Informace z kongresu Eurasphalt & Eurobitume 2021 – Výroba asfaltových směsí, pokládka a techniky zhutňování

Silnice mosty 2022, 2, 13–15, doc. Dr. Ing. Michal Varaus, VUT v Brně

V následujícím souhrnu sekce „Výroba asfaltových směsí, pokládka a techniky zhutňování“ jsou vybrány nejzajímavější příspěvky jak z oblasti technologické, tak parametricko-záznamové ve vztahu ke stavu povrchu vozovek. Pro technology je jistě zajímavý článek o pozitivním vlivu vápenného hydrátu na spojení vrstev, mechanická kontrola kvality R-materiálu zatěžováním v gyrátoru a specifika použití vysoce modifikovaných pojiv HiMA do asfaltových směsí. Ostatní články popisují  využití moderní techniky pro mapování stavu povrchu vozovky z plovoucího vozidla pomocí laserové techniky.

Inovativní spojovací postřiky pro zlepšení trvanlivosti asfaltových vrstev
(Jorge Ortiz Ripoli, Xavier Crisén Grau, Julia Giralt)

Článek autorů je zaměřen na problematiku spojení asfaltových vrstev. Inovativním prvkem je aplikace vápenného hydrátu dispergovaného ve vodě, který se nanese na povrch asfaltové vrstvy po provedení a vyštěpení spojovacího postřiku z asfaltové emulze. Tato dvoustupňová technologie ošetření povrchu přináší nesporné výhody:

1. částice vápenného hydrátu po odpaření vody zabraňují přímému kontaktu pneumatik s asfaltovým filmem spojovacího postřiku a jeho nalepování;
2. zesvětlení povrchu má pozitivní vliv na jeho celkovou teplotu, zvýšení viskozity asfaltového pojiva z emulze a ještě více podporuje příznivý efekt popsaný v bodě 1;
3. ošetření povrchu hydrátem snižuje nutnost následného čištění nákladních vozidel a dalších stavebních mechanismů.

Jak ukázala studie španělských výzkumníků z Polytechnické univerzity v Barceloně, je však hlavním a zásadním přínosem zvýšení pevnosti spojení asfaltových vrstev.

Za tímto účelem bylo provedeno pokusné pole, které bylo rozděleno na 18 dílčích polí, na kterých byla aplikována asfaltová emulze v množstvích zbytkového asfaltového pojiva 0,15 kg/m², 0,30 kg/m² a 0,45 kg/m² v kombinaci s 0 g/m², 15 g/m², 30 g/m² a 60 g/m² suchého vápenného hydrátu (po odpaření vody). Nejlepších výsledků bylo dosaženo při dávkování 0,35 g/m² až 0,40 kg/m² zbytkového asfaltového pojiva a 35 g/m² až 40 g/m² suchého vápenného hydrátu. Použitím vápenného hydrátu lze dosáhnout až zdvojnásobení pevností ve smyku.

K uvedenému experimentu byl sestaven výpočtový model na základě použití programu BISAR pro vrstevnatý pružný poloprostor, jehož výsledky velmi dobře korelují s výše popsaným experimentem na základě vyhodnocení horizontálního modulu reakce „K“.

Záměrem výzkumníků  z Polytechnické univerzity v Barceloně je opakovat stanovení pevnosti spojení vrstev na vývrtech po delším časovém období a zjistit tak vývoj únavových pevností v čase. Dalším z cílů je též na vyvinutém dynamickém smykovém zařízení stanovit únavové charakteristiky spojení vrstev při aplikaci asfaltové emulze a disperze z vápenného hydrátu.

Vyhodnocení inovativních automatizovaných systémů pro monitorování povrchu netuhých vozovek v Anglii. Část 1: Rovinatost povrchu a textura
(Giacomo D´Angelo, Yi Xu, Iswandaru Widyatmoko, Robin Hudson-Griffiths, Arash Khojinian, Malcolm Simms, David Giles)

Rovinatost a makrotextura patří mezi základní charakteristiky, které se měří na povrchu vozovek. Jejich průběžné sledování má význam jednak z hlediska bezpečnosti, ale též pro iniciaci včasných údržbových opatření. Tento článek se zaměřuje na metody stanovení těchto parametrů. Dvě nové laserové technologie byly porovnány s konvenčními způsoby měření.

Přehled existujících metod pro měření rovinatosti:

• mechanické;
• akustické;
• videokamerové;
• elektro-optické.

Přehled existujících metod pro měření makrotextury:

• konvenční – mechanické, odměrná metoda;
• fotogrammetrické;
• laserové skenování;
• jednobodové laserové metody;
• laser-kamerové systémy.

Pro porovnání rovinatosti byly vybrány dvě metody – srovnávací mechanická, tzv. posuvná lať, a moderní, tzv. laserová lať. Bylo vybráno 12 měřících úseků, na kterých byly provedeny srovnávací zkoušky.

Výsledkem srovnávacích zkoušek je závěr, že laserová lať je schopna zjistit mnohem více povrchových nerovností než posuvná lať. Výsledky měření se shodovaly v 80 %.

