Utak és környezetük tervezése

Átírás

1 Dr. Fi István Utak és környezetük tervezése 19A. előadás: Hajlékony pályaszerkezetek (I. rész)

2 Bevezetés A közutak pályaszerkezetét alapvetően három csoportra osztjuk: hajlékony, félmerevés merev pályaszerkezetekre. Az előzőek jelentik az aszfalt, az utóbbiak a beton pályaszerkezetet. Félmerevnek nevezzük a cement stabilizációs alapon 10 cm-nél vastagabb aszfaltrétegű szerkezetet. A hajlékony pályaszerkezetek elvi felépítését a következő ábra tünteti fel.

3 Útpályaszerkezetek rétegeinek meghatározása

4 Bevezetés A burkolatokkal szemben támasztott követelmények: a felület csúszásellenállása, érdessége megfelelő legyen, és ez ne változzon az idők során, a felület legyen egyenletes (mélyedésektől, kiemelkedésektől mentes). A csúszásellenállás biztosításához egyrészt a kopóréteg felszínének mozaikos szerkezete szükséges, mely a burkolatfelület és a gumiabroncs között a csúszást előidéző vízfelszín kialakulását előzi meg, másrészt az, hogy a felületen lévő szemcsék élesek, hegyesek és polírozásnak ellenállóak legyenek. A csúszásellenállás mérhető: vontatott befékezett mérőkerékkel, ahol a csúszásellenállás a befékezett kerék vontatásához szükséges erővel arányos, gépkocsi fékútjával, SRT ingával (következő ábra), ahol az A jelű helyzetből induló nehezék a burkolaton súrlódva a B helyzetbe jut. Minél magasabbra kerül a B pont, annál kisebb a csúszásellenállás.

5 A Road Research Laboratory SRT ingája az érdesség mérésére

6 Bevezetés Az egyenletesség mérésére szolgálhat a 4 m-es léc mérőékkel vagy az ÚT 002 készülék, amely a léccel azonos célú, de már képes rögzíteni a vizsgált felület egyenetlenségének mértékét (lásd az alábbi ábrákat).

7 A pályaszerkezetek anyagai Az aszfalt kötőanyag (bitumen) és adalékanyagok (zúzalék + homok + mészkőliszt) keveréke. A bitumennel, mint kötőanyaggal szemben támasztott igények a következők: jól vonja be az adalékanyagot, ne legyen hőérzékeny (magas hőmérsékleten ne lágyuljon, alacsony hőmérsékleten ne törjön), legyen hőálló (a készítés hője ne károsítsa), lassan öregedjen.

8 A pályaszerkezetek anyagai Fajtái: útibitumen (B) - felhasználáskor magas hőmérsékletre hevítik (meleg eljárás); olajjal hígított bitumen (HB) - felhasználásakor a higítás miatt alacsonyabb hőmérsékletre kell hevíteni (félmeleg eljárás); bitumen emulzió - kolloidmalomban vízzel és emulgeáló szerrel állítják elő, felhasználásához melegítés nem szükséges (hideg eljárás). Az útibitument a nyersolaj vákuum-desztillációjával nyerik. Az így nyert bitumen keménysége azonban nem elegendő, ezért tovább hevítik keveréssel és fúvatással. A folyamat során bevitt többlet oxigénmolekulák miatt a bitumen keményebb lesz.

9 Vizsgálati módszerek Penetráció vizsgálat A 25 0 C hőmérsékletű bitumenbe 5 sec idő alatt egy 100 g tömegű tűt süllyesztünk, és századmilliméterben mérjük a benyomódás mélységét (következő ábra). Az útibitumenre jellemző penetráció (benyomódás) értékek: lágy bitumeneknél: B130 B200 közepes bitumeneknél: B65 B90 kemény bitumeneknél: B15 B45 A penetrációs értékek értelmezése: például a B90 közepes keménységű bitumen esetén a tű benyomódása (25 0 C-on) 0,9 mm.

10 Penetráció meghatározása a penetrométerrel

11 Vizsgálati módszerek A lágyuláspont vizsgálata gyűrűs golyós készülékkel Ennél a vizsgálatnál az acélgolyóval terhelt bitumenréteget a következő ábra szerint vízfürdőben alulról melegítjük és azt a hőfokot jegyezzük fel, amikor a bitumenzsák eléri az alsó adott távolságú lemezt. A lágyuláspont értéke lágy bitumeneknél: C közepes bitumeneknél: C kemény bitumeneknél: C

12 Lágyuláspont meghatározása gyűrűs-golyós készülékkel

13 Vizsgálati módszerek A Fraas-féle töréspont vizsgálat Egy zsilettpenge méretű acéllapra 0,4 mm vastagságú bitumenréteget visznek fel, amelyet hűtőberendezésben, gépi úton hajlítgatva vizsgálnak (következő ábra). A hűtés éter párologtatásával történik. A töréspont az a hőfok, amelyen a bitumen-film eltörik.

