SILOVÁ DUKTILITA ASFALTOVÝCH POJIV FORCE DUCTILITY OF ASPHALT BINDERS

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV POZEMNÍCH KOMUNIKACÍ FACULTY OF CIVIL ENGINEERING DEPARTMENT OF ROAD STRUCTURES SILOVÁ DUKTILITA ASFALTOVÝCH POJIV FORCE DUCTILITY OF ASPHALT BINDERS BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR ZDENĚK SMOLKA Ing. ONDŘEJ DAŠEK, Ph.D. BRNO 2016

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Studijní program Typ studijního programu Studijní obor Pracoviště B3607 Stavební inženýrství Bakalářský studijní program s prezenční formou studia 3647R013 Konstrukce a dopravní stavby Ústav pozemních komunikací ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Student Zdeněk Smolka Název Vedoucí bakalářské práce Ing. Ondřej Dašek, Ph.D. Datum zadání bakalářské práce 30. 11. 2015 Datum odevzdání bakalářské práce 27. 5. 2016 V Brně dne 30. 11. 2015...... doc. Dr. Ing. Michal Varaus Vedoucí ústavu prof. Ing. Rostislav Drochytka, CSc., MBA Děkan Fakulty stavební VUT Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 2

Podklady a literatura Předané vzorky asfaltových pojiv ČSN EN 13703 Asfalty a asfaltová pojiva - Stanovení deformační energie ČSN EN 13589 Asfalty a asfaltová pojiva - Stanovení tažných vlastností modifikovaných asfaltů metodou silové duktility ČSN EN 12591 Asfalty a asfaltová pojiva - Specifikace pro silniční asfalty ČSN EN 14023 Asfalty a asfaltová pojiva - Systém specifikace pro polymerem modifikované asfalty ČSN EN 1426 Asfalty a asfaltová pojiva Stanovení penetrace jehlou ČSN EN 1427 Asfalty a asfaltová pojiva Stanovení bodu měknutí Metoda kroužek a kulička Literatura z internetu Zásady pro vypracování (zadání, cíle práce, požadované výstupy) Cílem bakalářské práce bude provést zkoušku silové duktility na asfaltových pojivech s různým stupněm polymerní modifikace. Silová duktilita bude hodnocena deformační energií podle normy ČSN EN 13703 a maximální tahovou silou. Struktura bakalářské/diplomové práce VŠKP vypracujte a rozčleňte podle dále uvedené struktury: 1. Textová část VŠKP zpracovaná podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (povinná součást VŠKP). 2. Přílohy textové části VŠKP zpracované podle Směrnice rektora "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací" a Směrnice děkana "Úprava, odevzdávání, zveřejňování a uchovávání vysokoškolských kvalifikačních prací na FAST VUT" (nepovinná součást VŠKP v případě, že přílohy nejsou součástí textové části VŠKP, ale textovou část doplňují). 3.... Ing. Ondřej Dašek, Ph.D. Vedoucí bakalářské práce Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 3

ABSTRAKT V bakalářské práci jsou popsány laboratorní vlastnosti asfaltových pojiv. Bude zde popsán princip a výsledky laboratorních zkoušek penetrace jehlou, bod měknutí metodou kroužek a kulička a silová duktilita. Zkoušky budou provedeny na vzorcích asfaltového pojiva s různým stupněm modifikace. KLÍČOVÁ SLOVA Asfalt, asfalt modifikovaný, penetrace jehlou, bod měknutí, silová duktilita, síla v tahu, protažení, bod přetržení, deformační energie, smluvní energie. ABSTRACT The bachelor thesis describes a laboratory characteristics of bituminous binders. There will be described the principle and results of laboratory tests, needle penetration, softening point by ring and ball and force ductility. The tests will be performed on samples of the bituminous binders with different degrees of modification. KEYWORDS Bitumen, asfalt, modified bitumen, penetration, softening point, force ductility, tensile strength, elongation, break point, deformation energy, conventional energy. Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 4

Smolka, Zdeněk.. Brno, 2016. 48 stran. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Ústav pozemních komunikací. Vedoucí práce Ing. Ondřej Dašek, Ph.D. Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 5

Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje. V Brně dne.... podpis autora Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 6

Poděkování: Rád bych poděkoval vedoucímu mojí bakalářské práce Ing. Ondřeji Dašekovi, Ph.D. a celému kolektivu laboratoře ústavu pozemních komunikací. V neposlední řadě bych rád poděkoval rodině, přítelkyni a kamarádům za podporu při studiu. Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 7

OBSAH: 1. Úvod 9 2. Cíle bakalářské práce 10 3. Použité zkušební metody 11 3.1 Penetrace jehlou 11 3.2 Stanovení bodu měknutí 14 3.3 Stanovení tažných vlastností metodou silové duktility 17 4. Použité materiály 24 4.1 Paramo 50/70 24 4.2 Shell Cariphalte 45/80-50 24 4.3 Rubitron 65/105-60 25 4.4 Colas 45/80-65 25 5. Vyhodnocení výsledků 28 5.1 Penetrace jehlou 28 5.2 Bod měknutí metodou kroužek a kulička 29 5.3 Silová duktilita 30 5.3.1 Paramo 50/70 30 5.3.2 Shell Cariphalte 45/80-50 32 5.3.3 Rubitron 65/105-60 34 5.3.4 Colas 45/80-65 36 5.3.5 Srovnání silové duktility všech vzorků při 10 C a 20 C 39 6. Závislost vlastností asfaltových pojiv 40 6.1 Závislost penetrace jehlou a bodu měknutí 40 6.2 Závislost smluvní energie A 400-200 a bodu měknutí 41 6.3 Závislost smluvní energie A 400-200 a síly F max 42 6.3.1 Závislost smluvní energie A 400-200 a síly F max při 10 C 42 6.3.2 Závislost smluvní energie A 400-200 a síly F max při 20 C 42 7. Závěr 43 8. Seznam použité literatury 45 9. Seznam obrázků 46 10. Seznam grafů 47 11. Seznam tabulek 48 Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 8

1. Úvod: Asfalt je organická kapalina, která může být přírodního původu nebo uměle vytvořená. Z ropy se získává jako zbytek po vakuové destilaci, v přírodě se vyskytuje ve formě asfaltových jezer, jako je jezero Pitch v Trinidadu nebo jezero Bermudes ve Venezuele. Tato živičná látka se skládá z uhlíku, vodíku, síry a ostatních látek. Asfalt dělíme na silniční, tvrdé silniční, průmyslové, speciální.[10] Vlastnosti asfaltu jsou velmi důležité pro jeho další využití. Je velmi dobře zpracovatelný. Je možno jej používat okamžitě po vychladnutí, je snadno udržovatelný a v neposlední řadě je možno jej recyklovat. U silničních asfaltů v české republice je použití těchto recyklátů značně omezené, ale v zahraničí již v dnešní době jde o velký přínos z ekonomického a ekologického hlediska. V české republice jsou asfaltová pojiva opakovaně vystavována proměnlivým nepříznivým teplotám, ať už se jedná o teploty nízké nebo vysoké. Při vysokých teplotách a výraznému zatížení vznikají v asfaltu trvalé deformace, v opačném případě při teplotách nízkých to jsou poruchy v podobě mrazových trhlin. Z důvodů proměnných vlivů je velmi důležitý návrh vhodných asfaltových pojiv. Pro zlepšení vlastností, můžeme použít pojiva modifikovaná, do kterých jsou přidány přísady polymeru. Modifikované asfalty se uplatňují hlavně na komunikacích s vysokým dopravním zatížením, na křižovatkách nebo mostech. Stupeň modifikace (obsah polymerní přísady) může být hodnocen některými laboratorními zkouškami, mezi které je možné zařadit i zkoušku silové duktility. Kohezní pevnost asfaltových silničních pojiv lze měřit podle jejich schopnosti odolávat tahovému napětí a soudržnost asfaltu vypovídá o jejich odolnosti vůči praskání. Zkouška tažnosti byla zavedena v roce 1976 (Anderson a Wiley), v průběhu let byla upravena do podoby, jak ji známe dnes. Výsledky testu silové duktility mohou být použity k rozlišení mezi nemodifikovanými a modifikovanými asfalty. Mohou poskytnout cenný vstup typu modifikátoru, aditiv a jeho množství. Tento test může být použit také k sledování stárnutí a stres-relaxačního chování asfaltu během zpracování nebo in situ v asfaltových kobercích.[11] Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 9

