Bibliografická citace VŠKP

Bibliografická citace VŠKP Klimeš, Petr. DVOUVRSTVÝ KOBEREC DRENÁŽNÍ S ASFALTEM MODIFIKOVANÝM PRYŽOVÝM GRANULÁTEM, diplomová práce. Brno, 2012. 63 stran Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. Ústav pozemních komunikací. Vedoucí diplomové práce Prof. Ing. Kudrna Jan, CSc.

Anotace práce: Cílem této práce je zpracovat rešerši literatury týkající se použití dvouvrstvých drenážních systémů, určit zásady pro návrh směsí typu asfaltový koberec drenážní. Jsou navrženy směsi drenážního koberce PA 8, PA 11 a PA 16 s odlišným dávkováním asfaltu modifikovaného pryžovým granulátem. Je stanovena odolnost vůči účinkům vody, drenážní schopnost a ztráta částic všech směsí. Byla rovněž stanovena odolnost dvouvrstvého PA 8 a PA 11 vůči vzniku trvalých deformací a drenážní schopnosti. Laboratorními zkouškami se prokázala vhodnost těchto dvouvrstvých koberců s očekávaným snížením hlučnosti silničního provozu. Anotace práce anglicky: The possibilities of double layer porous asphalt usage and rules for design of porous asphalt mixtures are introduced in this work. The porous asphalt mixtures PA 8, PA 11 and PA 16 are designed with different content of asphalt-rubber according to Marshall Test method. The water sensitivity, drainability, particle loss of these PA are determined. The permanent deformation and drainability of double layer PA 8 and PA 11 were also determined. The possibility of usage of this double layer porous asphalt with expected decreasing of traffic noise was proved. Klíčová slova: dvouvrstvý drenážní koberec, asfalt, pryžový granulát, čára zrnitosti, mezerovitost, zkouška typu Klíčová slova anglicky: double layer porous asfalt, bitumen, ruber granulate, aggregate gradation, air voids content, initial type testing

Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval samostatně a že jsem uvedl všechny použité informační zdroje V Brně dne. Bc. Petr Klimeš

Děkuji Prof. Ing. Janu Kudrnovi CSc., Ing. Ondřeji Daškovi, Pavlu Strakovi a zaměstnancům školní laboratoře za cenné rady a pomoc při zpracovávání této diplomové práce.

Obsah 1 Úvod... 10 1.1 Jak vzniká hluk od pneumatiky [4]... 11 1.1.1 Valení pneumatiky... 11 1.1.2 Vibrace pneumatiky... 11 1.1.3 Stlačování vzduchu... 11 1.1.4 Troubení pneumatik... 11 1.2 Tiché povrchy... 12 1.3 Drenážní koberce... 13 1.4 Asfalt modifikovaný pryžovým granulátem (CRmB)... 14 2 Dvouvrstvý drenážní koberec... 15 2.1 Návrh směsi... 15 2.2 Pokládání... 16 2.3 Údržba... 16 2.4 Použití dvouvrstvých drenážních koberců... 17 3 Metodika řešení... 18 3.1 Směs PA8... 18 3.2 Směs PA11... 19 3.3 Směs PA16... 19 3.4 Souvrství PA11 a PA8... 20 3.5 Stanovení odolnosti vůči vodě (ITSR)... 22 3.6 Odolnost vůči mrazu... 22 3.7 Ztráta částic po zmrazovacím cyklu... 22 4 Výroba zkušebních těles... 23 5 Zkušební metody... 24 5.1 Pyknometrická zkouška [14]... 24 5.2 Zjištění obsahu rozpustného pojiva [13]... 25 5.3 Stanovení mezerovitosti [15]... 26 5.4 Vertikální propustnost na zkušebním tělese [19]... 27 5.5 Ztráta částic [18]... 28 diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 8

5.6 Propustnost in situ [26]... 30 5.7 Zkouška pojíždění kolem [20]... 31 5.8 Stanovení pevnosti v příčném tahu [21]... 33 5.9 Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě [16]... 34 5.10 Odolnost vůči mrazu... 35 5.11 Ztráta částic po zmrazovacím cyklu... 37 6 Použité materiály... 39 6.1 Pojivo... 39 6.2 Kamenivo... 40 7 Návrh směsi kameniva... 43 8 Výsledky zkoušek... 45 8.1 Objemová hmotnost... 45 8.2 Maximální objemová hmotnost... 45 8.3 Obsah rozpustného pojiva... 46 8.4 Mezerovitost... 47 8.5 Ztráta částic... 48 8.6 Vertikální propustnost... 50 8.7 Propustnost in situ... 51 8.8 Odolnost vůči trvalým deformacím... 52 8.9 Odolnost zkušebních těles vůči vodě a mrazu... 53 8.10 Ztráta částic po zmrazovacím cyklu... 54 9 Závěr... 55 9.1 Zhodnocení směsí a souvrství... 55 9.2 Doporučení pro další zkoušky... 56 9.3 Použití souvrství v praxi... 57 10 Seznamy... 58 10.1 Obrázky... 58 10.2 Tabulky... 59 10.3 Rovnice... 59 11 Použitá literatura... 60 12 Seznam použitých zkratek a symbolů... 63 diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 9

1 Úvod Hluk od dopravy je velkým problémem mnoha měst v rozvinutých zemích po celém světě, kterými procházejí dálnice a významnější silnice. Dlouhodobé působení hlukové zátěže způsobuje u exponované populace závažná civilizační onemocnění (hypertenze, infarkt myokardu, stresy, neurózy, chorobné změny krevního tlaku, poškození sluchu apod.) [1] Z níže uvedeného grafu je patrné, že hlavní část celkového hluku (červená čára) tvoří hluk vzniklý na kontaktu pneumatika vozovka (modrá čára). Hluk od hnacího ústrojí (zelená čára) a aerodynamický hluk (šedá čára) se na celkové hlučnosti při vyšších rychlostech projevují jen malou měrou. [3] Obrázek 1: Příspěvky dílčích zdrojů na celkovou hlučnost silniční dopravy a jejich závislost na rychlosti [3] diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 10

1.1 Jak vzniká hluk od pneumatiky [4] Míru hluku vznikajícího na kontaktu pneumatika-vozovka určuje struktura vozovky a vzorek pneumatiky. 1.1.1 Valení pneumatiky Vznik hluku si lze nejsnadněji představit jako tleskání. Tuto hlučnost pozitivně ovlivňuje makrotextura, ta přispívá k odtoku vody z povrchu vozovky a podobným způsobem odvádí vzduch z vozovky při odvalování pneumatik. 1.1.2 Vibrace pneumatiky Nerovnosti v oblasti megatextury (30 mm 100 mm) způsobují radiální kmitání kol. Každý slyšící člověk pozná rozdíl mezi hlukem a vibracemi vzniklými při jízdě na dlážděné a na asfaltové vozovce. Vzniklý hluk nedosahuje frekvence 1000 Hz, ale má větší amplitudu. 1.1.3 Stlačování vzduchu V průběhu jízdy se profil pneumatiky stlačuje, tím se vytlačuje vzduch před pláštěm, který je vzadu za pláštěm nasáván zpět. Tento rozdíl je možné pocítit při použití pneumatik zimních nebo terénních a pneumatik letních. 1.1.4 Troubení pneumatik Na kontaktní ploše vznikají takzvané profilové kapsy, ve kterých se vzduch stlačuje a za kontaktní plochou je uvolňován. Vzniká hluk o frekvenci přesahující 1000 Hz. Obrázek 2: Vznik hluku na kontaktu kolo vozovka [5] diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 11

