Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΑΣΦΑΛΤΟΥ 50/70 ΚΑΙ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΗΣ ΑΣΦΑΛΤΟΥ ΜΕ SBS

Transcript

1 Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΑΣΦΑΛΤΟΥ 50/70 ΚΑΙ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΗΣ ΑΣΦΑΛΤΟΥ ΜΕ SBS Αθ.Φ. Νικολαΐδης Καθηγητής Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης *ΑΠΘ, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Θεσσαλονίκη, Μ. Σαραφείδου Πολιτικός Μηχανικός, Υποψήφια ιδάκτωρ, ΑΠΘ, Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών Ε. Μάνθος Πολιτικός Μηχανικός, Υποψήφιος ιδάκτωρ, ΑΠΘ, Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών ΠΕΡΙΛΗΨΗ Τα τελευταία χρόνια, στην Ελλάδα, στο σύνολο των έργων οδοποιίας χρησιµοποιείται ένας και µόνο τύπος κοινής ασφάλτου οδοστρωσίας, ο τύπος 50/70. Η χρήση µιας τέτοιας ασφάλτου είναι κατά πολλούς ένα σηµαντικό αίτιο της πρόωρης καταστροφής των οδοστρωµάτων. Στην προσπάθεια αντιµετώπισης του προβλήµατος αυτού και µε δεδοµένη την αδυναµία εξεύρεσης σκληρότερων ασφάλτων, ορισµένες φορές επιλέγεται η λύση της χρήσης τροποποιηµένων ασφάλτων. Στην παρούσα ανακοίνωση θα παρουσιασθούν εργαστηριακά αποτελέσµατα από ένα µεγάλο αριθµό δειγµάτων κοινής ασφάλτου οδοστρωσίας τύπου 50/70 και τροποποιηµένης µε SBS ασφάλτου προκειµένου να καταγραφούν οι κύριες χαρακτηριστικές τους ιδιότητες, να προσδιορισθεί η σταθερότητα ή µη των χαρακτηριστικών τους ιδιοτήτων και να αιτιολογηθεί η αναγκαιότητα ή µη, χρήσης και άλλων κοινών ασφάλτων οδοστρωσίας. Λέξεις κλειδιά: Άσφαλτος, Τροποποιηµένη άσφαλτος, SBS, Χαρακτηριστικές ιδιότητες 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Την τελευταία δεκαπενταετία, στην Ελλάδα, σε όλες τις ασφαλτικές εργασίες των έργων οδοποιίας χρησιµοποιείται ένας και µόνον ένας τύπος ασφάλτου οδοστρωσίας, ο τύπος 50/70. Το γεγονός αυτό είναι παγκόσµιο φαινόµενο και δεν θα ήταν εάν όλοι οι δρόµοι στην Ελλάδα είχαν την ίδια κυκλοφορία και όλη η Ελλάδα είχε την ίδια θερµοκρασία µε τις ίδιες εποχιακές µεταβολές. Ο συγκεκριµένος τύπος ασφάλτου, όπως και κάθε άλλος τύπος ασφάλτου, έχει συγκεκριµένες ιδιότητες και έτσι το ασφαλτόµιγµα που παράγεται µε αυτήν έχει τις αντίστοιχες µηχανικές ιδιότητες. Εάν οι ιδιότητες της ασφάλτου αλλάζουν, εξυπακούεται ότι αλλάζουν και οι ιδιότητες και η συµπεριφορά του ασφαλτοµίγµατος µε αρνητικά ή θετικά συνεπακόλουθα στο έργο. Βασικότατη προϋπόθεση για το τελευταίο, είναι το ασφαλτόµιγµα να έχει σχεδιασθεί σωστά (σωστή και πλήρης µελέτη σύνθεσης). Μεταβλητότητα των ιδιοτήτων της ασφάλτου προέρχεται αποκλειστικά και µόνο από την αλλαγή της πηγής προέλευσης του αργού πετρελαίου και/ή από την µη σταθερότητα της διαδικασίας παραγωγής της ασφάλτου. Τα τελευταία χρόνια πληθαίνουν τα περιστατικά πρόωρης καταστροφής των οδοστρωµάτων από πλαστική παραµόρφωση όπως και τα φαινόµενα εξίδρωσης ή ανάδυσης της ασφάλτου στην 1

2 επιφάνεια του οδοστρώµατος. Στην προσπάθεια αγόγγυστης τεκµηρίωσης των αιτιών, συχνά αναφέρεται ότι φταίει η άσφαλτος που είναι µαλακιά ή η άσφαλτος είναι µαλακότερη από ότι ήταν παλαιότερα. Αυτό όντως µπορεί να είναι µία από τις αιτίες, πλην όµως χρήζει τεκµηρίωσης. Στην προσπάθεια αντιµετώπισης του έντονου προβλήµατος που προαναφέρθηκε και µε δεδοµένη την αδυναµία εξεύρεσης άλλων, σκληρότερων ασφάλτων, ορισµένες Υπηρεσίες ή κατασκευαστικές εταιρείες άρχισαν να χρησιµοποιούν τροποποιηµένες ασφάλτους. Τροποποιηµένες άσφαλτοι άρχισαν να χρησιµοποιούνται διεθνώς από τη δεκαετία του 70. Η αιτία έναρξης χρησιµοποίησης των σε καµία περίπτωση δεν ήταν η µη ύπαρξη άλλων τύπων συµβατικών ασφάλτων για την ορθότερη αντιµετώπιση των απαιτήσεων ανά έργο. Αντιθέτως, άρχισαν να χρησιµοποιούνται ως εναλλακτικά