14 Töréspont meghatározása a Fraas-féle készülékkel

15 Vizsgálati módszerek A hőtávolság A hőtávolság a lágyuláspont és a töréspont hőmérsékletének különbsége. A cél olyan bitumen előállítása, amely alacsony penetráció mellett, nagy hőtávolsággal rendelkezik. Az ilyen anyagokat modifikált (módosított) bitumeneknek nevezzük. Duktilitás-vizsgálat A duktilitás-vizsgálat a bitumen nyúlóképességének mérése (következő ábra). A vizsgálat során 1 cm 2 keresztmetszetű bitumen húzása történik 50 mm/perc sebességgel, 25 0 C-os vízfürdőben. A vizsgálati érték a bitumenszál hossza az elszakadás pillanatában. A duktilitás értéke: kemény bitumen esetén: cm lágy bitumennél: > 100 cm

16 A duktilitás (nyúlóképesség) meghatározása

17 Vizsgálati módszerek Öregedési vizsgálat A vizsgálat során 50 g tömegű bitument egy edényben szétfolyatunk és 8 órán át C-on tartva oxidáljuk. Ezután penetráció és duktilitás vizsgálatot végzünk, és összehasonlítjuk a kapott eredményeket a hevítés előtti értékekkel. Megállapítható, hogy a penetráció nő és a duktilitás csökken, mert az oxidáció hatására a bitumen öregedett. Viszkozitás-vizsgálat A viszkozitás a bitumen kezelése, felhasználása szempontjából lényeges tulajdonság. A mérésére szolgáló rotációs viszkoziméter elve, hogy két koncentrikus hengerpalást közé felhevített bitument töltünk, a külső hengert forgatva a bitumen (viszkozitásának megfelelő mértékben) a belső hengert is mozgásba hozza.

18 Vizsgálati módszerek Viszkozitás-vizsgálat Ezt az előzőekben meghatározott forgatónyomatékot mérve kapjuk a viszkozitás (η) értékét, az alábbi összefüggésből: F v τ = = η A x ahol: τ nyírófeszültség [kn/m 2 ]; F a nyírást létrehozó erő [kn]; A a bitumen felülete [m 2 ]; x a bitumen vastagsága [m]; v a bitumen vastagságára eső sebesség [m/s]. A mérőberendezés a következő ábrán látható.

19 Abszolút viszkozitás mérése Marschallkó-féle rotációs viszkoziméterrel

20 A bitumen tapadási tulajdonsága A bitumen tapadásának két szélső esetét az alábbi ábra szemlélteti. Jó tapadásnál az ω peremszög értéke kicsi (ω 0), vagyis a bitumen szétterül, rossz tapadásnál ω értéke nagy, azaz a bitumen lapult gömbalakot vesz fel.

21 A bitumen tapadási tulajdonsága Meleg eljárással felhasznált bitumennél általában nincs tapadási probléma, a higított bitumennél azonban, ha az adalék vizes, a víz jobban tapad a kőanyaghoz, mint a bitumen. Ebben az esetben a megoldás a tapadásjavító EVAZIN alkalmazása, 0,1 0,6 tömeg%-ban. Emulzió esetén az emulgeátor pozitív töltést ad az emulzió szemcséinek, melynek hatására a bitumenszemcsék jobban tapadnak a zúzalékhoz, mint a víz. Azt a folyamatot, amely során az emulzió vízre és bitumenre válik szét, törésnek nevezzük.

22 Adalékanyagok vizsgálata Az adalékanyagok szemnagyságuk szerinti osztályozása: zúzottkő: > 20 mm zúzalék: 4 20 mm között (bazalt vagy eruptív adalék), zúzott v. természetes homok: 0,1 4 mm között (bazalt vagy más eruptív adalék), kőliszt (filler): < 0,1 mm (mészkő). Az adalékanyagok betűjelzései: KZ különleges zúzottkő NZ nemes zúzottkő Z zúzottkő OH osztályozott homok ZK zúzott kavics OK osztályozott kavics A zúzottkő termékek lehetnek: szűk szemnagyság-határúak: 0/3, 0/5, 5/8, 8/12, 12/20, 20/35, 35/55, 55/80; tág szemnagyság-határúak: 0/5, 3/8, 5/12, 5/20, 20/55, 20/80, 0/35;