Pro porovnání makrotextury byly použity dvě metody, základní stanovení MTD pomocí odměrné metody a nová technologie označovaná jako 3D-TD, která používá laserové skenování a kameru pro vytvoření 3D rekonstrukce povrchu.

Absolutní rozdíl mezi oběma metodami je v průměru 8 %.

V každém ohledu představují jak metoda laserové latě, tak i automatická metoda pro zjišťování makrotextury jasné výhody ve vztahu ke konvenčním metodám. Hlavní předností je bezpečnost techniků, protože obě zkoušky probíhají za normálního provozu z plovoucího vozidla a silnice nemusí být zavírána. Dále se jedná o stanovení souvislých měření a ne bodových, takže lze velmi snadno identifikovat problematická místa. V neposlední řadě se dají naměřená data použít do systému hospodaření s vozovkou PMS.

Jednoduchý test pro stanovení kvality skládek R-materiálu
(Raj Dongre, Xinjun Sean Li, Jack Youtcheff)

Standardním způsobem stanovování vlastností R-materiálu je extrakce asfaltového pojiva pomocí chemického rozpouštědla buď trichloretylenem nebo toluenem se stanovením následné viskozity a PG intervalu. Tyto parametry se získají 10 x pro zmapování homogenity skládky R-materiálu. Chemická rozpouštědla jsou však ve stále větší míře zakazována  s ohledem na negativní vliv na životní prostředí a zdraví zaměstnanců silničních laboratoří.

FHWA (Federal Highway Administration) proto hledá alternativní zkoušky za účelem vyloučení používání chemických rozpouštědel. V poslední době se začala používat zkouška zpracovatelnosti DWT (Dongre Workability Test), která by měla uvedené chemické analýzy nahradit. Bylo též zjištěno, že zkouška DWT může být použita též pro vyhodnocení kvality a konzistence R-materiálu.

Zkouška DWT se provádí v gyrátoru řízenou deformací materiálu ve formě rychlostí  0,05 mm/s bez toho, že by se gyrátor pohyboval. V této metodě se zpracovatelnost vyjadřuje jako hodnota DWT v kPa. Tato hodnota se získá výpočtem sklonu sečny mezi hodnotami 550 kPa a 650 kPa. DWT křivka napětí/deformace ukazuje, že se asfaltová směs/R-materiál chová jako stlačitelný visko-elastický materiál.

Mapování silničního povrchu použitím 3D laseru s vysokým rozlišením pro více jízdních pruhů k 3D frézování a pokládce
(John Laurent, Richard Fox-Ivey, Benoit Petitclerc)

V poslední době se stále více používá pro mapování povrchu vozovek vysokorychlostních 3D laserů. Tyto technologie automaticky analyzují 3D scan pro stanovení a vyhodnocení poruch vozovek.

V minulosti projektanti používali tradiční průzkum pro stanovení vlastností povrchu vozovek. Tyto průzkumy byly velmi nákladné, limitované v rozlišení a představovaly nebezpečnou práci pro tým provádějící diagnostiku.

Cílem bylo snížit náklady na průzkum, minimalizovat přerušení dopravy, uspořit náklady na čas a bezpečnost provádění průzkumu, dále snížit náklady na frézování a objemy pro pokládku a hutnění. Tento článek popisuje nutný hardware a software, stejně jako kroky nutné k zachycení profilu povrchu 3D skenováním. Software na bázi stanovení LWD (L = délka, W = šířka, D = hloubka) je schopen spočítat objem materiálu, který je potřeba odstranit, nahradit novou asfaltovou směsí a zhutnit.

Později, ve stádiu projektu, v úrovni finálního návrhu se využijí data jako vstup do 3D CAD software pro návrh pro vytvoření předběžného a finálního prováděcího projektu.

Záznam profilu povrchu se provádí při rychlostech 100 km/h bez potřeby uzávěry jízdních pruhů.

Zhutnitelnost asfaltových směsí s vysoce modifikovanými pojivy HiMA
(Krzysztow Blažejowski, Przemyslaw Ostrowski, Wiktoria Baranowska)

Článek prezentuje výsledky výzkumu zhutnitelnosti asfaltových směsí s vysoce modifikovanými pojivy (PMB HiMA nebo HiMA). HiMA jsou novým typem polymerem modifikovaných asfaltů, které jsou charakterizovány tzv. reverzní fází, což znamená, že fáze polymeru se stává kontinuální. Vliv teploty a obsahu asfaltu je dobře znám, avšak použití tak odlišného typu pojiva jako je HiMA vyžaduje odlišný přístup k této problematice. Pro zjištění tohoto vlivu na zhutnitelnost byly provedeny některé specifické zkoušky.  Některé zkoušky byly provedeny se speciálními přísadami snižujícími teplotu (WMA). Směsi byly vyrobeny v laboratoři a vystaveny krátkodobému stárnutí. Po vytemperování byla zhutnitelnost zjišťována pomocí gyrátoru. Zkoušky byly prováděné při různých teplotách. Výsledky zkoušek ukazují, že se směsi s HiMA chovají odlišně než směsi s běžným asfaltovým pojivem. Ze zkoušek lze odvodit optimální teplotu hutnění, stejně jako u teplých asfaltových směsí se speciálními přísadami – WMA. Z experimentů vyplývá jiný přístup zacházení s těmito směsmi než u konvenčních asfaltových pojiv.