ασφαλτικά συνδετικά υλικά µε στόχο την βελτιστοποίηση της ποιότητας κατασκευής και του κόστους-οφέλους της επένδυσης. Τις τελευταίες δεκαετίες, η κυκλοφορία, ιδιαίτερα στις κύριες αρτηρίες, αυξήθηκε υπέρµετρα µε αποτέλεσµα τα υφιστάµενα οδοστρώµατα να καταστρέφονται γρηγορότερα ή να χρειάζονται άµεση ενίσχυση. Το κόστος των υλικών, ειδικότερα της ασφάλτου, έχει αυξηθεί και σε ορισµένες χρονικές περιόδους, όπως κατά τη διάρκεια ενεργειακών ή άλλων κρίσεων, γίνεται υπερβολικά υψηλό. Το κόστος των εργατικών, το κόστος των καθυστερήσεων του χρήστη και το κόστος των ατυχηµάτων κατά τη διάρκεια εκτέλεσης των έργων έχει επίσης αυξηθεί. Αποτέλεσµα όλων των παραπάνω είναι η αύξηση, γενικότερα, του κόστους κατασκευής των οδοστρωµάτων. Συνεπώς όσο µεγαλύτερη διάρκεια ζωής έχει η κατασκευή ή η συντήρηση του οδοστρώµατος τόσο αποδοτικότερη θα είναι η επένδυση. Αυτό επιτυγχάνεται, πλην άλλων παραµέτρων, και µε τη χρήση τροποποιηµένων ασφάλτων. Από όλα τα διαθέσιµα τροποποιητικά ασφάλτου, σήµερα πλέον, τα ελαστοµερή (όπως SBS) της µεγάλης οικογένειας των πολυµερών, κατέχουν το µεγαλύτερο ποσοστό της αγοράς (περίπου το 80% και σε ορισµένες χώρες φτάνει και το 100%). Στην παρούσα ανακοίνωση θα παρουσιασθούν εργαστηριακά αποτελέσµατα από έναν µεγάλο αριθµό δειγµάτων κοινής ασφάλτου οδοστρωσίας τύπου 50/70 και τροποποιηµένης µε SBS άσφαλτο που χρησιµοποιήθηκαν σε έργα οδοποιίας στην Ελλάδα, κατά το έτος Όλα τα δείγµατα εξετάσθηκαν στο Εργαστήριο Οδοποιίας του ΑΠΘ. Σκοπός της ανακοίνωσης αυτής είναι να καταγραφούν οι κύριες χαρακτηριστικές ιδιότητες της ασφάλτου 50/70 καθώς και της τροποποιηµένης µε SBS ασφάλτου, να προσδιορισθεί η σταθερότητα ή µη των χαρακτηριστικών τους ιδιοτήτων και να αιτιολογηθεί η αναγκαιότητα ή µη χρήσης και άλλων κοινών ασφάλτων οδοστρωσίας. 2. ΑΣΦΑΛΤΟΙ ΚΑΙ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΤΕΣ ΑΣΦΑΛΤΟΥ Σε αντίθεση µε την Ελληνική πρωτοτυπία, άσφαλτοι οδοστρωσίας υπάρχουν πλέον του ενός τύπου για τον απλούστατο λόγο ότι ανάλογα των κυκλοφοριακών και κλιµατολογικών συνθηκών που επικρατούν στο έργο, χρησιµοποιείται ο κατάλληλος τύπος (ουσιαστικά σκληρότερη ή µαλακότερη άσφαλτος). Σε έργα µε υψηλό κυκλοφοριακό φόρτο και/ή µε µέτρια ή υψηλή µέση θερµοκρασία αέρος απαιτείται υποχρεωτικά η χρήση σκληρής ασφάλτου. Σύµφωνα µε τις Ευρωπαϊκές προδιαγραφές για ασφάλτους οδοστρωσίας (EN 12591), υπάρχουν εννέα (9) διακεκριµένες κατηγορίες ασφάλτων, αρχίζοντας από την πολύ σκληρή άσφαλτο 20/30 έως την πολύ µαλακιά 250/330. Η άσφαλτος 50/70 είναι µία από τις εννέα. Οι κλιµατολογικές συνθήκες της Ελλάδος είναι τέτοιες, που ανεξάρτητα του κυκλοφοριακού φόρτου, αποκλείουν την χρήση τριών µαλακών ασφάλτων (100/150 και πάνω), πλην όµως επιβάλλουν την χρήση των 2

3 υπολοίπων. Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγµα της Γαλλίας και της Αγγλίας, και όχι µόνο, όπου χρησιµοποιούνται σκληρές άσφαλτοι όπως τύπου 35/50, 30/45 ή ακόµη και 20/30, σε ασφαλτικές εργασίες αυτοκινητοδρόµων. Ο κάθε τύπος ασφάλτου οδοστρωσίας θα πρέπει να έχει χαρακτηριστικές ιδιότητες οι οποίες προσδιορίζονται από τον Πίνακα 1 και Α.1 των προδιαγραφών (EN 12591). Οι τροποποιηµένες άσφαλτοι αναπτύχθηκαν για να βελτιώσουν την συµπεριφορά των ασφαλτοµιγµάτων και κατά συνέπεια του οδοστρώµατος. Τα οφέλη που θα µπορούσαν να επιτευχθούν µε τη χρήση τροποποιηµένων ασφάλτων συνοψίζονται: στη βελτίωση της αντίστασης σε παραµένουσα παραµόρφωση του ασφαλτοµίγµατος σε υψηλές θερµοκρασίες, στη µεγαλύτερη κατανοµή τάσεων (αύξηση της δυσκαµψίας) για συγκεκριµένο πάχος στρώσεων, στη βελτίωση της συµπεριφοράς του ασφαλτοµίγµατος σε κόπωση µε συνέπεια τη µείωση της ρηγµάτωσης υπό την επίδραση επαναλαµβανόµενης φόρτισης, στη βελτίωση