1.2 Tiché povrchy Snížení hlučnosti povrchu je možné dosáhnout několika způsoby: snížením velikosti zrn kameniva, vytvořit makrotexturu, aby byl možný únik vzduchu zpod pneumatiky, vytvořit porézní vrstvu, aby vzduch unikal vrstvou. Dobré protihlukové vlastnosti mají tenké a velmi tenké koberce s otevřenou texturou. Toto opatření ale v mnoha případech zkrátilo životnost povrchu koberců. Různé nákladové studie prokázaly, že investice na snížení hluku do méně hlučných povrchů je efektivnější než investice do protihlukových stěn. Další snížení hlučnosti je možné: použitím porézní vrstev (drenážních koberců), přičemž snížení hluku také závisí na tloušťce vrstvy, použitím asfaltu modifikovaného pryžovým granulátem, díky kterému se vytvoří pružnější a měkčí povrch, používáním dvouvrstvých drenážních koberců. Proto se v posledních letech vývoj asfaltových směsí obrací k navrhování mezerovitých směsí. Jednou z možností je i používání dvouvrstvých asfaltových drenážních koberců. [3], [9] diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 12

1.3 Drenážní koberce Jsou to koberce, jejichž mezerovitost se pohybuje kolem 20 %. Na obrázku 3 můžeme porovnat hlučnost běžných povrchů (černá čára) s hlučností drenážního koberce s maximální velikostí zrna kameniva 16 mm (zelená čára), tenké mezerovité vrstvy (červená čára) a dvouvrstvého drenážního koberce (modrá čára). [11] Obrázek 3: Závislost hlučnosti různých povrchů na rychlosti vozidel [11] První použití drenážních koberců bylo v USA v roce 1950. V ČR (Československu) se datuje první použití asfaltového drenážního koberce k začátku 70. let. V té době byly rozpoznány tyto vlastnosti zlepšující bezpečnost dopravy: lepší protismykové vlastnosti, omezení vzniku aquaplaningu, omezení vzniku vodní mlhy za vozidly při dešti, omezení zrcadlení vozovky. V 80. letech byla objevena schopnost snížení valivého hluku těchto vrstev a v 90. letech jimi byla pokryta většina dálničních sítí v jižních státech Evropy a Nizozemí. diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 13

V našich klimatických podmínkách existují určitá úskalí, která velmi omezují použití těchto vrstev. Jedná se především o: zimní údržbu vozovek, kdy se použitím inertních posypů zanáší mezery a zhoršuje funkce drenážních vrstev, běžnou údržbu vozovek, kdy je třeba dbát na funkci odvodnění těchto vrstev, časté střídání mrazu a tání během zimního období, kdy může voda ve vrstvě zamrznout a vrstvu poškodit. S výhodou lze použít tento povrch na vozovkách, které se udržují solením. Zrnka soli zapadnou do pórovitého povrchu a nebudou z něho odváta, jak je tomu u uzavřených povrchů. Tyto povrchy jsou oproti běžným asfaltovým povrchům dražší, ale je potřeba vzít v úvahu i úspory, které vzniknou omezením nutnosti budovat protihluková opatření. Efekt snížení hluku se projeví citelněji při rychlostech nad 50 km/h a vysoké intenzitě dopravy. Proto by bylo vhodné tyto povrchy používat na místních rychlostních komunikacích (D a R). [7], [10] 1.4 Asfalt modifikovaný pryžovým granulátem (CRmB) Pryžový granulát v tomto pojivu příznivě ovlivňuje nízkoteplotní chování, únavové chování hlučnost a protismykové vlastnosti směsi. Drcená nebo mletá pryž se přidává do silničního asfaltu v míchacím zařízení při teplotách 170 C až 185 C po dobu 45 min. až 60 min. od dosažení teploty 170 C. Teplotě míchání může být pojivo vystaveno maximálně 10 hodin. Doba skladování je omezena na 10 dní. Před dávkováním pojiva do míchačky je nutné změřit viskozitu rotačním viskozimetrem. Od nadávkování pojiva se postupy neliší od běžných asfaltových směsí. [2] diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 14

2 Dvouvrstvý drenážní koberec Tento systém je jakýmsi kompromisem mezi hrubozrnnými a jemnozrnnými drenážními směsmi. Hrubozrnnější směs má dobrou propustnost, ale na tomto povrchu pneumatika více vibruje a více hlučí. U jemnozrnnější směsi je tomu přesně naopak. Proto je výhodné tyto směsi kombinovat. Funkce spodní vrstvy spočívá především v odvodu vody a nečistot na krajnici nebo do kanalizace. A vrchní obrusná vrstva zajišťuje lepší akustické vlastnosti a zabraňuje větším nečistotám vniknout do spodní vrstvy a tím i jejímu zanesení. Je vhodné, aby mezerovitost horní vrstvy byla 16 % 22 % a dolní vrstvy 22 % 28 %. Zanášení dutin je možné rozdělit na vratné a nevratné: Vratné (Caking) částice nečistot se usazují v pórech lze odstranit čištěním Nevratné (Clogging) - po čištění se začnou usazovat ve vodě rozpuštěné nečistoty a postupně se vytváří zátka, která čištěním odstranit nelze. [7],[8] 2.1 Návrh směsi Návrh směsi je založen na hledání optimálního množství pojiva ve směsi. Vyšší obsah pojiva zvyšuje odolnost směsi, ale snižuje mezerovitost a tím i propustnost. Co se týče kameniva, maximální velikost zrna kameniva a nízký obsah drobného kameniva má negativní vliv na ztrátu částic z povrchu vrstvy. Toto se dá ale zmírnit přidáním pojiva, kdy větší tloušťka filmu pojiva na povrchu kameniva zajistí větší odolnost směsi proti ztrátě částic, působení vody a stárnutí pojiva. Proto se obsah pojiva většinou odvíjí od požadované mezerovitosti směsi. Běžný obsah pojiva se pohybuje v rozmezí 4 % - 8 %. [7] diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 15

2.2 Pokládání Pokládání směsí je možné provádět několika způsoby: Položení každé vrstvy zvlášť. Pokládání obrusné vrstvy na horkou ložní vrstvu, kterou položí první finišer, za kterým jede druhý finišer a pokládá obrusnou vrstvu. Zde nastává problém s dopravou směsi do druhého finišeru s možným poškozením ložní vrstvy. Položení finišerem s oddělenými násypkami. Spodní vrstva by měla mít dobré drenážní vlastnosti a podklad dostatečný sklon kvůli odvodnění. Kvůli zvukové pohltivosti by měla být tloušťka spodní vrstvy minimálně 40 mm. Mělo by se zamezit, nebo alespoň maximálně omezit pojíždění spodní vrstvy před položením horní vrstvy. Pro hutnění směsí je nutné používat statický válec. [7] 2.3 Údržba Díky otevřené struktuře jsou dvouvrstvé drenážní koberce náchylnější na stárnutí a z toho vyplývající vznik trhlin a ztrátu částic z povrchu. Omezení stárnutí lze dosáhnout použitím vyššího množství pojiva, ale musí se zabránit stékavosti pojiva a to vše umožňuje modifikace asfaltu pryžovým granulátem. Tyto vrstvy je nutné čistit speciální mechanizací. Na obrázku 4 můžeme porovnat výsledky čištění různými prostředky po použití vysokotlaké vody, přes stlačený vzduch, vysávání a vibrační způsob až po chemické čištění, které se provádí nadvakrát. Zimní údržba je možná pouze pomocí soli. [6] diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 16