2. Cíle bakalářské práce: Cílem bakalářské práce bude provést zkoušku silové duktility na asfaltových pojivech s různým stupněm polymerní modifikace a zhodnotit rozdíly ve výsledcích silové duktility těchto pojiv. Silová duktilita bude hodnocena deformační energií podle normy ČSN EN 13703 a maximální tahovou silou. Zkouška bude provedena na čtyřech vzorcích u každého pojiva při dvou různých teplotách 10 C a 20 C. Prvním ze čtyř testovaných pojiv je Paramo 50/70, které není modifikováno. Další pojiva jsou Shell Cariphalte 45/80-50, Rubitron 65/105-60 a pojivo s nejvyšším stupněm modifikace je Colas 45/80-65. Jako doplňkové budou provedeny zkoušky penetrace jehlou a bod měknutí metodou kroužek kulička, které s ohledem na množství modifikátoru budou vykazovat odlišné vlastnosti. Všechna měření byla provedena a vyhodnocena dle následujících norem. ČSN EN 13703 - Asfalty a asfaltová pojiva - Stanovení deformační energie ČSN EN 13589 - Asfalty a asfaltová pojiva - Stanovení tažných vlastností modifikovaných asfaltů metodou silové duktility ČSN EN 12591 - Asfalty a asfaltová pojiva - Specifikace pro silniční asfalty ČSN EN 14023 - Asfalty a asfaltová pojiva - Systém specifikace pro polymerem modifikované asfalty ČSN EN 1426 Asfalty a asfaltová pojiva Stanovení penetrace jehlou ČSN EN 1427 Asfalty a asfaltová pojiva Stanovení bodu měknutí Metoda kroužek a kulička Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 10

3. Použité zkušební metody: 3.1. Penetrace jehlou Podstatou metody je zaměření průniku normalizované jehly do vytemperovaného analytického vzorku. Zkušební podmínky zkoušky pro penetraci do 330 x 0,1 mm jsou: teplota 25 C, aplikované zatížení 100g a doba zatížení 5s. Při penetraci nad 330 x 0,1 mm je zkušební teplota snížena na 15 C, ale zkušební podmínky jako aplikované zatížení a doba zatížení se nemění. [1] Pomůcky Jako pomůcky byly použity penetrometr, u kterého lze stanovit penetraci na nejbližší 0,1 mm. Držák jehly musí vážit 47,50 g ± 0,05 g a závaží o hmotnosti 50,00 g ± 0,05 g, které je připojeno k jehle nebo může být její součástí. Dno podstavce Obrázek 1: Penetrační přístroj [3] musí být vodorovné a bez nerovností, aby výsledky měřeného pojiva v misce nebyly ovlivněny okolními vlivy. Pro dodržení doby pronikání jehly do pojiva je součástí přístroje automatický časovač. Penetrační jehla je vyrobená z plně tvrzené, popouštěné a leštěné korozivzdorné oceli typu X105CrMo17 a tělo jehly má průměr 1,00 mm až 1,02 mm a jeden konec symetricky zkosený broušením do kužele s úhlem 9 10 ± 30 po celé délce kužele.[1] Kužel je koaxiální s tělem jehly, celková axiální změna průsečíku mezi kuželovitým a rovným povrchem nesmí překročit 0,2 mm, kuželovitý hrot jehly je zabroušen kolmo k ose jehly v rozmezí 2 tak, aby průměr na konci jehly byl mezi 0,14 mm až 0,16 mm, pro penetraci 330 x 0,1 mm je délka jehly přibližně 50 mm a jehla s koncovkou musí mít dohromady hmotnost 2,50 g ± 0,05 g.[1] Dále byla použita nádoba na zkušební vzorek což je kovová nebo skleněná nádoba s vnitřním průměrem minimálně 55 mm a maximálně 70 mm. Vodní lázeň s kapacitou minimálně 10 l, která musí mít konstantní teplotu s rozmezím ± 0,15 C. Jako teploměr se nejčastěji používá teploměr rtuťový, v jiném případě je nutno teploměr kalibrovat dle údajů teploměru rtuťového. Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 11

Obrázek 2: Příklad penetrometru [1] 6. Vřeteno 7. Stupnice 8. Držák jehly 9. Uvolňovací zařízení 10. 50g závaží 1. Jehla a koncovka 2. Přemisťovací miska s plochým dnem 3. Nádoba se zkušebním vzorkem 4. Podkladní deska 5. Stavěcí šroub Příprava před samotným měřením Vzorek se zahřeje nad bod měknutí a nalije se do nádoby na vzorky, kdy jeho výška musí být minimálně o 10 mm než hloubka předpokládaného průniku jehly. Vzorek se chladí na teplotu mezi 15 C až 30 C a dle hloubky se nechá chladit 1 1,5 hodiny. Postup zkoušky Zkontroluje se držák jehly, který se musí pohybovat volně a nesmí být ovlivněn žádnými nečistotami. Jehla se řádně očistí toluenem a uchytí se do držáku. Číselník pro měření penetrace v penetračních jednotkách se vynuluje a čas určující trvání doby zatížení se nastaví na 5 s. Nádoba se vzorkem se umístí do lázně o teplotě 25 C ± 0,15 C. Jehla se přiblíží na těsný kontakt s měřeným vzorkem a následně se spustí závaží s jehlou. Měření se opakuje minimálně třikrát se vzdáleností mezi sebou a okrajem minimálně 10 mm. Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 12

Obrázek 3: Penetrační přístroj při provádění zkoušky [2] Vyhodnocení výsledků Hodnoty penetrace se vyjádří jako aritmetický průměr hodnot akceptovaných, tedy těm, které vyhoví tabulce 1. U modifikovaných asfaltů se tabulka bere jen jako vodítko, nikoli závazný předpis. Aritmetický průměr se stanoví v desetinách milimetru zaokrouhlený na nejbližší celé číslo. Největší možné rozdíly stanovení jsou uvedeny v tabulce1. Penetrace v 0,1 mm do 49 50-149 150-249 nad 250 Maximální rozdíl mezi nejvyšším a nejnižším stanovením 2 4 6 8 Tabulka 1: Maximální rozdíl platných stanovení Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 13