της ολκιµότητας σε χαµηλές θερµοκρασίες µε συνέπεια τη µείωση της θερµικής ρηγµάτωσης, στη βελτίωση της συγκόλλησης µε τα αδρανή που επιφέρει µείωση της αποκόλλησης αδρανών, στην αύξηση της συνεκτικότητας (συνοχής) του µίγµατος, στη µείωση της σκλήρυνσης ή γήρανσης της ασφάλτου δίνοντας µεγαλύτερη διάρκεια ζωής στις επιφανειακές στρώσεις, στη µείωση της θερµοκρασιακής ευαισθησίας-ευπάθειας της ασφάλτου, στην αύξηση του ιξώδους που επιτρέπει τη δηµιουργία µεγαλύτερου πάχους υµένα ασφάλτου σε ανοικτού τύπου ασφαλτοµίγµατα και στην εξάλειψη του φαινοµένου της ανάδυσης της ασφάλτου στην επιφάνεια του οδοστρώµατος. Οι κύριοι τροποποιητές ασφάλτου, σήµερα, είναι τα πολυµερή, τα οποία διακρίνονται σε ελαστοµερή (SBS κλπ), πλαστοµερή (EVA κλπ.) και θερµοσκληρυνόµενα (ρητίνες). Στους τροποποιητές επίσης µπορούν να συµπεριληφθούν και οι ίνες, οι οποίες παρόλο που δεν αλλάζουν τις ιδιότητες τις ασφάλτου, επηρεάζουν την συµπεριφορά του ασφαλτοµίγµατος. Ο κάθε ένας από τους παραπάνω τροποποιητές επιφέρει ανάλογες βελτιώσεις στο ασφαλτόµιγµα και κατά συνέπεια στο οδόστρωµα. Οι επερχόµενες βελτιώσεις µε την προσθήκη αυτών των τροποποιητών στην άσφαλτο καθώς και άλλες ιδιότητες αυτών συνοψίζονται στον Πίνακα 1. Πίνακας 1 Βελτιώσεις που επέρχονται µε τη χρήση τροποποιητών ασφάλτου* Θερµοσκλη- Ελαστοµερή Πλαστοµερή Βελτιώσεις ρυνόµενα Ίνες (SBS,κλπ) (EVA κλπ) (ρητίνες) Παραµένουσα Ναι Ναι Ναι - παραµόρφωση Ρηγµάτωση κόπωσης Ναι Κάποια Ναι Κάποια Θερµική ρηγµάτωση Ναι Κάποια Ναι - Αποστράγγιση ασφάλτου Ναι Ναι Ναι Ναι Γήρανση Κάποια Κάποια Ναι Κάποια Αντίσταση καταστροφής από υγρασία Ναι - Ναι - Άλλα χαρακτηριστικά υσκολία στην ανακύκλωση Μέτρια Μεγάλη Χαµηλή Προσαύξηση κόστους Μέτρια-υψηλή Υψηλή Χαµηλή Επικίνδυνο Περιβαλλοντική θεώρηση Αποσυντίθεται εάν Βλαβερό όταν λόγω υπερθερµανθεί δεν ωριµάσει λεπτότητας υλικού *Standards for Highway Works, UK (1999) 3

4 Άλλα υλικά που µπορούν να θεωρηθούν τροποποιητές ασφάλτου είναι: οι παιπάλες, η φυσική άσφαλτος, άλλοι χηµικοί τροποποιητές και τα ανακυκλούµενα ελαστικά. 3. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ Στην παρούσα εργασία χρησιµοποιήθηκε κοινή άσφαλτος οδοστρωσίας 50/70 και τροποποιηµένη άσφαλτος µε ελαστοµερές υλικό SBS. Όλα τα δείγµατα της κοινής ασφάλτου προήλθαν από δειγµατοληψία από το βυτίο εκφόρτωσης αυτής στο συγκρότηµα παραγωγής. Τα δείγµατα της τροποποιηµένης ασφάλτου ελήφθησαν από τη µονάδα παραγωγής της τροποποιηµένης ασφάλτου. Συνολικά εξετάσθηκαν είκοσι µία (21) κοινές και οκτώ (8) τροποποιηµένες άσφαλτοι. Οι εργαστηριακές δοκιµές που εκτελέσθηκαν τόσο στις ασφάλτους 50/70 όσο και στις τροποποιηµένες ασφάλτους ήταν: της διεισδυτικότητας (κατά ΕΝ 1426), του σηµείου µάλθωσης (κατά ΕΝ 1427), το δυναµικό ιξώδες (κατά ASTM D 4402), του σηµείου θραύσης κατά Fraass (κατά ΕΝ 12593) και, µετά από γήρανση-σκλήρυνση (κατά ΕΝ 12607), της διεισδυτικότητας και του σηµείου µάλθωσης. Επί προσθέτως για τις τροποποιηµένες ασφάλτους εκτελέσθηκε και η δοκιµή της ελαστικής επαναφοράς (κατά ΕΝ 13398) πριν και µετά τη γήρανση. Από τα αποτελέσµατα που εξήχθησαν υπολογίσθηκαν και άλλοι παράµετροι που απαιτούνται να είναι γνωστοί σύµφωνα µε τις προδιαγραφές για κοινές ασφάλτους οδοστρωσίας (ΕΝ 12591) και για τροποποιηµένες ασφάλτους οδοστρωσίας (prεν 14023). 4. