Významnou vlastností stavebních konstrukcí je jejich tepelná setrvačnost. Zkušenosti ukazují, že teploty uvnitř masivní kamenné stavby reagují jen pomalu na změny venkovní teploty i na zahájené vytápění po přestávce. Odlišná situace je pak u lehkých, například dřevěných staveb, a to i v případě, že by se hodnoty součinitele prostupu tepla příliš nelišily. Tepelnou setrvačnost jednotlivých stavebních konstrukcí je možné vyjádřit bezrozměrnou veličinou teplotní útlum ν (čti: ný).
Vliv tepelné izolace na tepelnou setrvačnost
Důležité je umístění tepelné izolace. Tepelná izolace umístěná z vnitřní strany přispívá k rychlejšímu nárůstu teplot v místnosti po zahájení vytápění a rychlejšímu vychládání po jeho ukončení. Naopak tepelná izolace umístěná z venkovní strany má výrazně vyšší teplotní útlum než v případě opačném a způsobuje větší kolísání teplot v tepelné izolaci. Konstrukce s větší tepelnou setrvačností napomáhají zvyšovat tepelnou stabilitu místnosti, jako je například železobetonový strop nezakrytý plošným zavěšeným podhledem.
Tepelná stabilita místností
Zimní stabilita místnosti je zajištěna tehdy, když teplota v místnosti neklesne na konci přestávky ve vytápění více, než je normou stanovený požadavek. Zde se rozlišuje, zda v místnosti v době přestávky pobývají lidé, zda se jedná o výrobní budovy s citlivou technologií apod. Pro obytnou budovu vytápěnou otopnými tělesy nesmí být tento pokles teploty větší než 3 °C.
Větším problémem bývá letní stabilita místnosti, která se považuje za vyhovující, pokud výpočtem stanovená teplota v posuzované místnosti nepřekročí za letního dne s vysokými teplotami a intenzivním slunečním zářením normou požadovanou hodnotu 27 °C. Tento požadavek platí pro běžně užívané nevýrobní budovy. Letní stabilita je v rozhodující míře ovlivňována množstvím energie pronikající do místnosti prosklenými plochami. To bude hrát také zásadní roli při výběru charakteristické místnosti pro hodnocení: velikost prosklených ploch, orientace ke světovým stranám, zastínění okolní zástavbou a jinými překážkami nebo prvky vlastní stavby, vlastnosti zasklení, vlastnosti zastiňovacích prvků. Navrhovat chlazení budov se doporučuje pouze v takových případech, kdy stavebním řešením prokazatelně nelze docílit splnění výše uvedeného požadavku. V budovách vybavených strojním chlazením nesmí nejvyšší denní teplota vzduchu překročit 32 °C bez započtení chladicího výkonu klimatizace. Technický systém nemá nahrazovat kvalitní stavební řešení.
Hodnocení se zabývá vnímáním pocitu chladu při kontaktu lidského těla s povrchem stavební konstrukce, zpravidla podlahy. Požadavek souvisí s druhem činnosti (účelem místnosti) a vyjadřuje se veličinou pokles dotykové teploty. Pokles dotykové teploty se stanovuje výpočtem.
Čtěte také: Vše o měrné tepelné kapacitě betonu
Přeprava a pokládka asfaltových směsí a jejich tepelná setrvačnost
Už i v Česku se začínají objevovat tepelně izolované nástavby pro převoz teplé balené směsi. Na podvozku Tatry Phoenix 6×6 v barvách firmy Metrostav Infrastructure a.s. se ukázaly přínosy nástavby od Schwarzmülleru. Z obalovny by měla mít balená směs teplotu kolem 170 °C, pro pokládku finišerem je optimum kolem 140 až 180 °C. Pracovní teplota pro válcování, tedy ukončení hlavního hutnění (uhlazení, žehlení) se pohybuje mezi 110 až 75 °C. I přes zdržení a tříhodinové čekání klesla teplota směsi z 12kubíkové korby Schwarzmüller s certifikovanou tepelnou izolací dle TÜV o pouhých deset stupňů na 165 °C.
Balená směs obsahuje asfalt, kamenivo, filer a další přísady. Její složení se liší podle konkrétních požadavků investora. Množství směsi, které se namíchá, se určuje aktuálně na základě ranní přípravy a stavu stavby. Vše se musí dobře plánovat, aby se balené nevyrobilo málo, nebo naopak moc.