3.2. Bod měknutí metodou kroužek a kulička Dva kotoučky z asfaltového pojiva, odlité v mosazných kroužcích s osazením, se zahřívají řízenou rychlostí v kapalné lázni, přičemž na každém z nich je umístěna ocelová kulička.[4] Bod měknutí se zaznamená jako průměr teplot, při kterých tyto dva kotoučky změknou natolik, aby umožnily každé kuličce, obalených v asfaltovém pojivu, propadnout o vzdálenost 25,0 mm ± 0,4 mm.[4] Pomůcky Měření se provádí v lázni čerstvě převařené vodě nebo vodě destilované a to z důvodu zamezení vzduchových bublinek na povrchu vzorku, což by ovlivnilo průběh zkoušky a její výsledky. Při vyšších teplotách je nutné vodu nahradit glycerinem. Při Obrázek 4: Přístroj bodu měknutí [5] zkoušce jsou použity dva mosazné kroužky, odlévací destička, která je z hladkého rovného plechu rozměrů 50 mm x 75 mm x 2 mm nebo se může použít keramická dlaždice tloušťky 5 mm až 6 mm. Dvě kuličky o průměru 9,50 mm ± 0,05 mm a každá o hmotnosti 3,50 g ± 0,05 g jsou osazeny do středícího prstence pro kuličky. Další částí přístroje je držák kroužků a sestava, které jsou z korozivzdorné oceli. Spodní hrana kroužků s osazením v držáku musí být 25,0 mm ± 0,4 mm nad horním povrchem základní desky a horní okraj kroužků musí být 50 mm ± 3 mm pod povrchem kapaliny v lázni.[4] Lázeň musí být ve skleněné kádince s vnitřním průměrem nejméně 85 mm a výškou nejméně 120 mm. Pro přesné zaznamenání teploty je zde kalibrovaný teploměr a míchadlo, které zajišťuje stejnou teplotu v celém objemu lázně. Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 14

Obrázek 5: Kroužek [4] Obrázek 6: Středící zařízení pro kuličku[4] Obrázek 7: Sestava dvou kroužků [4] Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 15

Příprava před samotným měřením Dva mosazné kroužky se zahřejí na teplotu o 90 C vyšší než je předpokládaný bod měknutí pojiva a umístí se na odlévací destičku s vrstvou separačního postřiku. Separačního postřiku se použije jen přiměřené množství, aby v kapalné lázni neinterferoval s paprskem světla, je-li použit k detekci. Kroužky se naplní zahřátým asfaltovým pojivem a následně se vzorky chladí při laboratorní teplotě po dobu nejméně 30 minut. Od odlití do konce zkoušky nesmí uplynout delší doba než 4 hodiny, v opačném případě je nutno zkoušku opakovat. Po vychladnutí vzorku se odřízne přebytečná část asfaltového pojiva, tak aby vzorek byl zarovnán s okrajem. Postup zkoušky Zvolí se kapalina a lázeň dle předpokládaného bodu měknutí. Pokud je předpokládaný bod měknutí do 80 C včetně, použije se čerstvě převařená destilovaná voda, je-li bod měknutí nad 80 C použije se glycerin. Sestaví se přístroj s kroužky naplněnými vzorky, středícím zařízením pro kuličky a zasazeným teploměrem a lázeň se naplní tak, aby povrch lázně byl 50 mm ± 3 mm nad horním okrajem kroužků.[4] Musí se zajistit, aby obě kuličky měly stejnou teplotu, jako zbytek soustavy. Kádinka s lázní a sestavenou soustavou se umístí do ledové vody, aby teplota před měřením byla 5 C ± 1 C pro vodní lázeň nebo do mírně ohřáté vody s teplotou 30 C ± 1 C pro glycerin. Kapalina v lázni se míchá a zespodu zahřívá tak, aby teplota stoupala rovnoměrně rychlostí 5 C/min.[4] Přesné dodržení rychlosti zahřívání je nezbytné pro vhodnost výsledků, které se u teploty bodu měknutí pod 80 C nesmí lišit o více než 1 C a u bodu měknutí nad 80 C o 2 C. U modifikovaných asfaltů se zkouška musí opakovat, jsou-li obě teploty od sebe vzdáleny o více jak 2 C nebo poruší-li kulička vrstvu pojiva, kterou je obalena, než se dotkne základní desky. Obrázek 8: Postup měření K-K Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 16

Vyhodnocení výsledků Bod měknutí asfaltového pojiva ve vodní lázni a v glycerinu se liší přibližně o 4 C, kdy ve vodní lázni je nižší. Pro bod měknutí nižší nebo rovný 80 C se bod měknutí vyjádří jako průměr teplot zaokrouhlený na nejbližší 0,2 C a bod měknutí nad 80 C se vyjádří jako průměr teplot zaokrouhlených na nejbližší 0,5 C.[4] 3.3 Stanovení tažných vlastností metodou silové duktility Jedná se o určení tažných vlastností asfaltových pojiv, zejména pojiv modifikovaných. Zkušební tělísko tvaru daného formou se protahuje v duktilometru při zkušební teplotě a konstantní rychlosti do přetržení nebo do dosažení protažení nejméně 1 333 % (400 mm).[6] Tahová zkouška se provádí s originálním asfaltovým pojivem nebo s pojivem zpětně získaným, pojivem zbytkovým po destilaci a pojivem zestárlým. Pomůcky Obrázek 9: Duktilometr [7] Základní pomůckou při zkoušce silové duktility je duktilometr s tažným zařízením, který je naplněný vodní lázní. Protahovací zařízení musí být kalibrováno tak, aby udrželo konstantní rychlost 50 mm/min ± 2,5 mm/min. Upínací zařízení nesmí zapříčinit namáhání zkušebního tělíska, při namáhání by mohlo dojít k poškození tělíska. Tahové zařízení musí být schopno vyvodit sílu 1N až 300N s přesností ± 0,1N. Vodní lázeň musí udržet stanovenou teplotu ± 0,5 C po celou dobu zkoušky. K zaznamenání použité síly a protažení testovaného vzorku slouží záznamové zařízení. U zkušebních vzorků je nutné dodržet rozměry, které jsou dány formou pro přípravu zkušebních tělísek. Formy jsou kovové a skládají se ze čtyř částí, dvou upínacích čelistí a dvou bočních částí, které se po upevnění do přístroje vyjmou. Při odlévání vzorku do formy je forma upevněna k podkladní kovové destičce. Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 17

Obrázek 10: Symetrická forma na vzorek [9] Obrázek 11: Symetrická forma [6] A - 36,5 mm ± 2,0 mm B - 30,0 mm ± 0,1 mm C - 20,0 mm ± 0,2 mm D 5,5 mm E 10,0 mm ± 0,1 mm F 7,3 mm ± 0,1 mm R 15,5 mm ± 0,1 mm tloušťka 10,0 mm ± 0,1 mm Příprava před samotným měřením Podkladová destička a vnitřní strana bočnic se natřou separačním prostředkem nebo silikátovým tukem. Pro měření zkompletujeme tři takové formy a uchytíme je aretačním šroubem. Vzorek asfaltového pojiva se ohřeje a bezprostředně poté se odlije do tří forem odléváním střídavě dopředu a dozadu v podélném směru forem, aby se docílilo jednotného rozdělení vzorku ve formě.[6] Po naplnění forem se vzorky ponechají při laboratorní teplotě přibližně 1 h, následně se předehřátým nožem odstraní přebytečná část pojiva vyčnívající nad formu. Před zkouškou se vzorky nechávají vytemperovat ve vodní lázni po dobu 90 min ± 10 min a zkoušku je nutno provést ještě téhož dne. Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 18

