Asfalty jsou tmavé, plastické až tuhé podíly z ropy koloidního charakteru, které obsahují zejména asfaltény, ropné pryskyřice a nejtěžší ropné olejové podíly. Jsou téměř netěkavým, přilnavým a hydroizolačním materiálem pocházejícím z ropy nebo přítomným v přírodním asfaltu, který je úplně nebo téměř úplně rozpustný v toluenu a při normální teplotě je velmi viskózní nebo téměř tuhý.
Výroba a modifikace asfaltů
Asfalty se mohou získávat v průběhu krakovacích nebo extrakčních procesů, avšak nejčastějším způsobem získávání ropných asfaltů je pomocí fyzikální rafinace ropy. Základní operací je dvoufázová destilace, kde první fází je atmosférická destilace následovaná destilací vakuovou. Výsledkem tohoto procesu je tzv. primární asfalt.
Vlastnosti získaných primárních asfaltů je možné dále upravovat navazujícími procesy jako je oxidace (vzniká asfalt oxidovaný nebo polofoukaný) nebo extrakce vakuového zbytku (vzniká asfalt extrahovaný). Dalšími modifikacemi těchto asfaltů pomocí polymerů, emulgováním nebo například s využitím nízkoviskózních přísad se zvyšuje jejich výkonnost. Pro stmelení asfaltových směsí se ve stále větší míře používají polymerem modifikované asfalty (PMB).
Klíčové vlastnosti asfaltového pojiva
Vlastnosti asfaltových vrstev vozovek jsou značně ovlivněny vlastnostmi asfaltového pojiva. Asfaltové pojivo jakožto organický materiál podléhá v průběhu životnosti různým degradačním vlivům. Z tohoto důvodu nelze posuzovat vlastnosti asfaltových pojiv, potažmo směsí, pouze v čerstvém stavu, ale je nutné hodnotit vlastnosti těchto materiálů i po simulaci stárnutí.
U asfaltů se sledují zejména reologické vlastnosti - asfalty se nesmí lámat při nízké teplotě a trvalá deformace při vyšších teplotách nebo dlouhodobém zatížení musí být malá. Dalšími důležitými vlastnostmi asfaltů jsou fyzikálně chemické vlastnosti, chemické složení a povrchové vlastnosti, zejména přilnavost asfaltu ke kamenivu. Mezi nejdůležitější sledované vlastnosti asfaltů patří:
Čtěte také: Vlastnosti asfaltových pásů
- Bod lámavosti: Stav, kdy asfalt přestává být termoplastický a při ohybu vznikají trhlinky - asfalt se láme.
- Bod měknutí: Důležitý parametr pro hodnocení teplotní odolnosti pojiva.
- Penetrace jehlou: Měří tvrdost pojiva.
- Penetrační index (Ip): Je indikátorem teplotní citlivosti asfaltového pojiva. S růstem penetračního indexu přechází asfalt ze „sol“ typu na „sol-gel“ typ. Asfalt s vyšším penetračním indexem má obecně lepší viskoelastické vlastnosti.
- Vratná duktilita: Měří schopnost pojiva vrátit se do původního stavu po deformaci.
Vlastnosti asfaltů používaných v silničním stavitelství a údržbě jsou definovány Českou technickou normou ČSN EN 12591. Některé druhy asfaltů se používají jak pro silniční, tak pro průmyslové aplikace, například při výrobě střešních pásů a dalších hydroizolačních membrán.
Recyklace asfaltových pojiv a R-materiál
Do asfaltových směsí se často přidává určité množství R-materiálu (recyklovaného asfaltového materiálu). Pojivo obsažené v R-materiálu se pak v ideálním případě promísí s čerstvým dávkovaným pojivem. Cílené ovlivnění vlastností výsledného pojiva obsaženého v asfaltové směsi pojivem z R-materiálu je značně obtížné, protože výrobce asfaltové směsi je odkázán na dostupné omezené zdroje R-materiálu.
Polymerem modifikované asfalty typu PMB RC jsou speciální modifikované asfalty vhodné pro stmelení asfaltových směsí obsahujících vyšší dávkování R-materiálu. Oproti obvyklým polymerem modifikovaným asfaltům má PMB RC zpravidla vyšší stupeň modifikace. Zkušenosti s recyklacemi směsí s polymerem modifikovanými asfalty má především Německo, kde pojem PMB RC také vznikl. V Německu je koncept technologie PMB RC postaven na nízké hodnotě bodu měknutí, což předpokládá měkké pojivo odolné vůči mrazovým trhlinám. Naproti tomu v Rakousku se do PMB RC dávkuje vysoké množství polymerní přísady, takže bod měknutí je vysoký a předpokládá se, že při naředění tohoto vysoce modifikovaného asfaltu pojivem z R-materiálu zůstane dostatek modifikační přísady ve výsledném pojivu, což znamená, že asfaltová směs bude odolná proti vzniku mrazových trhlin.
