Styrelf – 19 éves élettartam az autópályán, egyetlen repedés nélkül

styrelf-banner_0.png

A polimer-módosított kötőanyagok több évtizede az útburkolatok folyamatosan növekvő közlekedési terhelés okozta tartós deformációi és repedései jelentette probléma megoldásaként szolgálnak. Kiváló hatékonyságukat laboratóriumi kutatások sora és éveken át történő in-situ működésük is igazolja.

A 20. század 80-as éveiben a svájci piacon jelentős mennyiségű polimer módosítású kötőanyag és adalékanyag jelent meg. A VSS (svájci közúti és közlekedési egyesület) szakértői csapata megállapodott arról, hogy hamarosan szükség lesz egy, a technológiát körülhatároló normára, ezzel felgyorsítva annak fejlesztését és alkalmazását [1]. Tudatosítva azt a tényt, hogy sem laboratóriumi, sem in-situ tapasztalatok nem állnak megfelelő mennyiségben rendelkezésre, a bizottság azt javasolta, hogy az egyes ötleteket az A9 autópálya Wallis kantonban lévő Sion közeli szakaszán próbálják ki [2], [3]. 1988-ban több próbát is végeztek ezen, az akkor építés alatt álló szakaszon, illetve további 16 különálló próbaszakaszon, amelyek mindegyike 300 m hosszú volt [4]. A szakaszok közül tizenkettőt az abban az időben a svájci piacon elérhető termékekből építettek, az 11. szakasszal együtt, amelyben az Elf, illetve a TOTAL vállalat által külön eljárással gyártott Styrelf 13/80 – 3 % SBS térhálós polimerrel módosított aszfaltot használtak . Négy szakaszt 50/70 és 80/100 fokozatú normál útépítési bitument tartalmazó keverékből építettek. Emellett egy 4 km hosszúságú szakasz (N°11bis jelöléssel) is készült, amelyben a 11. szakaszon használt bitumennel azonos anyagot használtak [5].

Ebből az alkalomból széles körű kampányt indítottak, az útburkolat felületi tulajdonságainak megfigyelése és az egyes anyagok vizsgálata céljából. A szakaszok némelyike a 14 év használatot követően is jó tulajdonságokat mutatott, ahogyan a 4 km hosszú szakasz is, 19 év üzemeltetést követően. A kutatás során az útburkolat élettartamának különböző szakaszaiban (2, 8, 14 és 19 év) mintát vettek, amelyeket azután ellenőrzött feltételek mellett tároltak.

14 évnyi üzemeltetést követően, 2002-ben 16 szakaszt felújítottak, ugyanis közülük néhány már túlságosan károsodott/sérült (lásd az 1. ábrát). A 4 km-es szakaszt egészen 2009-ig használták. A Styrelf 13/80 polimer módosítású kötőanyaggal készült szakaszt részletesen tanulmányozták, és in-situ valamint laboratóriumi körülmények között is rendkívül hatékonynak bizonyult.

ÉPÍTÉSI FELTÉTELEK

Az egyes kötőanyagok teljesítményének értékelése azonos körülmények között történik, valamennyi bitumen esetében. Valamennyi burkolóréteg azonos alaprétegre került, azonos építési körülmények mellett, azonos eljárással tömörítve. Emellett az éghajlati és a közlekedési feltételek is egyeztek az egyes szakaszokon.

FORGALMI TERHELÉS

A jelen fejezet tárgyát képező A9 autópálya-szakaszt elsősorban szezonális turistaforgalom terhelte, átlagosan napi 24 000 járművel, az 1988 - 2007 közötti időszakban. A forgalomnövekedés 2,9% volt, a nehéz tehergépjárművek pedig a teljes forgalmi terhelés mindössze 6%-át tették ki. Ezek az értékek átszámítva összesen 830 áthaladást jelentő 80 kN nagyságú szabványos tengelyirányú terhelésnek, azaz a svájci besorolás szerint T4 osztályú terhelésnek felelnek meg.

ÉGHAJLATI/IDŐJÁRÁSI VISZONYOK

A tesztelt útszakasz közelében található meteorológiai állomás 1992 óta szolgáltatott az időjárásra vonatkozó adatokat. Emellett az útburkolat különböző mélységeiben hőmérséklet-érzékelőket, nedvesség érzékelőket és radiométert helyeztek el, amely a látható és az infravörös napsugárzás mérésére szolgált. A vizsgált szakasz megfelelt a Wallis régió (Alpok területe) jellegzetes éghajlati viszonyainak: évente több, mint 270 napos nap, akár 30 °C-ot meghaladó hőmérséklettel, illetve szélsőségesen hideg (- 10 °C alatti hőmérséklet) körülmények, valamint erőteljes hőmérséklet-esést (5 °C/h) mutató napok. Emlékeztetőül, a TSRST próbát –10 °C/h hőmérséklet mellett végzik [6].

