ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ

TEI ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΛΑΡΙΣΑ 2014 ΞΕΝΟΦΩΝ ΣΠΗΛΙΩΤΗΣ ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 0

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στην κατασκευή των εύκαµπτων οδοστρωµάτων χρησιµοποιούνται διάφοροι τύποι ασφαλτοµιγµάτων, ανάλογα µε τις απαιτήσεις του έργου. Έτσι διασφαλίζεται η βέλτιστη αξιοποίηση του υλικού. Η δυνατότητα χρησιµοποίησης πλέον του ενός ασφαλτοµίγµατος προϋποθέτει την ύπαρξη : κατάλληλης ποιότητας και διαβάθµισης αδρανών, κατάλληλου τύπου ασφάλτου, κατάλληλου εξοπλισµού, τεχνογνωσίας των εµπλεκοµένων (µελετητών και κατασκευαστών) και σαφών και άρτιων προδιαγραφών. Βεβαίως από όλους τους τύπους ασφαλτοµιγµάτων που υπάρχουν σε κάθε χώρα χρησιµοποιούνται αυτοί που εξυπηρετούν καλύτερα τις ανάγκες της σε συνδυασμό µε τις κλιματολογικές συνθήκες που επικρατούν. Στην Ελλάδα χρησιμοποιείται ο τύπος θερμού ασφαλτοµίγµατος που είναι γνωστός ως ασφαλτικό σκυρόδεμα. Θερμό ασφαλτόµιγµα ορίζεται το µίγµα ασφάλτου και µίγµατος αδρανών που παράγεται εν θερμώ σε µόνιµη εγκατάσταση. Αναλόγως της κοκκοµετρικής καµπύλης των αδρανών καθώς και του µέγιστου κόκκου αυτών, χρησιμοποιείται σε διαφόρων τύπων ασφαλτικά έργα. Τα ασφαλτοµίγµατα έχουν να εκπληρώσουν ένα µεγάλο εύρος απαιτήσεων για τις σημερινές διαμορφωθείσες συνθήκες κυκλοφορίας και οδήγησης. Ειδικότερα τα ασφαλτοµίγµατα θα πρέπει: να ανθίστανται στην παραµένουσα παραµόρφωση να ανθίστανται στη ρηγµάτωση από κόπωση να συνεισφέρουν στην φέρουσα ικανότητα του οδοστρώµατος να είναι αδιαπέραστα από το νερό ώστε να προστατεύουν τις υποκείµενες στρώσεις να παρουσιάζουν καλή εργασιµότητα κατά τη διάστρωση και να συµπυκνώνονται µε τα διαθέσιμα µηχανήµατα να συντηρούνται εύκολα και να είναι µικρού κατά το δυνατόν κόστους Επιπροσθέτως, τα ασφαλτοµίγµατα για στρώσεις κυκλοφορίας θα πρέπει : να ανθίστανται στην λειαντική δράση των ελαστικών και στην καταστροφική επίδραση των καιρικών συνθηκών του περιβάλλοντος, παρέχοντας καλή και µακράς διάρκειας ζωής αντιολισθηρή επιφάνεια, να παρέχουν οµαλή επιφάνεια για άνετη και ασφαλή οδήγηση, να παρέχουν επιφάνεια ώστε ο δηµιουργούµενος θόρυβος από τους τροχούς να ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 1