23 Adalékanyagok vizsgálata Los Angeles vizsgálat A szilárdság meghatározására szolgáló vizsgálat. A vizsgálandó szemcséket acélgolyókkal forgódobba helyezik és együtt forgatják, majd meghatározzák az aprózódási vesztesé-get. Kristályosítás Az időállóságot a kristályosítással, vagy a fagyasztás során mért mállási veszteség vizsgálatával határozzák meg. Az adalékanyagot lassúbb fagyasztás helyett, Na 2 SO 4 vagy MgS0 4 telített oldatába helyezik, ebben tartják órán át, majd C-on, 5 órán keresztül szárítják. Ezt 5-ször ismétlik, és a mállási veszteséget abból határozzák meg, hogy a kőzetet milyen mértékben károsították (feszítették szét) a kristályok.

24 Adalékanyagok vizsgálata Deval vizsgálat A kopószilárdság meghatározására használt módszer. A vizsgálandó szemcséket dobban forgatják és meghatározzák a kopási veszteséget. Szemalak vizsgálat A kedvezőtlen, lemezes alakú szemcsék (vastagság/szélesség 0,5) arányát állapítják meg az adalékanyag tömeg%-ában. Homok egyenérték vizsgálat A vizsgálatnál az adalékanyag agyag-iszap tartalmát mérik a teljes homoktartalomhoz viszonyítva (tömeg%-ban). Az iszap-agyagtartalmat a CaCl 2 pelyhesítő tulajdonságát felhasználva alapján különítik el.

25 Zúzottkő alapok Szórt alap Rétegenként legfeljebb 0,15 m vastagságban, Z 55/80 zúzottkőből készül (ennél nagyobb vastagságnál két rétegben építik be). A zúzottkövet a kívánt vastagságnál 20 %-kal nagyobb rétegvastagsággal terítik. Nehéz acélhengerrel, a burkolat szélétől kezdve 1/3 sávátfedéssel tömörítik, és közben vízzel locsolják, tetejére 4 cm homok kerül. Tömörsége akkor meg-felelő, ha az acélhenger elé dobott zúzottkő nem nyomódik be, hanem összetörik. 2 rétegű építésnél a következő réteg rá-építése előtt 2 hétre át kell adni a forgalomnak az első réteget.

26 Zúzottkő alapok Vízzel kötött makadám Szerkezete 3 rétegből épül fel. A legfeljebb 0,25 m durva zúzottkő (Z 55/80) alap kerül legalulra, ezt követi egy 0,12 m zúzalék (Z 35/50) réteg, amelyet locsolás közben hengerelnek, majd egy Z 8/12-es zúzalékréteg behengerlésével kiékelik a hézagokat és végül 2 cm-es iszapolt homokterítéssel zárják le a felületet. A további rétegek építése előtt 2 hétig át kell adni a forgalomnak. Kohósalak kőalap Osztályozatlan 0/140-es adalékanyagot szétrostálnak, és először a vastagabb, majd a finomabb anyagot terítik 0,15 0,20 m vastag rétegben. Hengerléskor a vízbe 1 2 % oltott meszet tesznek (az így kialakult hidraulikus jellegű kötés növeli a teherbíró képességet).

27 Sovány cementbeton útalap Homokos kavics adalékanyaggal készül, 350-es cement 150 kg/m 3 mennyiségű adagolásával 0,15 0,25 m vastagságban, finisherrel terítve, könnyű hengerrel tömörítve. Utókezelés locsolással, vízhatlan filmbevonat készítésével (pl. bi-tumenemulzió permetezéssel), 7 napos szilárdulás után követ-kezhetnek a felső rétegek. A sovány beton alap sűrűn, de nem nagy nyílásokkal repedezik össze, a fölötte lévő minimum 8 10 cm-es aszfaltréteg felületére ezek a repedések már nem jutnak fel.