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ - ΚΡΙΤΙΚΗ 4.1. Κοινή άσφαλτος οδοστρωσίας 50/70 Τα αποτελέσµατα που εξήχθησαν από τις δοκιµές επί των κοινών ασφάλτων δίνονται στον Πίνακα 2. ιεισδυτικότητα Όλες οι τιµές της διεισδυτικότητας των ασφάλτων, πλην µίας ασφάλτου, κυµάνθηκαν από 61dmm έως 76dmm(1 dmm=0.1 mm). Η µία άσφαλτος είχε διεισδυτικότητα 57dmm. Ο µέσος όρος όλων των τιµών βρέθηκε ότι είναι 68dmm. Σχηµατική απεικόνιση της µεταβλητότητας της διεισδυτικότητας των ασφάλτων που εξετάσθηκαν δίνεται στο Σχήµα 1. Σηµειώνεται ότι από την διεισδυτικότητα χαρακτηρίζεται και ο τύπος της ασφάλτου. Έτσι όταν η άσφαλτος χαρακτηρίζεται ως 50/70 η διεισδυτικότητά της αναµένεται να είναι µεταξύ 50dmm και 70dmm. Η διεισδυτικότητα δίνει άµεσα την πληροφορία περί της σκληρότητας της ασφάλτου. Όσο µικρότερος είναι ο αριθµός, τόσο πιο σκληρή είναι η άσφαλτος. Από το Σχήµα 1 φαίνεται ότι, από τις είκοσι µία (21) ασφάλτους που εξετάσθηκαν, οι έξι (6) άσφαλτοι είχαν διεισδυτικότητα µεγαλύτερη του ανώτερου επιτρεπτού ορίου, µία (1) είχε την οριακή τιµή των 70dmm και οι υπόλοιπες στην συντριπτική τους πλειοψηφία είχαν τιµές πάνω από 60dmm. 4

5 Πίνακας 2 Συγκεντρωτικά αποτελέσµατα ασφάλτων οδοστρωσίας τύπου 50/70 ιεισδυτικότητα Σηµείο Μετά από Κινηµα- Σηµείο Μετά είκτης µάλθω- σκλήρυνση (α) τικό θραύσης από (α) διεισδυτι- είγµα ασφάλτου 50/70 στους 25 ο C (dmm) σης ( ο C) ιατήρηση διεισδυτικότητας (%) Σηµείο µάλθωσης ( ο C) ιξώδες στους 135 ο C/ 150 ο C (β) (mm 2 /s) Fraass ( ο C) Αύξηση σηµείου µάλθωσης ( ο C) κότητας P.I. Κατηγοριοποίηση κατά ΕΝ Κ / /70 Κ /70 K /70 K / /70 K / /70 K /70 K /70 K / /70 K /70 K / /70 K /100 K / /100 K / /100 K / /100 K /100 K /70 K / /100 K /70 K /100 K /70 K / /70 Όρια / ΕΝ / (α) Μετά από προετοιµασία σε φούρνου 163 ο C κατά ΕΝ (β) Προσδιορίσθηκε από το δυναµικό ιξώδες κατά ASTM D 4402 Μάλθωση -1.5 έως έως /70 70/100 Το σηµείο µάλθωσης των ασφάλτων που εξετάσθηκαν κυµάνθηκε από 46.0 o C έως o C και η µέση τιµή βρέθηκε να είναι 47.4 o C. Σηµειώνεται ότι το σηµείο µάλθωσης δηλώνει το πόσο εύκολα ή δύσκολα µαλακώνει η άσφαλτος µε την αύξηση της θερµοκρασίας. Έτσι, σε υψηλές θερµοκρασίες περιβάλλοντος, µία άσφαλτος µε χαµηλό σηµείο µάλθωσης µαλακώνει ευκολότερα από µία άλλη µε υψηλό σηµείο µάλθωσης. Σύµφωνα µε την προδιαγραφή ΕΝ άσφαλτοι τύπου 50/70 θα πρέπει να έχουν σηµείο µάλθωσης από 46 ο C έως 54 ο C. Αντίστοιχο είναι το εύρος των τιµών της µάλθωσης και για τους άλλους τύπους ασφάλτων, όπως αυτού για άσφαλτο 70/100 που είναι από 43 ο C έως 51 ο C. 5

6 Σχήµα 1 Μεταβλητότητα διεισδυτικότητας ασφάλτων 50/70 80 ιειεσδυτικότητα (dmm) Κ1 Κ3 Κ5 Κ7 Κ9 Κ11 Κ13 Κ15 Κ17 Κ19 Κ21 είγµατα ασφάλτου 50/70 Στο Σχήµα 2 δίνεται σχηµατικά η µεταβλητότητα του σηµείου µάλθωσης των ασφάλτων που εξετάσθηκαν και τα όρια του σηµείου µάλθωσης για άσφαλτο 50/70 και 70/100. Σχήµα 2. Μεταβλητότητα σηµείου µάλθωσης ασφάλτων 50/70 Σηµείο µάλθωσης, o C Όρια 50/70 Όρια 70/ είγµατα ασφάλτων Από το Σχήµα 2 φαίνεται ότι οι τιµές του σηµείου µάλθωσης που βρέθηκαν εντάσσονται καλύτερα στη ζώνη των ορίων της ασφάλτου 70/100 από ότι στη αντίστοιχη της ασφάλτου 50/70. Αντοχή στη σκλήρυνση Για τον προσδιορισµό της αντοχής της ασφάλτου στη σκλήρυνση (γήρανση), οι άσφαλτοι αφού τοποθετήθηκαν σε ειδικό φούρνο στους 163 ο C, σύµφωνα µε την ΕΝ 12607, ελέγχθηκαν σε διεισδυτικότητα και µάλθωση. Σκλήρυνση της ασφάλτου επέρχεται κατά το στάδιο της αποθήκευσης, ανάµιξης, διάστρωσης και συµπύκνωσης. 6

7 Τα αποτελέσµατα µετά από σκλήρυνση δίνονται στον Πίνακα 2. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2 η διατηρηθείσα διεισδυτικότητα, στις έξι (6) από τις είκοσι µία (21) ασφάλτους που εξετάσθηκαν, ήταν µικρότερη της ελάχιστης τιµής των προδιαγραφών για άσφαλτο 50/70. Από τις έξι (6) ασφάλτους οι πέντε (5) ικανοποιούν το κριτήριο της διατηρηθείσης διεισδυτικότητας για άσφαλτο 70/100. Όσον αφορά το κριτήριο του σηµείου µάλθωσης µετά από σκλήρυνση, όλες οι άσφαλτοι που εξετάσθηκαν το ικανοποιούν για άσφαλτό 50/70 ή 70/100. Ιξώδες Το ιξώδες της ασφάλτου είναι µία χρήσιµη πληροφορία για να προσδιορισθούν επακριβώς οι βέλτιστες θερµοκρασίες