είναι ανεκτός. Οι παραπάνω απαιτήσεις καταδεικνύουν την αναγκαιότητα σωστού σχεδιασµού και σύνθεσης των ασφαλτοµιγµάτων µε παράλληλη χρήση όλων των διαθέσιµων υλικών και τεχνολογιών για την διασφάλιση της καλής συμπεριφοράς αυτών και κατά συνέπεια και του οδοστρώµατος. Οι τύποι των ασφαλτοµιγµάτων χαρακτηρίζονται από την κοκκομετρική διαβάθμιση του µίγµατος των αδρανών. Θεωρητικά µπορούν να υπάρξουν άπειροι τύποι ασφαλτοµιγµάτων, από ασφαλτοµίγµατα που αποτελούνται από χονδρόκοκκα αδρανή ενός µεγέθους (µονόκοκκα) έως µίγµατα που αποτελούνται µόνο από λεπτόκοκκα αδρανή (άµµο). Μεταξύ αυτών των δύο ακραίων περιπτώσεων κυμαίνονται όλοι οι τύποι των ασφαλτοµιγµάτων που χρησιµοποιούνται στις διάφορες χώρες του κόσµου. Εδώ και πάρα πολλά χρόνια αναπτύχθηκαν διάφοροι τύποι ασφαλτοµιγµάτων, όπως το ασφαλτικό σκυρόδεµα (Asphaltic concrete), τα µίγµατα Μακάνταµ (Macadam), το κυλινδρούµενο θερµό ασφαλτόµιγµα (Hot Rolled Asphalt: HRA), η Μαστίχη ασφάλτου (Mastic asphalt). Τα τελευταία 20 30 χρόνια αναπτύχθηκαν ασφαλτοµίγµατα µε βελτιωµένες ιδιότητες όπως το ασφαλτόµιγµα πορώδους σύνθεσης (Porous asphalt), η Ασφαλτική Σκυροµαστίχη (Stone Mastic Asphalt: SMA) και το ασφαλτόµιγµα για λεπτές επιφανειακές στρώσεις (Thin surfacing). Το βασικό χαρακτηριστικό όλων των ασφαλτοµιγµάτων είναι η κοκκοµετρική καµπύλη του µίγµατος των αδρανών που µπορεί να είναι συνεχής ή µη συνεχής, όταν δηλαδή υπάρχουν όλα τα κλάσµατα των αδρανών σε κάποιο ποσοστό ή αντίστοιχα κάποια κλάσµατα αδρανών λείπουν ή βρίσκονται σε πολύ µικρή ποσότητα. Αναλόγως της ποσότητας κάθε κλάσµατος των αδρανών, τα µίγµατα χαρακτηρίζονται ως ανοικτής, µέσης, πυκνής ή πολύ πυκνής διαβάθµισης ασφαλτοµίγµατα. Έτσι, διαθέτουν από πολλά έως πολύ λίγα κενά αέρος (V a) % και συνεπώς είναι περισσότερο διαπερατά ή σχεδόν αδιαπέραστα από τον αέρα (ή νερό), αντίστοιχα. Οι αντιπροσωπευτικές καμπύλες των τυπικών ασφαλτοµιγµάτων αυτών δίνονται στο Σχήµα 1. Το µίγµα µε τα περισσότερα κενά αέρος είναι το µίγµα πορώδους σύνθεσης και το ανοικτής διαβάθµισης (ανοικτού τύπου) Macadam, ενώ το µίγµα µε τα λιγότερα κενά αέρος είναι η ασφαλτική µαστίχη. Τα υπόλοιπα µίγµατα κατά φθίνουσα σειρά κενών αέρα είναι : το ασφαλτόµιγµα για λεπτές επιφανειακές στρώσεις, το πυκνής διαβάθµισης (κλειστού τύπου) Macadam, το ασφαλτικό σκυρόδεµα, η Ασφαλτική Σκυροµαστίχη και το θερµό κυλινδρούµενο ασφαλτόµιγµα. Το θερµό κυλινδρούµενο ασφαλτόµιγµα (HRA) παρουσιάζει µια χαρακτηριστική διαφορά από όλα τα άλλα ασφαλτοµίγµατα. Στο µίγµα αυτό η κοκκοµετρική καµπύλη ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 2