Obrázek 4: Porovnání výsledků čištění různými prostředky [6] 2.4 Použití dvouvrstvých drenážních koberců Používání dvouvrstvých drenážních koberců není v současné době moc rozšířené. Je to zejména způsobeno krátkou životností jak konstrukce, tak protihlukových schopností. V Nizozemí, kde jsou dvouvrstvé drenážní koberce nejpoužívanější v Evropě, je životnost tohoto povrchu 8 let. V Rakousku, kde jsou obdobné klimatické podmínky jako v ČR, byly drenážní koberce pokládány od roku 1984 do roku 1992. Od této technologie bylo z důvodu krátké životnosti a ztrátě částic upuštěno. Ale v poslední době dochází k renesanci výzkumu tohoto souvrství kvůli protihlukovým vlastnostem. Dá se předpokládat, že v brzké době se na území ČR tato technologie výrazně nerozšíří vzhledem k životnosti a vyšším nákladům na údržbu. Na druhé straně v možnostech vrstvy je snížení hlučnosti vrstvy o 6 db(a) až 9 db(a) oproti klasické směsi asfaltového koberce mastixového (SMA 11) a až o 13 db(a) oproti cementobetonovém povrchu na dálnici D1 (příčná stráž a schodky mezi deskami). Jsou to hodnoty snížení, které se vyrovnají účinkům vysokých protihlukových stěn. Technologie tak může být zajímavou alternativou nákladných protihlukových opatření na D1 zvláště proto, že se tato dálnice má v krátké době rekonstruovat a rozšiřovat. Proto je dobré mít odzkoušené směsi v našich klimatických podmínkách, které jsou pro tyto mezerovité směsi velmi nepříznivé zejména v zimě díky kolísání teploty kolem bodu mrazu a z toho plynoucího velkého počtu mrazových cyklů. [10], [12] diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 17

3 Metodika řešení V této kapitole je popsán postup řešení a metodika zpracování diplomové práce. 3.1 Směs PA8 Ze znalosti jednotlivých sítových rozborů kameniva byla navržena čára zrnitosti směsi PA8. Bylo zhotoveno 5 sad Marshallových těles s obsahem pojiva 6,5 %, 7,0 %, 7,5 %, 8,0 % a 8,5 %. Na těchto tělesech byla určena objemová hmotnost těles z rozměrů a provedena zkouška ztráty částic. Dále byla určena maximální objemová hmotnost jednotlivých sad pyknometrickou zkouškou. Pro další zkoušení byla vybrána směs s obsahem 8,0 %. Na této směsi byla provedena zkouška vertikální propustnosti a zkouška ztráty částic. Obrázek 5: Rázový zhutňovač diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 18

3.2 Směs PA11 Byla navržena čára zrnitosti směsi PA11. Byly zhotoveny 3 sady těles s obsahem pojiva 6,0 %, 6,5 % a 7,0 %. Byla zvažována i sada s obsahem 7,5 %, při 7 % obsahu pojiva ve směsi pojivo stékalo, proto tato sada nebyla vyrobena. Pyknometrickou zkouškou byly určeny maximální objemové hmotnosti jednotlivých sad těles. Na tělesech byla provedena zkouška vertikální propustnosti a nakonec zkouška ztráty částic. Pro další zkoušení byla vybrána směs s obsahem pojiva 6,5 %. Obrázek 6: Zkušební tělesa PA11 3.3 Směs PA16 Byla navržena čára zrnitosti pro PA16 a byly vyrobeny 3 sady zkušebních tělěs s obsahem pojiva 5,8 %; 6,3 % a 6,8 %. Dávkování pojiva do jednotlivých sad bylo oproti směsi PA11 sníženo o 0,2 % z důvodu snížení měrného povrchu směsi kameniva. Na těchto tělesech byla provedena zkouška vertikální propustnosti a ztráta částic. Vzhledem k velké ztrátě částic byla provedena další sada těles s obsahem pojiva 7,3 %. Toto množství už je pro tyto ložní vrstvy neekonomické. Byla provedena zkouška diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 19

vertikální propustnosti a zkouška ztráty částic. Vzhledem k nečekanému snížení svislé permeability byly zhotoveny další 3 tělesa s obsahem pojiva 7,3 % k ověření výsledků. Tato směs byla kvůli neuspokojivým výsledkům zkoušek vyřazena. 3.4 Souvrství PA11 a PA8 Byly napočítány navážky tak, aby PA 11 bylo v souvrství 40 mm a PA 8 20 mm. Z důvodu předpokladu zahutnění směsi horní vrstvy do spodní bylo množství směsi PA 8 navýšeno o 10 %. Do formy byla nasypána směs PA 11, byla hutněna 50ti údery Marshallova pěchu z jedné strany, poté byla forma otočena, ihned se přidala směs PA 8 a byla opět hutněna 50ti údery. Takto byla zhotovena 3 Marshallova tělesa. Po vyjmutí těles bylo patrné podrcení zrn směsi PA 11, po vyjmutí z formy několik zrn vypadlo. Výsledná výška těchto těles se pohybovala kolem 58 mm. Obrázek 7: Rozříznuté dvouvrstvé těleso diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 20

Bylo přistoupeno ke zhotovení desky. Podle objemových hmotností byly spočítány navážky. Směsi PA8 bylo přidáno opět pouze 10 %, předpokládalo se, že v lamelovém zhutňovači nedojde k tak výraznému drcení zrn. Do formy byla nasypána směs PA11 a byla zhutněna. Po 30ti minutách byla zhutněná ložní vrstva PA11 vyjmuta z formy. Obrázek 8: Lamelový zhutňovač Po vychladnutí vrstvy byla na vrstvu PA11 nasypána směs PA8 a byla hutněna. Po 30ti minutách byla hotová dvouvrstvá deska vyjmuta z formy. diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 21

Obrázek 9: Pohled na boční stranu desky Na desce byla na třech místech provedena zkouška propustnosti in situ jednou s podloženou dolní plochou desky a jednou s volnou dolní plochou desky (voda mohla protékat skrz). Poté byla deska vysušena a vložena do vyjížděče kolejí, kde byla odzkoušena odolnost souvrství proti trvalým deformacím. 3.5 Stanovení odolnosti vůči vodě (ITSR) Bylo vytvořeno 9 Marshallových těles PA8 a 6 těles PA11, ty byly rozděleny do tří sad podle objemové hmotnosti, jedna sada PA8 byla ponechána na zkoušku odolnosti proti mrazu. Na ostatních byla provedena zkouška ITS a stanovena ITSR. Pro ověření výsledků bylo zhotoveno dalších 9 těles PA8 a postup se zopakoval. 3.6 Odolnost vůči mrazu Ponechaná sada těles PA8 byla zkoušena touto nenormovou zkouškou. Výsledek byl porovnán s výsledkem ITS suché sady při zkoušce odolnosti vůči vodě. Výsledek byl ověřen zkoušením další sady těles PA8. 3.7 Ztráta částic po zmrazovacím cyklu Tato zkouška byla prováděna pouze na obrusné vrstvě PA8, protože tato vrstva bude nejvíce namáhána a vystavena mechanickému působení pneumatik vozidel. Bylo zhotoveno 6 Marshallových těles, byla rozdělena podle objemové hmotnosti do dvou sad a byla provedena tato nenormová zkouška. diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 22

4 Výroba zkušebních těles Kamenivo bylo sušeno v laboratorní sušárně při teplotě 110 C. Po vychladnutí byly připraveny navážky směsí kameniva pro jednotlivá tělesa. V laboratorní sušárně byly tyto směsi kameniva ohřívány na teplotu mísení 170 C. Na tuto teplotu bylo ohříváno i pojivo. Po dosažení teploty bylo dávkováno pojivo a následovalo obalování kameniva. Asfaltová směs byla umístěna do laboratorní sušárny, kde se temperovala na teplotu hutnění 155 C. Následně byla směs hutněna buď v Marshallově pěchu, nebo v lamelovém zhutňovači. Tabulka 1: Mezní hodnoty teploty asfaltové směsi [28] diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 23

