/2018

13 Praktické zkušenosti s novými typy vysoce modifikovaných asfaltových pojiv V důsledku stále se zvyšujícího dopravního zatížení pozemních komunikací v rámci České republiky je třeba se zabývat inovativními technickými řešeními, která povedou k prodlužování životnosti asfaltových vozovek. Jednou z těchto cest by do budoucna mohlo být i používání asfaltových pojiv s vysokým stupněm modifikace polymery. Tento příspěvek se zabývá zkušeností z porovnání nových typů vysoce modifikovaných asfaltových pojiv s konvenčním polymerem modifikovaným pojivem a s nemodifikovaným silničním asfaltem gradace 50/70. Porovnávány jsou jak výsledky laboratorních zkoušek jednotlivých druhů asfaltových pojiv, tak také výsledky laboratorních zkoušek asfaltových směsí. Zmíněny jsou také zkušenosti se zpracovatelností a zhutnitelností asfaltové směsi s vysoce polymerem modifikovaným asfaltovým pojivem (HiMA) při realizaci referenčního pokusného úseku společnosti Skanska a. s. v České republice. 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 TE 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 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/ 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/ 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]. 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 , 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 1 Vybrané vlastnosti nezestárlých pojiv a pojiv zestárlých metodou RTFOT Nezestárlé pojivo Zestárlé pojivo metodou RTFOT [10] Zkoušky Jednotky 50/70 PmB 25/55-65 PmB 25/55-75 Penetrace [4] [0,1 mm] Bod měknutí K. K. [5] [ C] 47,7 69,6 77 Vratná duktilita při 25 C [6] [%] Silová duktilita při 10 C [7] [J/cm 2 ] 4 5,7 Penetrace [4] [0,1 mm] Bod měknutí K. K. [5] [ C] 52, ,5 Zvýšení bodu měknutí [5] [ C] 5 8,4 8,5 Vratná duktilita při 25 C [6] [ C] Silová duktilita při 25 C [7] [J/cm 2 ] 1 1,3 13

14 Tabulka 2 Vybrané vlastnosti pojiv po stárnutí metodou RTFOT + PAV a modifikovanou metodou 3 RTFOT Zestárlé pojivo RFTOF + PAV [11] Zestárlé pojivo 3x RFTOF Zkoušky Jednotky 50/70 PmB 25/55-65 PmB 25/55-75 Penetrace [4] [0,1 mm] Bod měknutí K. K. [5] [ C] 65,8 86,5 89 Vratná duktilita při 25 C [6] [ C] Silová duktilita při 25 C [7] [J/cm 2 ] 2,5 Penetrace [4] [0,1 mm] Bod měknutí K. K. [5] [ C] 58, ,5 Vratná duktilita při 25 C [6] [ C] Silová duktilita při 25 C [7] [J/cm 2 ] 1,4 2,2 Tabulka 3 Porovnání základních vlastností a ITSR asfaltových směsí ACO 11S s různými druhy asfaltových pojiv Směs: ACO 11S PmB 25/55-75 ACO 11S PmB 25/55-65 ACO 11S 50/70 Max. objemová hmotnost asfaltové směsi [Mg.m 3 ] [14] 2,465 2,452 2,444 Objemová hmotnost zhutněné asfaltové směsi [Mg.m 3 ] [13] 2,393 2,382 2,370 Mezerovitost [% obj.] [15] 2,9 2,9 3,0 Poměr pevnosti v příčném tahu 85,1 96,2 90,2 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/ 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]. Parametry ITSR všech zkoušených směsí vyhovují požadavku ČSN EN , 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/ 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]. Výsledky zkoušky trvalých deformací (parametr PRDAIR [%] při 60 C) Výsledky zkoušky trvalých deformací (parametr WTSAIR [mm/10 3 cyklů] při 60 C) 6 0,12 0, ,1 PRD AIR [%] ACO 11S 50/70 ACO 11S PmB 25/55-65 ACO 11S PmB 25/55-75 WTSAIR [mm/10 3 cyklů] 0,08 0,06 0,04 0,051 0,036 ACO 11S 50/70 ACO 11S PmB 25/55-65 ACO 11S PmB 25/ ,02 0 5,6 3,5 3 0 Obr. 1 Výsledky zkoušky trvalých deformací (parametr PRDAIR [%] při 60 C) [17] Obr. 2 Výsledky zkoušky trvalých deformací (parametr WTSAIR [mm/10 3 cyklů] při 60 C) [17] 14 SILNICE ŽELEZNICE 1/2018