του µίγµατος των αδρανών παρουσιάζει µια αλλαγή θέσης καμπυλότητας ή µια ασυνέχεια, µε την ευρύτερη έννοια, στην περιοχή των αδρανών µεσαίου µεγέθους (2 έως 5 mm). ηλαδή, το µίγµα των αδρανών παρουσιάζει έλλειψη ή περιέχει πολύ µικρή ποσότητα αδρανών µεσαίου µεγέθους. Λόγω αυτής της χαρακτηριστικής ιδιότητας τα µίγµατα αυτά είναι γνωστά και ως µίγµατα µη συνεχούς κοκκοµετρικής διαβάθµισης. Για τον ίδιο λόγο και τα ασφαλτοµίγµατα για λεπτές επιφανειακές στρώσεις χαρακτηρίζονται ως µίγµατα µη συνεχούς κοκκοµετρικής διαβάθµισης. Μια άλλη χαρακτηριστική διαφορά µεταξύ όλων των προαναφερθέντων ασφαλτοµιγµάτων είναι ο τρόπος που αναπτύσσουν την αντοχή τους ή γενικότερα ο μηχανισμός µεταφοράς των τάσεων διαμέσου του µίγµατος. Τα ασφαλτοµίγµατα οφείλουν την αντοχή τους σε δύο βασικούς παράγοντες: στη δυσκαμψία του ασφαλτοκονιάµατος (άσφαλτος / άµµος / παιπάλη) και στην τριβή και σύµπλεξη των αδρανών µεταξύ τους. Στον πρώτο παράγοντα οφείλει αποκλειστικά και µόνο την αντοχή της η ασφαλτική µαστίχη, ενώ η αντοχή του µίγµατος ανοικτής διαβάθµισης Macadam οφείλεται αποκλειστικά και µόνο στην τριβή και σύµπλεξη των αδρανών. Σχήμα 1: Κοκκοµετρικές διαβαθµίσεις τυπικών ασφαλτοµιγµάτων (Νικολαϊδης, 2002) Η σύνθεση του ασφαλτοµίγµατος συνίσταται στον καθορισµό των αναλογιών των χονδρόκοκκων και λεπτόκοκκων αδρανών και φίλλερ καθώς και στον καθορισµό της βέλτιστης περιεκτικότητας της ασφάλτου µε σκοπό τη βελτιστοποίηση των µηχανικών ιδιοτήτων του ασφαλτοµίγµατος σε σχέση µε την επιθυμητή συμπεριφορά αυτού στο έργο. Τα δύο στάδια αυτά µαζί µε την επιλογή του κατάλληλου αδρανούς (έλεγχος µηχανικών και φυσικών ιδιοτήτων) συνθέτουν την πλήρη µελέτη σύνθεσης ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 3

ασφαλτοµίγµατος. Ο αντικειµενικός σκοπός της πλήρους µελέτης σύνθεσης του ασφαλτοµίγµατος είναι να παραχθεί ένα κοστολογικά ωφέλιµο ασφαλτόµιγµα κάνοντας χρήση των διαθέσιµων υλικών και πηγών αδρανών υλικών. Ο καθορισµός των αναλογιών των αδρανών έχει σκοπό να καθοριστεί η βέλτιστη αναλογία των κλασµάτων των αδρανών έτσι ώστε το τελικό µίγµα των αδρανών να είναι εντός των προδιαγραφόµενων ορίων. Ο καθορισµός της βέλτιστης περιεκτικότητας της ασφάλτου συνίσταται στην εξεύρεση της κατάλληλης περιεκτικότητας ασφάλτου στο ασφαλτόµιγµα έτσι ώστε το µίγµα που θα παραχθεί να είναι εύκαµπτο, µεγάλης διάρκειας ζωής, οικονοµικό και εργάσιµο δίχως να θυσιάζεται η αντίστασή του στην παραµόρφωση. Ο καθορισµός της βέλτιστης περιεκτικότητας της ασφάλτου γίνεται µε διάφορες εργαστηριακές µεθόδους, εκ των οποίων η γνωστότερη και πιο διαδεδοµένη είναι η µέθοδος Marshall που αναλύεται σε επόµενη ενότητα. ΑΣΦΑΛΤΟΣ Η άσφαλτος χρησιμοποιείται ως δομικό, μονωτικό και συνδετικό υλικό για την κατασκευή οδοστρωμάτων. Εκτός από τη φυσική