Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemních komunikací Silniční stavební materiály a technologie na pozemních komunikacích základní rozdělení a vlastnosti Dušan Stehlík
Obsah Rozdělení používaných technologií a silničních materiálů a pojiv. Asfalt jako nejpoužívanější pojivo krytových vrstev. Zkoušení asfaltových pojiv a asfaltových směsí. Funkční zkoušky silničních stavebních materiálů
Příčný řez grafické vyjádření návrhu vozovky Katalog vozovek TP 170 podle návrhového programu LAYEPS
Výstavba, údržba, oprava, recyklace a rekonstrukce užívá: A.) To co se na daném území nachází: horniny (zeminy, skalní horniny), kameniva. B.) Dováží se jen ušlechtilé materiály: vápno, cement, ocel, asfalt
Vápno Nepoužívá se hašené vápno, ale práškovité a nehašené vzdušné (CaO). Vápnem se upravují vlastnosti jemnozrnných zemin s obsahem pucolánových, jílových minerálů. Vápno reaguje s jílovými minerály, dochází ke shlukování jílových částeček (flokulace) a směs zeminy s pojivem se stává odolnější proti vodě, proti účinkům mrazu a jsou pevnější, únosnější.
Zlepšení zemin vápnem - technologie
Cement pro betony na stavbu mostů a konstrukcí (tunely, propustky, obrubníky, odvodňovací zařízení, svodidla), pro výrobu dlažby, pro stavbu cementobetonových krytů a stmelených podkladních vrstev vozovek pozemních komunikací, pro zpevňování problematických písčitých a štěrkovitých zemin v aktivní zóně podloží vozovky.
Pokládka cementobetonového krytu
Ocel pro konstrukce ocelových a lanových mostů, dopravních zařízení (značek, portálů, svodidel apod.) jako výztuž do betonových konstrukcí (betonové mosty, tunely, propustky, kanalizací, poklopů, svodidel apod.), pro kotvy a trny do cementobetonových krytů.
Asfalt na izolace proti vlhkosti, podzemní a povrchové vodě k těsnění vodohospodářských děl k výstavbě vozovek, k údržbě vozovek, k opravě vozovek, k recyklaci vozovek.
Složení asfaltu Směs vysokomolekulárních uhlovodíků. Složení závisí na místě výskytu (původu ropy). Uhlovodíky se dělí na oleje, pryskyřice (celkově maltény) a asfaltény: Asfaltény jsou tuhé částice, které asfalt zahušťují. Maltény fyzikálními a chemickými procesy stárnou (účinkem kyslíku, teploty, ultrafialového záření), stávají se hustší.
Druhy asfaltu Ropné Penetrace - silniční 70/100, 50/70, 30/50 - tvrdé 10/20, Přírodní, tvrdé s příměsemi - v ČR se nepoužívají Modifikované - elastomery (kaučukem), AM e 130, AM e 65, AM e 45, - plastomery (PE, EVA) AMp65, AMp45, AMp25 - gumou z ojetých pneumatik Emulze 30 % a 70 % vody Ředěné asfalty nedoporučují se užívat
Výroba a úprava asfaltu Silniční asfalty- destilací ropy, obvykle vakuová destilace a umělé stárnutí polofoukáním, přidávání zbytků z rafinerie Modifikované asfalty vmíchání modifikační přísady, která v asfaltu nabobtná a vytvoří strukturu Emulze vmíchání horkého asfaltu do vody
Postřik asfaltem (emulzí)
Konvenční zkoušky asfaltových pojiv 1. Stanovení penetrace jehlou 2. Stanovení bodu měknutí metodou KK 3. Stanovení teploty lámavosti podle Fraasse 4. Vratná duktilita
Stanovení penetrace jehlou ČSN EN 1426 Podstata metody: stanovení průniku jehly do vzorku asfaltu (v 0,1 mm) při teplotě lázně 25 C po dobu 5 s. Celkové zatížení na jehlu je 100 g.
Teplota bodu lámavosti Teplota bodu měknutí OBOR PLASTICITY 0 C
Stanovení bodu měknutí kroužkem a kuličkou ČSN EN 1427 Podstata metody: jde o stanovení teploty, při níž asfalt změkne natolik, že ocelová kulička položená na vrstvě asfaltu o tl. 6,4 mm protáhne tuto vrstvu na délku 25 mm. (Stanovení horní meze oboru plasticity ve C)
Stanovení bodu lámavosti podle Fraasse ČSN EN 12593 Podstata metody: Jde o stanovení teploty, při které se tenká vrstva asfaltového pojiva nanesená na ocelový plíšek za definovaných podmínek ochlazování a zatížení zlomí. (Stanovení spodní meze oboru plasticity ve C)
Základní vlastnost asfaltu umožňuje (positiva) Jednoduché zpracování (stříkání, míchání, obalování kameniva, nanášení na povrch apod.) za vysoké teploty. Další zpracování výrobku za snižování teploty. Použití výrobku okamžitě po vychladnutí. Snadnou údržbu poškozeného materiálu nanesením nejtenčí vrstvy asfaltu nebo asfaltového výrobku. Po zahřátí výrobku znovupoužití (recyklaci). Asfaltová směs = asfalt + kamenivo + (aditiva)
Pokládka vrstvy z asfaltové směsi
Recyklace vozovky pojivem - asfaltová emulze a cement
Negativní vlastnosti nízké teploty
Negativní vlastnosti vysoké teploty
Zkoušení asfaltových směsí pokrývá návrh, výrobu, provedení a funkční vlastnosti Návrh (čára zrnitosti, druh a množství asfaltu) a modelování výroby (míchání) Zhutňování Kontrolu provedení (tloušťky a mezerovitosti) Stanovení funkčních vlastností - modul tuhosti - odolnost proti únavě, - odolnost proti tvorbě trvalých deformací, - odolnost proti mrazovým trhlinám.