Faktory ovlivňující životnost nového povrchu
Životnost nového povrchu mohou negativně ovlivnit především dvě věci - špatná směs z obalovny a technologická nekázeň při pokládce. V prvním případě by tomu měla zabránit pravidelná certifikace obalovny. Navíc vyrobená asfaltová směs je pravidelně kontrolována v laboratoři. Základem je ale správný podklad, problémem je hlavně měkké podloží (nedostatečně únosné podloží) a kaverny, poruchy stávajících konstrukčních vrstev, které by mohly vést k propadu vozovky. Před pokládkou asfaltové směsi dochází ke spoustě dílčích prací, jako například odbourání nerovností, zametení povrchu, ošetření prasklin, podklad by měl být suchý a zbavený nečistot. Na takto připravený podklad se aplikuje spojovací postřik, ten je nutné nechat tzv. „vyštěpit“. Až je vše připraveno, teprve pak se na tento podklad pouští mechanizace.
Mírné mrholení až tak nevadí, alespoň se vyštěpený spojovací postřik nelepí na pneumatiky vozidel. Při hustém dešti se ale pokládat nesmí, protože hrozí rychlé ochlazení asfaltové směsi. Stejně tak by se nemělo pracovat, klesne-li venkovní teplota pod pět stupňů. Důležitá měřená hodnota je na podkladu, na který se pokládá nová vrstva. Ta by měla vždy dosahovat minimální teploty +5°C. Tady se opět bavíme o rychlém prochladnutí směsi, čímž se zkracuje doba zpracovatelnosti směsi, hlavně s ohledem na dostatečné hutnění.
Pokládka asfaltových pásů
Pokládka asfaltových pásů se liší podle zvoleného typu asfaltového pásu, druhu nosné konstrukce a prostředí, ve kterém práce provádíme (vč. povětrnostních podmínek). Obecná pravidla při pokládce asfaltových pásů:
Čtěte také: Význam tepelné vodivosti betonu ve stavebnictví
- Teplota nosné konstrukce, materiálu a prostředí by neměla být:
- nižší než 5 °C při pokládce oxidovaných asfaltových pásů,
- nižší než 0 °C u pokládky modifikovaných asfaltových pásů,
- vyšší než 30 °C u všech typů pásů, s ohledem na riziko poškození materiálu manipulací a pohybem osob po již realizovaných plochách.
- Teplota konstrukce a ovzduší by při případné penetraci neměla být nižší než 8 °C.
- Při pokládce/penetraci nesmí na nosný podklad pršet nebo sněžit.
- Také nesmí být povrch pokrytý jinovatkou, námrazou a vlhkostí.
Správná pokládka asfaltových pásů vyžaduje dodržení alespoň minimálních přesahů:
- příčné přesahy min. 12 cm,
- podélné přesahy min. 8 cm.
Než definitivně vyberete způsob, jak pokládat asfaltové pásy, pročtěte pečlivě i pokyny pro pokládku od výrobce asfaltových pásů.
Litý asfalt a jeho specifika
Použití litého asfaltu je různorodé - od obrusných vrstev silnic a dálnic přes budování architektonicky zajímavých chodníků či trvanlivých a odolných dopravních a skladovacích ploch až po ochranné vrstvy izolace mostních objektů. Vzhledem k tomu, že veškeré účinky zatížení přenáší asfaltové pojivo, používají se asfalty tvrdé (TSA) či vysoce modifikované (PmB) ztužené navíc vyšším podílem vápencové moučky (tzv. filleru). Teplota ovzduší při pokládce litého asfaltu musí být min. -5 °C při pokládce na vozovkách, na nemotoristických komunikacích dokonce min. -10 °C.
Norma ČSN EN 13108 zavádí pro litý asfalt jakostní třídy I až V, přičemž v technické dokumentaci stavby by měl být vždy uveden požadavek projektanta na tuto jakostní třídu. Podle zařazení do určité jakostní třídy potom podléhá konstrukční vrstva z litého asfaltu specifickému systému zkoušení (mimo jiné se zjišťuje číslo tvrdosti a přírůstek čísla tvrdosti) a účelu použití.