άσφαλτο υπάρχει και η άσφαλτος από τη διύλιση αργού πετρελαίου, η οποία χρησιμοποιείται στις σύγχρονες κατασκευές. Η άσφαλτος είναι ένα πολύπλοκο χημικό μίγμα οργανικών ενώσεων, το οποίο αποτελείται, κυρίως, από υδρογονάνθρακες, με ένα μικρό ποσοστό ετεροκυκλικών ενώσεων που περιέχουν στα ενεργά τους κέντρα θείο, άζωτο και οξυγόνο. Επίσης, περιέχει και ίχνη μετάλλων. Μια στοιχειακή ανάλυση ασφάλτων, οι οποίοι προέρχονται από αργό πετρέλαιο, έδειξε ότι περιέχουν: άνθρακα 82 έως 88% υδρογόνο 8 έως 11% θείο 0 έως 6% οξυγόνο 0 έως 1.5% άζωτο 0 έως 1 %. Παρά την πολυπλοκότητα της χημικής ένωσης της ασφάλτου, η άσφαλτος περιέχει δυο ευρύτερες χημικές ομάδες που επηρεάζουν άμεσα την συμπεριφορά της σε διαφορές εφαρμογές, όπως στην οδοποιία. Οι δυο χημικές ομάδες είναι τα ασφαλτένια και τα μαλτένια. Τα μαλτένια μπορούν να υποδιαιρεθούν σε κορεσμένους υδρογονάνθρακες, σε ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 4

αρωματικούς και σε ρητίνες. Τα ασφαλτένια είναι πολύπλοκες πολικές αρωματικές ενώσεις, οι οποίες περιέχουν, εκτός από άνθρακα και υδρογόνο και άζωτο, θείο και οξυγόνο. Τα βασικά χαρακτηριστικά της ασφάλτου είναι η συγκολλητική ικανότητά της και οι υγρομονωτικές ιδιότητές της. Η τυπική σύνθεση της ασφάλτου περιέχει (~25%) ασφαλτένια και (~65%) μαλτένια, ενώ περιέχει και (~10 %) κορεσμένα. Επίσης, περιέχεται άζωτο (~1%) και θείο (~3%). Οποιαδήποτε αυξομείωση των ασφαλτενίων και των μαλτενίων, ιδιαίτερα των ρητινών και των κορεσμένων, επηρεάζει το ιξώδες και τη θερμοκρασιακή ευαισθησία της ασφάλτου. Η περιεκτικότητα της ασφάλτου σε ασφαλτένια επηρεάζει άμεσα τις ρεολογικές ιδιότητές της, δηλαδή με την αύξηση του ποσοστού των ασφαλτενίων λαμβάνεται άσφαλτος με χαμηλή διεισδυτικότητα, υψηλό σημείο μάλθωσης, συνεπώς υψηλό ιξώδες. Το ποσοστό ασφαλτενίων στην άσφαλτο κυμαίνεται από 5%, τύπος 280/300, μέχρι 28%,τύπος 20/30. Στις περιοχές με ψυχρό κλίμα, χρησιμοποιείται συνήθως «μαλακή» άσφαλτος, ενώ αντίθετα σε περιοχές με θερμό κλίμα χρησιμοποιείται «σκληρή» άσφαλτος. ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΑΣΦΑΛΤΟΥ Η άσφαλτος είναι υγρό με μεγάλο ιξώδες σε υψηλές θερμοκρασίες και είναι εύθρυπτο στερεό σε χαμηλές θερμοκρασίες. Για τον προσδιορισμό των κυριότερων χαρακτηριστικών της ασφάλτου ενδιαφέρει το ιξώδες της, αλλά και η σκληρότητά της σε διάφορες θερμοκρασίες. Οι σχέσεις μεταξύ των αντοχών και των θερμοκρασιών είναι ιδιαίτερα σημαντικές, αφού η άσφαλτος πρέπει να είναι σε ρευστή κατάσταση για να αναμιχθεί με διάφορα αδρανή και να μορφοποιηθεί, ώστε να