Odolnost vůči tvorbě trvalých deformací

Zkouška odolnosti vůči tvorbě trvalých deformací, jinak Zkouška pojíždění kolem, se provádí podle normy ČSN EN 12697-22+A1 na deskových tělesech jejichž výroba je popsána v kapitole 1.3.1.2. Deformace se určuje změřením hloubky vyjeté koleje způsobené opakovaným pojížděním za určité teploty. Zkoušku lze provádět na malých, velkých nebo extra velkých zkušebních zařízení. Pro tyto účely byla zkouška provedena na malém laboratorním zkušebním zařízení (viz Obr č. 16).

Zkoušku lze provézt dvěma způsoby, A nebo B. Způsob A umožňuje temperaci pouze na vzduchu a doba temperování je závislá na velikosti zkušebního tělesa. Způsob B umožňuje temperaci na vzduchu i ve vodní lázni. Před samotným měřením je stroj potřeba uvést do záběhu a provede se pět zatěžovacích cyklů.

Během postupu A se hloubka vyjeté koleje měří automaticky a zkušební těleso je zatěžováno 1000 zatěžovacími cykly, v případě, že dříve dojde k vyjetí 15 mm koleje, stroj se zastaví. U postupu B je prováděno 10 000 cyklů a stroj se zastaví v případě dosažení hloubky vyjeté koleje 20 mm.

Zařízení je navrženo tak, aby umožnilo pohyb vpřed a vzad zkušebního tělesa v rámu pod zatíženým kolem nebo zatíženého kola po tělese v horizontální ose.

35

V závislosti na tloušťce zkušebního tělesa se určuje doba temperace na suchu:

1. menší nebo rovno 60 mm – 4 hodiny temperace 2. větší než 60 mm – 6 hodin temperace

3. max 24 hodin temperace

Obr č. 16 Zařízení pro vyjíždění kolem

Přírůstek hloubky vyjeté koleje na vzduchu se vypočítá podle vzorce

𝑊𝑇𝑆

=

5 , (11)

kde WTSAIR [mm/10³ zatěžovacích cyklů] je přírůstek hloubky vyjeté koleje, d10 000 [mm]

a d5000 [mm] hloubka vyjeté koleje po 5 000 a 10 000 zatěžovacích cyklech. Určuje se ještě poměrná průměrná hloubka vyjeté koleje na vzduchu, která je vyjádřená z průměru hloubky vyjeté koleje u dvou zkušebních těles podle vzorce

𝑃𝑅𝐷

=

ℎ

× 100

kde PRDAIR [%] je poměrná průměrná hloubka vyjeté koleje, d10 000 [mm] hloubka vyjeté koleje po 10 000 cyklech a h [mm] výška zkušebního tělesa [23].

36

2 Experimentální část

Experimentální část je zaměřena na využití polymerních vláken v asfaltových směsích jako výztuže konstrukce obrusné vrstvy. Bylo připraveno celkem 60 Marshallových těles, z nichž část byla hutněna 2x25 údery a část 2x75 údery, a 34 desek. Ze směsi typu ACO 11S byly vytvořeny čtyři druhy vzorků – s vlákny Namflex (ACO 11S 50/70 NAMFLEX), s vlákny Forta (ACO 11S 50/70 FORTA), s modifikovaným pojivem PmB (ACO 11S PMB 45/80 – 55 ) a referenční bez žádných příměsí se silničním pojivem 50/70 (ACO 11S). Poměry u jednotlivých druhů směsí (50/70, 45/80) charakterizují konzistenci asfaltu. Tuto vlastnost popisuje Zkouška penetrace jehlou, která se provádí podle normy ČSN EN 1426, a na základě penetrace se určí základní označení pojiv, např 50/70 tj. 5-7 mm. Rozměry vzorků a další parametry jsou uvedeny v Příloze I.

Výroba směsi proběhla na obalovně Libodřice. Vlákna byla přidána v poměru 2 kg vláken na 2 t směsi (0,1 %) s kamenivem míchána 15 s a následně s pojivem při 170 °C.

Směs byla dopravena do laboratoře ČVUT a z ní byla připravena zkušební tělesa.

2.1 Maximální objemová hmotnost

U všech čtyř druhů směsí byla zjištěna maximální objemová hmotnost a následně dopočítána i mezerovitost.