15 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 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. Průměrná teplota vzorků při porušení [ C] , , , ,5-22 Výsledky zkoušky nízkoteplotních vlastností -19,3-21,4 Obr. 3 Výsledky zkoušky nízkoteplotních vlastností (jednoosá zkouška tahem) [18] ACO 11S PmB 25/55-65 ACO 11S PmB 25/55-75 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/ 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]. 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 Ilustrační foto 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/ 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 TE Centre for Effective and Sustainable Traffic Infrastructure (CESTI), spolufinancovaného Technologickou agenturou České republiky. Ing. Petr Špaček Ing. Zdeněk Hegr Skanska a. s., Olomouc Ing. Jan Beneš TOTAL ČESKÁ REPUBLIKA s. r. o., Praha Tabulka 4 Výsledky měření míry zhutnění radiosondou Troxler Měření Objemová hmotnost Míra zhutnění [%] Mezerovitost vrstvy [%] za lištou finišeru 2,136 89,3 13,4 1. pojezd válce 2,271 94,9 7,9 2. pojezd válce 2,329 97,3 5,6 3. pojezd válce 2,378 99,4 3,6 15

16 LITERATURA: [1] ŠPAČEK, P.; HEGR, Z.; BENEŠ, J.; Výzkumný projekt CESTI 2016 Zpráva o realizaci pokusného úseku s použitím vysoce polymerem modifikovaného pojiva PmB 25/55-75 [2] EN Asfalty a asfaltová pojiva Specifikace pro silniční asfalty [3] EN Asfalty a asfaltová pojiva Systém specifikace pro polymerem modifikované asfalty [4] ČSN EN 1426 Asfalty a asfaltová pojiva: Stanovení penetrace jehlou [5] ČSN EN 1427 Asfalty a asfaltová pojiva: Stanovení bodu měknutí Metoda kroužek kulička [6] ČSN EN Asfalty a asfaltová pojiva: Stanovení vratné duktility modifikovaných asfaltů [7] EN Asfalty a asfaltová pojiva: Stanovení tažných vlastností modifikovaných asfaltů metodou silové duktility [8] EN Asfalty a asfaltová pojiva: Stanovení bodu lámavosti podle Fraasse [9] ISO 2592 Asfalty a asfaltová pojiva: Stanovení bodu vzplanutí Metoda otevřeného kelímku podle Clevelanda [10] EN Asfalty a asfaltová pojiva: Stanovení odolnosti proti stárnutí vlivem tepla a vzduchu Část 1: Metoda RFTOT [11] ČSN EN Asfalty a asfaltová pojiva: Urychlené dlouhodobé stárnutí v tlakové nádobě PAV [12] ČSN EN Asfaltové směsi Specifikace pro materiály Část 1: Asfaltový beton [13] ČSN EN Asfaltové směsi Zkušební metody pro astatové směsi za horka část 6: Stanovení objemové hmotnosti asfaltového zkušebního tělesa (postup B) [14] ČSN EN Asfaltové směsi Zkušební metody pro astatové směsi za horka část 5: Stanovení maximální objemové hmotnosti [15] ČSN EN Asfaltové směsi Zkušební metody pro astatové směsi za horka část 8: Stanovení mezerovitosti asfaltových směsí [16] ČSN EN Asfaltové směsi Zkušební metody pro astatové směsi za horka část 12: Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě [17] ČSN EN Asfaltové směsi - Zkušební metody pro astatové směsi za horka část 22: Zkouška pojíždění kolem (malé zkušební zařízení, postup B na vzduchu) [18] ČSN EN Asfaltové směsi - Zkušební metody pro astatové směsi za horka část 46: Nízkoteplotní vlastnosti a tvorba trhlin pomocí jednoosé zkoušky tahem [19] Sylvia Dreessen, Thibaud Gallet, André Gilles Dumont, Michel