συμπεριφέρεται ως στερεό σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος. Η άσφαλτος είναι βισκοελαστικό υλικό και οι ιδιότητές της επηρεάζονται όχι μόνο από τη θερμοκρασία αλλά και από τα φορτία που παραλαμβάνει. Η βισκοελαστική συμπεριφορά της ασφάλτου προκαλεί φαινόμενα ερπυσμού σε διάφορες εφαρμογές της στα οδοστρώματα. Τα φαινόμενα αυτά προκαλούνται από στατική αλλά και από κυλιόμενη επαναλαμβανόμενη φόρτιση. Ο τύπος της ασφάλτου, ο οποίος θα χρησιμοποιηθεί σε κάθε έργο, είναι συνάρτηση, κυρίως, του τύπου του ασφαλτικού σκυροδέματος που θα επιλεγεί και των θερμοκρασιών του περιβάλλοντος που επικρατούν στο έργο. Ο τύπος του ασφαλτικού σκυροδέματος των οδοστρωμάτων επιλέγεται με βάση τα φορτία και τις ανάγκες του έργου και είναι σε άμεση συνάρτηση με τις επικρατούσες θερμοκρασίες στο έργο. Στην Ελλάδα εφαρμόζεται η Πρότυπη Τεχνική Προδιαγραφή Α 200 του 1966. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 5

Γενικά λαμβάνεται υπόψη η χημική ανάλυση της ασφάλτου, με στόχο να προσδιοριστεί η επίδραση της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας στο σώμα του ασφαλτοτάπητα για την προδιαγραφή και την εξάλειψη των συνήθων προβλημάτων των οδών, όπως η τροχοαυλάκωση, ο ερπυσμός και η φθορά από το νερό. ΤΥΠΟΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ α. Ασφαλτικά διαλύματα Είναι προϊόντα ανάμιξης ασφάλτου οδοστρωσίας με διαλύτες. Όταν το ασφαλτικό διάλυμα εκτεθεί στον ατμοσφαιρικό αέρα, ο διαλύτης εξατμίζεται και παραμένει η άσφαλτος, ως συνδετικό υλικό των αδρανών. Ανάλογα με την πτητικότητα του διαλύτη, τα ασφαλτικά διαλύματα διακρίνονται σε: ταχείας εξάτμισης με διαλύτη βενζίνη (RS) μέσης εξάτμισης με διαλύτη φωτιστικό πετρέλαιο (το πιο σύνηθες) (MS) βραδείας εξάτμισης με διαλύτη ακάθαρτο πετρέλαιο (SS) Η χρήση ακάθαρτου πετρελαίου (diesel), ως διαλύτη στα ασφαλτικά διαλύματα, αποτελεί αιτία κακοτεχνιών στην κατασκευή, γιατί η παραμονή των βαρέων κλασμάτων στο ασφαλτικό συνδετικό διατηρεί την πλαστικότητα των ασφαλτικών μιγμάτων για μεγάλο διάστημα με δυσμενή επίδραση στην ευστάθεια της κατασκευής. β. Ασφαλτικά γαλακτώματα Η γαλακτοποίηση της ασφάλτου είναι ένας τρόπος διάλυσης της ασφάλτου σε νερό που έχει το πλεονέκτημα να χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με ψυχρά ή θερμά αδρανή. Το υλικό που βοηθά την γαλακτοποίηση και διατηρεί το γαλάκτωμα, μετά το σχηματισμό του, ονομάζεται «γαλακτοματοποιητής» ή «γαλακτοποιητής». Τα ασφαλτικά γαλακτώματα παράγονται με τη μηχανική διασπορά της ασφάλτου, η οποία ρευστοποιείται με