Postup zkoušky Po vytemperování vzorku ve vodní lázni se zkouší jeden vzorek po druhém. Formu i s asfaltovým pojivem odebereme z kovové destičky a uchytíme jej do úchytného zařízení a odebereme bočnice formy. Zkouška probíhá obvykle při teplotě 5,0 C ± 0,5 C s rychlostí 50,0 mm/min ± 2,5 mm/min dokud se nedosáhne požadovaného protažení 1333 % (400 mm) nebo dokud nedojde ke křehkému lomu, v tomto případě je nutno zkoušku opakovat. Dojde-li ke křehkému lomu opakovaně, zvýší se zkušební teplota o 5 C. U měkkých asfaltových pojiv lze zkušební teplotu snížit až na 0,0 C ± 0,5 C. Jde-li o asfaltová pojiva tvrdá nebo modifikovaná měla by se zkouška provádět při teplotě 10,0 C ± 0,5 C nebo dokonce při teplotě 15,0 C ± 0,5 C. Obrázek 12: Formy se vzorky Obrázek 13: Přístroj pro nastavení rychlosti Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 19

Obrázek 14: Uchycení vzorku do přístroje Obrázek 15: Napínání vzorku 1.0 Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 20

Obrázek 16: Napínání vzorku 1.1 Obrázek 17: Konečný stav napětí (400 mm) Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 21

Vyhodnocení výsledků Pro stanovení výsledků je nutný počítací stroj umožňující výpočet ploch z numerických dat nebo schopný určit plochu z grafického záznamu. Celkový výpočet se skládá z dílčích částí: Obrázek 18: Energie k danému protažení [8] - Výpočet energie z digitálního záznamu: Pro každé zkušební tělísko se výpočet provádí z digitálních dat dvojic síla/protažení.[8] Výpočet lze provést pomocí vhodného počítačového software. - Výpočet energie z grafického záznamu proměnných: Pro každé zkušební tělísko se výpočet energie provádí z křivky získané na záznamovém zařízení.[8] - Stanovení energie (E u ) vztažené na jednotku: Energie vztažená na jednotku se definuje jako energie odpovídající jednomu čtverečnímu centimetru záznamového papíru.[8] Energie se vyjadřuje v joulech (J). - Výpočet síly (F u ) vztažené na jednotku: Ze znalosti maximálního rozsahu zařízení pro měření síly a jeho citlivosti (vyjádřené v procentech) se stanoví hodnota nominální síly (vyjádřená v newtonech) pro celý rozsah stupnice.[8] F nominální síla měřícího zařízení [N] L délka rozsahu stupnice na ose x [cm] Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 22

- Výpočet posunutí (d u ): Ze znalosti rychlosti posunu záznamového papíru se vypočítá posunutí d u pohyblivého dílu (vyjádřené v metrech) odpovídající jednomu centimetru stupnice na ose úseček záznamového papíru.[8] D odpovídá protažení tělíska v rychlost záznamového papíru t doba potřebná k provedení zkoušky - Energie (E u ) vztažená na jednotku: Energie E u odpovídá jednotkové ploše záznamového papíru v joulech.[8] - Výpočet deformační energie: d u výpočet posunutí F u síla vztažená na jednotku a) Sečtením počtů čtverců definovaných jako jednotka n i, zahrnutých ve vyhodnocovaných plochách se vypočte jako deformační energie.[8] n i počet čtverců E u energie vztažená na jednotku b) Zvážením (na vahách s přesností 0,1 mg) hmotnosti vystřiženého papíru P i odpovídajícímu vyhodnocovaným plochám.[8] Je vhodné provádět kalibraci papíru použitého v záznamovém zařízení za účelu výpočtu hmotnosti P u, jednotky čtverce papíru.[8] P i hmotnost vystřiženého papíru P u hmotnost jednoho čtverce papíru E u energie vztažená na jednotku Konečné výsledky se vyjádří jako smluvní energie E i v joulech na centimetr čtvereční.[8] Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 23

4. Použité materiály: Pro provedení laboratorních zkoušek byla použita následující asfaltová pojiva: 4.1 Paramo 50/70 Vzorek gradace 50/70 výrobce Paramo a.s. je jediným nemodifikovaným vzorkem silničního asfaltu, který byl podroben laboratorním zkouškám penetrací jehlou, bodu měknutí metodou kroužek a kulička a silovou duktilitou. Vlastnosti jsou uvedeny v tabulce 2. TABULKA VLASTNOSTÍ: Paramo 50/70 Vlastnosti Zkušební metoda Jednotka Požadavek Penetrace při 25 C EN 1426 0,1 mm 50-70 Bod měknutí EN 1427 C 46-54 Odolnost proti stárnutí RTFOT EN 12607-1 Změna hmotnosti % 0,5 Zbylá penetrace % 50 Zvýšení bodu měknutí EN 1428 C 11 Bod vzplanutí EN 1429 C 230 Bod lámavosti podle Fraasse C -8 Tabulka 2: Paramo 50/70 4.2 Shell Cariphalte 45/80-50 Běžně dosahované vlastnosti polymerem modifikovaného asfaltu gradace 45/80-50 s komerčním názvem Cariphalte výrobce Shell Czech Republic a.s. jsou uvedeny v tabulce 3. TABULKA VLASTNOSTÍ: Shell Cariphalte 45/80-50 Vlastnosti Zkušební metoda Jednotka Požadavek Penetrace při 25 C EN 1426 0,1 mm 45-80 Bod měknutí EN 1427 C 50 Odolnost proti stárnutí RTFOT EN 12607-1 Změna hmotnosti % 0,5 Zbylá penetrace % 60 Zvýšení bodu měknutí EN 1428 C 8 Bod vzplanutí EN 1429 C 235 Bod lámavosti podle Fraasse C -15 Tabulka 3: Shell Cariphalte 45/80-50 Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 24

4.3 Rubitron 65/105-60 Požadované vlastnosti polymerem modifikovaného asfaltu 65/105-60 ruského výrobce Rubitron jsou uvedeny v tabulce 4. TABULKA VLASTNOSTÍ: Rubitron 65/105-60 Vlastnosti Zkušební metoda Jednotka Požadavek Penetrace při 25 C EN 1426 0,1 mm 65-105 Bod měknutí EN 1427 C 60 Odolnost proti stárnutí RTFOT EN 12607-1 Změna hmotnosti % 0,5 Zbylá penetrace % 60 Zvýšení bodu měknutí EN 1428 C 10 Bod vzplanutí EN 1429 C 235 Bod lámavosti podle Fraasse C -15 Tabulka 4: Rubitron 65/105-60 4.4 Colas 45/80-65 Polymerem modifikovaný asfalt s nejvyšším stupněm modifikace (45/80-65) výrobce Colas CZ a.s. vykazuje vlastnosti uvedené v tabulce 5. TABULKA VLASTNOSTÍ: Colas 45/80-65 Vlastnosti Zkušební metoda Jednotka Požadavek Penetrace při 25 C EN 1426 0,1 mm 45-80 Bod měknutí EN 1427 C 65 Odolnost proti stárnutí RTFOT EN 12607-1 Změna hmotnosti % 0,5 Zbylá penetrace % 60 Zvýšení bodu měknutí EN 1428 C 10 Bod vzplanutí EN 1429 C 250 Bod lámavosti podle Fraasse C -18 Tabulka 5: Colas 45/80-65 Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 25

