Badanie MSCR

Wpływ rodzaju lepiszcza asfaltowego
na trwałość nawierzchni
Dział Technologii, Badań i Rozwoju
Krzysztof Błażejowski
Jacek Olszacki
Hubert Peciakowski
Śląskie Forum Drogowe, 2013
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Zawartość prezentacji
1. Norma Europejska
2. Klasyfikacja asfaltów OA wg Superpave (PG grade)
3. Charakterystyka asfaltów OA
a ) Właściwości średnio- i wysokotemperaturowe – MSCR a
badanie koleinowania
b) Właściwości niskotemperaturowe – Fraass, BBR a TSRST
4. Podsumowanie i wnioski
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Norma Europejska
Norma Europejska
ORLEN Asfalt produkuje lepiszcza według norm EN:
-
Asfalty drogowe wg EN 12591
-
Asfalty modyfikowane polimerami wg EN 14023 (PN-EN 14023:2011)
-
Asfalty utlenione wg EN 13304
Asfalty wielorodzajowe produkowane są w oparciu o krajową Aprobatę
Techniczną, ponieważ norma EN 13924-2 zostanie opublikowana dopiero
w 2014 r.
Wybrane lepiszcza produkowane są według specyfikacji krajowych do norm
EN. Obejmują one zarówno polskie jak i zagraniczne załączniki do normy
EN 14023 (czeskie, litewskie, słowackie, rumuńskie itd.).
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Klasyfikacja PMB ORBITON
według Superpave
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Wymagania PMB wg EN 14023
Wymagania do PMB zamieszczone w EN 14023 nie są wymaganiami typu
funkcjonalnego.
Spełnienie wymagań normowych przez PMB świadczy o osiągnięciu zestawu
pożądanych właściwości, nie pozwala jednak na ocenę, w jaki sposób lepiszcze
będzie zachowywać się w nawierzchni. A przecież to jest najważniejsze...
Dlatego w ciągu ostatnich 10 lat, ORLEN Asfalt bada swoje asfalty:
- w badaniach porównawczych na mieszankach mineralno-asfaltowych
- Innymi metodami niż wskazane w systemie norm EN
W tej prezentacji chcemy zaprezentować wyniki badań uzyskane wg metodyki
amerykańskiej SHRP w tzw. PG grade system.
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
SUPERPAVE
(SUperior PERforming Asphalt PAVEments)
System Superpave, powstał w USA na początku lat 90. XX w.
Jego podstawowe założenia to:
• stosować taki asfalt, który jest odpowiedni do miejsca zastosowania
mma, czyli:
• wytrzyma najwyższe temperatury w lecie
• wytrzyma najniższe temperatury w zimie
• wytrzyma powolny ruch pojazdów lub ich postój
• należy zacząć od miejsca stosowania i warunków ruchu, a potem dopiero
określić, jakie właściwości ma mieć asfalt,
• nie ma znaczenia jaką penetrację ma asfalt – wszystko jest
zdeterminowane przez miejsce i warunki.
Na tej podstawie w systemie Superpave, powstał podział lepiszczy wg
systemu PG (Performance Grade).
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Superpave
W podziale PG, należy określić dla każdego lepiszcza jego górną i dolną
temperaturę krytyczną:
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Superpave
Finalne oznaczenie PG informuje nas o umownym przedziale temperatur,
w którym asfalt może poprawnie pracować w nawierzchni:
Kryteria wg BBR:
- S60 = 300 MPa
- m = 0,3
Kryteria wg DSR:
- G*/sin δ =1 kPa (bez starzenia)
- G*/sin δ = 2.2 kPa (po RTFOT)
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Klasyfikacja asfaltów OA wg Superpave
Asfalty drogowe wg specyfikacji PG
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Klasyfikacja asfaltów OA wg Superpave
Asfalty modyfikowane ORBITON wg specyfikacji PG
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Wyniki badań odporności na deformacje trwałe
w wysokiej temperaturze
Metody: koleinowanie i MSCR
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Właściwości średnio- i wysokotemperaturowe
Aparat do koleinowania
(mały aparat, metoda B wg EN 1269722, 60C, 10000 cykli)
Źródło: www.matest.com
Reometr DSR do metody MSCR
(wg ASTM D7405)
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Badanie MSCR
MSCR (Multiple Stress Creep Recovery test)
(Test Wielokrotnego Naprężania, Pełzania i Nawrotu)
Cel badania:
Pomiar właściwości lepiszcza w określonych temperaturach w celu
określenia (między innymi) odporności nawierzchni asfaltowej z tym
lepiszczem na deformacje trwałe (koleinowanie).