28 Stabilizált alapok és a stabilizációk általános technológiája Helyi anyagok felhasználásával épülnek, anyagonként más a kötőanyaguk. Bitumenes talajstabilizációban HB-vel 5 6 tömeg%, kg/m 2 /0,15 m rétegvastagságonként. Az erre alkalmas helyi anyagok: homok, homokos kavics, iszapos homok. Cementes talajstabilizáció, amely hasonló a sovány beton alaphoz, 0,15-0,18 m rétegvastagságban, ahol a cement adagolás kg/m 3 (cement: 80 % mészkő, 20 % agyag kiégetve, majd 10 % pernye vagy 20 % kohósalak adagolás). Alkalmas anyagok: iszapos homok, iszapos kavics, homokos kavics, homok. Meszes talajstabilizáció alkalmas anyagai: agyag, agyagos kavics, iszapos kavics (0,15 0,18 m vastagságban). A mész hatására a tömörítési víztartalom megnő és a stabilizált talaj vízérzékenysége csökken (a γ 0 wgörbe ellaposodik) (következő ábra). A mechanikai stabilizációt szemcsés anyagból, kötőanyag nélkül, talajkeveréssel állítják elő közel folyamatos szemeloszlás biztosításával. A megfelelőségi kritériumot rendszerint határgörbékkel adják meg.

29 A mész hatása a stabilizált talaj tömörségére

30 Stabilizált alapok és a stabilizációk általános technológiája Minden stabilizáció során először a stabilizálódó réteget kell lazítani, porítani, majd a porított talajt (az optimális víztartalom beállítása mellett) a kötőanyaggal össze kell keverni. Ezt követi a tömörítés, végül az utókezelés. A technológiát két helyen lehet megvalósítani: a keverőtelepen, kisebb mennyiségben, illetve a helyszínen, a földművön (itt általában a talaj nem elég tömör, ezért 20 cm-t félretolnak, az alsóbb rétegeket tömörítik, majd az eltolt talajt visszatolják és ezt stabilizálják).

31 Stabilizált alapok és a stabilizációk általános technológiája A helyszínen végzett stabilizáció fázisai: a keresztprofil kialakítása gréderrel, a cement szétosztása elosztógéppel kg/m 2 /0,15 m vastagságra vetítve, száraz keverés talajmaróval, nedves keverés talajmaróval, közben a szükséges mennyiségű víz kipermetezése, tömörítés gumihengerrel %-os T rγ tömörségűre, profilkiigazítás, utókezelés, locsolás 7 napig, vagy film bevonat készítése pl. emulzióval (0,7 kg/m 2 ).

32 Stabilizált alapok és a stabilizációk általános technológiája A stabilizáció minőségét két fontos paraméter, a víztartalom és a tömörség alapvetően befolyásolja. A víztartalom beállításánál figyelembe veendő a kb. 2 %-os párolgási veszteség. Így a szükséges víz-hozzáadás: W szükséges = W opt W t + 2 %. ahol: W szüks - a kipermetezendő vízmennyiség [m 3 ]; w opt - az optimális víztartalom [m 3 ]; w t - a talaj eredeti víztartama [m 3 ].

33 Útburkolatok A fontosabb burkolatok, burkolatcsoportok, illetve az ehhez hasonló összetételű alsóbb rétegek az alábbiakban tekinthetők át. A tömör aszfaltbetonok A leggyakrabban használt tömör aszfaltbetonok és az ehhez hasonló felépítésű kötőréteg (K-20) és alapréteg (JU-35) szerkezetét az alábbi táblázat mutatja. (A táblázat elemei közül az AB jelűek eruptív, a KAB jelűek kavics adalékanyagot tartalmaznak.) Kevert, hézagszegény, tömör aszfalt összetétele [tömeg%] AB-8 AB-12 KAB-12 AB-20 KAB-20 K20 Filler Homok Zúzalék A bitumen típusa B90 B90 B130 B130 A bitumen mennyisége 6,0 7,3 5,9 7,1 5,5 6,8 4,5 5,5 Vízfelvétel JU B130 4,

34 Útburkolatok A tömör aszfaltbetonok A tömör aszfaltok gyártása keverőtelepen történik. Itt az adalékanyagokat szemnagyság szerint elkülönítve tárolják. A gyártási fázis a következőképpen foglalható össze. Az adalékok az egyes frakciókból a kívánt mennyiségben egy szállítószalagra kerülnek. Ezután egy szárítódobban C-ra szárítják és melegítik a zúzalékot. A forró adalékot meleg elevátor viszi a rostákhoz, ahol frakciókra újra szétválasztják, majd meleg bunkerekben tárolják. Mérlegelés után keverőteknőbe teszik, ahová fillert és forró bitument is juttatnak. Az aszfalt végül, mintegy 40 60másodperces keverés után tároló bunkerbe, illetve szállító gépkocsikra kerül. A szállítás ponyvázott teherautóval, legfeljebb 30 40km távolságra történik. A helyszínen finisher teríti és tömöríti, a hengerlés 100 C fölött lehetséges, gumi majd acél henger segítségével (minden cm-es vastagság esetén 8 10 menet szükséges, 1/3-os átfedéssel).