• Pyknometr s těsně přiléhajícím nástavcem

• Vývěva

2.1.1.1.2 Postup měření

Vzorky byly nejprve očištěny kartáčem při teplotě, která nesměla být vyšší než 110±5 °C, a směs rozdrobena na hrubé částice a shluky. Maximální objemová hmotnost byla měřena pomocí pyknometru takové velikosti, aby byl maximálně ze 2/3 naplněn

37

asfaltovou směsí (viz Obr č. 17). Pro měření byl zvolen postup volumetrický. Nejprve byl zvážen prázdný pyknometr (m1) s přiléhajícím nástavcem o známém objemu.

Pyknometr byl naplněn směsí a zvážen (m2), poté byl naplněn destilovanou vodou bez obsahu vzduchových bublin a pomocí špachtle byl zbaven přebytečných bublin. Poté byl pyknometr vložen do vakua, kde se zbývající vzduch vytěsnil. Nakonec byl pyknometr vyjmut a zvážen (m3). Výsledné hodnoty byly zapsány a z nich dopočítány dané údaje uvedené v Tabulce 3. Objemová hmotnost byla vypočítána postupem Objemová hmotnost – nasycený suchý povrch (SSD).

Obr č. 17 Pyknometr s těsně přiléhajícím nástavcem

V Tabulce 3 jsou uvedené veškeré potřebné údaje pro výpočet maximální objemové hmotnosti ρmv, kde Vp je objem pyknometru při naplnění po vyznačenou risku, m1 hmotnost prázdného pyknometru, m2 hmotnost pyknometru naplněného směsí, m3

hmotnost pyknometru naplněného směsí a destilovanou vodou po vyznačenou risku, T teplota vody a ρvody hustota vody vyjádřená v megagramech [Mg/m³], kde jeden megagram je roven jedné tuně.

Největší maximální objemovou hmotnost má směs s modifikovaným pojivem, směsi s vlákny mají oproti prvním dvěma nižší.

38

Tab. 3 Maximální objemová hmotnost jednotlivých směsí

2.2 Objemová hmotnost

Objemová hmotnost byla prováděna podle normy ČSN EN 12697-6. Byla zvolena metoda Objemová hmotnost: Nasycený suchý povrch (SSD), která vychází ze tří hmotností, jak bylo zmíněno v kap. 1.3.3.

2.2.1.1.1 Pomůcky a zařízení

Nejprve se stanovila hmotnost suchého tělesa a hustota vody při zkušební teplotě s přesností na 0,001 Mg/m³. Následně bylo těleso ponořeno do vody pomocí závěsného zařízení (viz Obr č. 18) a nechalo se sytit vodou, dokud se hodnota hmotnosti neustálila, hodnoty se zapsaly. Poté bylo těleso vyjmuto, povrchově otřeno jelenicí a ihned stanovena jeho hmotnost.

Z maximální objemové hmotnosti a objemové hmotnosti lze vypočítat mezerovitost Vm [%], která vychází ze vzorce

𝑉

=

𝜌_𝑚

× 100

kde ρm [kg/m³] je maximální objemová hmotnost směsi a ρb [kg/m³] objemová hmotnost zkušebního tělesa.

39

Hodnoty mezerovitosti by se měly, pro směs ACO 11S, pohybovat mezi 2 – 5,5 %.

Směs

Tab. 4 Mezerovitost asfaltových směsí Marshallových těles

Obr č. 18 Závěsné zařízení pro měření mokré hmotnosti

Na veškeré parametry zmíněné v Tabulce 5 by vlákna ani modifikované pojivo neměli mít zásadní vliv, tudíž hodnoty jsou v porovnání s referenčním vzorkem víceméně totožné. Hutnění může probíhat několika způsoby v závislosti na výsledných požadavcích, zda je stanovena hutnící energie nebo konečná objemová hmotnost. Pro hutnění zkušebních těles, určených pro tento experiment, byla zvolena metoda hutnění lamelovým zhutňovačem, který se používá pouze pro výrobu těles se zadanou objemovou hmotností nebo mezerovitostí. Míra zhutnění se vyjádří poměrem objemové hmotnosti tělesa a průměrné objemové hmotnosti směsi v procentech

40

Tab. 5 Objemová hmotnost a míra zhutnění desek

2.3 Stanovení modulu tuhosti

Modul tuhosti byl stanoven pouze u těles s hutněním 2x75, podle normy ČSN EN 12697-26, při čtyřech teplotách (0, 15, 27 a 40 °C).