θέρμανση μέσα σε νερό που έχει τον κατάλληλο γαλακτοματοποιητή. Παράλληλα ο «γαλακτοματοποιητής» βελτιώνει τις φυσικές ιδιότητες του ασφαλτικού γαλακτώματος. Τα ασφαλτικά γαλακτώματα, ανάλογα με τον τύπο του γαλακτοματοποιητή, διακρίνονται σε όξινα και σε αλκαλικά. Τα αλκαλικά γαλακτώματα έχουν πολύ καλή πρόσφυση σε ασβεστολιθικά πετρώματα, ενώ τα όξινα προσφύονται καλύτερα στα πυριγενή πετρώματα. Η επαφή μεταξύ όξινου και αλκαλικού γαλακτώματος δεν επιτρέπεται γιατί γίνεται άμεση διάσπαση και των δύο. Τα αλκαλικά γαλακτώματα διακρίνονται σε ταχείας, μέσης και βραδείας διάσπασης, ενώ τα όξινα γαλακτώματα διακρίνονται σε ταχείας και μέσης διάσπασης. γ. Ασφαλτικά σκυροδέματα ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 6

Η χρήση της ασφάλτου στην οδοποιία είναι ευρύτατη με τη μορφή των ασφαλτικών σκυροδεμάτων. Τα ασφαλτικά σκυροδέματα χρησιμοποιούνται στην κατασκευή έργων οδοποιίας, αεροδρομίων. Τα ασφαλτικά σκυροδέματα είναι κονιάματα με συνδετικό υλικό από άσφαλτο και αδρανή με συγκεκριμένες κοκκομετρικές διαβαθμίσεις. Είναι ομοιογενή υλικά,τα οποία παρασκευάζονται σε μόνιμη εγκατάσταση με την ανάμιξη θερμών και ξηρών αδρανών υλικών μαζί με θερμή άσφαλτο, η οποία έχει τις κατάλληλες αντοχές για να χρησιμοποιηθεί σε τεχνικά έργα. Το υλικό, το οποίο είναι το κύριο συστατικό του ασφαλτικού σκυροδέματος και ουσιαστικά του προσδίδει όλες τις ιδιότητές του, είναι η άσφαλτος. Για τις προδιαγραφές των αδρανών στα ασφαλτικά σκυροδέματα γίνεται αναφορά στο κεφάλαιο των αδρανών υλικών. δ. Ασφαλτικές μεμβράνες Τις προηγούμενες δεκαετίες η υγρομόνωση με προκατασκευασμένα ασφαλτικά φύλλα, γινόταν με την μέθοδο των πολλαπλών στρώσεων ασφαλτικών φύλλων ή με τη χρήση ρευστής ασφάλτου. Την τελευταία δεκαετία γίνεται υγρομόνωση επιφανειών με δύο ή με μία και μόνη στρώση ασφαλτικού φύλλου. Αυτό οφείλεται κύρια σε δύο λόγους : Τη βελτίωση της ποιότητας των ασφαλτικών μιγμάτων με την προσθήκη ειδικών υλικών, που συντελούν στην αύξηση της διάρκειας ζωής και τη βελτίωση των χαρακτηριστικών τους, με αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη αξιοπιστία της υγρομόνωσης διπλής ή και μονής στρώσης. Τις τεχνικές βελτίωσης των γραμμών παραγωγής προκατασκευασμένων ασφαλτικών φύλλων, που είχαν σαν αποτέλεσμα τη χρησιμοποίηση οπλισμών με υψηλά τεχνικά χαρακτηριστικά και την παραγωγή φύλλων μεγάλου πάχους. ΔΟΚΙΜΕΣ ΤΗΣ ΑΣΦΑΛΤΟΥ Οι κυριότεροι έλεγχοι που γίνονται στην άσφαλτο είναι: Το ιξώδες που ορίζεται με το βαθμό διείσδυσης (100g για 5s στους 25 Ο C). Η θερμοκρασία στην οποία η άσφαλτος αποκτά ορισμένο βαθμό μαλάκυνσης και ορίζεται με το σημείο μάλθωσης (AASHOT 49). Το σημείο ανάφλεξης της ασφάλτου (AASHOT 53). Ολκιμότητα σε 25οC (AASHOT 48). Τέφρα % κ.β. (AASHOT 47). Διαλυτότητα σε οργανικούς διαλύτες (διθειάνθρακα, τετραχλωράνθρακα κλπ) % κ.β. (AASHOT 45). ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 7