35 Útburkolatok Érdesített homokaszfalt (ÉHA) Érdes felületű, nagy teherbírású kopóréteg. Lényegében aszfaltbeton, de érdesítési technológiát is tartalmaz az építési folyamat. A finisher után (3-4 cm) zúzalékszóró halad, amelyik K12/20 méretű, 1,2 1,8 tömeg%-ú bitumennel bevont zúzottkövet szór ki az alsó homokaszfalt rétegre. A hengerlés már együtt történik. Az ÉHA bitumen tartalma magas (7 9 %). Anyagában a 2 mm alatti frakció aránya %, továbbá hiányzik a 2 mm és az 5 mm közötti szemnagyság. A gyakorlatban ÉHA-12 és ÉHA-20 készül, amelyek az alkalmazott érdesítő zúzalék méretében különböznek.

36 Útburkolatok Öntött aszfaltburkolat (Ö) Városi burkolat, amelyet 3 4 cm vastag K-20 kötőrétegre fektetnek. Kemény bitumenből készül (B30 B15), bitumentartalma 8-9 %. Filler tartalma magas (20 25 %), hézagtartalma nincs. Hengerelni nem kell, a terítés után azonnal használható. Felülete zúzalékkal érdesíthető. Előállítása történhet masztikátorban (tűzkocsiban), amely egy kocsira szerelt, alulról fűthető tartály, ebben főzik 8 10 órán át C-on. Keverőtelepi előállításának körülményei hasonlóak.

37 Útburkolatok Öntött aszfaltburkolat (Ö) Érdesítésre 8 12 kg/m 2 KZ 5/8, vagy KZ 8/12-es impregnált zúzalékot használnak. Kézi úton fasimítóval vagy finisherrel terítik. Típusai: Ö-1 járda burkolat D max =5 mm, B = 8,5 10% Zúzaléktartalma < 40 % Ö-2 útburkolat D max = 8-12 mm, B = 8 9,5 %

38 Útburkolatok Vízáteresztő drénaszfalt (VA) Meglévő vagy új, zárt, síkos felületű aszfaltburkolatra épülő, %-os hézagtartalmú, 2 3 cm vastag érdesítő réteg, amelyben 5/12-es nemes zúzalék mintegy 65 %-ban található, továbbá B-100-as bitument 4,7 5,2 %-ban tartalmaz. Felülete porózus, érdes, előnye az azonnali vízelvezetés, a réteget a teherbírásba nem számítják be. Típusai a maximális zúzalékméret szerint: VA-12, VA-20.

39 Útburkolatok Zúzalékvázas masztixaszfalt (ZMA) A ZMA magas zúzaléktartalmú aszfalthabarccsal kitöltött stabil vázú aszfalt, amelynek igen vékony, 2,5 cm vastagságú változata is van. Nehéz és igen nehéz forgalmú burkolatok építésénél használják. Vékonyaszfalt kopórétegek modifikált bitumennel (javított minőség) készülnek, maximális szemnagyságuk 8 mm, finom aszfaltbetonoknak tekinthetők, esetleg érdesítő zúzalékkal borítottak. Hígított bitumennel készülő vékony felületi zárórétegek, ame-lyek HAB-5 vagy HAB-8 jelűek, 1,5 2 cm vastagságúak, aszfaltmakadám burkolatokra kerülnek kevert zárórétegként, könnyű és közepes forgalomra.

40 Útburkolatok Kevert meleg bitumenes útalapok Kötőanyaguk B-90. Fajtái: BAHA bitumenes alsó alapréteg, helyi anyagokból, homokból és zúzalékból, ehhez B30-at adagolunk; U-20, U-35 meleg bitumenes útalapok homokos kavics adalékanyaggal; JU-20, JU-35 javított útalap, ugyancsak %, d max = 20 mm és d max = 35 mm zúzott anyaggal, nagyobb igénybevételre. Kötőrétegek K-12 K-20, HAK-20 eruptív zúzalék és 4 5 %, bitumentartalom mellett. A HAK típus esetén nagyobb a homok és a bitumentartalom. Nehéz és nagyon nehéz forgalomnál használatos burkolat alatti teherhordó és elosztó rétegek.

41 Útburkolatok Kevert utántömörödő burkolatok Általában adalékmelegítés nélkül, egyszerű keverőgépben HB-vel készülnek. Kis- és közepes forgalom esetén kerülnek alkalmazásra. A hengerlés után a burkolat még nincs kész, csak a későbbi forgalom tömöríti teljesre (amikorra az oldószer is elpárolog a bitumenből). A stabilitást elsősorban a zúzottkő belső súrlódása, kiékelő hatása adja és nem a bitumen ragasztó hatása.

