Bitumenek hideg viselkedésének jellemzésére szolgáló vizsgálatok

A Fraass-töréspont a legrégebben alkalmazott módszer a bitumenek alacsony hő­mérsék­leté­nek vizsgálatára. 1937-ben fejlesztették ki, és a mai napig széles körben alkalmazzák, beépült az európai szabványokba mint a bitumenek minőségi követelmé­nyei­nek előírása (EN 12591, EN 14023 szabványok és a magyar Útügyi Műszaki Elő­írá­sok is). A vizsgálatot az EN 1293 szabvány írja le, amely szerint a Fraass-töréspont az a hő­mérsék­­let °C-ban mérve, amelynél egy előírt, egyenletes vastagságú bitumenes kötő­anyag­film meghatározott terhelés hatására eltörik.

A vizsgálóberendezésbe helyezett mintalemez

A hasábhajlító reométer (Bending Beam Rheometer; BBR) az amerikai Strategic Highway Research Program (SHRP) által kifejlesztett vizsgálati módszer. Bár már Európában is át­vették ezt a módszert és szabványosí­­tották, még mindig nem nevezhető elterjedtnek. Ez azzal magyarázható, hogy a bitu­menek minőségi köve­tel­mé­­nyei­re vonatkozó szabványok (EN 12591, EN 14023) a friss kötő­anyagokra vonatkoznak, ugyan­akkor az SHRP köve­tel­mény­­­rend­­szer az öregített bitume­nekre ad meg kritériumo­kat, bár a modifikált bitume­nekre vonatkozó legújabb EN 14023 tervezetben már szerepel ez a vizsgálati módszer is. Az EN 14771 szerint a vizsgálat a bitume­nek hajlítási-kúszási merev­sé­gét jellemzi alacsony hőmérsékle­ten, folyamatos terhelés alatt 240 másodpercig, egy hasáb alakú mintán. A terhelési idő 60. másod­percében két kritikus hő­mérsék­­letet határoz meg, a 300 MPa merev­séghez tartozó hőmérsék­­letet és az m értékhez (kúszási görbe meredek­sége) tartozó hőmérsék­letet. Az ábra a kötő­anyag terhelését szemlélteti a vizs­gálat alatt.

A kötőanyagminta terhelé­sének módja

A Fraass-töréspont a kötőanyagok törését, rideggé válását határozza meg, míg a BBR-vizsgálat a merevség alakulását jellemzi állandó terhelés mellett.

Aszfaltkeverékek hidegviselkedési jellemzőinek vizsgálata

Az aszfaltkeverékekben alacsony hőmérséklet hatására – hőmérsékletfüggő relaxációs képességtől függő – zsugorodás, a gátolt alakváltozás miatt pedig feszültség jön létre. Amikor ez a termikus húzófeszültség eléri a keveréket jellemző húzószilárdságot, a – hőmérsékleti hatásoknak és közvetlen kerék­terhelésnek legnagyobb mértékben ki­­tett – burkolatfelületen repedések jönnek létre. Az aszfaltkeverék alacsony hőmérsékleten való viselkedésének jel­lemzéséhez az 1990-es évek elején az Egyesült Államokban fejlesztették ki a gátolt alakváltozású próbatest repedési hőmérsékletének meghatározását (Thermal Stress Restrained Specimen Test; TSRST-vizsgálat). Jóllehet a vizsgálattal szemben támasztott követelményeket az európai vizsgálati szabvány is keretbe foglalja, a hazai, illetve az európai gyakorlatban a vizsgálat még nem terjedt el széleskörűen. Az aszfalt­rétegek és -keverékek szempontjából a rövid időn belül bekövetkező, gyors hőmérséklet-csökkenéssel járó és a negatív hőmérsékleti tartományban végződő lehűlések elő­fordulá­sára és azok vizsgálatára célszerű fókuszálni.