ΑΔΡΑΝΗ ΣΤΟ ΑΣΦΑΛΤΟΣΚΥΡΟΔΕΜΑ Ο ρόλος τους στο ασφαλτικό σκυρόδεμα είναι καταλυτικός. Μεταφέρουν τα φορτία στα υποκείμενα στρώματα με την ελάχιστη δυνατή συνδρομή του ασφαλτικού συνδετικού, ενώ προσδίδουν ειδικές ιδιότητες ανάλογα με τη χρήση και τις απαιτήσεις του σχεδιασμού. Η πιο κοινή περίπτωση ασφαλτικών σκυροδεμάτων είναι αυτά που παρασκευάζονται με την εν θερμώ ανάμιξη αδρανών υλικών και ασφαλτικού συνδετικού σε συγκροτήματα ανάμιξης. Τα αδρανή υλικά, αφού αναμιχθούν, διέρχονται από ξηραντήρα και ακολούθως, κοσκινίζονται για να διαχωριστούν σε κλάσματα ανάλογα με το μέγεθός τους και αποθηκεύονται σε ενδιάμεσα σιλό. Οι ποσότητες των αδρανών, οι οποίες απαιτούνται για κάθε μίγμα, ζυγίζονται και τροφοδοτούν τον αναμικτήρα του συγκροτήματος, όπου ανακατεύονται βίαια με ταυτόχρονο ψεκασμό του θερμού ασφαλτικού συνδετικού σύμφωνα με τους κανονισμούς. Ανάλογα με την χρήση, για την οποία προορίζονται, προδιαγράφονται επιτρεπτά όρια για τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητές τους (Πίνακες 1, 2, 3, 4). Οι κρίσιμες παράμετροι, οι οποίες χαρακτηρίζουν ένα αδρανές υλικό για χρήση σε ασφαλτικό μίγμα είναι: η κοκκομετρική διαβάθμιση οι προσμίξεις η σαθρότητα του πετρώματος η απορροφητικότητα η χημική συγγένεια με το ασφαλτικό συνδετικό. Αναλυτικότερα: Ανάλογα με τη χρήση, το μίγμα των αδρανών θα πρέπει να έχει κάποια κοκκομετρική διαβάθμιση που θα του προσδώσει συγκεκριμένες ιδιότητες, σύμφωνα με τη μελέτη σύνθεσης. Τα αδρανή θα πρέπει να προσκομίζονται σε όσο το δυνατόν περισσότερες διαφορετικές διαβαθμίσεις μεγέθους. Τα αδρανή για ασφαλτικά σκυροδέματα θα πρέπει να προσκομίζονται σε δύο κλάσματα τουλάχιστον, για τις ασφαλτικές βάσεις, όταν δεν είναι γενικά ομοιόμορφα. Πρέπει να είναι απαλλαγμένα από επιβλαβείς αργιλικές και οργανικές προσμίξεις, επικαλύψεις των κόκκων, σβόλους και εύθρυπτα τεμάχια. Ειδικά οι αργιλικές προσμίξεις είναι ισχυρά υδρόφιλες, με τάση διόγκωσης. Τα χονδρόκοκκα κλάσματα θα πρέπει να είναι απαλλαγμένα από αποσαθρωμένα τεμάχια και περιβλήματα. Μ αυτό τον τρόπο εξασφαλίζεται η αντοχή του ασφαλτοτάπητα στην απότριψη της επιφάνειάς του από τους τροχούς των οχημάτων και αποφεύγεται η ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 8