42 Útburkolatok Kevert utántömörödő burkolatok Kevert aszfaltmakadám Két fajtáját szükséges megemlíteni: a vastagabb, kétrétegű burkolatot és a vékonyabb, egyrétegű szőnyeget. Általában zúzottkő alapon alkalmazzák ezeket. A KAM-120 jelű burkolat 2 rétegben készül. Tömör vastagság 0,06 m. Az alsó réteg 80 kg/m 2 12/35-ös zúzalék 3,5 % hígított bitumen keveréke, a felső réteg 40 kg/m 2 3/8 (vagy 3/12, vagy 5/12) jelű zúzalék és 5,5 % hígított bitumen keveréke. Tömörítése hengerléssel (alsó réteg csak 2 3 járattal) történik. A KAM-60 jelű szőnyeg 1 rétegben készül. Tömör vastagsága 0,03 m, 60 kg/m 2 3/12 (vagy 5/12, vagy 3/20) jelű zúzalék és 5,0 5,5 % hígított bitumen keveréke.

43 Útburkolatok Kevert utántömörödő burkolatok Kötőzúzalékos aszfaltmakadám Az alaprétegre 105 kg/m 2 Z 35/55 jelű zúzott követ terítenek, majd hengerlik (csak addig, amíg a tehergépkocsik kereke a felületen nem hagy nyomot). Ezután hígított bitument permeteznek a felületre (egyenletesen 1,6 kg/m 2 mennyiségben). Majd három rétegben, összesen 70 kg/m 2 kötőzúzalékot terítenek el és hengerelnek be a zúzott kőréteg hézagaiba. Felületét le kell zárni (például felületi bevonattal). Szerkezetét a kö-vetkező ábra mutatja be. A kötőzúzalék keverőgépben hígított bitumennel megkevert folytonos szemeloszlású zúzalék (D max = 20 mm). Bitumen-tartalma B = 5 6%.

44 Kötőzúzalékos aszfaltmakadám

45 Útburkolatok Kevert utántömörödő burkolatok Itatott aszfaltmakadám A kötőzúzalékos aszfaltmakadámmal sok hasonlóságot mutat. A következő ábrán az itatott aszfaltmakadám szerkezete látható. A régi burkolatra, vagy az alapra először, mintegy 105 kg/m 2 mennyiségben Z 35/55-ös zúzottkövet szórnak. Néhány hengermenettel tömörítik, majd először 4 kg/m 2 hígított bitu-ment permeteznek ki rá. Ezután a felületre mintegy 20 kg/m 2 mennyiségben durvább kiékelő zúzalékot (NZ 12/20) szórnak és ezt behengerlik a zúzottkőréteg közé. Erre másodszor 2 kg/m 2 mennyiségű hígított bitument permeteznek és finomabb kiékelő zúzalékot terítenek rá (kb. 18 kg/m 2 NZ 8/12-es) és behengerlik. Átadják a forgalomnak, majd amikor a forgalom tömörítő hatása tovább már nem érvényesül, az építést záró-réteg (kevert, vagy permetezett) ráhelyezésével fejezik be.

46 Itatott aszfaltmakadám

47 Útburkolatok Felületi bevonat A felületi bevonat nem önálló burkolat. Új utántömörödő burkolatoknál mint záróréteget, régebbi aszfaltburkolatoknál a felület egyenletességét helyreállító, érdességét növelő rétegként alkalmazzák. A bevonat vastagsága 0,01-0,015 m.

48 Útburkolatok Felületi bevonat A felületi bevonás folyamata: a régi burkolat felületét letisztítják, kátyúzzák (a kátyúkat hideg aszfalttal befoltozzák), rendbe hozzák, ezután a felületet egyenletesen lepermetezik a kötőanyaggal (bitumenpermetező gépkocsival), majd a pontos és egyenletes mennyiségben tiszta, szűk frakciójú kubikus alakú zúzalékot terítenek el zúzalékszóróval felszerelt tehergépkocsival, végül a hengerlés következik. Az építővállalat mintegy 2 hétig utókezelést végez: 40 km/h-s sebesség korlátozást ír elő (a felverődő zúzalék betörheti a gépkocsi szélvédőjét), a forgalmat terelő kúpokkal irányítja, hogy a felület egyenletesen járódjon be, a lesodródott zúzalékot vissza seprik, az izzadó részeket zúzalékolják.