διακίνησης και µεταχείρισης της ασφάλτου σε διάφορα στάδια (ψεκασµό, άντληση, ανάµιξη, διάστρωση και συµπύκνωση ασφαλτοµίγµατος). Το ιξώδες µετρήθηκε δειγµατοληπτικά σε δέκα (10) ασφάλτους και τα αποτελέσµατα στους 135 ο C, είναι σύµφωνα µε τις απαιτήσεις των προδιαγραφών ΕΝ για άσφαλτο 50/70 ή 70/100, βλέπε Πίνακα 2. Το ιξώδες µετρήθηκε και στους 150 ο C, προκειµένου να προσδιορισθεί καλύτερα (εάν χρειασθεί) η συµπεριφορά των ασφάλτων στις υψηλές θερµοκρασίες χρήσης αυτής. Σηµείο θραύσης Fraass Το σηµείο θραύσης κατά Fraass προσδιορίζει τη συµπεριφορά της ασφάλτου σε θερµοκρασίες υπό του µηδενός. Ουσιαστικά προσδιορίζεται η θερµοκρασία κατά την οποία η άσφαλτος ρηγµατώνεται κάτω από συνθήκες ελέγχου κατά Fraass. Όσο πιο χαµηλή είναι η θερµοκρασία αυτή, τόσο καλύτερη είναι η συµπεριφορά της σε θερµοκρασίες υπό του µηδενός που εµφανίζεται κατά τη διάρκεια των χειµερινών µηνών. Το σηµείο Fraass προσδιορίσθηκε δειγµατοληπτικά σε δέκα (10) ασφάλτους και τα αποτελέσµατα δίνονται στον Πίνακα 2. Από τα αποτελέσµατα που εξήχθησαν φαίνεται ότι, οι άσφαλτοι που εξετάσθηκαν έχουν οριακές τιµές θραύσης κατά Fraass για άσφαλτο τύπου 50/70, σύµφωνα µε την προδιαγραφή ΕΝ είκτης διεισδυτικότητας Ο δείκτης διεισδυτικότητας εκφράζει την ευαισθησία της ασφάλτου σε θερµοκρασιακές µεταβολές. Σύµφωνα µε την προδιαγραφή ΕΝ ο δείκτης διεισδυτικότητας για όλες τις ασφάλτους οδοστρωσίας θα πρέπει να κυµαίνεται µεταξύ 1.5 έως Όσο µικρότερη είναι η τιµή του δείκτη διεισδυτικότητας τόσο πιο ευαίσθητη είναι η άσφαλτος στις θερµοκρασιακές µεταβολές. Ο δείκτης διεισδυτικότητας που υπολογίσθηκε για όλες τις ασφάλτους που εξετάσθηκαν, πλήν µίας, κυµάνθηκε από 0.7 έως 1.5. Η µία άσφαλτος έδωσε τιµή 1.6, η οποία είναι εκτός των προδιαγραφόµενων ορίων. Κατηγοριοποίηση ασφάλτων Βάσει των αποτελεσµάτων που εξήχθησαν όλοι οι άσφαλτοι που εξετάσθηκαν δεν κατατάσσονται στην κατηγορία 50/70. Από τις είκοσι µία (21) ασφάλτους που εξετάσθηκαν µόνο οι δεκατέσσερις (14) µπορούν να καταταγούν σε αυτήν την κατηγορία, ενώ οι υπόλοιπες στην κατηγορία 70/100, βλέπε Πίνακα 2. 7

8 Χαρακτηριστικές ιδιότητες ασφάλτων και µέτρου δυσκαµψίας Από τις χαρακτηριστικές ιδιότητες της ασφάλτου, η διεισδυτικότητα, η µάλθωση και ο δείκτης διεισδυτικότητας επηρεάζουν το µέτρο δυσκαµψίας της ασφάλτου και αντίστοιχα το µέτρο δυσκαµψίας του ασφαλτοµίγµατος. Όσο πιο σκληρή είναι η άσφαλτος, και όσο λιγότερο ευαίσθητη είναι στις θερµοκρασιακές µεταβολές, τόσο πιο µεγάλο είναι και το µέτρο δυσκαµψίας της και τόσο µικρότερη είναι η µείωση αυτού µε την αύξηση της θερµοκρασίας του περιβάλλοντος. Για να ποσοστικοποιηθεί η επερχόµενη µείωση του µέτρου δυσκαµψίας της ασφάλτου, στην περίπτωση που χρησιµοποιείται η µαλακότερη άσφαλτος έναντι της σκληρότερης ασφάλτου της παρούσης, υπολογίσθηκε το µέτρο δυσκαµψίας αυτών κάτω από τις ίδιες συνθήκες φόρτισης και θερµοκρασίας (0,01s και 20 ο C). Οι υπολογισµοί έγιναν βάσει της θεµελιώδους θεωρίας και του νοµογραφήµατος του Van der Poel (1954), και τα αποτελέσµατα δίνονται στον Πίνακα 3. Στον Πίνακα 3 επίσης δίνεται και το µέτρο δυσκαµψίας της µέσης ασφάλτου, δηλαδή αυτής που προέκυψε από τους µέρους όρους των αντίστοιχων χαρακτηριστικών ιδιοτήτων των ασφάλτων που εξετάσθηκαν. Πίνακας 3. Μέτρα δυσκαµψίας ασφάλτου και ασφαλτοµίγµατος Άσφαλτος K1 (50/70) Μέση άσφαλτος 50/70 K15 (70/100) Εισδυτικότητα (dmm) Μάλθωση o C είκτης εισδυτικότητας Μέτρο δυσκαµψίας ασφάλτου (MPa) Μέτρο δυσκαµψίας ασφαλτοµίγµατος (MPa) Πλην του µέτρου δυσκαµψίας των ασφάλτων υπολογίσθηκε και το µέτρο δυσκαµψίας ενός αντιπροσωπευτικού ασφαλτικού σκυροδέµατος κλειστού τύπου (κενά 4% και ποσοστό ασφάλτου 5.3%) που παράγεται µε τις προαναφερθείσες ασφάλτους. Για τους