Pittet; durability study: field experience of long-term evolution of sbs polymer modified bitumen Practical Experiences with New Types of Highly Modified Asphalt Binders As a result of steadily increasing traffic load on the roads in the Czech Republic, we should be focused on the innovative technical solutions, which will lead to extending the life time of asphalt pavements. One of the ways could be the future use of bitumen with a higher degree of polymer modification. This paper discusses experience from comparison of new highly polymer modified asphalt binder type with conventional polymer modified asphalt binder and unmodified road binder with penetration grade 50/70. The paper compares the results of various types laboratory tests of asphalt binders, as well as the results of asphalt mixtures laboratory tests. It also mentions the experience with workability and compactability of asphalt mixture with highly polymer modified asphalt binder during the realization of the experimental reference road section by the Skanska company in the Czech Republic. 16 SILNICE ŽELEZNICE 1/2018

17 Stárnutí a disperzní stabilita silničních asfaltů Článek se zabývá možností predikce náchylnosti silničních asfaltů k projevům termooxidačního stárnutí na základě stanovení jejich disperzní stability. Disperzní stabilita je v tomto případě vyjadřována pomocí flokulačního toluenového indexu (FTI), který je stanoven metodou jednobodové srážecí titrace. Na souboru 32 vzorků silničních asfaltů je ukázáno, že tento index může za určitých okolností sloužit jako signální veličina nadměrného stárnutí. Hodnocená pojiva byla v laboratoři podrobena stárnutí metodou RTFOT i její modifikovanou variantou 3 RTFOT. Měřítkem náchylnosti těchto pojiv k termooxidačnímu stárnutí bylo mimo jiné zvýšení bodu měknutí a podíl komplexních smykových modulů stanovených v dynamickém smykovém reometru (DSR) před a po proceduře stárnutí. Bylo prokázáno, že u silničních asfaltů používaných v České republice existuje korelace mezi hodnotou FTI a termooxidační labilitou zjištěnou procesy simulovaného stárnutí. Praktické dopady uvedených výsledků jsou demonstrovány na zkušebním úseku rozděleném do tří sekcí, pro jejichž zhotovení byly použity tři různé silniční asfalty s rozdílnou disperzní stabilitou. ÚVOD V rámci výzkumného programu SHRP (Strategic Highway Research Program) byl ve Spojených státech amerických v 90. letech navržen nový ucelený přístup pro hodnocení vlastností asfaltových pojiv pomocí funkčních zkoušek s důrazem na hodnocení vlastností pojiv po laboratorní simulaci stárnutí. V poslední době je snahou aplikovat tyto funkční zkoušky rovněž na pojiva dodávaná na jednotný evropský trh. Tím dochází k rozšíření pokročilých reologických metod i do České republiky, včetně jejich zavádění do technických norem. Před normativním zavedením těchto reologických zkoušek do každodenní praxe je nutné získat s těmito metodami zkušenosti. Proto jsou organizována srovnávací měření a sběry dat, jejichž výsledky jsou zvláště cenné zejména pro nastavení požadovaných limitních hodnot. Zvláštní význam pro pokrok v této oblasti mají informace o reologickém chování asfaltových pojiv, získané například v rámci výzkumných projektů. Cílem tohoto článku je představit kombinaci alternativního postupu pro posouzení náchylnosti asfaltového pojiva ke stárnutí (označovaný jako 3 RTFOT) a metody hodnotící