Specifikace pro silniční asfalty s penetrací od 20 x 0,1 mm do 220 x 0,1 mm dle ČSN EN 12591: Tab 1A 1B Vlastnosti Zkušební metoda Jednotka 35/50 50/70 70/100 100/150 160/220 Penetrace při 25 C EN 1428 0,1 mm 35-50 50-70 70-100 100-150 160-220 Bod měknutí EN 1427 C 50-58 46-54 43-51 39-47 35-43 Odolnost proti stárnutí při 163 C (RTFOT) EN 12607-1 Změna hmotnosti % 0,5 0,5 0,8 0,8 1,0 Zbylá penetrace % 53 50 46 43 37 Zvýšení bodu měknutí C 11 11 11 12 12 Bod vzplanutí EN ISO 2592 C 240 230 230 230 220 Rozpustnost EN 12592 % 99,0 99,0 99,0 99,0 99,0 Bod lámavosti podle Fraasse EN 12593 C -5-8 -10-12 -15 Tabulka 6: Specifikace pro silniční asfalty [12] Specifikace druhů polymerem modifikovaných asfaltu (PMB) v České republice dle ČSN EN 14023: Tab. 1A 2B 3C Metoda Vlastnosti Jednotka zkoušení 45/80-45/80-45/80-45/80-40/100-65 40/100-75 120/200-40 50 55 60 65 Penetrace při 25 C EN 1426 0,1 mm 45-80 45-80 45-80 45/80 40-100 40-100 120-200 Bod měknutí EN 1427 C 50 55 60 65 65 75 40 Koheze - silová EN 13589 1 2 3 3 2 3 1 duktilita smluvní J/cm 2 EN 13703 energie při teplotě: (5 C) (5 C) (5 C) (5 C) (5 C) (5 C) (0 C) Odolnost proti stárnutí: - zbylá penetrace EN % 60 60 60 60 60 60 60 - zvýšení bodu měknutí 12607-1 C 8 8 10 10 8 10 8 - změna hmotnosti % 0,5 0,5 0,5 0,5 0,3 0,3 0,5 Bod vzplanutí ISO 2592 C 235 235 235 235 235 235 235 Bod lámavosti EN 12593 C -12-15 -15-15 -15-18 -18 Vratná duktilita při 25 C EN 13398 % >50 >50 >50 >50 >50 >50 TBR Rozsah plasticity N/A C TBR TBR TBR TBR TBR TBR TBR Vratná duktilita při 25 C po EN 12607-1 Skladovací stabilita Rozdíl bodu měknutí EN 13398 % >50 >50 >50 >50 >50 >50 TBR EN 13399 EN 1427 C 5 5 5 5 5 5 5 Tabulka 7: Specifikace pro modifikované silniční asfalty [13] Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 26

Koheze a J/cm 2 J/cm 2 Změna hmotnosti c % 0,3 0,5 0,8 1,0 a Vybírá se jedna metoda koheze podle konečného použití. Pro pojiva nátěrových technologií vozovek se použije pouze zkouška kyvadlem Vitalit (EN 13588). b Hlavní zkouškou je RTFOT při 163 C. Pro některé výše viskózní polymerem modifikované asfalty, u nichž je viskozita příliš vysoká pro vznik pohybujícího se filmu, nelze provádět zkoušku RTFOT při retenční teplotě 163 C. V těchto případech se postup provádí při 180 C podle EN 12607-1. c Změna hmotnosti může být kladná nebo záporná. Systém specifikací polymerem modifikovaných asfaltů - vlastnosti požadované u polymerem modifikovaných asfaltů: Odolnost proti stárnutí b Vlastnosti Penetrace při 25 C Bod měknutí Silová duktilita a (Protahování 50 mm/min) nebo Zkouška v tahu a (Protahování 100 mm/min) nebo Zkouška kyvadlem Vitalit a (rázová zkouška) Metoda zkoušení Jednotka 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 EN 1426 0,1 mm 10-40 25-55 45-80 40-100 65-105 75-130 90-150 120-200 200-300 EN 1427 C 80 75 70 65 60 55 50 45 40 EN 13589 následně EN 13703 EN 13588 J/cm 2 0,7 3 2 1 2 2 3 0,5 2 0,5 0,5 při 5 C při 5 C při 5 C při 0 C při 10 C při 10 C při 15 C při 15 C při 20 C při 25 C 3 2 1 3 3 při 5 C při 5 C při 5 C při 0 C při 10 C Zbylá penetrace % 35 40 45 50 55 60 Zvýšení bodu měknutí EN 12607-1 C 8 10 12 Bod vzplanutí EN 13587 následně EN 13703 EN ISO 2592 C 250 235 220 Třídy pro všechny polymerem modifikované asfalty Tabulka 8: Požadované vlastnosti u polymerem modifikovaných asfaltů [13] Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 27

Penetrace jehlou [0,1 mm] 5. Vyhodnocení výsledků: V následující kapitole budou popsány výsledky jednotlivých zkoušek, které byly následně zpracovány do grafů a tabulek. 5.1 Penetrace jehlou Zkouška penetrací jehlou byla provedena a posouzena dle normy ČSN EN 1426. Shell Cariphalte 45/80-50 je jediný vzorek, který těsně nevyhověl předepsanému požadavku na hodnotu penetrace jehlou dle ČSN EN 14023. Rovněž penetrace pojiva Paramo 50/70 i pojiva Rubitron 65/105-60 se nachází blízko dolní meze oboru požadovaného normami ČSN EN 12591 a ČSN EN 14023. PENETRACE JEHLOU [PJ] VZOREK č.: 1. 2. 3. Průměr Paramo 50/70 54 55 54 54 Shell Cariphalte 45/80-50 43 44 44 44 Rubitron 65/105-60 67 69 67 68 Colas 45/80-65 62 62 61 62 Tabulka 9: Penetrace jehlou 80 70 60 50 40 30 20 10 54 Penetrace jehlou [Pj] 44 68 62 Paramo 50/70 Shell Cariphalte 45/80-50 Rubitron 65/105-60 Colas 45/80-65 0 Graf 1: Srovnání výsledků penetrace jehlou Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 28

Teplota [ C] 5.2 Bod měknutí metodou kroužek a kulička Výsledky zkoušky bodu měknutí jsou uvedeny v tabulce 10 a v grafu 2. Bod měknutí pojiva Rubitron 65/105-60 byl mírně nižší, než požaduje norma ČSN EN 14023, protože získaná teplota byla menší než minimální teplota požadovaná (60 C). Ostatní pojiva požadavky na hodnotu bodu měknutí splnila, v případě pojiva Colas 45/80-65 se značnou rezervou 18,6 C. BOD MĚKNUTÍ [ C] STRANA P (R) L (L) Průměr Paramo 50/70 49,4 48,8 49,1 Shell Cariphalte 45/80-50 53 53,2 53,1 Rubitron 65/105-60 59,7 59,5 59,6 Colas 45/80-65 83,6 83,5 83,6 Tabulka 10: Bod měknutí 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Bod měknutí metodou kroužek a kulička 49,1 53,1 59,6 83,6 Graf 2: Srovnání výsledků bodu měknutí Paramo 50/70 Shell Cariphalte 45/80-50 Rubitron 65/105-60 Colas 45/80-65 Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 29