υπολογισµούς χρησιµοποιήθηκε η θεµελιώδης έρευνα και το νοµογράφηµα του Uge, Bonnaure et.al. (1977) και τα αποτελέσµατα δίνονται στον Πίνακα 3. Από τα αποτελέσµατα του Πίνακα 3 φαίνεται ότι, το µέτρο δυσκαµψίας της µαλακότερης ασφάλτου (Κ15) είναι µόνο το 58% του µέτρου δυσκαµψίας της ασφάλτου 50/70. Αυτό έχει ως συνέπεια να επιφέρει µείωση του µέτρου δυσκαµψίας του αντιπροσωπευτικού ασφαλτοµίγµατος κατά 30.8%. Σηµειώνεται ότι το µέτρο δυσκαµψίας του ασφαλτοµίγµατος επηρεάζει το πάχος των απαιτούµενων ασφαλτικών στρώσεων. Εξυπακούεται ότι όταν χρησιµοποιηθεί ασφαλτόµιγµα µε µικρότερο µέτρο δυσκαµψίας θα απαιτηθεί αύξηση του πάχους των ασφαλτικών στρώσεων για να έχει το οδόστρωµα την ίδια διάρκεια ζωής για δεδοµένο κυκλοφοριακό φόρτο (για τα ίδια πάχη βάσης και υπόβασης και την ίδια φέρουσα ικανότητα υπεδάφους). Αυτό οφείλεται στην αύξηση της επιπόνησης των στρώσεων κάτω από την ασφαλτική στρώση και ιδιαίτερα της στρώσης έδρασης του οδοστρώµατος (υπέδαφος) που οδηγεί σε αστοχία του οδοστρώµατος. Έτσι λοιπόν, εάν για την παραγωγή του ασφαλτοµίγµατος χρησιµοποιείται άσφαλτος 50/70, που στην ουσία είναι 70/100, δηλαδή µαλακότερη, τότε εκτός των άλλων αρνητικών συνεπειών (κυρίως παραµορφωσιµότητα του ασφαλτοµίγµατος, ανάπτυξη τροχοαυλάκωσης και πιθανή ανάδυση της ασφάλτου στην επιφάνεια του οδοστρώµατος) έµµεσα µειώνεται και η διάρκεια ζωής του οδοστρώµατος. 8

9 4.2 Τροποποιηµένη άσφαλτος µε SBS Τα αποτελέσµατα που εξήχθησαν από τις δοκιµές επί οκτώ (8) τροποποιηµένων µε SBS ασφάλτων δίνονται στον Πίνακα 4. Στον Πίνακα 4 κάτω από το αποτέλεσµα της κάθε ιδιότητας αναφέρεται και η κατηγορία στην οποία ανήκει η τροποποιηµένη άσφαλτος βάσει της συγκεκριµένης ιδιότητας, κατά prεν Σύµφωνα µε την Ευρωπαϊκή προδιαγραφή για τροποποιηµένες ασφάλτους, κάθε τροποποιηµένη άσφαλτος θα πρέπει να ικανοποιεί τις βασικές απαιτήσεις-ιδιότητες που προσδιορίζονται από τις κατηγορίες του Πίνακα 1 της σχετικής προδιαγραφής. Επίσης θα πρέπει να ικανοποιεί και τις τεχνικές απαιτήσεις-ιδιότητες που προσδιορίζονται από τις κατηγορίες του Πίνακα 2 της σχετικής προδιαγραφής. Στην περίπτωση των τροποποιηµένων ασφάλτων, αυτές χαρακτηρίζονται από την τιµή της διεισδυτικότητας και την τιµή του σηµείου µάλθωσης. Έτσι, PmB45/80-70 σηµαίνει ότι η τροποποιηµένη άσφαλτος έχει διεισδυτικότητα µεταξύ 45dmm έως 80dmm και σηµείο µάλθωσης 70 ο C. Οι υπόλοιπες βασικές και τεχνικές ιδιότητες προσδιορίζονται ανάλογα µε τις κατηγορίες του Πίνακα 1 και 2 των προδιαγραφών ΕΝ Πίνακας 4. Συγκεντρωτικά αποτελέσµατα τροποποιηµένων ασφάλτων µε SBS ιεισδυτικότητα µάλθωσης θραύσης στους 25 o C Σηµείο Σηµείο Ελαστική επαναφορά Μετά από ΕΝ12607 είγµα στους 25 ιατήρηση διεισ- σηµείου Fraass σκλήρυν- Αύξηση κατά Πριν Μετά από τροποποιη- ο C µένης δυτικό- τητας µάλθωσης ση ασφάλτου (ΕΝ12607) ο C ο C Κατηγοριοποίηση κατά prεν dmm (%) ( ο C) (%) (%) ΤΣ PmB45/80- (Κατ. 1/4) (Κατ. 1/6) (Κατ. 1/5) (Κατ. 1/2) (Κατ. 2/5) (Κατ. 2/2) (Κατ.2) 60 ΤΣ PmB45/80- (Κατ. 1/4) (Κατ. 1/6) (Κατ. 1/6) (Κατ. -) (Κατ. 2/5) (Κατ. 2/2) (Κατ. 2/2) 60 ΤΣ PmB45/80- (Κατ. 1/4) (Κατ. 1/4) (Κατ. 1/3) (Κατ. 1/2) (Κατ. 2/4) (Κατ. 2/2) (Κατ. 2/2) 70 TΣ PmB45/80- (Κατ. 1/4) (Κατ. 1/7) (Κατ. 1/7) (Κατ. -) (Κατ. 2/5) (Κατ. 2/2) (Κατ. 2/2) 55 TΣΓ PmB25/55- (Κατ. 1/3) (Κατ. 1/6) (Κατ. 1/7) (Κατ. 1/3) (Κατ. 2/5) (Κατ. 2/2) (Κατ. 2/2) 60 TΣ PmB25/55- (Κατ. 1/3) (Κατ. 1/5) (Κατ. 1/7) (Κατ. 1/2) (Κατ. 2/5) (Κατ. 2/2) (Κατ. 2/2) 65.5 TΣ PmB25/55- (Κατ. 1/3) (Κατ. 1/3) (Κατ. 1/7) (Κατ. 1/2) (Κατ. 2/5) (Κατ. 2/2) (Κατ. 2/2) 75 TΕΧ PmB25/55- (Κατ. 1/3) (Κατ. 1/4) (Κατ. 1/7) (Κατ. 1/2) (Κατ. 2/5) (Κατ. 2/2) (Κατ. 2/2) 70 Επεξήγηση: Κατ. = Κατηγορία κατά pren 14023, π.χ. Κατ. 1/5 από Πίνακα 1 κατηγορία 5, Κατ. 2/2 από Πίνακα 2 κατηγορία 2 ιεισδυτικότητα Η τιµές της διεισδυτικότητας των τροποποιηµένων ασφάλτων κυµάνθηκαν από 32dmm έως 63dmm. Η µεταβλητότητα αυτή, σύµφωνα µε τις προδιαγραφές pren 14023, τις κατατάσσει σε 9

