Porovnání chování nízkoteplotních asfaltových směsí typu SMA Autor: Jan Valentin, ČVUT, WP1 a kolektiv ČVUT, VUT, Eurovia CS a Total ČR Příspěvek byl zpracován za podpory programu Centra kompetence Technologické agentury České republiky (TAČR) v rámci projektu Centrum pro efektivní a udržitelnou dopravní infrastrukturu (CESTI), číslo projektu TE01020168
Motivace pro nízkoteplotní asfaltové směsi celková energetická náročnost výroby asfaltové směsi v kontextu cen energií; snížení produkce skleníkových plynů (zejména CO 2 ); zmírnění dopadů povinné účasti zařízení s vyšším výkonem než 35 MW v systému hospodaření s emisními povolenkami (CO 2 Emission Trading); vývoj v oblasti DNEL a OEL limitů, což představuje zdravotní a bezpečnostní limity pro hygienu práce (vztahuje se k PAU); aplikace asfaltových pojiv z hlediska REACH a teplotní omezení (bezpečnostní kritéria zejména u litých asfaltů).
Využití nízkoteplotních asfaltových směsí běžné aplikace asfaltových směsí; asfaltové směsi používané ve vnitřních prostorách (podlahy v garážích a průmyslových prostorech snížení emisí); asfaltové směsi v tunelech (snížení emisí); provádění krytů na mostech; dopravní plochy s požadavky na urychlené uvedení do provozu (např. vzletové a přistávací dráhy); asfaltové plochy s vysokými nároky na tuhost (např. manipulační plochy v přístavech, odstavné plochy kontejnerů).
Aplikace chemických přísad pro NT směsi organické přísady na bázi syntetických vosků (montánní a FT parafíny) => Romonta, Sasobit, RH, VTB; organické přísady na bázi amidů mastných kyselin => Licomont BS; organické přísady na bázi kyseliny polyfosforečné (primárně není přísadou pro výrobu nízkoteplotních směsí); organické přísady na bázi aminů či povrchově aktivních látek ovlivňující smáčitelnost povrchu zrn kameniva a míru vnitřního tření: Rediset WMX; IterLow T; CECA Base; Evotherm MA3, chemické přísady uplatňující nanotechnologické poznatky a zlepšující lubrikační efekt pojiva ve směsi (Zycotherm).
Probíhající rozvoj inovativních řešení Prováděné experimenty I. soubor rok 2013: testovány směsi ACO11+ pro obrusné vrstvy; kamenivo: Libodřice, Litice; asfaltové pojivo: 50/70 dvou různých původů; organické přísady: FT parafín, RH parafín, Zycotherm, IterLow; CecaBase průmyslově připravená pojiva: NV40, NV41, NV42, 407, ECO 2
Probíhající rozvoj inovativních řešení Prováděné experimenty II. soubor rok 2014: testovány směsi SMA11S pro obrusné vrstvy; kamenivo: Litice; množství pojiva: 5,80 %-hm.; asfaltové pojivo: PMB 25/55-55 dvou různých výrobců, PMB45/100-60, 50/70 s PPA; organické přísady: FT parafín, RH parafín, Zycotherm, Rediset; CecaBase
Rozsah provedených porovnání stanovení mezerovitosti, vč. objemových hmotností; vodní citlivost dle ČSN EN a AASHTO (modifikovaný přístup): standardní ITSR po 72h ve vodní lázni @40 C, zkoušeno @15 C, modifikovaný ITSR s jedním zmrazovacím cyklem (- 18 C), vodní lázeň @60 C a zkoušeno @15 C. modul tuhosti dle ČSN EN 12697 26 (metoda IT-CY); zkušební teplota 5 C, 15 C, 27 C. zkouška odolnosti proti tvorbě trvalých deformací ve vzduchové lázni při teplotě 60 C a 50 C a s aplikací 10 000 cyklů.