A TSRST-vizsgálat menetét az EN 12697-46 európai szabvány írja le. A vizsgálat lényege, hogy egy hasáb alakú próbatestet – mindkét végénél acél véglapokra ragasztva – egy klímakamrában rögzítenek úgy, hogy alakváltozás (zsugorodás) ne jöhessen létre, az gátolt legyen az egész vizsgálat alatt. A kez­deti +20 °C-os hőmérsékletet konstans, 10 °C/h sebességgel csökkentik. A próbatest belső hőmérséklete szorosan kö­veti a kamra hőmérséklet-változását. A gátolt alakváltozás miatt a próbatestben a hőmérséklet-változás hatására termikus húzófeszültség ébred. Mikor a húzófeszültség nagysága eléri az adott anyagra jellemző húzószilárdságot, a hú­zó­szilárdság tartaléka kimerül, és a próbatest elreped, eltörik. A vizsgálat eredményét a tönkremenetel pillanatában mért feszültség (termikus húzófeszültség) és a (próbatestben mért) tönkremeneteli hőmérséklet adja.

A TSRST-eljárás vizsgálati elrendezése

Vizsgálati eredmények

A Colas Hungária Zrt. Technológiai Igazgatóság Központi Laboratóriuma rendelkezik mindhárom vizsgálóberen­dezéssel, ezért adatgyűjtési jelleggel összehasonlító vizsgálatokat végeztünk normál és modifikált bitumenek esetén Fraass-töréspont és BBR-módszer esetén is. A vizsgálatsorozatba B 50/70 típusú normál, PmB 25/55-65, valamint PmB 10/40-65 modifikált bitumeneket vontunk be, amelyeket a Mol és a cseh ASTECH gyártott.

Töréspont és S = 300 MPa merevséghez tartozó hőmérséklet

A merevséghez tartozó hőmérsékletértékek általában alacsonyabbak, mint a töréspont­értékek. A töréspontértékek jobban jellemzik a különböző bitumenek repedés­képződését, mint a merev­séghez tartozó hőmérséklet­értékek. A vizsgálatok során ugyan­akkor az is tapasztal­ható volt, hogy – különösen vissza­nyert bitumenek esetén – a törés­pont­értékek 0, illetve pozitív tartományba estek, és a vizsgálat eredményei ebben a tartomány­ban már meg­bízhatatlanok voltak. Ez a jelenség a BBR-vizsgálattal nem volt tapasztalható.

A hazai gyakorlatban gyakran alkalmazott aszfaltkeverékek hidegviselkedési jellemzőit az elmúlt 10 évben ritkán vizsgálták. Az elmúlt 2 évben a Colas Hungáriánál végzett vizsgálatok során nemcsak speciális aszfaltkeverékeket, hanem az általános, széles körben alkalmazott mindennapi keverékeket is vizsgálták és kiértékelték a szakemberek.

A vizsgált aszfaltkeverékek tönkremeneteli hőmérséklete

A nagy teljesítményű kopóréteg-keve­rékek (SMA) kedvezően, –30 °C kö­rüli vagy az alatti hőmérséklet-tartományban teljesítettek. A kiugró, AC 11 kopó (N) B 50/70 aszfaltkeverék teljesítménye valószínűleg nem a B 50/70 típusú útépítési bitumen jellemzőitől, hanem a keverék hideg­viselkedésre kedvező hatást gyakorló összetételé­ből adódóan teljesített a vártnál job­ban. A kötőrétegben használt keveré­kek alacsonyabb repedési hőmérsék­lete a burkolatban feltételezett hő­mér­séklet-eloszlás miatt nem szabad, hogy ilyen jellegű igénybevétel hatására tönkremenetelt okozzon.

Hazai és nemzetközi kutatások egyaránt foglalkoztak már a hidegviselkedési vizsgálatok kérdésével, azonban adatgyűjtés-jellegű vizsgálat­sorozatok eredményeit ritkán vagy nem publikálták. A Colas Hungária Zrt. Technológiai Igazgatóság Központi Laboratóriumában folyamatosan, adatgyűjtő jelleggel kerülnek kijelölésre és vizsgálatra a cég­csoport keverő­­telepeire beszállított bitumenek, és ezzel párhuzamosan a keverő­telepein gyártott aszfalt­keverékek, hogy idővel, főleg az alap­anyagok kiválasztásánál, szempont lehessen a keverék­től várható hideg­viselkedési jellemző is.•