10 δύο διαφορετικές κατηγορίες, Οι τέσσερις (4) τροποποιηµένες άσφαλτοι χαρακτηρίζονται ως κατηγορίας 4 και οι υπόλοιπες τέσσερις (4) κατηγορίας 3, βλέπε Πίνακα 4. Σηµείο µάλθωσης Το σηµείο µάλθωσης κυµάνθηκε από 55.2 ο C έως 78.2 ο C. Βάσει του σηµείου µάλθωσης οι τροποποιηµένες άσφαλτοι κατατάσσονται σε πέντε διαφορετικές κατηγορίες (κατηγορία 3, 4, 5, 6, ή 7), βλέπε Πίνακα 4. Μετά από σκλήρυνση Οι βασικές ιδιότητες των τροποποιηµένων ασφάλτων µετά από σκλήρυνση κατά ΕΝ µεταβλήθηκαν ως ακολούθως: Η διεισδυτικότητα της τροποποιηµένης ασφάλτου µετά από σκλήρυνση µειώθηκε έναντι της αρχικής, σε όλες τις περιπτώσεις. Η µείωση αυτή εκφράζεται ως ποσοστό διατηρηθείσης διεισδυτικότητας. Το ποσοστό αυτό για τις τροποποιηµένες ασφάλτους που εξετάσθηκαν κυµάνθηκε από 42.6% έως 77.1%. Η διακύµανση αυτή τις κατατάσσει σε τέσσερις διαφορετικές κατηγορίες (κατηγορία 3, 5, 6, ή 7). Το σηµείο µάλθωσης µετά από σκλήρυνση αυξήθηκε, σε όλες τις περιπτώσεις. Η αύξηση αυτή κυµάνθηκε από 2.6 ο C έως 15.8 ο C. Βάσει της προδιαγραφής pren 14023, η µέγιστη επιτρεπτή αύξηση είναι 12 ο C. Βάσει των προαναφερθέντων (µεταβλητότητας και µέγιστου ορίου), οι πέντε (5) τροποποιηµένες άσφαλτοι κατατάσσονται στην κατηγορία 2, η µία (1) στην κατηγορία 3 και οι δύο δεν ανήκουν σε καµία κατηγορία. Ελαστική επαναφορά Όσον αφορά την ελαστική επαναφορά των τροποποιηµένων ασφάλτων, η οποία εκτελέσθηκε σύµφωνα µε την προδιαγραφή ΕΝ 13398, βρέθηκε ότι αυτή, πριν την σκλήρυνση, κυµάνθηκε από 87.5% έως 95%. Βάσει των αποτελεσµάτων αυτών όλες οι τροποποιηµένες άσφαλτοι κατατάσσονται στην κατηγορία 2. Όσον αφορά την ελαστική επαναφορά µετά την σκλήρυνση, βρέθηκε ότι αυτή κυµάνθηκε από 75% έως 90%. Το γεγονός αυτό τις κατατάσσει όλες στην κατηγορία 2. Από τα αποτελέσµατα της ελαστικής επαναφοράς τεκµηριώνεται ότι όλες οι τροποποιηµένες άσφαλτοι έχουν πολύ καλή και σταθερή ελαστικότητα. Η ιδιότητα αυτή είναι χρησιµότατη για την αντιµετώπιση της παραµένουσας παραµόρφωσης των ασφαλτικών στρώσεων και για την περίπτωση συντήρηση ρηγµατωµένων ασφαλτικών στρώσεων. Σηµείο Fraass Το σηµείο θραύσης κατά Fraass, για τις επτά (7) τροποποιηµένες ασφάλτους βρέθηκε ότι ήταν µεγαλύτερο ή ίσο των-10 ο C και για τη µία (1) το σηµείο Fraass ήταν 9.5 ο C. Έτσι, οι επτά κατατάσσονται στην κατηγορία 5, ενώ η µία στην κατηγορία 4. Κατηγοριοποίηση τροποποιηµένων ασφάλτων Βάσει των παραπάνω οι τροποποιηµένες άσφαλτοι, µε κριτήριο την τιµή της διεισδυτικότητας, µπορούν να καταταγούν σε δύο κατηγορίες, την PmB 45/80 και PmΒ 25/55, ενώ βάσει του κριτηρίου της µάλθωσης κατατάσσονται σε πέντε διαφορετικές κατηγορίες, βλέπε Πίνακα 4. 10

11 Βάσει των υπολοίπων βασικών και/ή τεχνικών ιδιοτήτων οι τροποποιηµένες άσφαλτοι κατατάσσονται σε διαφορετικές κατηγορίες, βλέπε Πίνακα ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από την παρούσα έρευνα εξάγονται τα παρακάτω συµπεράσµατα: 1. Οι χαρακτηριστικές ιδιότητες των κοινών ασφάλτων που εξετάσθηκαν, και θεωρητικά ήταν 50/70, παρουσιάζουν µεγάλη µεταβλητότητα. 