49 Útburkolatok Felületi bevonat A kötőanyag lehet: hígított bitumen, ebben az esetben ebből 0,8 1,7 kg/m 2 mennyiséget permeteznek ki és az alkalmazandó zúzalék NZ 8/12-es, mintegy 15 kg/m 2 mennyiségben; bitumenemulzió (kationaktív), ebben az esetben ebből 1,5 kg/m 2 mennyiséget permeteznek ki és az alkalmazandó zúzalék NZ 5/12-es, mintegy 10 kg/m 2 mennyiségben. A következő ábrán a zúzaléknagyság és a kipermetezendő bitumen mennyiségének összefüggése, valamint a szokásos hibák láthatók. A kipermetezendő bitumen mennyiségének annyinak kell lenni, hogy a zúzalékszemcsék 2/3-ig ágyazódjanak a bitumenbe, 1/3-ig pedig szabadon maradjanak.

50 A felületi kezelés kritériuma

51 Aszfaltanyagok tervezése Az aszfaltok hézagviszonyai Aszfaltok tervezésénél először tisztában kell lennünk az aszfaltanyag hézagviszonyaival. Az aszfalt hézagviszonyait tekintve háromfázisú, tömegviszonyait tekintve kétfázisú anyag (lásd az ábrát).

52 Aszfaltanyagok tervezése Az aszfaltok hézagviszonyai Az előző ábra alapján felírható összefüggések az alábbiak: B (t%) + K (t%) = 100 (t%) ahol: B - a bitumen [tömeg%]; K - az ásványi anyag [tömeg%]. Térfogatukat tekintve: h (tf%) + b (tf%) + k (tf%) = 100 (tf%) ahol: b - a bitumen [térfogat%]; k - az ásványi anyag [térfogat%]; h - a szabad hézag az aszfaltbetonban [térfogat%]; h k - a befogadó hézag a kővázban (b (tf%) + h (tf%) = h (ktf%) ) [térfogat%].

53 Aszfaltanyagok tervezése Az aszfaltok hézagviszonyai Legyen az aszfaltminta száraz tömege G a [g], térfogata V a [cm 3 ]. Az aszfaltminta testsűrűsége: ahol: s a - aszfalt testsűrűsége [g/cm 3 ] s k - a kőanyag sűrűsége (fajsúlya) [g/cm 3 ] s b - a bitumen sűrűsége [g/cm 3 ] Ekkor mert G s a = V k a a V V k k a = 100 = 100 = 100 a G K% = 100 G k a G s k s G a G G k a s s a k = K s s a k

54 Aszfaltanyagok tervezése Az aszfaltok hézagviszonyai Ugyanígy b mert V V b = 100 = 100 B % = G G b a a h = 100 k b G s b b s G a a = B Az öntött aszfalt a térfogatarányait tekintve is kétfázisú, mert a bitumen teljesen kitölti az ásványi anyag hézagait, így h=0. s s a b

55 Aszfaltanyagok tervezése A tömör aszfaltok vázának összeállítása A tervezés során adott frakciók összetételének arányát kell meghatározni. Általában adottak azok a szemeloszlási határgörbék, amelyek közé az alkalmazott kőváz eredő szemeloszlási görbéjét be kell tervezni (lásd az ábrát)

56 Aszfaltanyagok tervezése A tömör aszfaltok vázának összeállítása A grafikus szerkesztéshez elsőként a rendelkezésre álló (A, B, C) adalékanyag-frakciók szemeloszlási görbéire van szükségünk. Ezután a kapott szemeloszlási görbéket egy egyenessel kell helyettesíteni oly módon, hogy a terület-eltérések a kiegyenlítő egyenes két oldalán egyenlőek legyenek. Az egyes frakciókat jellemző ferde egyenesek felső végpontját sorra kössük össze a következő frakció vonalának alsó kezdőpontjával. Ahol ezek a szaggatottan jelölt egyenesek metszik az eredményvonallal ábrázolt, tervezett szemeloszlási görbét, onnan végezzünk vetítést a tengellyel párhuzamosan, az átesett anyag tömeg%-át feltüntető tengelyig. Itt leolvasható az egyes adalékanyag frakciókból szükséges mennyiség [tömeg%] (következő ábra). A grafikus szerkesztés csak közelítő eredményt ad, ma már különböző programok állnak rendelkezésre a kívánt összetétel számítására.