• Komora pro udržení stálé teploty

Obr č. 19 Zkušební zařízení [18]

1. Pneumatický zdroj zatížení 2. Ocelový zatěžovací rám 3. Snímač síly

4. Horní čelist 5. Zkušební těleso

6. LVDT nastavovací šroub 7. Rámeček s LVDT

8. Spodní čelist

9. Nastavovací podpěra rámečku

41 2.3.1.1.2 Postup měření

Tělesa byla zkoušena při čtyřech různých teplotách (0, 15, 27 a 40 °C), při čemž před každým měřením za dané teploty byla min. 4 hodiny temperována. Těleso bylo vloženo do zkušebního rámu upevněného v podpěrách a vloženo pod zatěžovací zařízení. Celá soustava byla umístěna v komoře temperované na zvolenou zkušební teplotu. Správné umístění udávaly sondy (LVDT) zasazené do rámečku. Pro každé těleso bylo nutné nastavit podmínky měření (rozměry tělesa, Poissonovo číslo, zkušební teplota), aby software mohl následně modul vypočítat. Těleso bylo nejprve zatíženo deseti zkušebními pulzy, aby se zařízení nastavilo pro měření. Následně zatěžovací hlava provedla 5 zatěžovacích pulzů a do systému byl zaznamenán průběh zatížení v čase a horizontální deformace tělesa. Každé těleso bylo měřeno dvakrát, z jedné strany a následně pootočené o 90° kolem horizontální osy. Po ukončení zkoušky by se na tělesech neměly během 24 hodin provádět další zkoušky. Výsledky měření byly zaznamenány do počítače a pomocí softwaru vyhodnocen modul tuhosti (viz Tabulka 6).

Standartně by měla směs ACO S, při 15 °C, mít modul pružnosti cca 7 500 MPa.

Směs ACO 11S vyrobená pro tento experiment má při této teplotě modul dvakrát větší, což znamená, že směs byla nadměrně kvalitní sama o sobě.

Z tabulky vyplývá, že při 0 °C se nejlépe chovala směs s modifikovaným pojivem a následně směs referenční. Směsi s vlákny mají nižší hodnoty, což může způsobovat nižší teplota, kdy se vlastnost vláken neprojeví. Naopak u teplot 15 °C a 40

°C jsou hodnoty u směsi s vlákny Namflex výrazně vyšší než u referenční směsi, vlákna dosáhnou nějaké funkční teploty, při které se jejich vlastnosti začnou projevovat.

Obr č. 20 Rámeček pro měření vodorovné deformace [18]

Obr č. 21 Nastavovací podpěra pro rámeček [18]

42

Vlákna Forta se v tomto případě projevila jako neúčinná a v podstatě zbytečná příměs.

Nelze ale jednoznačně určit, která ze směsí byla nejideálnější. Moduly tuhosti referenční směsi jsou však nadstandardní. Referenční směs má velice vysokou tuhost a dala by se charakterizovat jako směs typu VMT (směs s vysokým modulem tuhosti).

Modul 0 °C použití vláken Forta FI pro asfaltové směsi. Byl zvolen typ ACO 11S 50/70 a stejný typ směsi byl použit i pro tento experiment. Hodnoty naměřené pro tento experiment jsou dvakrát větší než hodnoty naměřené pro FORTA Corp.

Zkušební teplota 50/70 50/70 Forta FI

0 °C 12 330 13 070

15 °C 6 600 7 730

27 °C 2 070 2 860

40 °C 810 1 170

Tab. 7 Výsledky odolnosti asfaltové směsi ACO 11 S (laboratoř ČVUT) vůči tvorbě trvalých deformací

-Směs ACO 11S- [24]

2.4 Pevnost v příčném tahu

Zkouška pevnosti v příčném tahu byla měřena na suchých a mokrých tělesech.

Následně z nich byla vypočítána hodnota ITSR, která udává, jak je těleso odolné vůči vodě (viz 2.5).

43 2.4.1.1.1 Pomůcky a zařízení

• Lis (např. Marshallův lis) – schopen vyvinout min. sílu 28 kN při konstantní rychlosti 50±2 mm/min

• Tlačné čelisti se zatěžovacími pásy (viz Obr č. 22)

• Měřící zařízení

• Vodní lázeň

Obr č. 22 Tlačné čelisti se zkušebním tělesem [19]

2.4.1.1.2 Postup měření

Tělesa byla v každé skupině (referenční, PMB, Namflex, Forta) rozdělena na dvě poloviny, z nichž jedna polovina těles byla měřena za sucha a druhá za mokra. Těleso se vloží do čelistí při laboratorní teplotě. Zahájí se stlačování, které probíhá plynule bez nárazů až do dosažení maximálního zatížení (viz Obr č. 23). Zkouška musí být provedena do 2 minut po vyjmutí tělesa z temperované komory. Hodnoty byly zaznamenány a využity pro výpočet ITSR.