Rozsah provedených porovnání chování při nízkých teplotách Chování asfaltové směsi v oboru nízkých teplot stanovené na trámečcích: pevnost v tahu za ohybu: teplota 0 C; zatěžovací rychlost 50 a 1,25 mm.min -1, rozměry trámečku 50x50x300 mm; ochlazovací zkouška TSRST: zamezení smrštění tělesa (εt=0); teplotní gradient 5 C/h; rozměry trámečků 50x50x200 mm => stanovení maximálního napětí a kritické teploty. Relaxace zkouškou tříbodového ohybu na trámečcích: zkušební teplota 0 C s využitím trámečků 50x50x300 mm; tělesa zatížena na úroveň 2/3 maximální síly zkoušky pevnosti v tahu za ohybu; relaxace vyjádřena jako čas kdy během 10 minut dojde k 50% poklesu úrovně vneseného napětí (kratší doba = lepší relaxační schopnost); v typické ln(x) funkci koeficient B popisuje míru relaxace a parametr A výchozí úroveň z níž začíná směs relaxovat (vyšší A = vyšší kapacita směsi z hlediska zatížitelnosti).
Rozsah provedených porovnání chování při nízkých teplotách Odolnost proti šíření trhliny: válcová tělesa s průměrem 100 mm nebo 150 mm; zkušební teplota 0 C, -5 C nebo -10 C; konstantní rychlost zatěžování 5,0 mm/min; přímý záznam maximální síly a přetvoření; výpočtové charakteristiky: σmax, εmax, geometrický faktor a lomová houževnatost Klc.
Základní empirické charakteristiky testovaných směsí SMA Označení směsi Použité pojivo Teplota hutnění Objemová hmotnost zhutněná Maximální objemová hmotnost Mezerovitost ( C) (g.cm -3 ) (g.cm -3 ) (%) směs SMA_1 PMB 25/55-55 160 2,508 2,570 2,43 směs SMA_2 PMB 25/55-55 + 3% FTP 140 2,476 2,577 3,91 směs SMA_3 PMB 25/55-55 + 2% RH 140 2,503 2,534 1,21 směs SMA_4 PMB 25/55-55 + 0,1% Zycotherm 140 2,514 2,539 2,92 směs SMA_5 PMB 25/55-55 + 0,5% Rediset 140 2,460 2,584 4,79 směs SMA_6 PMB 25/55-55 + 0,5% CECA 140 2,467 2,529 2,44 směs SMA_7 PMB 25/55-55 + 0,5% Evotherm 140 2,468 2,532 2,53 směs SMA_8 50/70 + 1% PPA 150 2,491 2,544 2,07 směs SMA_9 PMB 45/100-65 160 2,505 2,586 3,13 směs SMA_10 Polybitume 45E 160 2,526 2,613 3,32 směs SMA_11 Polybitume + 3%FTP 140 2,463 2,564 3,95 směs SMA_12 Polybitume + 2%RH 140 2,491 2,541 1,98 směs SMA_13 Polybitume 45E + 0,1% Zycotherm 140 2,469 2,582 4,37 směs SMA_14 Polybitume 45E + 0,5% Rediset 140 2,479 2,580 3,94 směs SMA_15 Polybitume 45E + 0,5% CECA 140 2,493 2,553 2,35 směs SMA_16 Polybitume 45E + 0,5% Evotherm 140 2,447 2,544 2,55