5.3 Silová duktilita Z důvodů srovnání výsledků zkoušky silové duktility všech pojiv byla zkouška silové duktility provedena na všech pojivech při dvou teplotách a to 10 C a 20 C. Pro každý vzorek byla stanovena tři měření při obou teplotách, ze kterých byla stanovena průměrná hodnota smluvní energie ke dvěma bodům protažení (200 mm - 400 mm), tahová síla a následně byla měření zpracována graficky. 5.3.1 Paramo 50/70 Jediným nemodifikovaným testovaným vzorkem byl vzorek Paramo 50/70, který při obou teplotách (10 C a 20 C) po vyhodnocení podle norem ČSN EN 13589 a ČSN EN 13703 vykazuje nejmenší hodnotu smluvní energie ke dvěma bodům protažení A 400-200. V konečném protažení 400 mm je F max 0 u obou teplot, jak je patrné z grafu 3 a 4. Tvar grafu potvrzuje, že se jedná o nemodifikovaný silniční asfalt, protože nedochází k opětovnému navýšení průběhu síly ke konci průběhu zkoušky, ale k jejímu plynulému poklesu. Z grafu 5 je patrné, že s rostoucí teplotou (z 10 C na 20 C) dochází ke snížení tahové síly v průběhu zkoušky a zároveň i k poklesu smluvní energie. Zkouška silové duktility: Teplota Jednotka A 400-200 F max A 400-200 (10 C) / A 400-200 (20 C) F max (10 C) / F max (20 C) 10 C [J/cm2] 0,23 30,02 - - 20 C [N] 0,01 2,86 - - 23,00 10,50 Tabulka 11: Silová duktilita Paramo 50/70 A 400-200 hodnota smluvní energii ke dvěma bodům protažení (200-400 mm) F max maximální síla Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 30

Síla [N] Síla [N] 50 Paramo 50/70 (10 C) 45 40 35 30 25 20 15 PRŮMĚR 10 C 10 5 0 0 100 200 300 400 Protažení [mm] Graf 3: Silová duktilita Paramo 50/70 (10 C) 7,0 Paramo 50/70 (20 C) 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 PRŮMĚR 20 C 1,0 0,0-1,0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Protažení [mm] Graf 4: Silová duktilita Paramo 50/70 (20 C) Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 31

Síla [N] 50,0 Paramo 50/70 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 PRŮMĚR 20 C PRŮMĚR 10 C 10,0 5,0 0,0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Protažení [mm] Graf 5: Silová duktilita Paramo 50/70 (10 C; 20 C) 5.3.2 Shell Cariphalte 45/80-50 Shell Cariphalte 45/80-50 je vzorek s nejnižším stupněm modifikace ze skupiny srovnávaných polymerem modifikovaných asfaltů, ale nejvyšší silou F max ze všech testovaných pojiv, jeho síla při 10 C byla 47,62 N a při 20 C byla 5,86 N. Z grafů 6 a 7 je patrné, že jeho smluvní energie A 400-200 je vyšší než u předešlého vzorku Paramo 50/70. Snížením teploty z 20 C na 10 C došlo k 13,44 násobnému nárůstu smluvní energie a k 8,13 násobnému nárůstu maximální síly. Stupeň modifikace tohoto polymerem modifikovaného asfaltu je pravděpodobně velice slabý, protože tvar průběhu tahové síly v závislosti na protažení se blíží tvaru průběhu nemodifikovaných silničních asfaltů (nedochází k opětovnému nárůstu tahové síly v konečné fázi zkoušky). Zkouška silové duktility: Teplota Jednotka A 400-200 F max A 400-200 (10 C) / A 400-200 (20 C) F max (10 C) / F max (20 C) 10 C [J/cm2] 1,21 47,62 - - 20 C [N] 0,09 5,86 - - 13,44 8,13 Tabulka 12: Silová duktilita Shell Cariphalte 45/80-50 A 400-200 hodnota smluvní energii ke dvěma bodům protažení (200-400 mm) F max maximální síla Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 32

Síla [N] Síla [N] 50,0 Shell Cariphalte 45/80-50 (10 C) 40,0 30,0 20,0 PRŮMĚR 10 C 10,0 0,0-10,0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Protažení [mm] Graf 6: Silová duktilita Shell Cariphalte 45/80-50 (10 C) 7 Shell Cariphalte 45/80-50 (20 C) 6 5 4 3 2 PRŮMĚR 20 C 1 0 0 100 200 300 400 Protažení [mm] Graf 7: Silová duktilita Shell Cariphalte 45/80-50 (20 C) Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 33

Síla [N] 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Shell Cariphalte 45/80-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Protažení [mm] PRŮMĚR 20 C PRŮMĚR 10 C Graf 8: Silová duktilita Shell Cariphalte 45/80-50 (10 C; 20 C) 5.3.3 Rubitron 65/105-60 Vzorek ruského výrobce Rubitron se vyznačuje nejnižšími silami ze všech laboratorně testovaných vzorků, jeho maximální síla F max při 10 C byla pouze 17,42 N a při 20 C 2,36 N. Tyto malé hodnoty síly neměly vliv na hodnotu smluvní energie A 400-200, která byla druhá nejvyšší po vzorku Colas 45/80-65, který je zároveň vzorkem s nejvyšším stupněm modifikace. V grafech 9 a 10 je patrný odlišný tvar křivky než u předešlých vzorků Paramo 50/70 a Shell Cariphalte 45/80-50, což je důsledkem vyššího stupně modifikace a tento tvar křivky závislosti tahové síly na protažení při zkoušce silové duktility je typický pro polymerem modifikované asfalty. Rubitron je jediný vzorek s velmi blízkými podíly smluvní energii A 400-200 (20 C) / A 400-200 (10 C) a maximální sílou F max (20 C) / F max (10 C). Zkouška silové duktility Teplota Jednotka A 400-200 F max A 400-200 (10 C) / A 400-200 (20 C) F max (10 C) / F max (20 C) 10 C [J/cm2] 1,54 17,42 - - 20 C [N] 0,22 2,36 - - Tabulka 13: Silová duktilita 7,00 7,38 Rubitron 65/105-60 A 400-200 hodnota smluvní energii ke dvěma bodům protažení (200-400 mm) F max maximální síla Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 34

Síla [N] Síla [N] 50,0 Rubitron 65/105-60 (10 C) 40,0 30,0 20,0 PRŮMĚR 10 C 10,0 0,0-10,0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Protažení [mm] Graf 9: Silová duktilita Rubitron 65/105-60 (10 C) 7 Rubitron 65-105-60 (20 C) 6 5 4 3 2 PRŮMĚR 20 C 1 0 0 100 200 300 400 Protažení [mm] Graf 10: Silová duktilita Rubitron 65/105-60 (20 C) Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 35