Pro běžné asfaltové směsi se doporučuje viskozita pojiva pro míchání 0,17 Pa.s a pro hutnění 0,28 Pa.s. To však vede u pojiv typu HiMA k nadhodnocení teplot jak pro míchání, tak pro hutnění a k problémům při pokládce na stavbě. Proto je zapotřebí se orientovat podle pokynů výrobce nebo v závislosti na výsledcích z DSR, jelikož obsah SBS-polymeru v pojivu je vyšší jak 7 %.

Pro experiment bylo použito pojivo PMB 65/105-80 HiMA pro SMA 8 při obsahu pojiva 6,4 % 6,7 % a 7,0 %. 

Experimenty bylo prokázáno, že směsi SMA 8 PMB 65/105-80 by neměly být vyráběny při teplotách nad 180 ^oC, protože dochází ke zhoršení jejich zpracovatelnosti. Ideální teplota hutnění je v rozmezí teplot 165 ^oC až 180 ^oC. Při hutnění pod teplotou 145 ^oC nastávají opět problémy se zpracováním.  Chování je tedy odlišné od běžných pojiv PMB.

Modelování informací o vozovce – holandské silniční dodavatelské firmy vyvinuly proces monitoringu vozovky po dobu životnosti a funkční informační systém
(Frank Bijleveld, Berwich Sluer, Jan van de Water)

Silniční stavitelství se nachází v přechodu k systematické a strukturované informační správě celého životního cyklu vozovky. Za tímto účelem bylo v Holandsku vyvinuto modelování informací o vozovce, tzv. PIM (Pavement Information Modelling). PIM je jádrem informačního dodavatelského systému a poskytuje zaměstnancům firem přístup k relevantním datům a informace o asfaltové vozovce počínaje silničními stavebními materiály, návrhy k-ce vozovky, recepturami k výrobě směsí pro jednotlivé vrstvy až po vlastní výstavbu. Vývoj PIM též zahrnuje vývoj stavby u silničních správců, funkční specifikace a smlouvy potřebné pro BIM, výměnu dat mezi dodavateli a správci a systémové inženýrství. Nejdůležitějším cílem PIMu je zvládnout a podporovat celý běh projektu až do předání zadavateli. To vede ke snížení nákladů, zlepšení řízení strategie firmy, efektivnímu dlouhodobému monitoringu vybudované vozovky za účelem řízení rizik a snížení administrativního tlaku výrobních procesů. Informační systém PIM byl vyvinut konsorciem 8 silničních společností s partnerskou IT společností. Článek popisuje jednotlivé moduly a funkčnost PIM a jejich datovou strukturu. Závěr je věnován dalšímu výhledu jak co nejúsporněji zacházet s informacemi a představám jak by mohl PIM fungovat při dalším vývoji v budoucnosti.

Literatura:

1. Bijleveld F., Sluer B., van de Water J. Modelování informací o vozovce – Holandské silniční dodavatelské firmy vyvinuly proces monitoringu vozovky po dobu životnosti a funkční informační systém In: Proccedings 7th Eurasphalt and Eurobitume Congress. 15th–17th June 2021, on-line. Paper 340.
2. Blazejowski K., Ostrowski P., Baranowska W. Zhutnitelnost asfaltových směsí s vysoce modifikovanými pojivy HiMA In: Procce 7th Eurasphalt and Eurobitume Congress. 15th–17th June 2021, on-line. Paper 303.
3. D´Angelo G., Yi X., Widyatmoko I., et al. Vyhodnocení inovativních automatizovaných systémů pro monitorování povrchu netuhých vozovek v Anglii. Část 1: Nerovnosti povrchu a textura In: Proccedings 7th Eurasphalt and Eurobitume Congress. 15th–17th June 2021, on-line. Paper 160.
4. Dongre R., Sean Li X., Youtcheff J. Jednoduchý test pro stanovení kvality skládek R-materiálu textura In: Proccedings 7th Eurasphalt and Eurobitume Congress. 15th–17th June 2021, on-line. Paper 267.
5. Laurent J., Fox-Ivey R., Petitclerc B. Mapování silničního povrchu použitím 3D laseru s vysokým rozlišením pro více jízdních pruhů k 3D frézování a pokládce In: Proccedings 7th Eurasphalt and Eurobitume Congress. 15th–17th June 2021, on-line. Paper 280.
6. Ripoli O., Grau X. C., Giralt J. Inovativní spojovací postřiky pro zlepšení trvanlivosti asfaltových vrstev. In: Proccedings 7th Eurasphalt and Eurobitume Congress. 15th–17th June 2021, on-line. Paper 154.