Nová metoda pro analýzu asfaltových pojiv

Abstract

Pochopení reologického chování asfaltových pojiv je důležitým předpokladem k vhodnému navrhování silničních konstrukcí. Vývoj poruch netuhých vozovek, například u tvorby trvalých deformací (vyjíždění kolejí), lze značně zpomalit vhodným výběrem konstrukčních materiálů. Z pohledu asfaltového pojiva je zvláště důležité, aby reologické vlastnosti odpovídali teplotnímu a dopravnímu zatížení vozovky. Proto za účelem splnění požadavků byla vyvinuta nová, vysoce odolná asfaltová pojiva, do kterých je obvykle přidáván vhodný typ a množství polymerů. Pomocí pokročilých metodik, využívajících dynamického smykového reometru, je možné určit odolnost asfaltových pojiv proti vzniku trvalých deformací. Prozatím nejslibnější zkouška zabývající se měřením náchylnosti asfaltových pojiv k vyjíždění kolejí je zkouška opakovaného zatížení a odlehčení MSCR (multiple stress creep recovery). Přesto se tato zkouška při aktuálně stanovených úrovních smykového napětí stále jeví jako nepřesná. Tento výzkum si klade za cíl zpřesnit zkoušku opakovaného zatížení a odlehčení MSCR prováděné při standardizovaných úrovních smykového napětí (0,1 kPa a 3,2 kPa). Za tímto účelem jsou zkoumány reologické vlastnosti celkem třinácti asfaltových pojiv, ze kterých dvanáct je modifikováno polymerem a jedno pojivo je bez modifikace. Množství modifikátorů a přísad je zvolneno tak, aby se výsledná pojiva ve složení co nejvíce lišila a hodnota kritické teploty po modifikaci dosahovala jednotné hodnoty 64 C odpovídající užitné třídě PG 64-yy. Reologické vlastnosti asfaltových pojiv jsou stanoveny pomocí zkoušky MSCR při třech teplotách (50 stupňů Celsia, 60 stupňů Celsia a 70 stupňů Celsia) a při pěti různých úrovních smykového zatížení v rozmezí od 0,1 kPa do 25,6 kPa. Na asfaltových směsích vyrobených ze zkoušených asfaltových pojiv je provedena zkouška pojíždění kolem jejíž výsledky jsou následně porovnány s výsledky zkoušení asfaltových pojiv. Dále jsou sestaveny a také porovnány s vlastnostmi pojiv hlavní křivky dynamických funkcí asfaltových směsí. Výsledky nevratné smykové poddajnosti (Jnr), měřené ve vysokých napětích, ukazují lepší korelaci s odolností asfaltových pojiv proti vzniku trvalých deformací než při standardizovaných napětích. V porovnání s Jnr pomocí smykové poddajnosti Jc lze lépe zobecnit na všechna pojiva bez ohledu na použitých modifikátorů a základních asfaltů a navíc ukazují lepší korelaci s odolností asfaltových směsí.

To understand the rheological behavior of asphalt binders is a prerequisite to the appropriate designing of road constructions. The development of distresses in asphalt pavements, such as rutting, can be mitigated by using asphalt binder with rheological properties adequate to the thermal and traffic load of the pavement. To meet the requirements, new high-performance asphalt binders have been developed, usually by modifying the asphat base with a polymer. By means of advanced techniques, e.g., multiple stress creep recovery (MSCR) test, conducted in a dynamic shear rheometer, it is possible to determine the rutting potential of asphalt binders. This technique, however, still seems to be imprecise at currently determined shear stress levels. This thesis aims to query the adequacy of multiple stress creep recovery test conducted at standardized shear stress levels (0,1 kPa, 3,2 kPa). For this purpose, the high temperature behavior of one base and twelve polymer modified asphalt binders is compared with the rutting pottential of asphalt mixes produced from the investigated asphalt binders. For modification a variety of polymers are used alone and in combination. Their content is adjusted to obtain modified asphalt binders with similar maximum service temperature, defined by the parameter I G*I/sinδ, as close as possibe to True Grade - PG 64-yy. The multiple stress creep recovery test is condcted on all binders at five different shear stress levels (0,1 kPa, 3,2 kPa, 6,4 kPa, 12,8 kPa and 25,6 kPa). The rutting potential of asphalt mixes is investigated by means of Hamburg wheel-tracking test conducted at 60 °C. In addition, the dynamic moduli of asphalt mixes are evaluated at different temperatures and frequencies in order to construct master curves of dynamic functions. According to the presented research, the non-recoverable creep compliance, Jnr, results, measured at high shear stress levels show better correlation with the rutting potential of asphalt mixes than those measured at currently standardized shear stress levels. Furthermore, the creep compliance, Jc, results indicate even better correlation with the rut resistance of asphalt mixes and, in contrast with Jnr, can be better generalizaed to all binders, regardless of the asphalt base they are prepared from.