Silniční stavební materiály ftp://147.229.19.137/kudrna Doc. Ing. Jan Kudrna. CSc. Vysoké učení technické v Brně, fakulta stavební, Veveří 95, 602 00 Brno, ČR; kudrna.j@fce.vutbr.cz Názvosloví Asfalt (CZ, SK, USA)=černé, lepící, viskózní pojivo, EU = bitumen Asfaltová směs, směs kameniva a asfaltu Asfaltový beton, asfaltový mastix, asfaltový koberec mastixový, drenážní a tenký, litý asfalt, penetrační makadam asfaltový, asfaltový nátěr =vrstvy konstrukce silnice, lidově asfalt Živice = souhrnné označení pro asfalt a dehet, dehet se nesmí do silnic používat, není důvod používat název živičné směsi Dopravní stavby Silniční a železniční stavitelství (včetně mostů, tunelů) tvoří až 1/3 produkce stavebnictví. Podporováním zaostalé infrastruktury ČR ze zdrojů EU a zvyšováním výkonů je nedostatek inženýrů v oboru. Perspektiva pro stavební inženýry do: - projekce, - výstavby, - správy, - zkušebnictví. 1
Mapa postavených a plánovaných dálnic a rychlostních komunikací Veškerá výstavba, údržba, oprava, recyklace a rekonstrukce užívá: To co se na daném území nachází, tj.: horniny (zeminy, skalní horniny), kameniva. Dováží se jen tyto ušlechtilé materiály: vápno, cement, ocel a asfalt Vápno Nepoužívá se hašené vápno, ale práškovité a nehašené (CaO). Ve stavebních materiálech nevzniká vápenec (CaCO 3 ), ale vápnem se upravují vlastnosti jemnozrnných zemin s obsahem jílů. Vápno reaguje s jílovými minerály, dochází ke shlukování jílových částeček (flokulace) a jíly se stávají odolné proti vodě, proti účinkům mrazu a jsou pevné. 2
Cement se používá pro betony na stavbu mostů a konstrukcí (tunely, propustky, obrubníky, odvodňovací zařízení, svodidla), pro stavbu cementobetonových krytů, pro výrobu dlažby, pro zpevňování písčitých a štěrkovitých zemin do vrstev vozovek Ocel se používá 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 se používá na izolace proti vlhkosti, podzemní a povrchové vodě (podzemních a nadzemních částí a střech všech objektů občanské a průmyslové výstavby, tunelů, mostů apod.), k těsnění vodohospodářských děl k výstavbě vozovek k údržbě vozovek, k opravě vozovek, k recyklaci vozovek. 3
Recyklace vozovky pojivem asfaltová emulze a cement Základní vlastnost asfaltu je viskozita závislá na teplotě 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). 4
Negativní vlastnosti Za nízkých teplot - trhliny Za vysokých teplot - trvalé deformace 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. Měření viskozity asfaltu Penetrací (působící síla na daný tvar jehly za dané teploty a času pronikne do hmoty), Bodem měknutí (působící síla na danou plochu za jaké teploty donutí ke skápnutí), Bodem lámavosti (za jaké teploty se film asfaltu zlomí. 5
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 Další zkoušky Stárnutí tenkého filmu asfaltu účinkem vysoké teploty a kyslíku: - váhový úbytek, - pokles penetrace, - zvýšení bodu měknutí, - zvýšení bodu lámavosti. Duktilita modifikovaných asfaltů : - vratná, - silová. Přilnavost ke kamenivu 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 6
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 100 90 80 ČÁRA ZRNITOSTI 100 100 100 96 95 94 propad na sítě (%) 70 60 50 40 30 20 10 0 LA 18 13 13 10,6 8 2,53 1,62 5 3 25 21 9 4 35 31 14 6 50 45 0,01 0,1 1 10 100 Litý asfalt Asfaltový beton obrusný ACO Asfaltový koberec tenký BBTM 20 8 velikost ok sít (mm) 70,7 30 14 Asfaltový beton ložní ACL ABL Asfaltový koberec drenážní PA AKT Modelování výroby Zhutňování» Marshallův rázový zhutňovač» Bezdotykový snímač Snižování výšky zkušebního tě lesa Počet zhutňovacích úderů Počet úderů Marshallova pěchu 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 ABVH 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 7
Funkční zkoušky: Modul tuhosti a odolnost proti únavě Odolnost proti trvalým deformacím Pojíždění kolem při 50 C Triaxiální zkouška Zkoušky při teplotách 40 C a 5O C Posouzení odolnosti proti mrazovým trhlinám 15,0 14,0 13,0 12,0 Směs 1 11,0 10,0 Směs 2 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0-35 -30-25 -20-15 -10-5 0 5 10 15 Síla (kn) Teplota ( C) 8
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 Měření 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) 9