2. Βάσει των αποτελεσµάτων που εξήχθησαν, µόνο οι δεκατέσσερις (14) άσφαλτοι θα µπορούσαν να χαρακτηρισθούν τύπου 50/70. Οι υπόλοιπες επτά (7) σαφώς χαρακτηρίζονται ως τύπου 70/100. Η άσφαλτος τύπου 70/100 είναι πιο µαλακιά από την άσφαλτο τύπου 50/ Από τις δεκατέσσερις (14) ασφάλτους τύπου 50/70, η συντριπτική πλειοψηφία αυτών είχε διεισδυτικότητα κοντά στο ανώτατο επιτρεπτό όριο. 4. Όλες οι δεκατέσσερις (14) άσφαλτοι τύπου 50/70 είχαν σηµείο µάλθωσης κοντά στο κατώτατο επιτρεπτό όριο. 5. Όσον αφορά τη σκλήρυνση, η διατηρηθείσα διεισδυτικότητα σε ένα µικρό αριθµό ασφάλτων βρέθηκε µικρότερη της ελάχιστης τιµής των προδιαγραφών για άσφαλτο 50/ Όσον αφορά το κριτήριο του σηµείου µάλθωσης µετά από σκλήρυνση, όλες οι άσφαλτοι που εξετάστηκαν, το ικανοποιούν για άσφαλτο 50/70 ή 70/ Το σηµείο Fraass για όλες τις κοινές ασφάλτους που εξετάσθηκαν κυµάνθηκε από -7 ο C έως -8 ο C. 8. Η µεταβλητότητα των χαρακτηριστικών ιδιοτήτων που τεκµηριώθηκε, στην θεωρητικά 50/70 άσφαλτο, επηρεάζει σε µεγάλο βαθµό το µέτρο δυσκαµψίας της ασφάλτου και κατ επέκταση του ασφαλτοµίγµατος. 9. Οι τροποποιηµένες άσφαλτοι κατατάσσονται σε δύο κατηγορίες, 45/80 και 25/55. Εάν ήθελε ληφθεί υπόψη και το κριτήριο της µάλθωσης, αυτές κατατάσσονται σε πέντε επιµέρους κατηγορίες. 10. Βάσει των άλλων βασικών και τεχνικών ιδιοτήτων, οι τροποποιηµένες άσφαλτοι κατατάσσονται και σε άλλες επιµέρους κατηγορίες. 11. Από το (9) και το (10) συµπεραίνεται ότι µεταξύ των τροποποιηµένων ασφάλτων που εξετάσθηκαν υπήρχε µεγάλη µεταβλητότητα. 12. Όλες οι τροποποιηµένες άσφαλτοι παρουσιάζουν σταθερότητα ως προς την ελαστικότητά τους και το σηµείο θραύσης κατά Fraass. 13. Για τη διασφάλιση της ποιότητας των έργων οδοποιίας απαιτείται σταθερότητα των ιδιοτήτων τόσο της κοινής όσο και της τροποποιηµένης ασφάλτου. 14. Επιτακτικότατη είναι και η ανάγκη ύπαρξης και σκληρότερων ασφάλτων στο εµπόριο. Με την ύπαρξη ενός και µόνο τύπου ασφάλτου, 50/70, έστω και εάν αυτή είχε σταθερές 11

12 ιδιότητες, δεν αντιµετωπίζονται οι αυξηµένες απαιτήσεις των έργων και οδηγεί µετά βεβαιότητας σε πρόωρη αστοχία των οδοστρωµάτων. 6. ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Βάσει των πορισµάτων της παρούσης, συνιστάται άµεση παρέµβαση των αρµόδιων Υπουργείων για: α) τη διασφάλιση της σταθερότητας παραγωγής της 50/70 και β) την παραγωγή και διάθεση και σκληρότερων της 50/70 ασφάλτων. Όσον αφορά τη χρήση τροποποιηµένων ασφάλτων προτείνεται όπως, αρχικά καθορίζονται επακριβώς οι απαιτούµενες ιδιότητες ανά περίπτωση και κατόπιν διασφαλίζεται η σταθερότητα της παραγωγής. Η χρήση τροποποιηµένης ασφάλτου µε κάποιες ακαθόριστες ιδιότητες, οι οποίες µεταβάλλονται από παραγωγή σε παραγωγή, δεν βελτιστοποιεί την βελτίωση της ποιότητας της κατασκευής και έµµεσα δρα αποτρεπτικά στην συνεισφορά των τροποποιηµένων ασφάλτων προς βελτίωση των ιδιοτήτων των ασφαλτοµιγµάτων. ΑΝΑΦΟΡΕΣ ASTM D Standard Test Method for Viscosity Determination of Unfilled Asphalts Using the Brookfield Thermosel Apparatus. Bonnaure F. Gest G., GravoisA&Uge P A new method of predicting the stiffness of asphalt paving mixtures. Association of Asphalt Paving Technologiests, Vol 46,p.64. ΕΛΟΤ ΕΝ 1426 Ασφαλτικά και συνδετικά ασφαλτικών-προσδιορισµός διείσδυσης µε βελόνα. ΕΛΟΤ ΕΝ 1427 Ασφαλτικά και συνδετικά ασφαλτικών-προσδιορισµός της µάλθωσης-μέθοδος δακτυλίου. ΕΛΟΤ ΕΝ Ασφαλτικά και συνδετικά ασφαλτικών-προσδιορισµός ασφάλτων οδοστρωσίας. EN Bitumen and Bituminous Binders-Determination of the Fraass Breaking Point. EN Bitumen and Bituminous Binders-Determination of the resistance to hardening under influence of heat and air. EN Bitumen and Bituminous Binders-Determination of elastic recovery of modified bitumen pr EN Bitumen and Bituminous Binders-Framework specification for polymer modified bitumen. Standards for Highway Works Highway Agency, Design Manual foe Roads and Bridges, Vol 7: Pavement Design and Maintenance, Section 5, Part2, HD 37/99, Bituminous Surfacing Materials and Techniques, Chapter 3, Binders and Binder Modifiers. London. Van der Poel A general system describing the visco-elastic properties of bitumen and its relation to routing test data. Journal of Applied Chemistry, Vol.4, p