Síla [N] 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 Rubitron 65-105-60 PRŮMĚR 20 C PRŮMĚR 10 C 0,0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Protažení [mm] Graf 11: Silová duktilita Rubitron 65/105-60 (10 C; 20 C) 5.3.4 Colas 45/80-65 Posledním zkoušeným vzorkem bylo asfaltové pojivo Colas 45/80-65, které po vyhodnocení vykázalo největší hodnotu smluvní energie mezi dvěma body protažení (200 mm 400 mm), což je dáno nejvyšším stupněm modifikace tohoto pojiva. Po výpočtu poměrů smluvních energii a maximální tahové síly se ukázalo, že dochází k nejmenšímu poměru při 10 C a 20 C, z toho lze usoudit, že je nejméně závislé na zkušební teplotě a vykazuje tudíž nejnižší teplotní citlivost. Tvar křivky závislosti tahové síly na protažení odpovídá typickému průběhu polymerem modifikovaných asfaltů, přičemž tahová síla má i v konečné fázi zkoušky tendenci narůstat a nedochází tedy k ustalování průběhu. Hlavní vliv na odpor proti tahu totiž začne přebírat modifikační přísada. Z toho je patrné, že asfaltové pojivo je polymerem silně modifikované. Zkouška silové duktility: Teplota Jednotka A 400-200 F max A 400-200 (10 C) / A 400-200 (20 C) F max (10 C) / F max (20 C) 10 C [J/cm2] 1,71 21,75 - - 20 C [N] 0,42 3,02 - - 4,07 7,20 Tabulka 14: Silová duktilita Colas 45/80-65 A 400-200 hodnota smluvní energii ke dvěma bodům protažení (200-400 mm) F max maximální síla Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 36

Síla [N] Síla [N] 50,0 Colas 45/80-65 (10 C) 40,0 30,0 20,0 10,0 PRŮMĚR 10 C 0,0-10,0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Protažení [mm] Graf 12: Silová duktilita Colas 45/80-65 (10 C) 7,0 Colas 45/80-65 (20 C) 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 PRŮMĚR 20 C 1,0 0,0 0 100 200 300 400 Protažení [mm] Graf 13: Silová duktilita Colas 45/80-65 (20 C) Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 37

Síla [N] 50,0 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 Colas 45/80-65 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Protažení [mm] PRŮMĚR 20 C PRŮMĚR 10 C Graf 14: Silová duktilita Colas 45/80-65 (10 C; 20 C) Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 38

5.3.5 Srovnání silové duktility všech vzorků při 10 C a 20 C U silové duktility stanovené při teplotě 10 C je z grafu 15 patrné, že maximální síla je u všech testovaných vzorků mnohonásobně (7,20 až 10,50) větší než maximální síly dosažené u teploty 20 C v grafu 16. To samé platí pro hodnotu smluvní energie (4,07 až 23,00). Tvary křivek navzdory rozdílným teplotám jsou si velmi podobné a závisí na stupni modifikace testovaného vzorku. Silová duktilita (10 C) 50 45 Paramo 50/70 40 Shell Cariphalte 45/80-50 Rubitron 65/105-60 Síla [N] 35 30 25 20 K 45/80-65 15 10 5 0 0 100 200 300 400 Protažení [mm] Graf 15: Silová duktilita srovnání výsledků (10 C) Silová duktilita (20 C) 7 Paramo 50/70 6 Síla [N] 5 4 Shell Cariphalte 45/8050 3 Rubitron 65/105-60 2 K 45/80-65 1 0 0 100 200 300 400 Protažení [mm] Graf 16: Silová duktilita srovnání výsledků (20 C) Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 39

Bod měknutí [ C] 6. Závislost vlastností asfaltových pojiv 6.1 Závislost penetrace jehlou a bodu měknutí Mezi testovanými vzorky nebylo možné vypozorovat závislost mezi zkouškami penetrace jehlou a bodu měknutí metodou kroužek a kulička, která je vyjádřena spojnicí trendu v grafu 17. Koeficient korelace dosahuje nízké hodnoty (0,24). Zkoušky penetrace i bodu měknutí udávají odlišné vlastnosti i s ohledem na stupeň modifikace. 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 40 50 60 70 Penetrace [0,1 mm] y = 0,7284x + 19,831 R² = 0,24 Bod měknutí Lineární (Bod měknutí) Graf 17: Závislost zkoušky penetrace jehlou a bodu měknutí Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 40

Bod měknutí [ C] Bod měknutí [ C] 6.2 Závislost smluvní energie A 400-200 a bodu měknutí Jedná se o vlastnosti pojiva, které se výrazně přibližují k lineárnímu průběhu křivky trendu, protože obě tyto vlastnosti jsou závislé na stupni modifikace pojiva a je možné říct, že při stanovení jedné zkoušky je možné s vysokou pravděpodobností odhadnout výsledek zkoušky druhé. Koeficient korelace dosahoval hodnoty 0,54 pro zkušební teplotu 10 C a 0,95 pro zkušební teplotu 20 C. 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 0 0,5 1 1,5 2 Smluvní energie A 400-200 10 C [J] y = 17,167x + 41,221 R² = 0,5406 Bod měknutí Lineární (Bod měknutí) Graf 18: Závislost smluvní energie silové duktility a bodu měknutí (10 C) 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Smluvní energie A 400-200 20 C [J] y = 84,235x + 45,766 R² = 0,952 Bod měknutí Lineární (Bod měknutí) Graf 19: Závislost smluvní energie silové duktility a bodu měknutí (20 C) Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 41

F max [N] F max [N] 6.3 Závislost smluvní energie A 400-200 a síly F max 6.3.1 Závislost smluvní energie A 400 A 200 a síly F max při 10 C Mezi smluvní energií a maximální tahovou silou nebyla nalezena korelační závislost ani pro teplotu zkoušky silové duktility 10 C ani pro teplotu 20 C. 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 Smluvní energie A 400-200 [J] y = -6,4062x + 36,714 R² = 0,1009 Silová duktilita (10 C) Graf 20: Závislost smluvní energie a maximální síly (10 C) 6.3.2 Závislost smluvní energie A 400 A 200 a síly F max při 20 C 7 6 5 y = -2,7565x + 4,035 R² = 0,0973 4 3 2 1 Silová duktilita (20 C) 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Smluvní energie A 400-200 [J] Graf 21: Závislost smluvní energie a maximální síly (20 C) Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 42

7. Závěr Po naměření a vyhodnocení výsledků je zřejmé, že stupeň modifikace výrazně ovlivňuje vlastnosti asfaltových pojiv. Dle výsledků penetrace jehlou nelze jednoznačně určit stupeň modifikace vzorků. U zkoušky bodu měknutí metodou kroužek a kulička lze podle výsledků přibližně stanovit nejméně a nejvíce modifikované pojiva, protože vzorky s vyšším stupněm modifikace mají obecně většinou vyšší teplotu bodu měknutí. U zkoušky silové duktility stanovené při teplotě 10 C jsou hodnoty smluvní energie a maximální zaznamenané síly značně vyšší než u teploty 20 C. Pro srovnávanou množinu pojiv je to 4,07 až 23,00 násobek v případě smluvní energie a 7,20 až 10,50 násobek v případě maximální tahové síly. Je to dáno tím, že se asfaltové pojivo při nízkých teplotách chová tuze, má vysokou hodnotu koheze a může dojít ke křehkému lomu. Při obou testovaných teplotách jsou si křivky geometricky velmi podobné, tvar křivek je závislý na stupni modifikace a to nejvíce mezi smluvními body 200 mm 400 mm. Křivka nejvíce modifikovaného pojiva Colas 45/80-65 je mezi těmito body rostoucí více než u ostatních třech pojiv. Tomu také odpovídá největší smluvní energie, kterou toto pojivo vykazuje. Z toho vyplývá, že smluvní energie je závislá na stupni modifikace asfaltu, čemuž odpovídá znázornění v grafu 15 a 16. Vzorek nemodifikovaného silničního asfaltu Paramo 50/70 vykazuje nejnižší hodnoty smluvní energie při obou teplotách a můžeme tedy říct, že má nejmenší tažnost. Rovněž tvar průběhu tahové síly v závislosti na protažení vzorku při zkoušce silové duktility tohoto silničního asfaltu dokazuje, že se jedná o nemodifikované pojivo, protože v závěrečné části průběhu nedochází k nárůstu tahové síly, ale naopak k jejímu poklesu. Maximální tahová síla je nejvyšší u vzorku Shell Cariphalte 45/80-50, ale pomocí této síly není zřejmé, zda se jedná o vzorek modifikovaný nebo nikoli, protože vzorek Paramo 50/70, jako jediný nemodifikovaný má tahovou sílu vyšší než Rubitron 65/105-60 a Colas 45/80-65 což jsou vzorky modifikované. Průběh závislosti tahové síly na protažení dosahuje tvaru spíše nemodifikovaného pojiva. Po vyhodnocení všech zkoušek a výsledků je zřejmé (viz tabulka 15), že modifikovaná asfaltová pojiva se vyznačují lepšími tažnými vlastnostmi, což lze využít hlavně v omezení vzniku deformací v konstrukcích pozemních komunikací, jako jsou trvalé deformace nebo mrazové trhliny. Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 43