disperzní stabilitu asfaltových pojiv. Tyto metody byly aplikovány na vybraný soubor silničních asfaltů gradace 50/70 a 70/100 s cílem posoudit jejich termooxidační chování a náchylnost ke stárnutí. V článku jsou také představeny výsledky těchto zkoušek pro tři silniční asfalty gradace 50/70, které byly použity pro výrobu asfaltové směsi typu asfaltový beton (ACO 11S), z nichž byly zhotoveny tři jednotlivé sekce obrusné vrstvy pokusného úseku. Tento pokusný úsek byl realizován v roce 2013 a jeho stav byl zhodnocen po třech letech provozu. POUŽITÉ ZKUŠEBNÍ METODY A MATERIÁLY Simulace termooxidačního stárnutí asfaltových pojiv metodou 3 RTFOT Pro laboratorní simulaci stárnutí asfaltových pojiv byla vybrána metoda RTFOT s trojnásobnou dobou trvání (označovaná jako 3 RTFOT). Laboratorní postup vychází z klasického stanovení odolnosti proti stárnutí vlivem tepla a vzduchu popsaného v normě ČSN EN (metoda RTFOT) a z rakouské oborové specifikace RVS [1]. Provedení zkoušky 3 RTFOT je v Rakousku standardní kvalitativní požadavek, protože investorská organizace ASFINAG, která je obdobou našeho Ředitelství silnic a dálnic ČR, ji vyžaduje na důležitých stavbách s plochou větší než m 2 [2]. Rakouské profesní sdružení GESTRATA doporučuje, aby zvýšení hodnoty bodu měknutí silničních asfaltů 70/100 po simulaci stárnutí metodou 3 RTFOT bylo nižší než 15 C [3, 4]. Tato metoda, vhodná pro laboratorní simulaci termooxidační stability asfaltových pojiv, využívá modifikovaný postup stárnutí asfaltového pojiva RTFOT, ve kterém je prodloužena celková expoziční doba vzorku na trojnásobek (tzn. 225 minut), přičemž navážka pojiva, teplota i průtok vzduchu zůstávají oproti normě ČSN EN nezměněny (8 35 g pojiva, 163 C, 4,0 l/minutu). Rozsahem svojí degradační zátěže se procedura 3 RTFOT v závislosti na měřených veličinách nachází přibližně ve dvou třetinách rozpětí mezi metodami RTFOT a RTFOT+PAV. Vliv laboratorní simulace stárnutí na změnu vlastností silničních asfaltů byl určován hodnotou zvýšení bodu měknutí a dále podílem komplexního smykového modulu (G*) zestárlého pojiva k výchozímu nezestárlému materiálu (tzv. index stárnutí). Hodnoty komplexních smykových modulů byly získány pomocí dynamického smykového reometru (DSR) s použitím geometrie deska deska s průměrem 25 mm a mezerou 1 mm při frekvenci 1 Hz a při teplotě 60 C. Měření bylo provedeno zkouškou s kontrolovaným smykovým přetvořením v rámci lineárně viskoelastické oblasti asfaltového pojiva. Hodnocení disperzní stability jednobodovou precipitační titrací Kvalita silničního asfaltu je ovlivněna původem a druhem výchozí ropy. Geografický původ zpracovávaného ložiska ropy a způsob její rafinace určuje složení destilačních zbytků. Důležitá je i kvalita a chemická podstata jednotlivých složek asfaltových pojiv včetně jejich vzájemné kompatibility. Tyto strukturální skutečnosti zásadně rozhodují o fázové stabilitě systému, jenž se všeobecně označuje jako koloidní, případně disperzní stabilita. Ve středoevropském prostoru může být navíc dalším významným faktorem, ovlivňujícím chování asfaltových pojiv, přítomnost visbreakingových zbytků. Na základě dosavadních zkušeností lze říct, že přídavek visbreakingových zbytků může labilizovat asfaltové pojivo, které se za určitých podmínek může stát fázově nestabilní. V průběhu 60. let minulého století byl rozpracován laboratorní postup sériových titrací [5, 6], který