Litý asfalt se na rozdíl od běžných asfaltových směsí připravuje za vyšších teplot (expediční teplota běžné směsi je do 180 °C, u litého asfaltu okolo 220 °C) a vyžaduje delší přípravu (výkon obalovny je v té chvíli max. 50 t/h). V ČR je (podobně jako v Německu) předepsána minimální teplota litých asfaltů při pokládce 200 °C. To je důležité respektovat také při zhotovení ochranné vrstvy na izolační vrstvy. Cena tuny litého asfaltu je zejména díky vysokému obsahu asfaltu a vyšší technologické náročnosti poměrně vysoká, na druhou stranu mají lité asfalty nejen v dopravním stavitelství své nezastupitelné místo, například díky své trvanlivosti. Pro různé účely použití nabízí JANKOSTAV směsi MA 8 (chodníky a jiné nemotoristické komunikace), MA 11 (ochranné vrstvy izolace na mostech, křižovatky, parkoviště, silnice a dálnice) a MA 16 (stejné použití jako u MA 11).
Čtěte také: Jak správně izolovat betonovou podlahu?
V izolačním systému je třeba zajistit dobré spojení všech vrstev. Pro spojení ochranné a izolační vrstvy z asfaltových pásů jsou předepsány hodnoty přilnavosti v tahu při +23 °C (min. 0,4 N/mm2) v ČSN 73 6242 [1]. Uvedená hodnota požadavku je převzata i pro polymerní izolace uváděné v ČR v předpisech MD: TP 164 [8] a TP 178 [9]. Zkoušky se provádí podle ČSN EN 13596 [10].
Vznik mrazových trhlin a nízkoteplotní chování asfaltu
Asfaltová směs má snahu se při nízkých teplotách smršťovat, což vyvolává kvůli neexistenci dilatačních spár v netuhé vozovce tahová napětí. Tato napětí se však díky oslabené, ale stále existující viskozitě částečně odbourávají relaxací. Tento časově zpožděný pokles napětí při konstantním protažení, podmíněný zbytkovou viskozitou pojiva, je důležitou vlastností netuhých vozovek. Čím více se však teplota dále snižuje, tím se schopnost relaxace minimalizuje, takže od teploty cca -20 °C se téměř zcela vytrácí a zhutněná asfaltová směs se chová jako čistě elastická hmota. Pokud vyvolaná tahová napětí při dalším snižování teploty dosáhnou tahové pevnosti, dochází ke vzniku mrazové trhliny, většinou kolmé na osu vozovky.
Relaxační schopnosti asfaltové směsi se snižují též postupným oxidativním stárnutím asfaltového pojiva, navíc dochází k vstřebávání lehčích olejových složek asfaltového pojiva do kameniva. Problematika mrazových trhlin je poměrně známá a frekventovaná zejména v severských zemích. Proto jsou obecně v těchto klimatických podmínkách používána spíše asfaltová pojiva měkčí gradace, u kterých je nebezpečí vzniku mrazových trhlin posunuto až do velmi nízkých teplot. Pro směsi vyrobené z těchto pojiv byla vydána nová evropská norma ČSN EN 13108-3 [1] Velmi měkká asfaltová směs, kterou používají v Evropě skandinávské země.
Vznik mrazových trhlin však není vázán jen na vysokohorské nebo severoevropské oblasti. Byly pozorovány trhliny, které lze taktéž přiřadit k trhlinám nízkoteplotním, např. na vozovkách na Sahaře. V tomto případě se jednalo o výrazně zestárlé pojivo účinkem intenzivního UV-záření v obrusné vrstvě, ve které byly naměřeny vysoké teploty během dne (až 70 °C) a teploty kolem 0 °C během noci, tedy výrazný teplotní gradient. Vyextrahované pojivo z obrusné vrstvy těchto vozovek mělo penetraci 10 p.j. [2]. Příčné trhliny charakterizující porušení mrazem jsou též častou poruchou krytových vrstev vozovek v České republice. Ve větší míře se mrazové trhliny v České republice objevily v zimním období v letech 1984/85 a 1985/86 vlivem nízkých přízemních teplot, někde až -40 °C. I když se tento typ poškození objevoval u nás i dříve, nebyla mu z důvodu poměrně ne tak velkého výskytu věnována dostatečná pozornost.