5 Zkušební metody V této kapitole jsou popsány použité zkušební postupy. 5.1 Pyknometrická zkouška [14] ČSN EN 12697-5 Stanovení maximální objemové hmotnosti 5.1.1 Podstata zkoušky Stanovení objemu tělesa bez mezer. 5.1.2 Postup zkoušky Asfaltová směs vyrobená, nebo získaná ze zkušebního tělesa se nasype do pyknometru a zváží se (m 2 ). Pyknometr se částečně doplní rozpouštědlem a umístí na zařízení, které protřepává obsah pyknometru a umožňuje únik vzduchu ze směsi. Poté se pyknometr umístí do vodní lázně o teplotě 25 C a temperuje se minimálně 60 minut, poté se doplní po rysku rozpouštědlem a po vyjmutí z vodní lázně se zváží (m 3 ). Výsledkem je vypočítaná maximální objemová hmotnost ρ mv. Obrázek 10: Pyknometry ve vodní lázni diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 24

Rovnice 1: Výpočet maximální objemové hmotnosti ρ mv m2 m1 = 1000 V ρ p ( m3 m2 ) w kde ρ mv je maximální objemová hmotnost asfaltové směsi v kg/m 3 stanovená volumetrickým postupem; m 1 hmotnost pyknometru a nástavce v g; m 2 hmotnost pyknometru, nástavce a zkušebního vzorku v g; m 3 hmotnost pyknometru, nástavce, zkušebního vzorku a vody nebo rozpouštědla v g; V p objem pyknometru ke značce nástavce v m 3 ; ρ w hustota vody nebo rozpouštědla při zkušební teplotě v kg/m 3. 5.2 Zjištění obsahu rozpustného pojiva [13] ČSN EN 12697-1 Obsah rozpustného pojiva 5.2.1 Podstata zkoušky Stanovení množství pojiva znovuzískaného ze směsi. 5.2.2 Postup zkoušky Směs z pyknometru se vsype do sady sít umístěné v trychtýři, jehož ústí se nachází nad středem odstředivého bubnu, ve kterém je patrona, do které se zachytávají jemné částice. Směs v sítech se promývá tak dlouho rozpouštědlem, dokud z trychtýře nevytéká čisté rozpouštědlo (není zbarvené rozpuštěným asfaltem). Po vysušení propraného kameniva je možné z rozdílu hmotnosti směsi a kameniva určit obsah rozpustného pojiva. [13] Rovnice 2: Výpočet obsahu rozpustného pojiva 100 kde: S je obsah rozpustného pojiva v procentech (%), M M 1 M w hmotnost nevysušeného zkušebního vzorku v gramech (g), hmotnost minerálního materiálu po extrakci v gramech (g), hmotnost vody v nevysušeném vzorku v gramech (g) diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 25

Obrázek 11: Zařízení k vymývání asfaltu ze směsi 5.3 Stanovení mezerovitosti [15] ČSN EN 12697-8 Stanovení mezerovitosti asfaltových směsí Výpočet objemu mezer z celkového objemu směsi ze známé maximální objemové hmotnosti a objemové hmotnosti zkušebního tělesa. Rovnice 3: Výpočet mezerovitosti 100%. kde V m je mezerovitost směsi s přesností 0,1 % (obj.); ρ m maximální objemová hmotnost směsi v kg/m 3 ; ρ b objemová hmotnost zkušebního tělesa v kg/m 3. diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 26

5.4 Vertikální propustnost na zkušebním tělese [19] ČSN EN 12697-19 Propustnost zkušebního tělesa 5.4.1 Podstata zkoušky Těleso o laboratorní teplotě se vystaví působení vodního sloupce se stálou hladinou. Zabrání se průniku vody mimo těleso. Voda protéká tělesem ve vertikálním směru, měří se množství proteklé vody za čas. Výsledkem je hodnota propustnosti K v vypočítaná z průtoku vody Q v. 5.4.2 Postup zkoušky Změří se rozměry zkušebního tělesa podle EN 12697-29. Zkouška se provede při laboratorní teplotě v rozmezí 15 C až 25 C. Těleso se vloží do trubice a zatěsní se. Trubice s tělesem se postaví na děrovanou podložku. Do trubice se shora plní vodou tak aby hladina vody byla 30cm nad tělesem. Voda proteklá tělesem je zachycena do nádoby, její množství se určuje vážením. Dále se měří čas, za který zachycená voda protekla tělesem. Obrázek 12: Zjednodušený propustoměr se zkušebním tělesem diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 27

Rovnice 4: Výpočet vertikální propustnosti 10 kde Q v je vertikální průtok zkušebním tělesem v m 3 /s, m 1 m 2 t hmotnost prázdné sběrné nádoby v gramech (g), hmotnost naplněné sběrné nádoby v gramech (g), doba zachycování v sekundách (s). 4 kde K v je vertikální propustnost v m/s, l h D výška zkušebního tělesa v metrech (m), aktuální výška vodního sloupce v metrech (m), průměr zkušebního tělesa v metrech (m). 5.5 Ztráta částic [18] ČSN EN 12697-17 Ztráta částic zkušebního tělesa asfaltového koberce drenážního 5.5.1 Podstata zkoušky Temperované těleso se vystaví 300 otáčkám v otloukovém bubnu Los Angeles. Výsledkem je procentní úbytek hmotnosti zkušebního tělesa. 5.5.2 Postup zkoušky Zkušební tělesa se hutní 2x50ti údery. Před zkoušením se uloží na rovné ploše minimálně po dobu 48 hodin. Tělesa se dají temperovat do komory a udržují se při zkušební teplotě alespoň 4 hodiny (zkušební teplota byla 25 C). Stanoví se hmotnost tělesa před zkouškou (W 1 ). Těleso se vloží do bubnu, ze kterého byly vyjmuty všechny ocelové koule. Bubnem se vykoná 300 otáček při rychlosti cca 30 otáček za minutu. Těleso se vyjme z bubnu, jemně se očistí a zváží se (hmotnost W 2 ). Ztráta částic PL se vypočítá následujícím vzorcem. diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 28

Obrázek 13: Otloukový buben Los Angeles Rovnice 5: Výpočet ztráty částic 100 kde PL je ztráta částic zkušebního tělesa v procentech (%), W 1 W 2 hmotnost zkušebního tělesa před vložením do bubnu v gramech (g) hmotnost zkušebního tělesa po vyjmutí z bubnu v gramech (g) diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 29

5.6 Propustnost in situ [26] ČSN EN 12679-40 Propustnost in situ 5.6.1 Podstata zkoušky Stanovení doby potřebné k výtoku 4 l vody přes kruhovou plochu na povrchu měřeného místa (vozovky, desky). Výsledkem je převrácená hodnota doby výtoku relativní hydraulická vodivost HC. 5.6.2 Postup zkoušky Propustoměr se umístí na povrch měřeného místa. Základní deska se rovnoměrně a kolmo přitlačí. Válec se zcela zaplní vodou. Pomocí tyče se nadzvedne pryžová koule. Když hladina dosáhne rysky 5 l začne se měřit čas a končí se po dosažení rysky 1 l. Podle následujícího vzorce se vypočítá relativní hydraulická vodivost HC. Rovnice 6: Výpočet relativní hydraulické vodivosti 1 kde HC je relativní hydraulická vodivost v s -1, t r průměrná doba výtoku v sekundách (s) sériová doba odporu propustoměru v sekundách (s) diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 30

5.7 Zkouška pojíždění kolem [20] ČSN EN 12697-22 Zkouška pojíždění kolem 5.7.1 Podstata zkoušky Zjišťuje se náchylnost vrstvy, nebo souvrství směsi k deformaci v závislosti na hloubce vyjeté koleje způsobené opakovaným pojížděním zatěžovacím kolem při stálé teplotě. 5.7.2 Postup zkoušky V lamelovém zhutňovači se vyrobí zkušební těleso (deska) o potřebné objemové hmotnosti. Těleso se vloží do formy ve zkušebním zařízení. V tomto případě bylo použito malé zkušební zařízení a postup B na vzduchu. Těleso bylo 4 hodiny temperováno na teplotu 50 C. Zařízení se spustí a celou zkoušku a záznam hodnot provede automaticky. Hloubka deformace byla zaznamenávána po každých 250 cyklech, což je 2x častěji než požaduje norma. Výsledkem zkoušky je průběh vývoje hloubky deformace, průměrný přírůstek hloubky vyjeté koleje za 1000 zatěžovacích cyklů WTS air a průměrná poměrná hloubka vyjeté koleje při 10000 zatěžovacích cyklech PRD air. diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 31