Vybrané charakteristiky PMB pojiv dynamická viskozita Dynamická viskozita [Pa.s] 2,5 1,5 2,0 1,5 1,0 Dynamická viskozita [Pa.s] 1,0 0,5 0,5 0,0 0,0 PmB 45/80-55 0,0 0,0 Dynamická viskozita @ 6,8 s -1 EN 13302 Dynamická 2,3viskozita @ 6,8 s -1, 135 C a 150 C EN 13302 1,3 2,1 PmB 45/100-65 0,9 0,7 Polybitume 45E PmB 25/55-65 V1 1,5 1,6 1,0 1,3 1,0 0,7 PmB 25/55-65 V2 PmB 25/55-60 1,2 0,8 0,9 0,7 PmB 25/55-55 1,3 3% FTP 1,2 1,2 1,2 1,1 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,7 0,8 0,8 0,5 0,0 0,0 2% RH 1,3 0,1% ZT 0,5% Rediset 1,2 1,2 0,5% CECA 0,5% Evotherm 135 C 150 C 135 C 150 C 3% FTP 2% RH 0,1% ZT 0,5% Rediset 0,5% CECA 0,5% Evotherm
Vybrané charakteristiky PMB pojiv komplexní smykový modul 1,E+07 1,E+07 Shear modulus master curves @ 20 C Shear modulus master curves @ 20 C Complex shear modulus G* [Pa] Complex shear modulus G* [Pa] 1,E+06 1,E+06 PmB 45/100-65 PmB 25/55-55 1,E+05 1,E+05 Polybitume 3% FTP 45E 3% 2% FTP RH 1,E+04 0,1% ZT 1,E+04 2% RH 0,1% 0,5% ZT Rediset 1,E+03 0,5% CECA 0,5% Rediset 1,E+03 0,5% Evotherm 0,5% CECA 50/70 + 1% PPA 0,5% Evotherm 1,E+02 1,E+02 1,E-05 1,E-04 1,E-03 Frequency 1,E-02 f [Hz] 1,E-01 1,E+00 1,E+01 1,E-05 1,E-04 1,E-03 1,E-02 1,E-01 1,E+00 1,E+01 Frequency f [Hz]
Trvanlivost nízkoteplotních SMA směsí ITSR [%] 120,0% 120,0% 100,0% 100,0% 80,0% 80,0% 60,0% 60,0% 40,0% 40,0% 20,0% 20,0% 0,0% 0,0% ITSR [%] PMB 25/55-55 ITSR [%] Vodní citlivost dle ČSN EN Vodní citlivost dle ČSN EN Vodní citlovst dle AASHTO T283 120,0% Vodní citlovst dle AASHTO T283 120,0% 100,0% 100,0% 80,0% 80,0% 60,0% 60,0% 40,0% 40,0% 20,0% ITSR [%] 0,0% PMB 25/55-55 + 3% FTP Polybitume 45E PMB 25/55-55 + 2% RH 20,0% 0,0% Polybitume + 3%FTP PMB 25/55-55 PMB + 0,1% 25/55-55 Zycotherm PMB PMB 25/55-55 25/55-55 Polybitume + 3% 0,5% + FTP 2%RH Rediset Polybitume PMB 25/55-55 45E PMB 25/55-55 + 2% + 0,5% RH CECA Polybitume 45E + 0,1% Zycotherm PMB 25/55-55 PMB 25/55-55 + 0,5% Evotherm Polybitume + 0,1% + 3%FTP Zycotherm Polybitume 45E + 0,5% Rediset 50/70 + 1% PPA PMB 25/55-55 + 0,5% Rediset Polybitume + 2%RH Polybitume 45E + PMB 0,5% 45/100-65 PMB 25/55-55 + 0,5% CECA CECA Polybitume 45E + 0,1% Zycotherm PMB 25/55-55 + 0,5% Evotherm Polybitume 45E + 0,5% Evotherm Polybitume 45E + 0,5% 50/70 Rediset + 1% PPA PMB 45/100-65 Polybitume 45E + 0,5% CECA Polybitume 45E + 0,5% Evotherm