Omezení mrazových trhlin
Dosavadní přístup k omezení mrazových trhlin je zmiňován v předpise pro navrhování TP 170 [3], kde je problém řešen v článku 5.1.1.6: Omezení mrazových trhlin v asfaltových krytech se zajišťuje použitím vhodných asfaltů v požadovaném množství, vhodných modifikačních přísad, dodržením složení směsi a jejím požadovaným zhutněním. V případě použití směsí s vysokým modulem tuhosti se nebezpečí vzniku mrazových trhlin posuzuje podle přílohy 3 TP 151 [4] (například stanovením kritických teplot v ochlazovací zkoušce, je-li při rovnoměrném poklesu teploty zamezeno zkracování zkušebního tělesa). U ostatních směsí se bez prokázání vhodných vlastností v obrusné vrstvě nedoporučuje použít nemodifikovaný silniční asfalt druhu o nižší penetraci než 50/70 a v ložní vrstvě nižší než 30/50. Vlastnosti se prokazují podle zásad v TP 151. U modifikovaných asfaltů třídy AM45 použitých do obrusné vrstvy se doporučuje prokázání vhodných vlastností ve velmi nepříznivých klimatických poměrech.
V poslední době je snahou předpovídat nízkoteplotní chování netuhých vozovek zaměřené na vznik mrazových trhlin na základě simulace těchto podmínek v laboratoři. Netuhá vozovka, jak již bylo výše uvedeno, nemá dilatační spáry. V zimním období pak dochází v podstatě k smršťování nekonečného pásu asfaltových vrstev. Pokud dosáhne napětí ve vozovce meze pevnosti, dochází k porušení vozovky mrazovou trhlinou.
Zkoušky nízkoteplotních vlastností asfaltových směsí
Cílem zkoušky, která začala být poprvé prováděna na TU Braunschweig prof. Arandem (v zahraniční literatuře též někdy označovaná jako Arandova zkouška), je zjistit teplotu a velikost tahového napětí zkušebního tělesa z asfaltové směsi při porušení, které vzniká při jeho ochlazování z výchozí teploty konstantní rychlostí (°C/hod.) za podmínky nulové podélné deformace (Eet = 0). Nulové podélné deformace tělesa se dosahuje počítačem řízeným ohřevem prvků upínacího zařízení na základě zpětné vazby ze snímačů deformace upevněných na podstavách, na které je těleso nalepeno.
Protože je výše popsaná zkouška již v řadě evropských zemí používána, probíhá v rámci pracovní skupiny WG1 (Evropské normy pro asfaltové směsi zpracovávané za horka) v současnosti příprava této normy. Například Rakousko již v předstihu rozhodnulo o stanovení mezních požadavků pro tuto zkoušku a uvedlo je jako doplněk ke zkouškám v normě ÖNORM B 3580-2 [5], která je národní přílohou normy EN 13108-1 Asfaltový beton (funkční přístup).
V roce 2004 poskytlo Ministerstvo dopravy ČR finanční prostředky, které sloužily mimo jiné k provádění funkčních zkoušek pro návrh asfaltových směsí (tzv. funkční přístup) podle normy ČSN EN 13108-1 [6], který je možnou alternativou k přístupu empirickému. Vybranými funkčními zkouškami byla tuhost (dle ČSN EN 12697-26), únavové vlastnosti (ČSN EN 12697-24) a výše zmíněná zkouška nízkoteplotních vlastností. V zařízení Cyklon -40 byly zjišťovány nízkoteplotní vlastnosti směsí typu ABS (ACO 11+) a ABH (ACL 16+) se 100% a 97% mírou zhutnění. Čáry zrnitosti byly voleny tak, aby pokryly celý obor zrnitosti. Pro lepší odlišení jednotlivých čar zrnitosti byla využita Fullerova parabola. Celkem byly navrženy v obou případech 4 reprezentativní směsi. Směs s označením „I“ byla směs s čarou zrnitosti jdoucí nad Fullerovou parabolou, směs „II“ odpovídala rovnici Fullerovy paraboly, „III“ byla směs běžně navrhovaná, a směs „IV“ byla směs s čarou zrnitosti vedenou při spodním okraji oboru zrnitosti. Čáry zrnitosti byly voleny tak, aby odpovídaly i novým oborům zrnitosti podle připravované národní přílohy normy ČSN EN 13108-1, které se od původních oborů zrnitosti výrazně nelišily.