TABULKA VÝSLEDKŮ: VZOREK: Paramo 50/70 PENETRACE JEHLOU [PJ] Shell Cariphalte 45/80-50 Rubitron 65/105-60 Colas 45/80-65 54,00 44,00 68,00 62,00 BOD MĚKNUTÍ K-K [ C] 49,10 53,10 59,60 83,60 A 400-200 (10 C) 0,23 1,21 1,54 1,71 A 400-200 (20 C) 0,01 0,09 0,22 0,42 F max (10 C) 30,02 47,62 17,42 21,75 F max (10 C) 2,86 5,86 2,36 3,02 A 400-200 (10 C) / A 400-200 (20 C) 23,00 13,44 7,00 4,07 F max (10 C) / F max (20 C) 10,50 8,13 7,38 7,20 Tabulka 15: Souhrn výsledků všech zkoušek Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 44

8. Seznam použité literatury [1] ČSN EN 1426 Asfalty a asfaltová pojiva Stanovení penetrace jehlou [2] COUFALÍK, Pavel. Návrh a posouzení směsí pro asfaltové vrstvy se zvýšenou odolností proti šíření trhlin (SAL). Brno, 2012. Diplomová práce. VUT Brno [3] https://www.alibaba.com/product-detail/digital-display-asphalt-penetration- Apparatus-Bitumen_556847515.html [4] ČSN EN 1427 Asfalty a asfaltová pojiva Stanovení bodu měknutí Metoda kroužek a kulička [5] http://www.jip-tech.cz/home/asphalttest [6] ČSN EN 13589 - Asfalty a asfaltová pojiva - Stanovení tažných vlastností modifikovaných asfaltů metodou silové duktility [7] https://www.humboldtmfg.com/ductility-testing-machine.html [8] ČSN EN 13703 - Asfalty a asfaltová pojiva - Stanovení deformační energie [9] http://www.equipmentsexporters.com/images/product/143384018 ElasticRecoveryMould.jpg [10] https://cs.wikipedia.org/wiki/asfalt [11] http://repository.up.ac.za/bitstream/handle/2263/33271/nkgapele _Force%20(2013).pdf?sequence=1 [12] ČSN EN 12591 - Asfalty a asfaltová pojiva - Specifikace pro silniční asfalty [13] ČSN EN 14023 - Asfalty a asfaltová pojiva - Systém specifikace pro polymerem modifikované asfalty Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 45

9. Seznam obrázků Obrázek 1: Penetrační přístroj... 11 Obrázek 2: Příklad penetrometru [1]... 12 Obrázek 3: Penetrační přístroj při provádění zkoušky [2]... 13 Obrázek 4: Přístroj bodu měknutí... 14 Obrázek 5: Kroužek [4]... 15 Obrázek 6: Středící zařízení pro kuličku[4]... 15 Obrázek 7: Sestava dvou kroužků [4]... 15 Obrázek8 : Postup měření K-K... 16 Obrázek9 : Duktilometr [7]... 17 Obrázek 10: Symetrická forma na vzorek... 18 Obrázek 11: Symetrická forma [6]... 18 Obrázek 12: Formy se vzorky... 19 Obrázek 13: Přístroj pro nastavení rychlosti... 19 Obrázek 14: Uchycení vzorku do přístroje... 20 Obrázek 15: Napínání vzorku 1.0... 20 Obrázek 16: Napínání vzorku 1.1... 21 Obrázek 17: Konečný stav napětí (400 mm)... 21 Obrázek 18: Energie k danému protažení [8]... 22 Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 46

10. Seznam grafů Graf 1: Srovnání výsledků penetrace jehlou... 28 Graf 2:Srovnání výsledků bodu měknutí... 29 Graf 3: Silová duktilita Paramo 50/70 (10 C)... 31 Graf 4: Silová duktilita Paramo 50/70 (20 C)... 31 Graf 5: Silová duktilita Paramo 50/70 (10 C; 20 C)... 32 Graf 6: Silová duktilita Shell Cariphalte 45/80-50 (10 C)... 33 Graf 7: Silová duktilita Shell Cariphalte 45/80-50 (20 C)... 33 Graf 8: Silová duktilita Shell Cariphalte 45/80-50 (10 C; 20 C)... 34 Graf 9: Silová duktilita Rubitron 65/105-60 (10 C)... 35 Graf 10: Silová duktilita Rubitron 65/105-60 (20 C)... 35 Graf 11: Silová duktilita Rubitron 65/105-60 (10 C; 20 C)... 36 Graf 12: Silová duktilita Colas 45/80-65 (10 C)... 37 Graf 13: Silová duktilita Colas 45/80-65 (20 C)... 37 Graf 14: Silová duktilita Colas 45/80-65 (10 C; 20 C)... 38 Graf 15: Silová duktilita srovnání výsledků (10 C)... 39 Graf 16: Silová duktilita srovnání výsledků (20 C)... 39 Graf 17: Závislost zkoušky penetrace jehlou na bodu měknutí... 40 Graf 18: Závislost smluvní energie silové duktility a bodu měknutí (10 C)... 41 Graf 19: Závislost smluvní energie silové duktility a bodu měknutí (20 C)... 41 Graf 20: Závislost smluvní energie a maximální síly (10 C)... 42 Graf 21: Závislost smluvní energie a maximální síly (20 C)... 42 Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 47

11. Seznam tabulek Tabulka 1: Maximální rozdíl platných stanovení... 13 Tabulka 2: Paramo 50/70... 24 Tabulka 3: Shell Cariphalte 45/80-50... 24 Tabulka 4: Rubitron 65/105-60... 25 Tabulka 5: Colas 45/80-65... 25 Tabulka 6: Specifikace pro silniční asfalty... 26 Tabulka 7: Specifikace pro modifikované silniční asfalty... 26 Tabulka 8: Požadované vlastnosti u polymerem modifikovaných asfaltů [13]... 27 Tabulka 9: Penetrace jehlou... 28 Tabulka 10: Bod měknutí... 29 Tabulka 11: Silová duktilita Paramo 50/70... 30 Tabulka 12: Silová duktilita Shell Cariphalte 45/80-50... 32 Tabulka 13: Silová duktilita Rubitron 65/105-60... 34 Tabulka 14: Silová duktilita Colas 45/80-65... 36 Tabulka 15: Souhrn výsledků všech zkoušek... 44 Bakalářská práce, VUT v Brně FAST, květen 2016 48