Deformační charakteristiky tuhost směsí SMA Označení směsi Použité pojivo Modul tuhosti (MPa) při teplotě 5 C 15 C 27 C směs SMA_1 PMB 25/55-55 16 915 7 007 3 090 směs SMA_2 PMB 25/55-55 + 3% FTP 16 113 7 005 3 650 směs SMA_3 PMB 25/55-55 + 2% RH 15 379 6 828 2 567 směs SMA_4 PMB 25/55-55 + 0,1% Zycotherm 16 510 6 056 1 700 směs SMA_5 PMB 25/55-55 + 0,5% Rediset 13 265 5 776 2 433 směs SMA_6 PMB 25/55-55 + 0,5% CECA 15 072 6 626 2 070 směs SMA_7 PMB 25/55-55 + 0,5% Evotherm 13 805 5 248 1 796 směs SMA_8 50/70 + 1% PPA 13 805 6 542 2 840 směs SMA_9 PMB 45/100-65 14 789 6 709 1 821 směs SMA_10 Polybitume 45E 17 603 8 385 2 962 směs SMA_11 Polybitume + 3%FTP 10 943 6 106 2 737 směs SMA_12 Polybitume + 2%RH 13 726 6 722 2 798 směs SMA_13 Polybitume 45E + 0,1% Zycotherm 10 859 5 608 1 793 směs SMA_14 Polybitume 45E + 0,5% Rediset 13 499 5 952 1 908 směs SMA_15 Polybitume 45E + 0,5% CECA 13 436 5 639 2 624 směs SMA_16 Polybitume 45E + 0,5% Evotherm 14 345 6 646 1 843
Chování nízkoteplotních SMA směsí v oblasti teplot <0 C Odolnost vůči lomu [N/mm1,5] 60,00 Odolnost vůči lomu [N/mm1,5] 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 PMB 25/55-55 Odolnost proti šíření mrazových trhlin Odolnost proti šíření mrazových trhlin 0 C 50/70 + 1% PPA PMB 25/55-55 + 3% FTP Polybitume 45E PMB 25/55-55 + 2% RH Polybitume + 3%FTP PMB 25/55-55 + 0,1% Zycotherm Polybitume + 2%RH PMB 25/55-55 + 0,5% Rediset PMB 25/55-55 + 0,5% CECA Polybitume 45E + 0,1% Zycotherm PMB 25/55-55 + 0,5% Evotherm Polybitume 45E + 0,5% Rediset -10 C 0 C -10 C PMB 45/100-65 Polybitume 45E + 0,5% CECA Polybitume 45E + 0,5% Evotherm
Chování nízkoteplotních SMA směsí v oblasti teplot <0 C 12,00 Pevnost v tahu za ohybu (MPa) @50 mm.min -1 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 PMB 25/55-55 PMB 25/55-55 + 3% FTP PMB 25/55-55 + 2% RH PMB 25/55-55 + 0,1% Zycotherm PMB 25/55-55 + 0,5% Rediset PMB 25/55-55 + 0,5% CECA PMB 25/55-55 + Evotherm 50/70 + 1% PPA PmB 45/100-65 Polybitume 45E Polybitume + 3%FTP Polybitume + 2%RH Polybitume 45E + 0,1% Zycotherm Polybitume 45E + 0,5% Rediset Polybitume 45E + 0,5% CECA Polybitume 45E + 0,5% Evotherm
Chování nízkoteplotních SMA směsí v oblasti teplot <0 C 70,0 Relaxace asfaltové směsi při 0 C 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 PMB 25/55-55 PMB 25/55-55 + 3% FTP PMB 25/55-55 + 2% RH PMB 25/55-55 + 0,1% Zycotherm PMB 25/55-55 + 0,5% Rediset PMB 25/55-55 + 0,5% CECA PMB 25/55-55 + 0,5% Evotherm 50/70 + 1% PPA PMB 45/100-65 Polybitume 45E Polybitume + 3%FTP Polybitume + 2%RH Polybitume 45E + 0,1% Zycotherm Polybitume 45E + 0,5% Rediset Polybitume 45E + 0,5% CECA Polybitume 45E + 0,5% Evotherm
Q&A České vysoké učení technické v Praze Stavební fakulta Katedra silničních staveb Thákurova 7 166 29 Praha Česká republika jan.valentin@fsv.cvut.cz