57 Az egyes frakciók arányának meghatározása

58 Aszfaltanyagok tervezése Az aszfaltok ellenőrzését segítő mechanikai vizsgálatok A gyakorlatban (aszfaltbeton és meleg bitumenes alapok esetén) a Marshall próbatestek készítése és vizsgálata terjedt el. A próbatest készítéséhez az aszfaltot C-ra hevítjük, majd egy ugyanilyen hőfokú, henger alakú sablonba öntjük. A forma átmérője 102 mm, magassága 64 mm, súlya kb. 1,2 kg. Ezután 46 cm magasságról a minta mindkét oldalára 45,5 N- nal ütést mérünk. Az így kapott Marshall-próbatest tömörségét 100 %-osnak tekintjük és a próbatest súlyát és térfogatát megmérve számítjuk a sűrűséget. Ezt s am -mel jelöljük. A burkolatból kifúrt aszfaltminta ugyancsak mért testsűrűsége: s a [kn/m 3 ].

59 Aszfaltanyagok tervezése Az aszfaltok ellenőrzését segítő mechanikai vizsgálatok Az aszfaltanyag tömörségi foka: T rm s % = 100 s a am ahol T rm - a Marshall tömörségi fok [%] s a - a kész aszfaltburkolatból magfúróval kivett magminta testsűrűsége [kn/m 3 ] s am - a 100%-osnak tekintett Marshall próbatest testsűrűsége [ kn/m 3 ] A burkolatban a Marshall-próbatesthez képest többlet szabad hézag ( h ) van h = T rm [%]

60 Aszfaltanyagok tervezése Az aszfaltok ellenőrzését segítő mechanikai vizsgálatok A burkolatban lévő összes hézag: h = h M + h [%] ahol: h - a burkolat szabad hézagtartalma [%] h M - a Marshall próbatestben lévő hézag [%]

61 Aszfaltanyagok tervezése A szabad hézag szerepe az aszfaltbetonoknál A burkolatban lévő szabad hézag jelentősen befolyásolja a forgalom alatti viselkedést. Ha ez kevés (h< 1 2 %), akkor a bitumen a tömörítés során kinyomódik a felszínre, amely bitumenfoltos, zsíros lesz. Ha a szabad hézag nagy (> 6 %), akkor kitöltetlen üregecskék maradnak, ahová a víz befolyhat és télen szétfagyasztja a burkolatot. A megfelelő hézag bitumen arányt az alábbiak szerint állapítják meg. Felvesznek egy tapasztalati bitumen%-ot pl. 6 % (B) és ettől 0,3 illetve 0,6 %-kal eltérő nagyobb és kisebb bitumentartalmú próbatesteket készítenek (3-3 db-ot). A három minta átlagából számítják a h M -t és ábrázolják a B%függvényében.

62 Aszfaltanyagok tervezése A szabad hézag szerepe az aszfaltbetonoknál Tapasztalati úton meghatároztak forgalmi terhelés és h M öszszefüggéseket (lásd az ábrát). Például a nehéz forgalomhoz 4 % h M -t rendelve megállapítható a szükséges B mennyiség.

63 Aszfaltanyagok tervezése Marshall stabilitás, folyás és a merevségi modulus Az aszfalt viselkedésére ad fontos jellemzőket a Marshall terhelési vizsgálat. A próbatestet 60 0 C-on 50 mm/perc sebességgel összenyomják és meghatározzák a legnagyobb erőterhelés (Marshall stabilitás M S [kn]) és a legnagyobb összenyomódás (Marshall folyás M F [mm]) értékét (lásd az ábrát). A merevségi modulus: M M S F kn mm

64 Aszfaltanyagok tervezése Marshall stabilitás, folyás és a merevségi modulus A Marshall terhelővizsgálat legfontosabb eredménye a Marshall stabilitás (M s ), ez azonban csak más anyagjellemzőkkel együtt értékelhető. A következő ábrán a vizsgálatokból kapott eredmények láthatók (az egyes jellemző értékek változása a B% függvényében). Új aszfaltburkolatok tervezésénél a hézagtartalomból indulunk ki, ennek értékei a forgalom függvényében: nehéz h M = 3,5 %; közepes h M = 3,0 %; könnyű h M = 2,5 %. Ebből a B%meghatározható.

65 A tervezésben használt Marshall vizsgálat eredményei

66 Aszfaltanyagok tervezése Marshall stabilitás, folyás és a merevségi modulus Az előzőekben megadott értékek helyességét azonban ellenőrizni kell, hogy a kiválasztott B%-nál az M S az előírt legkisebb érték felett van-e, az M F az előírt értékhatárok közé esik-e, az M S /M F az előírt minimális érték felett van-e. Alaprétegnél a stabilitásból indulunk ki, ezt a legnagyobbra választva ellenőrizzük a többi paraméter megfelelőségét.

67 Vége az előadásnak