Směsi byly hutněny 2 × 75 údery, tedy jako pro kvalitativní třídu AB I podle původní ČSN 73 6121. Po stanovení optimálního množství pojiva dle výše uvedeného kritéria byla namíchána též směs se stejnou čarou zrnitosti, ale s množstvím pojiva o 0,5 % nižším. Snížení dávkování asfaltového pojiva o 0,5 % mělo simulovat spodní přípustnou odchylku pro kontrolní zkoušky. Jako základní asfaltové pojivo byl pro klimatické podmínky ČR a s ohledem na použití směsí do vozovek s vysokým dopravním zatížením zvolen pro ABS (ACO 11+) i ABH (ACL 16+) asfalt 50/70. Pokud se porovnají výsledky při rozdílné rychlosti poklesu teploty (10 °C/h a 5 °C/h), pak není patrný žádný větší rozdíl v teplotách při dosažení pevnosti v tahu, rozdíly se pohybují do max. 2 °C. V tahu pro rozdílnou rychlost poklesu teploty jsou rozdíly velmi malé (max. 2 °C).
Asfaltové směsi ABS (ACO 11+) s čárou zrnitosti vedenou u horního okraje oboru zrnitosti (směsi „I“) obsahují nižší množství asfaltového pojiva, mají však s ohledem na nízkou mezerovitost směsi kameniva na pomyslném příčném řezu větší plochu kameniva, jehož zrna jsou spojena tenkým asfaltovým filmem. Tahovou sílu tak přenášejí z větší části zrna kameniva, což se projeví dosažením vyšší síly na mezi pevnosti při porušení mrazovou trhlinou. Naopak hrubozrnnější směsi „III“ a zvláště pak „IV“ (s čárou zrnitosti vedenou při dolním okraji oboru zrnitosti) obsahují více asfaltového pojiva, kamenivo je obaleno silnějším asfaltovým filmem. Tahová trhlina se vytvoří v asfaltovém pojivu.
Výsledky a poznatky ze zkoušek
Z výše uvedených zkoušek vyplývá, že zkouška nízkoteplotních vlastností bezpochyby poskytuje důležité informace o chování asfaltových směsí. Dle odborné literatury jsou rozhodujícími parametry pro hodnocení zkoušené asfaltové směsi: kritická teplota při dosažení tahové pevnosti, tahová pevnost, popř. maximální rezerva v tahové pevnosti. Dle dosažených výsledků vykazuje parametr kritické teploty u všech čar zrnitosti stejného druhu směsi malé rozdíly. Obecně se dosahuje nižších kritických teplot u jemnozrnnějších směsí a směsí s vyšším obsahem pojiva. Směsi označené jako „I“ obsahují sice vyšší podíl drobného kameniva, avšak mají nízké množství pojiva, naopak směsi označené jako „IV“ mají sice nízký podíl drobného kameniva, ale vysoký obsah pojiva. Tím lze pak vysvětlit, že ze všech zkoušek se kritické teploty pohybují v poměrně úzkém intervalu, protože kombinace jemnozrnnosti směsi a nízkého obsahu pojiva má stejný vliv jako kombinace hrubozrnnosti směsi a vysokého obsahu pojiva. Zde by bylo však zapotřebí vyzkoušet další škálu směsí, např. směsi se stejnou čarou zrnitosti a různými gradacemi a obsahy modifikovaných a nemodifikovaných pojiv.
Jako parametr, který je schopen zkoušené směsi lépe odlišit, je parametr maximální síly při dosažení pevnosti v tahu a porušení mrazovou trhlinou. Výše uvedené poznatky a závěry lze v současnosti poskytnout v rámci evropské normalizace při přípravě diskutované normy pro stanovení nízkoteplotních vlastností asfaltových směsí.
Technologie Ammann pro výrobu asfaltových směsí
Ammann integruje pokročilé technologie napříč svými obalovnami asfaltových směsí, aby maximalizoval výkon a udržitelnost. Inteligentní automatizace zajišťuje přesnost a konzistentní kvalitu, zatímco digitální platformy jako Plant Guard poskytují prediktivní údržbu a přehledy v reálném čase. Hořáky Ammann podporují alternativní paliva s nízkými emisemi a modulární rozšíření umožňují obalovnám růst podle potřeb zákazníků. Další řešení, jako jsou systémy recyklace s vysokým podílem recyklovaného asfaltu, technologie horké směsi s nižší teplotou, snížení hluku, prvky nulového odpadu a špičkové řízení emisí, dále snižují dopad na životní prostředí.
| Typ směsi | Expediční teplota (běžná směs) | Expediční teplota (litý asfalt) | Pracovní teplota pro pokládku finišerem | Pracovní teplota pro válcování |
|---|---|---|---|---|
| Běžná asfaltová směs | do 180 °C | - | 140 - 180 °C | 110 - 75 °C |
| Litý asfalt | - | okolo 220 °C | - | - |
tags: #tepelna #setrvacnost #asfaltu