Badanie przeprowadza się zazwyczaj w temperaturze przy której
nawierzchnia wykonana asfaltowa z użyciem tego lepiszcza ma
pracować.
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Badanie MSCR
Widok ogólny
aparatury do wykonywania
badania MSCR
Próbka asfaltu umieszczona
pomiędzy rotorem a podstawą
reometru DSR przed wykonaniem
MSCR
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Badanie MSCR (Multiple Stress Creep Recovery Test)
Zasada badania:
1.
2.
mechanizm „uginania” (pełzania) próbki lepiszcza - w trakcie 1-sekundowego
przyłożonego naprężenia
mechanizm „nawrotu” próbki lepiszcza – w trakcie 9-cio sekundowego czasu
odprężania (po odjęciu przyłożonego naprężenia)
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Badanie MSCR – wyniki badań
Wyniki z badania MSCR:
No-recoverable creep compliance Jnr – nieodwracalna podatność na
pełzanie – określona dla dwóch poziomów naprężenia 100 Pa i 3200
Pa, jest bezpośrednim wskaźnikiem odporności lepiszcza asfaltowego
na koleinowanie.
Recovery R - nawrót sprężysty - określony dla dwóch poziomów
naprężenia 100 Pa i 3200 Pa, wskazuje na sprężystość lepiszcza w
danej temperaturze, jest więc wskaźnikiem skuteczności modyfikacji
polimerami (dla PMB).
W USA określono dla asfaltów modyfikowanych, jaką wartością R powinny
charakteryzować się asfalty modyfikowane dla określonych przedziałów
Jnr3200 (na następnych wykresach – linia graniczna).
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Badanie MSCR – wyniki badań
Porównanie właściwości asfaltów i polimeroasfaltów
100
Krzywa graniczna
20/30
35/50
50/70
70/100
BITREX 35/50
BITREX 50/70
PMB ORBITON 10/40-65
PMB ORBITON 25/55-60
PMB ORBITON 45/80-55
PMB ORBITON 45/80-65
PMB ORBITON 65/105-60
90
80
Nawrót [%]
70
60
50
40
30
20
10
5,0
4,8
4,6
4,4
4,2
4,0
3,8
3,6
3,4
3,2
3,0
2,8
2,6
2,4
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
Jnr w 3200 Pa [kPa -1]
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Badanie koleinowania – wyniki badań
Odporność na koleinowanie, AC 16 (5,6% lepiszcza), 60ºC, 10000 cykli, płyta 60 mm
14
głębokość koleiny RDair [mm]
12
10
8
6
4
2
0
20/30
35/50
50/70
70/100
10/40-65
25/55-60
45/80-55
45/80-65
65/105-60
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Głębokośćkoleiny RD AIR [mm]
Badanie MSCR vs badanie koleinowania
14
12
R2 = 0,9324
10
8
6
4
2
0
0
0,4
0,8
1,2
1,6
2
2,4
2,8
3,2
3,6
4
4,4
4,8
Jnr MSCR@3200 w 64 [kPa -1]
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
PG po najnowszych zmianach
Klasyfikacja zbadanych asfaltów wg oceny MSCR (Superpave Plus).
Założono, że w miejscu stosowania wymagane jest PG 64-y.
Wymagania:
Ruch
Jnr3,2 max [kPa-1]
Opis ruchu
Standard (S)
4,0
<10 mln osi oraz
standardowe obciążenie
Heavy (H)
2,0
10-30 mln osi lub
ruch powolny
Very Heavy (V)
1,0
>30 mln osi lub
obciążenie postojowe
Extreme (E)
0,5
>30 mln osi oraz
obciążenie postojowe
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Superpave
Nowe oznaczenie PG informuje nas nie tylko o umownym przedziale temperatur, w
którym asfalt może poprawnie pracować w nawierzchni, ale także jaki ruch może
przenieść we wskazanej wysokiej temperaturze.