A BURKOLÓRÉTEG FELÜLETI TULAJDONSÁGAI

A burkolóréteg AC16S keverékből készült, 40 mm vastagságban. A réteg kötőanyag-tartalma és vastagsága valamennyi vizsgált szakaszon azonos volt. A 2. ábrán az útburkolat szerkezete látható - 330 mm bitumenes réteg a 420 mm vastag, 0/150 fokozatú kavicsból/sóderből készült alapréteg fölött. A deformálódás FWD összekapcsoló gépek segítségével történt mérésének eredményei az útburkolat rendkívüli teherbírását mutatták, várhatóan 20 éves élettartammal, a lerakás idején érvényes feltételekkel azonos feltételek mellett.

AZ ÚTBURKOLAT FELSZÍNÉNEK SÉRÜLÉSEI ÉS LABORATÓRIUMI EREDMÉNYEK (ISAP 2010)

Tekintettel arra a tényre, hogy a tesztelt útszakaszokon megfigyelt deformációk legfőbb típusa a felületi repedés volt, egy repedési mutató bevezetését javasolták, amelyet kölcsönös összefüggésbe hoztak az anyagvizsgálat különböző eredményeivel. A BBR próba –15 °C és 60 s mellett mért M-értéke, a normál hőmérsékleten végzett TSRST próbával együtt, 10 év használatot követően ért el a repedési mutatóval való legjobb korrelációs értéket.

asfaltova-silnice_0.png

1. ábra - Két útburkolat-szakasz felületi tulajdonságainak összehasonlítása 14 évi használatot követően - nagy mértékben sérült szakasz (balra), a 11., Styrelf kötőanyaggal készült szakasszal összehasonlítva, amely még mindig jó állapotú (jobbra)

asfalt-struktura_0.png

2. ábra - Az útburkolat és az aljzat-rétegek szerkezete az autópálya próbaszakaszain

 

trhlinovy-amplitudovy-index_0.png

3. ábra – Az egyes termékek helyezése az útburkolat felszínén tapasztalható repedések állapota függvényében (x tengely - azon felületek százalékos aránya, amelyeken látható repedések vannak; y tengely – a repedések szélessége mm-ben).

A "repedés-amplitúdó indexet" az útburkolatot érintő repedések terjedése és súlyossága mértéke kombinációjaként határozták meg. Az ilyen deformációk állapota 14 évnyi használatot követően az egyes próbaszakaszokon azt mutatja, hogy a Styrelf kötőanyaggal készült 11. szakasz nincs kitéve a repedések keletkezésének. Ezt a tényt a 3. ábra szemlélteti.

Az egyes kötőanyagok használatának eredményeképp a burkolóréteg nagyon rossz és súlyos deformációi tapasztalhatók, már 1 évnyi használatot követően is, míg vannak olyanok, amelyeket akár 14 évnyi használat után sem érint lényeges, vagy akár semmilyen deformáció - lásd a Styrelf 13/80 kötőanyaggal készült szakaszt.

Az egyes bitumenek/aszfaltok értékelésekor rendkívül fontosnak bizonyult azok feldolgozása, elsősorban a polimer és a bitumen alap keverése is. A polimer módosítású, SBS láncok térhálósításával kialakított kötőanyagok a kutatás során jó mechanikai tulajdonságokat mutattak, kielégítő tartósság mellett. A Styrelf 13/80 eme kötőanyagok csoportjába tartozik, és azonos penetrációs fokozatú, normál útépítési bitumennel együtt választották ki további vizsgálatra.

 

A STYRELF 13/80 NORMÁL TULAJDONSÁGAINAK ALAKULÁSA

Az N11 és N15 szakaszokból 2, 8 és 14 évnyi üzemeltetést követően vett kötőanyag- és bitumenkeverék mintákat laboratóriumi vizsgálatoknak vetették alá. Hasonló eljárást alkalmaztak az N11bis szakaszon, 19 évnyi üzemeltetést követően.

A KÖTŐANYAG VÁLTOZÁSA AZ ÖREGEDÉS SORÁN, IN-SITU

A 4. ábrán az általában használatos alaktani jellemzők láthatók, extrahált útépítési bitumennel és PMB-vel együtt, amelyek a penetráció, a lágyulási pont és a Fraass-féle töréspont alakulását mutatják az útburkolat élettartamának különböző szakaszaiban.