Obrázek 14: Zařízení pro vyjíždění kolejí Rovnice 7: Výpočet průměrného přírůstku hloubky vyjeté koleje za 100000 zatěžovacích cyklů WTS AIR d = 10 000 d 5 5 000 kde WTS AIR d 10 000, d je přírůstek hloubky vyjeté koleje v mm za 10 3 zatěžovacích cyklů; d 5 000 hloubky vyjeté koleje po 5 000 a 10 000 cyklech v milimetrech. Rovnice 8: Výpočet poměrné hloubky vyjeté koleje za 10000 zatěžovacích cyklů kde PRD AIR je poměrná hloubka vyjeté koleje v procentech (%) d 10 000 hloubka vyjeté koleje po 10 000 cyklech v milimetrech (mm) t tloušťka desky v milimetrech (mm). Dvouvrstvý koberec drenážní s asfaltem modifikovaným pryžovým granulátem diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 32

5.8 Stanovení pevnosti v příčném tahu [21] ČSN EN 12697-23 Stanovení pevnosti v příčném tahu 5.8.1 Podstata zkoušky Zkušební vzorek (Marshallovo těleso) se deformuje ve zkušebním zařízení, sleduje se maximální tlačná síla v závislosti na stlačování tělesa až do porušení. 5.8.2 Postup zkoušky Pro každý zkoušený vzorek se připraví minimálně 3 zkušební tělesa. Směs se hutní v Marshallově pěchu 2 x 25 údery. Velikost zkušebních těles závisí na maximální velikosti kameniva, která je pro těleso o průměru (100 ±3) mm 22 mm. Tělesa se temperují na zkušební teplotu buď ve vodní lázni, nebo v termostaticky regulované vzduchové komoře. Potom se vloží mezi zatěžovací pásy zkušebního zařízení, kde se zatěžuje podél středové osy. Pro průměr tělesa 100 ±3 mm je třeba použít pásy šířky 12,7 ±0,2 mm. Zařízení sleduje deformaci a tlačnou sílu. Výsledkem je průměrná pevnost v příčném tahu ITS. Rovnice 9: Výpočet pevnosti v příčném tahu 2P ITS = π D H kde ITS je pevnost v příčném tahu v kilopascalech (kpa), P D H maximální zatížení v kilonewtonech (kn), průměr zkušebního tělesa v milimetrech (mm), výška zkušebního tělesa v milimetrech (mm). diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 33

Obrázek 15: Zkušební těleso v čelistech zkušebního zařízení 5.9 Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě [16] ČSN EN 12697-12 Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě 5.9.1 Podstata zkoušky Porovnává se průměrná pevnost v příčném tahu sady těles, která byla uložena ve vodě s průměrnou pevností těles udržovaných při laboratorní teplotě. 5.9.2 Postup zkoušky Postupuje se podle metody A. Připraví se zkušební tělesa (Marshallova tělesa), která se hutní 2x25 údery. Tělesa se rozdělí do dvou sad podle objemové hmotnosti. Jedna sada zůstane na suchu při laboratorní teplotě. Druhá (mokrá) sada se ponořena ve vodě vloží do vakuové komory, kde se během 10 minut vytvoří absolutní tlak (6,7±0,3) kpa. Tělesa zůstanou ve vodě 30 minut, poté se v komoře začne zvolna zvyšovat tlak. Tělesa zůstanou ve vodě dalších 30 minut při normálním tlaku, poté se přendají do vodní lázně o teplotě (40±1) C na dobu 68 až 72 hodin. Tělesa se poté temperují na zkušební teplotu pro zkoušku stanovení pevnosti v příčném tahu ITS dle ČSN EN 12697-23. Výsledkem je poměr průměrné pevnosti suché sady k průměrné pevnosti mokré sady vyjádřený v procentech. diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 34

Rovnice 10: Výpočet odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě 100 kde ITSR je poměr pevnosti v příčném tahu v procentech (%) ITSw ITSd průměrná pevnost v příčném tahu skupiny mokrých zkušebních těles v kpa průměrná pevnost v příčném tahu skupiny suchých zkušebních těles v kpa 5.10 Odolnost vůči mrazu Je experimentální nenormový postup vycházející z následujících norem: ČSN EN 12697-12 Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě [16] AASHTO T 283 Odolnost zhutněné asfaltové směsi vůči porušení vodou [27] ČSN EN 12967-23 Stanovení pevnosti v příčném tahu [21] 5.10.1 Podstata zkoušky Porovnání průměrné pevnosti v příčném tahu sady těles, která byla uložena v mrazící komoře a následně ve vodní lázni s průměrnou pevností těles udržovaných při laboratorní teplotě. 5.10.2 Postup zkoušky Asfaltová směs se hutní při 155 C v Marshallově pěchu 2x25 údery. Zkušební tělesa (Marshallova tělesa) se rozdělí podle objemové hmotnosti do dvou sad. Jedna sada zůstane na suchu při laboratorní teplotě. Druhá (mokrá) sada se ponořena ve vodě vloží do vakuové komory, kde se během 10 minut vytvoří absolutní tlak (6,7±0,3)kPa. Tělesa zůstanou ve vodě 30 minut, poté se v komoře začne zvolna zvyšovat tlak. Tělesa zůstanou ve vodě dalších 30 minut při normálním tlaku. Po vyjmutí z vody se ihned přemístí do plastových sáčků, aby se maximálně omezila ztráta vody z pórů, a přidá se 10ml vody. Sáčky musí co nejlépe obepínat tělesa, aby byla co nejvíce ponořena. Sáčky s tělesem vloží do mrazící komory s teplotou -18 C na 16 hodin. Dále se tělesa v sáčku vloží do vodní lázně o teplotě 60 C, jakmile sáčky odmrznou, odstraní se a tělesa diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 35

zůstanou v lázni 24 hodin. Tělesa se poté temperují na zkušební teplotu pro zkoušku stanovení pevnosti v příčném tahu ITS dle ČSN EN 12697-23. Výsledkem je poměr průměrné pevnosti sady zmrazovaných těles k průměrné pevnosti suché sady vyjádřený v procentech. Obrázek 16: Tělesa ve vodní lázni o teplotě 60 C Rovnice 11: Výpočet odolnosti vůči mrazu 100 kde ITSR f je poměr pevnosti v příčném tahu v procentech (%), ITS f ITS d průměrná pevnost v příčném tahu skupiny přemrzlých zkušebních těles v kpa, průměrná pevnost v příčném tahu skupiny suchých zkušebních těles v kpa diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 36