Jnr3,2 <2,0 [kPa-1]
Kryteria wg BBR:
- S60 = 300 MPa
- m = 0,3
Kryteria wg DSR:
- G*/sin δ =1 kPa (bez starzenia)
- G*/sin δ = 2.2 kPa (po RTFOT)
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
PG po najnowszych zmianach
Klasyfikacja zbadanych asfaltów wg oceny MSCR (Superpave Plus) dla PG 64:
ruch
Standard
Heavy
Very heavy
Extremely
heavy
asfalt
20/30
E
35/50
50/70
70/100
V
S
Nie spełnia wymagań
PMB ORBITON 10/40-65
E
PMB ORBITON 25/55-60
E
PMB ORBITON 45/80-55
E
PMB ORBITON 45/80-65
E
PMB ORBITON 65/105-60
E
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
PG po najnowszych zmianach
Klasyfikacja zbadanych asfaltów wg oceny MSCR (Superpave Plus) dla PG 70:
traffic
Standard
Heavy
Very heavy
Extremely
heavy
bitumen
20/30
35/50
V
S
50/70
Nie spełnia wymagań
70/100
Nie spełnia wymagań
PMB ORBITON 10/40-65
E
PMB ORBITON 25/55-60
E
PMB ORBITON 45/80-55
H
PMB ORBITON 45/80-65
PMB ORBITON 65/105-60
E
S
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Wyniki badań pękania w niskiej temperaturze
Metody: TSRST i BBR
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Właściwości niskotemperaturowe
Aparat do TSRST
(metoda wg EN 12697-46:2012)
Reometr BBR
(metoda wg EN 14771)
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Badanie BBR (Bending Beam Rheometer)
Widok próbki w aparacie BBR
przed rozpoczęciem badania
Widok formy
do przygotowania próbki
Źródło: www.pavementinteractive.org
Źródło: www.pavementinteractive.org
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Badanie BBR (Bending Beam Rheometer)
Zasada badania:
Badany jest mechanizm uginania (pełzania) próbki lepiszcza pod stałym obciążeniem
w temperaturze odpowiadającej najniższej, w jakiej nawierzchnia z użyciem tego
lepiszcza ma być eksploatowana.
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Badanie TSRST (Tensile Stress Restraines Specimen Test)
Zasada badania:
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
TSRST - wyniki badań
Odporność na pękanie, beton asfaltowy AC 16 (5,6% lepiszcza), TSRST
Temp. pęknięcia TSRST [C]
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Sztywność w -16ºC wg BBR
400
mniej = lepiej
350
300
250
200
150
100
50
0
20/30
35/50
50/70
70/100
10/40-65
25/55-60
45/80-55
45/80-65
65/105-60
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Wnioski
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Wnioski
1. Stosowanie twardych asfaltów pozwala uzyskać wysoką
odporność na koleinowanie, ale dzieje się to kosztem podatności
na spękania w zimie.
2. Szczególnie ryzykowne jest stosowanie twardych asfaltów
drogowych w warstwach nie przykrywanych na zimę i nie
chronionych przed bezpośrednim działaniem mrozu.
3. Twarde asfalty modyfikowane polimerami pozwalają uzyskać
porównywalną odporność na koleinowanie, ale lepszą odporność na
pękanie.
4. Należy zastanowić się nad stosowaniem miękkich asfaltów
modyfikowanych. Oprócz poprawienia odporności na pękanie
niskotemperaturowe spowoduje to, niestety, konieczność opracowania
lepszych metod projektowania mieszanek odpornych na koleinowanie.
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Wnioski
5. Bardzo dobrym wskaźnikiem prognozowania powstawania kolein w
nawierzchni może być badanie MSCR (parametr Jnr @ 3,2 kPa) na
asfalcie po starzeniu RTFOT.
6. Dobrym wskaźnikiem prognozowania spękań niskotemperaturowych
w nawierzchni może być badanie BBR na asfalcie po starzeniu
RTFOT+PAV.
7. Wyniki badań temperatury łamliwości FRAASSA zarówno przed, jak i
po starzeniu RTFOT, nie są dobrymi miernikami odporności na
spękania niskotemperaturowe.
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Podsumowanie: koleinowanie vs. pękanie
20
głębokość koleiny RDair [mm]
10
0
20/30
35/50
50/70
70/100
10/40-65
25/55-60
45/80-55
45/80-65
65/105-60
-10
-20
-30
temperatura pęknięcia TSRST [C]
-40
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.
Dziękujemy za uwagę!
www.orlen-asfalt.pl
www.orlen-asfalt.pl
© 2013 ORLEN Asfalt Sp. z.o.o.