umožňoval posoudit koloidní stabilitu asfaltů a ropných surovin. Zjednodušeně je možné hodnotit disperzní stabilitu a tím nepřímo i přítomnost a množství visbreakingových zbytků v asfaltovém pojivu jednobodovou precipitační titrací roztoku asfaltového pojiva v toluenu pomocí izooktanu jako titrantu. Podstatou jednobodové precipitační (srážecí) titrace, hodnotící vnitřní kompatibilitu grupových složek asfaltového pojiva je, že se pomocí postupného přidávání srážecího organického činidla (izooktanu) k roztoku definovaného množství silničního asfaltu v toluenu navodí takové podmínky, za kterých se daný roztok stává termodynamicky nestabilním. V tomto bodě dochází k fázovému vylučování nejméně rozpustných složek roztoku (tzv. flokulační bod). Míra přídavku srážecího roztoku je i mírou stability jeho roztoku za dané koncentrace, a tedy i mírou kompatibility jednotlivých složek asfaltového pojiva. V případě asfaltových pojiv jsou nejméně rozpustné, a tedy i nejdříve se srážející a vylučující sloučeniny, jež mají charakter asfaltenů. Typickou vlastností visbreakingových materiálů je jejich poměrně nízká rozpustnost v některých typech uhlovodíkových rozpouštědel. Přítomnost visbreakingových zbytků tedy ještě více zhoršuje vzájemnou kompatibilitu asfaltenových a maltenových složek. Změny v disperzní stabilitě asfaltového pojiva vyvolané přidáním visbreakingových zbytků jsou proto velmi významné. Při hodnocení disperzní stability jednobodovou precipitační titrací se 1 g asfaltového pojiva rozpustí v 10 g toluenu. Poté se tento roztok titruje při teplotě 20 C izooktanem z byrety. Následně se skleněnou tyčinkou odebere kapka roztoku a nanese se na filtrační papír (kapková metoda svým postupem podobná zkoušce posouzení jemných částic 17

18 kameniva methylenovou modří). Tento postup se opakuje v kroku přidání titrantu 1 ml, až se objeví zřetelná tmavší soustředná kružnice odloučeného precipitátu (sraženiny). Příklad typického záznamu flokulačního bodu a vzniku sraženiny je zaznamenán na obrázku 1. Výsledek zkoušky disperzní stability se vyjádří jako poměr objemu přidaného srážedla k objemu rozpouštědla. Daný poměr se označuje jako flokulační toluenový index (FTI). Z podílu je patrné, že čím vyšší je hodnota FTI, tím je asfaltové pojivo schopno pojmout více titrantu a tím lze také usuzovat na vyšší disperzní stabilitu tohoto asfaltového pojiva [7, 8]. Pro hodnocení disperzní stability a náchylnosti silničních asfaltů ke stárnutí bylo vybráno 32 vzorků silničních asfaltů deseti různých výrobců gradace 50/70 a 70/100. Rozsah penetrace těchto vzorků byl 47 [0,1 mm] až 74 [0,1 mm] a rozsah bodu měknutí byl 46,0 C až 51,0 C. Tři z těchto pojiv byly použity pro výrobu asfaltové směsi typu asfaltový beton pro obrusné vrstvy (ACO 11S), která byla položena na pokusném úseku silnice první třídy realizovaném v roce Tento úsek byl rozdělen na tři sekce podle použitého pojiva, přičemž ostatní parametry asfaltových směsí zůstaly nezměněny. VÝSLEDKY ZKOUŠEK Obr. 1 Záznam zkoušky jednobodové precipitační titrace na filtračním papíře a detekce sraženiny Náchylnost silničních asfaltů ke stárnutí pomocí metody 3 RTFOT Norma ČSN požaduje pro nezestárlé silniční asfalty gradace 50/70 rozsah hodnoty bodu měknutí 46 C až 54 C a pro asfalty gradace 70/100 rozsah 43 C až 51 C. Všechna hodnocená pojiva tyto požadavky splnila. Průměrná hodnota bodu měknutí nezestárlých pojiv