Návrh kameniva asfaltové směsi Zrnitost kameniva a druhy směsí propad na sítě (%) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 18 13 13 10,6 8 2,53 1,62 ČÁRA ZRNITOSTI 5 3 25 21 9 4 35 31 14 6 50 45 20 8 100 100 100 96 95 94 0,01 0,1 1 10 100 Litý asfalt LA Asfaltový beton obrusný ACO Asfaltový koberec tenký BBTM velikost ok sít (mm) 70,7 30 14 ABL Asfaltový beton ložní ACL AKT Asfaltový koberec drenážní PA
Modelování výroby Zhutňování» Marshallův rázový zhutňovač» Bezdotykový snímač Počet zhutňovacích úderů Počet úderů Marshallova pěchu Snižování výšky zkušebního tělesa 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 ABVH
Funkční zkoušky Nízkoteplotní charakteristiky asfaltových směsí temperature strain stress time time time Deformation (mm) 1,0 0,8 15 14 13 0,6 12 0,4 11 10 0,2 9 0,0 8 7-0,2 6-0,4 5 4-0,6 3-0,8 2 1-1,0 0-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 Power (kn) Temperature ( C)
Odolnost proti trvalým deformacím Pojíždění kolem při 50 C Triaxiální zkouška Zkoušky při teplotách 40 C a 5O C
Funkční zkoušky Odolnost asfaltových směsí proti tvorbě TD
Funkční zkoušky Odolnost asfaltových směsí proti tvorbě TD
16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Komplexní modul tuhosti Směs: ABH I s pojivem PARAMO MOFALT SMA 65-65 5.4% - nezestárnutý 10690 8372 6789 3486 11020 7454 7575 4069 1326 1605 9081 9155 11487 11554 11885 4345 1647 0 5 10 15 20 25 30 Frekvence [Hz] -5 15 25 40 10 9570 7906 4704 1976 9707 8038 4931 2095 1.0E+08 1.0E+07 1.0E+06 1.0E+05 1.0E+04 1.0E+03 1.0E-04 Wohllerův diagram PARAMO MOFALT SMA 65-65 5.4% nezestárlý ln deformace 1.0E-03 Funkční zkoušky Stanovení materiálových charakteristik Komplexní modul tuhosti [MPa] ln počtu cyklů
Návrhy a posuzování konstrukcí vozovek, návrhy údržby a oprav h1, E1, µ1 h2, E2, µ2 h3, E3, µ3
Modul pružnosti a odolnost vůči nárůstu trvalé deformace nestmelených podkladů a podloží Cyklické namáhání v triaxiálním tlaku Opakované dynamické zatěžování v triaxiálním namáhání Namáhání silovými pulzy nebo harmonicky se měnícím tlakem Boční tlak konstantní nebo se mění jako svislý tlak Stanovení modulu pružnosti v závislosti na druhu materiál a vlhkosti
Stanovení namrzavosti jemnozrnných materiálů Spodní líc zkušebního tělesa je v dotyku s vodou o teplotě 4 C Horní líc je chlazen na teplotu 4 C Teplotní spád zvyšuje pohyb vody, která v místě teploty mrznutí vytváří vrstvu ledu O vrstvy ledu se zvyšuje měřená výška tělesa Rychlost nárůstu mrazového zdvihu během 5 dní je charakteristikou namrzavosti
Měření hlučnosti a odolnosti proti smyku povrchu vozovky Mikrofon Stanovení hlučnosti a odolnosti proti smyku v závislosti na rychlosti a druhu povrchu (makrotextuře a mikrotextuře povrchu) Odvození parametrů pro návrh směsi kameniva obrusné vrstvy a metodika laboratorního stanovení makrotextury Měřicí kolo (otáčí se rychlostí o 15% nižší než se pohybuje zařízení)
Závěrečné shrnutí Asfalt viskoelastický materiál stále teče (netuhý); Cementobetonové kryty spáry (tuhé); Nosná vrstva vozovky podkladní vrstva; Model - pružný poloprostor; Funkční zkoušení přibližování reálnému namáhání vozovky; Bezpečnost a provozní způsobilost.
Děkuji za pozornost HyPet