5.11 Ztráta částic po zmrazovacím cyklu Je experimentální nenormový postup vycházející z následujících norem: AASHTO T 283 Odolnost zhutněné asfaltové směsi vůči porušení vodou [27] ČSN EN 12697-17 Ztráta částic zkušebního tělesa asfaltového koberce drenážního [18] 5.11.1 Podstata zkoušky Porovnání průměrné ztráty částic sady, která prošla zmrazovacím cyklem s průměrnou ztrátou částic sady, která byla udržována při laboratorní teplotě. Výsledkem je rozdíl procentních ztrát částic obou sad. 5.11.2 Postup zkoušky Připraví se zkušební tělesa (Marshallova tělesa), která se rozdělí podle objemové hmotnosti do dvou sad. Jedna sada zůstane na suchu při laboratorní teplotě. Druhá (mokrá) sada se ponořena ve vodě vloží do vakuové komory, kde se během 10 minut vytvoří absolutní tlak (6,7±0,3)kPa. Tělesa zůstanou ve vodě 30 minut, poté se v komoře začne zvolna zvyšovat tlak. Tělesa zůstanou ve vodě dalších 30 minut při normálním tlaku. Po vyjmutí z vody se ihned přemístí do plastových sáčků, aby se maximálně omezila ztráta vody z pórů, a přidá se 10 ml vody. Sáčky musí co nejlépe obepínat tělesa, aby byla co nejvíce ponořena. Sáčky s tělesem vloží do mrazící komory s teplotou -18 C na 16 hodin. Dále se tělesa v sáčku vloží do vodní lázně o teplotě 60 C, jakmile sáčky odmrznou, odstraní se a tělesa zůstanou v lázni 24 hodin. Po vyjmutí a vysušení těles se vloží obě sady těles do vzduchové komory, kde se 4 hodiny temperují na zkušební teplotu, která byla v našem případě 25 C. Poté se stanoví hmotnost tělesa před zkouškou (W 1 ). Těleso se vloží do bubnu, ze kterého byly vyjmuty všechny ocelové koule. Bubnem se vykoná 300 otáček při cca 30ti otáčkách za minutu. Těleso se vyjme z bubnu, jemně se očistí a zváží se hmotnost (W 2 ). Po výpočtu průměru ztrát částic se vypočítá jejich rozdíl. diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 37

Rovnice 12: Výpočet rozdílu ztráty částic kde PL d je rozdíl ztrát částic mokré a suché sady těles v procentech (%), PL w průměrná ztráta částic mokré sady těles v procentech (%), PL d průměrná ztráta částic suché sady těles v procentech (%). 100 kde PL i je ztráta částic zkušebního tělesa v procentech (%), W 1 W 2 hmotnost zkušebního tělesa před vložením do bubnu v gramech (g) hmotnost zkušebního tělesa po vyjmutí z bubnu v gramech (g) diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 38

6 Použité materiály 6.1 Pojivo Jako pojivo byl použit asfalt modifikovaný pryžovým granulátem (CRmB). Asfalt CHZ Litvínov gradace 50/700 Pryžový granulát Montstav zrnitost 0/1 mmm Pro smísení bylo použito mísící zařízení Phoenix Enviromental, Ltd. Vzniklé pojivo mělo tyto vlastnosti: Penetrace při 25 C Bod měknutí Rotační viskozita při 175 C 32 65,1 1,5 p.j. C Pa*s Obrázek 17: Závislost viskozity na teplotě použitého pojiva Dvouvrstvý koberec drenážní s asfaltem modifikovaným pryžovým granulátem diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 39

6.2 Kamenivo Na následujících obrázcích jsou uvedeny čáry zrnitosti použitého kameniva. Pro přehlednost je uvedena i tabulka propadů všech kameniv. Obrázek 18: Čára zrnitosti vápenného hydrátu Obrázek 19: Čára zrnitosti kameniva Luleč 0-4 diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 40

Obrázek 20: Čára zrnitosti kameniva Luleč 4-8 Obrázek 21: Čára zrnitosti kameniva Luleč 8-11 diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 41

Obrázek 22: Čára zrnitosti kameniva Luleč 11-16 Tabulka 2: Propady všech použitých kameniv velikost síta [mm] 22,4 16 11,2 8 4 2 1 0,5 0,25 0,125 0,063 propady [%] Vápenný hydrát Luleč 0-4 Luleč 4-8 Luleč 8-11 Luleč 11-16 100 100 100 100 100 100 100 100 100 93,5 100 100 100 77,1 13,9 100 100 91,5 12 2,9 100 91,4 5,5 2,5 1,8 100 60,5 2,9 2 1,8 100 43 2,6 1,8 1,8 100 32,1 2,5 1,8 1,8 99,9 21,3 2,4 1,8 1,8 98,8 9,8 2,3 1,8 1,8 97,6 3,6 2 1,6 1,6 diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 42

7 Návrh směsi kameniva Byly navrženy čáry zrnitosti všech směsí kameniv tak, aby splňovaly požadavky Národní přílohy NA ČSN EN 13108-7 a TP 148. Byla spočítána tloušťka filmu pojiva obalujícího kamenivo. Tabulka 3: Obory zrnitosti, obsah pojiva a tloušťka vrstvy asfaltového koberce [28] diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 43

Obrázek 23: Čáry zrnitostí směsi PA8, PA11 a PA16 Obrázek 24: Tloušťky filmu pojiva na kamenivu směsí diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 44

8 Výsledky zkoušek V této kapitole jsou uvedeny a okomentovány všechny výsledky zkoušených směsí. 8.1 Objemová hmotnost Byla určována z rozměrů a hmotnosti tělesa. Výsledné hodnoty jsou uvedeny v obrázku 25 v závislosti na obsahu pojiva jednotlivých směsí. Obrázek 25: Objemová hmotnost směsí 8.2 Maximální objemová hmotnost Maximální objemová hmotnost byla určována pyknometrickou zkouškou postupem A podle ČSN EN 12697-5 (volumetrický postup). Z důvodu velké lepivosti směsi s CRmB a nemožnosti rozdělit směs na malé shluky bylo místo destilované vody použito rozpouštědloo trichlorethylen. Výsledné hodnoty maximálních objemových hmotností jednotlivých směsí jsou uvedeny v obrázku 26. Dvouvrstvý koberec drenážní s asfaltem modifikovaným pryžovým granulátem diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 45

Obrázek 26: Maximální objemová hmotnost směsí 8.3 Obsah rozpustného pojiva V tabulce jsou uvedeny obsahy rozpustného pojiva všech směsí. Tabulka 4: Obsah rozpustného pojiva Směs PA8 PA11 PA16 Ap S [%] [%] 6,5 6,0 7,0 6,3 7,5 6,7 8,0 7,0 8,5 7,4 6,0 5,0 6,5 5,3 7,0 5,6 5,8 5,3 6,3 5,5 6,8 5,7 7,3 6,0 A p obsah pojiva ve směsi S obsah rozpustného pojiva diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 46

8.4 Mezerovitost ČSN EN 13108-7 v tabulce NA. 6 požaduje, aby mezerovitost směsi byla 15 % až 30 %. Tento požadavek splnily všechny směsi. Z výsledků je patrný vliv zvyšujícího se obsahu pojiva na snižování mezerovitosti. Vysoký součinitel sytosti asfaltových směsí a tím i tloušťka filmu pojiva na povrchu kameniva je nutný z důvodu použití vysoce viskózního pojiva pro dobrou zpracovatelnost a životnost. Součinitel sytosti směsí je ovlivněn zastoupením pryžového granulátu v CRmB. Tabulka 5: Volumetrické charakteristiky směsí Směs PA8 PA11 PA16 Ap ρbdim ρmax Vm VMA VFB np tp [%] [kg.m -3 ] [kg.m -3 ] [%] [%] [%] - [10-3 mm] 6,5 1891 2407 21,4 33,5 36,0 5,00 13,06 7,0 1838 2398 23,4 36,0 35,0 5,41 14,14 7,5 1854 2389 22,4 36,0 37,8 5,83 15,23 8,0 1861 2380 21,8 36,4 40,1 6,25 16,33 8,5 1861 2371 21,5 37,0 41,9 6,68 17,45 6,0 1860 2455 23,7 34,6 31,6 4,86 14,58 6,5 1862 2442 23,5 35,4 33,6 5,29 15,88 7,0 1875 2429 22,8 35,7 36,1 5,72 17,20 5,8 1886 2455 23,1 33,8 31,7 4,67 15,09 6,3 1864 2440 24,1 35,6 32,3 5,10 16,48 6,8 1879 2426 23,4 35,9 34,9 5,53 17,88 7,3 1958 2412 20,2 34,2 41,0 5,97 19,30 A p ρ bdim ρ max V m VMA VFB n p t p Obsah pojiva Objemová hmotnost asfaltové směsi Maximální objemová hmotnost asfaltové směsi Mezerovitost zhutnění asfaltové směsi Mezerovitost směsi kameniva Stupeň vyplnění mezer Součinitel sytosti asfaltové směsi pro CRmB Tloušťka filmu pojiva na povrchu směsi kameniva diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 47