byla 49,1 C a průměrná hodnota pojiv zestárlých metodou 3 RTFOT byla 63,2 C. Vyhodnocením parametru zvýšení bodu měknutí po laboratorním stárnutí 3 RTFOT (obrázek 2) je zřejmé, že hodnota bodu měknutí se stárnutím 3 RTFOT zvýšila v poměrně širokém rozmezí (8,9 C až 19,9 C), přičemž průměrná hodnota byla 14,1 C. Metodika pro hodnocení silničních asfaltů z hlediska náchylnosti k termooxidačnímu stárnutí [9] a rakouské profesní sdružení GESTRATA požadují pro silniční asfalty hodnotu zvýšení bodu měknutí po 3 RTFOT menší než 15 C. Tomuto požadavku nevyhovovalo 12 pojiv z 32 hodnocených pojiv, což je 37,5 %. Tento relativně vysoký podíl je ovlivněn skutečností, že v hodnoceném souboru je obsažena množina pojiv, která se při pokládce asfaltových směsí chovala nestandardně. Průměrná hodnota zvýšení bodu měknutí po 3 RTFOT této nestandardní skupiny pojiv byla 16,0 C. Po aplikaci procedury stárnutí metodou 3 RTFOT došlo vždy k výraznému zvýšení komplexních smykových modulů a ke snížení úhlů fázového posunu, které byly určeny v DSR při teplotě 60 C a frekvenci 1,0 Hz. Průměrná hodnota komplexního smykového modulu originálních pojiv 2,0 kpa se procesem stárnutí zvýšila až na hladinu 17,6 kpa. Komplexní smykový modul se tedy stárnutím 3 RTFOT zvýšil v intervalu 4,1krát až 18,1krát. Toto značné rozpětí výsledků potvrzuje skutečnost, že jednotlivá pojiva se výrazně liší rozdílnou citlivostí vůči termooxidačnímu stárnutí. Vyhodnocení disperzní stability silničních asfaltů jednobodovou precipitační titrací Disperzní stabilita nezestárlých silničních asfaltů byla hodnocena pomocí flokulačního toluenového indexu (FTI), jehož výsledky jsou pro jednotlivé silniční asfalty uvedeny v obrázku 3. Nejnižší hodnota flokulačního toluenového indexu byla 1,2 a nejvyšší 3,0. Hodnoty FTI závisí na původu zpracovávaných ropných surovin a nastavení technologických procesů, inkorporace visbreakingových zbytků do asfaltů a dalších faktorech. Výrazné snížení hodnot FTI u některých asfaltových pojiv ve středoevropském prostoru je možné pravděpodobně připsat mimo jiné technologickým postupům, při kterých se do bitumenové matrice přidávají visbreakingové zbytky. Korelační závislosti mezi výsledky jednotlivých zkoušek Při srovnání výsledků zkoušek byla nalezena silná lineární závislost mezi podílem komplexního smykového modulu po stárnutí metodou 3 RTFOT a komplexního smykového modulu nezestárlých pojiv (60 C, 1,0 Hz) a zvýšením bodu měknutí po 3 RTFOT (R 2 = 0,88). Zajímavější jsou ovšem závislosti mezi veličinami ovlivněnými stárnutím a hodnotami FTI. Lineární korelační závislost mezi hodnotami FTI nezestárlých silničních asfaltů a hodnotami zvýšení bodu měknutí Obr. 2 Hodnota zvýšení bodu měknutí po simulaci stárnutí metodou 3 RTFOT 18 SILNICE ŽELEZNICE 1/2018

19 Obr. 3 Flokulační toluenový index (FTI) nezestárlých silničních asfaltů stejných pojiv po simulaci stárnutí metodou 3 RTFOT dosahovala rovněž vysoké hodnoty koeficientu determinace (R 2 = 0,80). Kritické hodnotě zvýšení bodu měknutí po 3 RTFOT (15 C) odpovídá pro tento omezený soubor silničních asfaltů FTI přibližně 2,0, z čehož lze usuzovat, že pokud FTI klesne pod tuto hodnotu, lze silniční asfalt hodnotit jako nestabilní. Podobně silnou závislost (R 2 = 0,79) bylo možné vysledovat mezi hodnotami flokulačního toluenového indexu a podílem komplexních smykových modulů silničních asfaltů zestárlých metodou 3 