Mindkét grafikon megerősíti az anyag feltételezett gyors öregedését keverő üzemben történő gyártás, szállítás és tömörítés során. Ezt a jelenséget a penetráció 20 - 30 dmm-rel való csökkenése és a lágyulási pont nagyjából 8 °C -os emelkedése mutatja eme műveletek során. A normál útépítési bitument jellemző görbén látható, hogy a lágyulási pont emelkedése és a penetráció csökkenése összefüggést mutat az útburkolat élettartamával. Ezzel ellentétben, a módosított bitumen változásai nagyjából 8 év elteltével stabilizálódnak, és ezt követően sem a penetráció, sem a lágyulási pont nem változik jelentős mértékben. Az öregedés hatásai jóval kisebbnek tűnnek a PMB esetében, mint a normál útépítési bitumen esetében.

A normál útépítési kötőanyag a 14 év során nagyjából 14 °C -ot veszített a Fraass-féle töréspont vizsgálaton, és jóval törékenyebbé vált, miközben a térhálós polimer módosítású kötőanyag mindössze 6 °C -ot veszített, ennél hosszabb, 19 évnyi időtartam alatt.

Az 5. ábrán látható, hogy a duktilitás az útburkolat 19 éves élettartama után is magas marad (mindössze 13%-nyi veszteség), ami az aszfalt 25 °C melletti jó és tartós relaxációs képességének bizonyítékául szolgálhat. Bár a bitumen eme képessége a duktilitás és a BBR, más (elsősorban hőmérsékleti) körülmények közötti vizsgálatára alapozott, hasonló trendet mutat a módosított bitumen esetében.

A 2, 8 és 14 éven át, viszonylag kedvezőtlen éghajlati viszonyok mellett közepes mértékű forgalommal terhelt szakaszokból és a 19 éven át szintén közepes mértékű forgalommal terhelt szakaszból vett mintákon végzett vizsgálatok az alábbi eredményeket hozták:

  • A Styrelf 13/80 kötőanyaggal készült próbaszakasz jó ellenállóképességet mutatott az öregedéssel szemben, valamennyi próba során. Az útburkolat 2 éves korát követően ez a szakasz rendkívül jó, stabil tulajdonságokat mutatott. A keverék eme lassú öregedése a kötőanyag és a polimer szabadalmaztatott, Styrelf technológiával történő térhálósítási eljárásának tulajdonítható, amely jelentős mértékben korlátozza az oxidáció lehetőségét, és növeli az útburkolat felületének tartósságát.
  • A Styrelf 13/80 kötőanyag rugalmassága az útburkolat teljes élettartama alatt magas szintű maradt, az új, még nem öregedett aszfalt tulajdonságaihoz viszonyítva. A polimerháló az útburkolat élettartama alatt változik, ám nem megy tönkre. A polimer 19 év elteltével is megvan a kötőanyagban.
  • A Styrelf 13/80 kötőanyaggal készült útburkolat kiváló tartóssága; burkolórétegét csak 21 évnyi használat után cserélték.
frasse_0.png

4. ábra - A penetráció, a lágyulási pont és a Fraass-töréspont változásai az útburkolat élettartama során.

road-service-time_0.png

5. ábra - A duktilitás változásai az útburkolat élettartama során.

 

IRODALOM:

[1] A comprehensive study of cold climate asphalt pavement cracking, Haas, R., Meyer G., Assaf, G., Lee, H., Proceeding Association of Asphalt Paving Technologists (AAPT), vol. 56, p.198–245, 1987.

[2] Comparative tests sections with different polymer-modified asphalts and with different polymer additives, Dumont, A.-G., B. Schwery, Ch. Angst, 4th Eurobitume Symposium, Madrid, Spain, 1989.

[3] Ageing of modified bitumen from comparative sections made in Switzerland, in the canton of Valais, ] Dumont, A.-G., M. Huet, E. Simond, Eurobitume Congress, Stockholm, Sweden, 1993.

[4] Comparative sections with modified bitumen and additives, Dumont, A.-G., B. Schwery, Ch. Angst, OFR Report No. 1035, 2002.

[5] Long term effect of modified binder on cracking resistance of pavements, Dumont, A.-G., M. Huet, E. Simond, 5th Int. RILEM Conference Cracking in Pavements, Limoges, France, 2004.

[6] Projected cracking procedure of bituminous covering resulting from thermal pressures, Pucci, T., PhD thesis no. 2282, Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne, 2000

STYRELF - 19 ÉVES ÉLETTARTAM AZ AUTÓPÁLYÁN, EGYETLEN REPEDÉS NÉLKÜL

A polimer-módosított kötőanyagok több évtizede az útburkolatok folyamatosan növekvő közlekedési terhelés okozta tartós deformációi és repedései jelentette probléma megoldásaként szolgálnak. Kiváló hatékonyságukat laboratóriumi kutatások sora és éveken át történő in-situ működésük is igazolja.