8.5 Ztráta částic Obrázek 27: Mezerovitost směsí Na Marshallových tělesech použitých při určování volumetrických vlastností směsí byly stanoveny hodnoty ztráty částic zkušebních těles asfaltového koberce drenážního při teplotě 25 C. Výsledky jsou souhrnně uvedeny v obrázku 28 pro směs PA 8, PA 11 a PA 16. ČSN EN 13108-7 v tabulce NA. 6 požaduje, aby ztráta částic byla maximálně 30 %. Tento požadavek některé sady směsi nesplnily. Z výsledkůů zkoušky ztráty částic zkušebních těles podle ČSN EN 12697-17 vyplývá, že směss PA 8 s nejmenším maximálním zrnem kameniva (pro obrusnou vrstvu) má nejnižší hodnoty ztráty částic. To je výhodné z hlediska přímého mechanického namáhání vrstvy při kontaktu s pneumatikami projíždějících vozidel. S rostoucím obsahem pojiva vykazuje hodnota ztráty částic spíše klesající tendenci. Na základě zahraničních zkušeností a výsledků ztráty částic zkušebních těles byla pro další zkoušky spodní vrstvy dvouvrstvého drenážního koberce vybrána směs PA 11 s obsahem CRmB 6,5 % a směs horní vrstvy PA 8 s obsahem CRmB 8,0 %. Dvouvrstvý koberec drenážní s asfaltem modifikovaným pryžovým granulátem diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 48

Obrázek 28: Ztráta částic směsí Obrázek 29: Porovnání zkušebních těles směsi PA 16 před a po zkoušce ztráty částic Dvouvrstvý koberec drenážní s asfaltem modifikovaným pryžovým granulátem diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 49

8.6 Vertikální propustnost Pro účel zkoušky byla pro každou směs použita tři Marshallova tělesa. Vertikální propustnost byla stanovena pomocí jednoduchého zařízení sestaveného ve školní laboratoři. Výsledné hodnoty propustností stanovené podle normy ČSN EN 12697-19 jsou shrnuty v obrázku 30. Výsledná vertikální propustnost se snižuje s rostoucím obsahem pojiva, což souvisí se snižováním mezerovitosti směsi. Směs PA 16 má mírně nižší mezerovitosti než PA 11, proto i propustnost těles vyrobených ze směsi PA 16 je mírně nižší. Nejnižší hodnoty dosahovala jemnozrnná směs PA 8, která měla nižší mezerovitosti než směsi PA 11 i PA 16. Kategorie K V1,0 ovšem splňuje požadavek národní přílohy normy ČSN EN 13108-7. Je žádoucí, aby horní vrstva měla nižší mezerovitost než spodní vrstva drenážního souvrství. Vytvoří se tak jemný filtr, který nepropustí hrubší nečistoty do spodní drenážní vrstvy. Obrázek 30: Vertikální propustnost směsí Dvouvrstvý koberec drenážní s asfaltem modifikovaným pryžovým granulátem diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 50

8.7 Propustnost in situ Na desce nahutněné lamelovým zhutňovačem ve dvou vrstvách (PA 8 20 mm + PA 11 40 mm) byla před vyjetím kolejí stanovena propustnost (relativní hydraulická vodivost) propustoměrem podle ČSN EN 12697-40 na třech měřících bodech umístěných úhlopříčně. Měření bylo provedeno na desce podepřené bodově (simuluje vertikální propustnost) a na zatížené desce podepřené plnoplošně měkkou pryžovou podložkou (simuluje horizontální propustnost). Výsledné hodnoty jsou uvedeny v tabulce 6 a obrázku 31. Umístění na desce Tabulka 6: Propustnost laboratorně vyrobené desky Relativní hydraulická vodivost HC [s -1 ] Bodové podepření Plnoplošné podepření Bod 1 0,066 0,049 Bod 2 0,050 0,042 Bod 3 0,081 0,074 Průměr 0,066 0,055 Z výsledků je patrný negativní vliv plnoplošného podepření na hodnoty propustnosti. Kolísání propustnosti v jednotlivých měřicích bodech svědčí o nerovnoměrném zhutnění desky. podložené pozice na desce volné t = 24,18 s t = 18,20 s HC = 0,049 s -1 O HC = 0,066 s -1 t = 27,86 s O t = 23,50 s HC = 0,042 s -1 HC = 0,050 s -1 t = 16,47 s t = 15,24 s HC = 0,074 s -1 HC = 0,081 s -1 více zhutněný kraj teplota vody 16,5 C teplotní koeficient 1,095 sériová doba odporu propustoměru 1,5 s O Obrázek 31: Relativní hydraulické vodivosti na desce diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 51

8.8 Odolnost vůči trvalým deformacím Odolnost vůči trvalé deformaci byla stanovována ve vyjížděči kolejí (malé zkušební zařízení postup B) při teplotě 50 C na dvouvrstvé desce. Výsledné hodnoty jsou zaznamenány v obrázku 32. Obrázek 32: Průběh vývoje trvalých deformací a výsledky WTS air a PRD air na desce Obrázek 33: Zkušební vzorek ve vyjížděči kolejí diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 52

Navzdory velkým mezerovitostem vykazoval vzorek vysokou odolnost vůči trvalé deformaci po 10000 cyklech. Norma ČSN EN 13108-7 nepožaduje na drenážních kobercích provádění zkoušky odolnosti vůči trvalým deformacím, proto jsou kategorie parametrů uvedeny podle ČSN EN 13108-1. I přes vysokou mezerovitost splňuje souvrství požadavek pro obrusné vrstvy vytvořené z asfaltového betonu (pro nejvyšší třídu dopravního zatížení S se podle tabulky NA-E.5.1 uvedené normy požadují minimálně hodnoty v kategorii WTS AIR,070 a PRD AIR,5,0 a naměřené hodnoty dvouvrstvého koberce jsou o jednu kategorii lepší). 8.9 Odolnost zkušebních těles vůči vodě a mrazu Odolnost zkušebních těles vůči účinkům vody byla stanovována metodou A normy ČSN EN 12697-12 na směsi PA 8 (8,0 % CRmB). Protože je horní vrstva mezerovitá, srážková voda se dostává i do ložní vrstvy a proto byla odolnost vůči vodě stanovena i na směsi PA 11 (6,5 % CRmB). Pevnost v příčném tahu suchých i mokrých těles a těles podrobených mrazu modifikovaným postupem podle AASHTO T 283 (směs PA 8, 8,0 % CRmB) byla určena při teplotě 15 C. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 7. ČSN EN 13108-7 v tabulce NA. 6 požaduje, aby odolnost vůči působení vody ITSR byla minimálně 70 %. Tento požadavek splnila pouze směs PA 11. Pro zvýšení odolnosti vůči účinkům vody (hodnota ITSR) by bylo nutné do směsi přidat adhezní přísadu. Působením mrazu a jednodenního uložení ve vodě s teplotou 60 C se pevnosti v příčném tahu oproti sadě mokrých těles snížily o dalších 10 % až 15 %. směs PA8 PA11 sada první stanovení druhé stanovení ITS [Pa] ITSR [%] ITS [Pa] ITSR [%] suchá 871 100,0 808 100,0 mokrá 440 50,5 383 47,4 zmrzlá 364 41,8 263 32,5 suchá 553 100,0 mokrá 404 73,1 Tabulka 7: Odolnost zkušebních těles vůči vodě a mrazu diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 53