RTFOT a nezestárlých silničních asfaltů. Tato silná závislost dokazuje, že silniční asfalty s nízkou hodnotou flokulačního toluenového indexu (tzn. s porušenou disperzní stabilitou) vykazují vyšší náchylnost k termooxidačnímu stárnutí. Pokusný úsek V roce 2013 byl na silnici první třídy realizován pokusný úsek, na kterém byla provedena obrusná vrstva z asfaltového betonu ACO 11S se silničním asfaltem gradace 50/70. Stavba byla po délce rozdělena na tři přibližně stejně velké části (sekce), na nichž bylo použito asfaltové pojivo od různých výrobců (označeno A, B a C). Ostatní parametry asfaltových směsí zůstaly přibližně stejné (viz tabulka 1). Na silničních asfaltech 50/70 použitých pro výrobu asfaltových směsí jednotlivých sekcí byly provedeny laboratorní zkoušky penetrace jehlou, bod měknutí, komplexní smykový modul (60 C, 1,0 Hz) a disperzní stabilita jednobodovou precipitační titrací (FTI). Pro zhodnocení rozsahu změn vlastností pojiv vyvolaných stárnutím byla použita metoda 3 RTFOT. Výsledné hodnoty zkoušek srovnávaných pojiv jsou uvedeny v druhé části tabulky 1. Na základě výsledků zkoušek penetrace jehlou a bodu měknutí je možné říct, že pro výrobu asfaltových směsí byly použity standardní silniční asfalty gradace 50/70, jejichž vlastnosti se zdají být velice podobné. Výsledky zkoušky penetrace jehlou i bodu měknutí vyhovují požadavkům normy ČSN Pokud se ovšem zaměříme na disperzní stabilitu těchto pojiv, zjistíme, že pojivo B má oproti ostatním dvěma asfaltovým pojivům výrazně nižší hodnotu FTI, čili je možné usuzovat na jeho porušenou disperzní stabilitu. Pojivo B také dosáhlo nejnižší hodnoty zbylé penetrace po stárnutí simulovaném metodou 3 RTFOT. Značný rozdíl mezi pojivem B a pojivy A a C byl patrný také při vyhodnocení zvýšení bodu měknutí po stárnutí 3 RTFOT, přičemž pojivo B dosahovalo nejvyšší hodnoty tohoto parametru (17,0 C). Pojivu B rovněž příslušel nejvyšší podíl komplexního smykového modulu po 3 RTFOT a nezestárlého pojiva. Z výsledků stárnutí pojiv metodou 3 RTFOT je patrné, že pojivo B s nízkou disperzní stabilitou je výrazně náchylnější k termooxidačnímu stárnutí než ostatní dva silniční asfalty (A a C). Tato skutečnost koresponduje s výsledky vizuální prohlídky pokusného úseku, která byla provedena v roce 2016, tedy po více než třech letech provozu. Pouze na sekci B pokusného úseku byly zaznamenány vznikající poruchy obrusné vrstvy (viz obrázek 4 a 5), které se na ostatních sekcích A a C dosud nevyskytovaly. Tabulka 1 Vlastnosti asfaltových směsí použitých pro realizaci pokusného úseku a pojiv obsažených v těchto směsích Vlastnosti asfaltových směsí Sekce A Sekce B Sekce C Obsah pojiva [%] 5,85 5,87 5,70 Mezerovitost (kontrolní zkouška) [%] 2,1 2,0 2,3 Mezerovitost (jádrový vývrt) [%] 3,0 3,9 3,7 Vlastnosti použitých silničních asfaltů Sekce A Sekce B Sekce C FTI (disperzní stabilita) [ ] 2,6 1,2 2,7 Penetrace jehlou [0,1 mm] Bod měknutí [ C] 47,5 50,8 48,7 G* (60 C, 1 Hz) [kpa] 1,58 2,01 1,50 Penetrace jehlou po 3 RTFOT [0,1 mm] Bod měknutí po 3 RTFOT [ C] 60,4 67,8 58,7 G* (60 C, 1 Hz) po 3 RTFOT [kpa] 10,85 27,41 8,16 Zbylá penetrace po 3 RTFOT [%] 45,6 38,5 44,6 Zvýšení bodu měknutí po 3 RTFOT [ C] 12,9 17,0 10,0 (G* po 3 RTFOT) / (G*) [ ] 6,9 13,6 5,4 19

20 Obr. 4 Trhlina vznikající na povrchu obrusné vrstvy sekce B Obr. 5 Ztráta asfaltového tmelu z povrchu obrusné vrstvy sekce B 20 SILNICE ŽELEZNICE 1/2018