V České republice zatím neexistuje jednotný přístup k návrhu a volbě polymerem modifikovaného asfaltu ve směsích obsahujících R-materiál. U vybraných asfaltových směsí typu asfaltový beton s polymerem modifikovaným asfaltem je možné použít maximálně 15 % R-materiálu. České požadavky a zkušební metody asfaltových pojiv typu PMB RC jsou uvedeny v ČSN EN 14023 a ČSN 65 7222‑1 a zejména ve změně Z1 normy ČSN 65 7222-1.
Vliv R-materiálu na vlastnosti polymerem modifikovaných asfaltů
Pro znovuzískání zestárlých pojiv byl využit R-materiál obsahující nemodifikované asfaltové pojivo i R-materiál získaný z asfaltové směsi, obsahující PMB. Asfaltová pojiva byla z R-materiálů získána extrakcí v průtokové odstředivce podle normy ČSN EN 12697-1 s využitím perchlorethylenu a následnou vakuovou destilací podle normy ČSN EN 13697‑3.
Čtěte také: Asfaltové holuby: Pravidla a tipy
Směsi asfaltových pojiv (polymerem modifikovaný asfalt třídy 45/80-65, resp. 45/80 RC a pojivo znovuzískané z obou R-materiálů) byly namíchány v přesně určených poměrech. Jako nové pojivo pro výrobu směsných pojiv bylo použito pojivo PMB 45/80-65 a PMB 45/80 RC rakouského výrobce.
Z laboratorních zkoušek vyplývá, že přidáním zestárlého pojiva získaného z R-materiálu se zvýší viskozita směsného pojiva, což bylo prokázáno například snížením hodnoty penetrace jehlou. S rostoucím obsahem pojiva získaného z R-materiálu rovněž klesala hodnota penetračního indexu směsi pojiva a zhoršovala se hodnota vratné duktility i bodu lámavosti podle Fraasse.
Pokud ovšem bylo použito pojivo získané z R-materiálu, který obsahoval modifikovaný asfalt, zhoršení vlastností směsných pojiv nebylo tak patrné oproti směsným pojivům, obsahujícím pojivo získané z R-materiálu, který obsahoval nemodifikovaný silniční asfalt. Rovněž při použití pojiva typu RC nedošlo k tak výraznému negativnímu ovlivnění chování směsných pojiv oproti směsím pojiv, ve kterých byl obsažen standardní polymerem modifikovaný asfalt třídy 45/80-65. Překvapivé bylo, že se hodnoty bodu měknutí směsí pojiv neumístily mezi bodem měknutí pojiv, ze kterých byla tato směsná pojiva vyrobena, ale velice často došlo k poklesu hodnoty bodu měknutí směsi pojiva oproti hodnotě bodu měknutí vstupního pojiva získaného z R-materiálu. To je pravděpodobně způsobeno „naředěním“ modifikačního systému, obsaženého v čerstvých polymerem modifikovaných asfaltech zestárlými pojivy z R-materiálů.
Tabulka: Vlastnosti vybraných asfaltových pojiv
| Pojivo | Penetrace jehlou (mm) | Bod měknutí (°C) | Penetrační index (Ip) | Bod lámavosti (°C) |
|---|---|---|---|---|
| PMB 45/80-65 | Vyšší | Nižší | Nižší | Vyšší |
| PMB 45/80 RC | Nižší | Vyšší | Vyšší | Nižší |
| R-materiál (nemodifikovaný) | Srovnatelná | Nižší | Nižší | Vyšší |
| R-materiál (modifikovaný) | Mírně vyšší | Vyšší | Vyšší | Nižší |
Poznámka: Tabulka sumarizuje obecné trendy na základě uvedených textových informací. Konkrétní číselné hodnoty nebyly k dispozici pro přímé porovnání v tabulce.
Moderní testování asfaltových pojiv: MSCR test
Trvanlivost asfaltových směsí je do značné míry závislá na kvalitě a užitném chování asfaltového pojiva. Jednou ze základních poruch asfaltových vozovek při vyšších provozních teplotách je vznik vyjetých kolejí. Pro predikci trvalých deformací asfaltových směsí je používáno kritérium G*/sin δ, avšak pro komunikace s pomalými rychlostmi a vysokými dopravní objemy je prokázáno, že neodpovídá vzniku trvalých deformací. Zkušební postup, při kterém se zjišťují hodnoty G* a δ, se standardně měří v lineární viskoelastické oblasti, která odpovídá opakujícím se účinkům zatížení od dopravy.