8.10 Ztráta částic po zmrazovacím cyklu Na směsi PA 8 byla provedena ztráta částic zkušebních těles po jednom zmrazovacím cyklu a jednodenním uložení ve vodě s teplotou 60 C. Ztráta částic se zvýšila o 4,5 % oproti postupu popsaném v ČSN EN 12697-17. Tabulka 8: Ztráta částic po zmrazovacím cyklu směs sada PA8 suchá 12,9 zmrzlá 17,4 ztráta částic [%] rozdíl 4,5 diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 54

9 Závěr 9.1 Zhodnocení směsí a souvrství Hlavním cílem této práce bylo navrhnout směsi pro dvouvrstvý drenážní koberec. Byly navrženy směsi PA 8, PA 11 a PA 16 s odlišným dávkováním asfaltu. Na těchto směsích byly provedeny zkoušky pro určení objemové hmotnosti, maximální objemové hmotnosti, mezerovitosti, obsahu rozpustného pojiva, vertikální propustnosti, odolnosti proti působení vody a mrazu a zkouška ztráty částic. Z těchto zkoušek bylo stanoveno optimální složení všech směsí a stanoveny další poznatky. Směs PA 8 s 8 % pojiva měla mezerovitost 21,8 %, vertikální propustnost 1,15*10-3 m/s a vyhovující ztrátu částic 13,2 %. Nízká hodnota ztráty částic je výhodná z hlediska přímého mechanického namáhání vrstvy při kontaktu s pneumatikami projíždějících vozidel. S rostoucím obsahem pojiva vykazuje hodnota ztráty částic spíše klesající tendenci. Směs PA 11 se 6,5 % pojiva měla přijatelnou ztrátu částic 23,4 % a velmi dobrou vertikální propustnost 3,07*10-3 m/s, tato vlastnost je u této ložní vrstvy velmi důležitá, protože tato vrstva bude plnit drenážní funkci. Ve srovnání se směsmi PA 11 vykazovaly směsi PA16 horší vertikální propustnost a ztrátu částic. Proto nebyla vybrána pro souvrství a další zkoušení vlastností. Bylo vyrobeno souvrství PA 11 (6,5 % pojiva; 40 mm) a PA 8 (8 % pojiva; 20mm). Na tomto souvrství byla provedena zkouška propustnosti modelující podmínky při zabudování do vozovky a zkouška odolnosti proti trvalým deformacím pojížděním kolem. Zkouška pojíždění kolem u drenážních směsí není podle ČSN EN 13108-1 požadována. Přes velkou mezerovitost splňuje souvrství požadavek pro vrstvy vytvořené z asfaltového betonu. Na směsích použitých pro výrobu souvrství byly provedeny zkoušky odolnosti vůči vodě. Požadavkům ČSN EN 13108-7 v tabulce NA. 6 vyhověla pouze směs PA 11. Pro zvýšení odolnosti směsi PA 8 by bylo nutné přidat do směsi adhezní přísadu. U směsi diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 55

PA 8 byla navíc provedena zkouška ztráty částic po zmrazovacím cyklu, kdy se ztráta částic zvýšila pouze o 4,5 % oproti běžnému postupu dle ČSN EN 12697-17. 9.2 Doporučení pro další zkoušky Pro další práce navrhuji provést stejné zkoušky i na Marshallových tělesech vyrobených ze směsi PA 16 a na desce v souvrství s PA 8. Směs PA 16 bude ovšem třeba navrhnout s úpravou čáry zrnitosti pro zvýšení její odolnosti proti ztrátě částic a propustnosti. U zkoušek odolnosti vůči mrazu a ztráty částic po zmrazovacím cyklu doporučuji zkrátit dobu, po kterou jsou tělesa ve vodní lázni. Je totiž možné, že se teplá voda na poškození tělesa projeví více než samotný mráz. Ideální by bylo vytvořit 4 sady těles pro každou tuto zkoušku, které by se na zkoušku připravovaly: Při laboratorní teplotě V mrazící komoře Ve vodní lázni V mrazící komoře i ve vodní lázni Pak by bylo možné určit vliv jednotlivých prostředí na poškozování zkušebních těles. diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 56

9.3 Použití souvrství v praxi S používáním dvouvrstvých drenážních koberců je ve světě zatím získáno málo zkušeností. Nejdále v tomto směru pokročilo pravděpodobně Japonsko a Nizozemí. Provedené zkoušky prokázaly možnost uplatnění připravených směsí a souvrství drenážních koberců s asfaltem modifikovaným pryžovým granulátem na pokusných úsecích. Mezi hlavní výhody těchto povrchů patří Nižší hlučnost Vyšší bezpečnost (omezení vodní mlhy a aquaplaningu) Předpokládám, že přínosy dvouvrstvových drenážních koberců snížením hlučnosti a zvýšením bezpečnosti silničního provozu ve srovnání s jinými protihlukovými opatřeními převýší náklady na údržbu a kratší dobu životnosti souvrství. Bez zvýšených nákladů by se souvrství mohlo uplatnit před rekonstrukcí dálnice D1. diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 57

10 Seznamy 10.1 Obrázky Obrázek 1: Příspěvky dílčích zdrojů na celkovou hlučnost silniční dopravy a jejich závislost na rychlosti [3]... 10 Obrázek 2: Vznik hluku na kontaktu kolo vozovka [5]... 11 Obrázek 3: Závislost hlučnosti různých povrchů na rychlosti vozidel [11]... 13 Obrázek 4: Porovnání výsledků čištění různými prostředky [6]... 17 Obrázek 5: Rázový zhutňovač... 18 Obrázek 6: Zkušební tělesa PA11... 19 Obrázek 7: Rozříznuté dvouvrstvé těleso... 20 Obrázek 8: Lamelový zhutňovač... 21 Obrázek 9: Pohled na boční stranu desky... 22 Obrázek 10: Pyknometry ve vodní lázni... 24 Obrázek 11: Zařízení k vymývání asfaltu ze směsi... 26 Obrázek 12: Zjednodušený propustoměr se zkušebním tělesem... 27 Obrázek 13: Otloukový buben Los Angeles... 29 Obrázek 14: Zařízení pro vyjíždění kolejí... 32 Obrázek 15: Zkušební těleso v čelistech zkušebního zařízení... 34 Obrázek 16: Tělesa ve vodní lázni o teplotě 60 C... 36 Obrázek 17: Závislost viskozity na teplotě použitého pojiva... 39 Obrázek 18: Čára zrnitosti vápenného hydrátu... 40 Obrázek 19: Čára zrnitosti kameniva Luleč 0-4... 40 Obrázek 20: Čára zrnitosti kameniva Luleč 4-8... 41 Obrázek 21: Čára zrnitosti kameniva Luleč 8-11... 41 Obrázek 22: Čára zrnitosti kameniva Luleč 11-16... 42 Obrázek 23: Čáry zrnitostí směsi PA8, PA11 a PA16... 44 Obrázek 24: Tloušťky filmu pojiva na kamenivu směsí... 44 Obrázek 25: Objemová hmotnost směsí... 45 Obrázek 26: Maximální objemová hmotnost směsí... 46 Obrázek 27: Mezerovitost směsí... 48 Obrázek 28: Ztráta částic směsí... 49 Obrázek 29: Porovnání zkušebních těles směsi PA 16 před a po zkoušce ztráty částic. 49 Obrázek 30: Vertikální propustnost směsí... 50 Obrázek 31: Relativní hydraulické vodivosti na desce... 51 Obrázek 32: Průběh vývoje trvalých deformací a výsledky WTS air a PRD air na desce.. 52 Obrázek 33: Zkušební vzorek ve vyjížděči kolejí... 52 diplomová práce, VUT FAST, Ústav pozemních komunikací 58