Čtěte také: Asfaltové pásy pro vrchní vrstvy
Z pohledu trvalých deformací asfaltových pojiv je potřeba zaměřit pozornost na oblast nelineárního chování asfaltových pojiv, k čemuž slouží parametr nevratné smykové poddajnosti Jnr získaný při zkoušce MSCR (Multiple Stress Creep and Recovery test). MSCR test je zkouška opakovaného zatížení a odlehčení, využívající DSR (Dynamic Shear Rheometer). Slouží pro měření akumulovaného přetvoření v asfaltovém pojivu v rámci předepsané úrovně napětí. Metoda je popsána v normě ČSN EN 16659 Asfalty a asfaltová pojiva - Zkouška MSCR.
Podstatou zkoušky je zatížení po dobu 1 s při konstantním napětí a následné devítisekundové odtížení (při nulovém napětí), tento postup se opakuje 10x pro každou úroveň napětí. Nevratná smyková poddajnost (Jnr) a procentuálně vyjádřené elastické zotavení (R) jsou dva nejdůležitější parametry asfaltového pojiva vypočítané z naměřeného přetvoření při jednotlivých úrovních napětí. Nevratná smyková poddajnost je mírou nevratného přetvoření po několikanásobném zatížení a odtížení, vztažená k úrovni vneseného napětí. Čím nižší je hodnota Jnr, tím větší podíl napětí je pojivo schopno absorbovat a je méně náchylné k plastické deformaci. Kromě výše zmíněných charakteristik lze vypočítat parametry citlivosti Rdiff a Jnr, diff.
Volba parametrů MSCR testu
V české verzi harmonizované normy EN 16659 není přesně určena teplota zkoušky, ale měla by být zvolena vhodně v rozmezí 50 °C až 80 °C. V USA se zkouška provádí při různých teplotách, v závislosti na zatřídění konkrétního asfaltového pojiva do třídy PG. V normě ČSN EN 16659 jsou předepsaná napětí 0,1 kPa a 3,2 kPa. Nicméně, lepších korelací s trvalými deformacemi u asfaltových směsí je dosaženo při aplikaci vyššího napětí.
Z výsledků je patrné, že polymerem modifikované asfalty (PMB) mají vysokou hodnotu elastického zotavení a velmi nízkou nevratnou smykovou poddajnost. Při vyšší teplotě dochází ke zvýšení smykového přetvoření, které souvisí se zvýšením Jnr. Vyšší náchylnost ke vzniku trvalých deformací je logicky při vyšších teplotách (vyšší hodnoty Jnr).
Geometrie testovacího zařízení
Nejčastěji se na DSR používají dvě geometrie: průměr destiček 8 mm (PP8) s 2mm mezerou (pro nízké a střední teploty nebo pro zestárlá pojiva v případě oscilační zkoušky) a průměr destiček 25 mm (PP25) s 1mm mezerou (pro vyšší teploty, zvolena jako základní pro zkoušku MSCR). Výpočet charakteristik z průměru všech 10 cyklů, jak vyžaduje normový postup zkoušky MSCR, může být v řadě případů zavádějící, protože jednotlivá měření se u některých pojiv výrazně mění s počtem cyklů. Z toho důvodu je vhodnější použít vyšší napětí, např. 3,2 kPa, které vede k rychlejšímu ustálení výsledků a je více korelovatelné s odolností asfaltových směsí vůči tvorbě trvalých deformací.
Asfaltový mastix a izolační vrstvy
Pro izolační vrstvy jsou zařazena nová ustanovení o asfaltových mastixech. Asfaltový mastix se navrhuje na betonové a ocelové mostovky s maximálním výsledným sklonem 4 %. Pro izolační vrstvy mostovek se doporučuje druh 1 asfaltového mastixu uvedený v ČSN EN 12970. Na betonových mostech se provádí adhezní nátěr ze speciálních nízkoviskózních modifikovaných asfaltů za studena doplněný vložením skelné mřížové textilie. Tato opatření zajišťují eliminaci tvorby puchýřů a zamezení prokopírování případných trhlin do izolační vrstvy.
Povrch asfaltového mastixu je nutno opatřit posypem předobaleného drceného kameniva frakce 2/4. Trvanlivost asfaltových směsí je do značné míry závislá na kvalitě a užitném chování asfaltového pojiva. Důsledkem zvyšujícího se provozu na pozemních komunikacích je snaha používat asfaltová pojiva s lepšími vlastnostmi v porovnání s běžnými silničními asfalty.
tags: #asfaltove #pojivo #asfalten #malten #vysvětlení