αυλάκωση και αποδιοργάνωση του οδοστρώματος. Το πορώδες των υλικών πρέπει να είναι μικρό, ώστε να μην απορροφούν άσφαλτο εσωτερικά. Σε αντίθετη περίπτωση την άσφαλτο που θα απορροφήσουν θα την αποβάλουν αργότερα κατά τη λειτουργία του έργου και θα δημιουργήσουν λεία επιφάνεια στο οδόστρωμα. Πρέπει να παρουσιάζουν αυξημένη αντίσταση στην αφαίρεση της ασφαλτικής μεμβράνης, όπως ο ασβεστόλιθος, οι δολομίτες και οι πυριτικοί σχιστόλιθοι. Μη κατάλληλα αδρανή θεωρούνται ο χαλαζίας και μερικοί γρανίτες. ΠΙΝΑΚΑΣ 1: Δειγματοληψία Ποσότητα Συνήθης πρακτική Ελάχιστη συχνότητα 30 40kg α. Καθημερινά β. 3-5 ημέρες πριν την παραγωγή γ. Σε αλλαγή πηγής ή ποιότητας ελέγχου Προηγείται όλων των δοκιμών Όρια υλικού (ΠΤΠ) Κοκκομετρία Κόσκινο Συνολικό (mm) Διερχόμενο (%) 63,5 100 38,1 35-70 19,1 0-15 2,38 0-5 0.075 0-3 Παιπάλη Μικρότερη του 3% προσδιοριζόμενη σε κόσκινο 0,074mm ΠΙΝΑΚΑΣ 2: Στοιχεία κοκκομετρίας Συχνότητα ελέγχου (ΠΤΠ) 1. Καθημερινά για εσωτερικό έλεγχο από τα παραλαμβα νόμενα φορτία και τα σιλό 2. Τουλάχιστον 3-5 μέρες νωρίτερα από την έναρξη της παραγωγής. 3. Όταν υπάρχει αλλαγή της πηγής ή της ποιότητας. 4.Χονδρόκοκκα αδρανών σε μεγάλους σωρούς απαιτούν συχνές κοκκομετρήσεις Όρια υλικού (ΕΛΟΤ ΕΝ 13043) Επιτρέπεται μίγμα 2 γειτονικών διαβαθμίσεων. Το υλικό προσδιορίζεται με 2 χαρακτηριστικές διαστάσεις και με τις επιτρεπτές ανοχές ως προς το ολικό διερχόμενο. Η παιπάλη προσδιορίζεται σε κόσκινο 0,063 mm. Συχνότητα ελέγχου (ΕΛΟΤ ΕΝ 13043) Κάθε εβδομάδα Δοκιμή Los Angeles με βάση τις ΠΤΠ 35% Δεν υπάρχει σαφές όριο επιτρεπτής διακύμανσης στα τμήματα του υλικού ΠΙΝΑΚΑΣ 3: Φυσικά χαρακτηριστικά Συχνότητα ελέγχου (ΠΤΠ) α. Τουλάχιστον 3-5 μέρες νωρίτερα από την έναρξη της παραγωγής του ασφαλτικού σκυροδέματος. β. Όταν υπάρχει αλλαγή της πηγής ή της ποιότητας. Δοκιμή Los Angeles με βάση ΕΛΟΤ ΕΝ 13043 Προδιαγράφεται η κατηγορία. Είναι η δοκιμή αναφοράς για την αντοχή σε φθορά του αδρανούς. Κατη γορία LA Κατηγορία LA LA 15 15 LA 30 30 LA 20 20 LA 40 40 LA 25 25 LA 50 50 LA δηλωθείσα > 50 Συχνότητα ελέγχου ΕΛΟΤ ΕΝ 13043 Κάθε χρόνο ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 9

Όρια υλικού (ΠΤΠ) Κοκκώδεις ουσίες-οργανικά Πρέπει να είναι χωρίς αποσα- θρωμένα τεμάχια, αργιλικές επικαλύψεις και σβώλους και γενικά περιβλήματα και προ -σμίξεις που επηρεάζουν την ευστάθεια και την αντοχή του ασφαλτικού σκυροδέματος. Πετρογραφικά χαρακτηρ/κά Δεν υπάρχουν συστάσεις ΠΙΝΑΚΑΣ 4: Χημικά χαρακτηριστικά Όρια υλικού ΕΛΟΤ ΕΝ 13043 Προσδιορίζεται όταν χρειαστεί. Κατηγορία Ιδιότητα C0,1 0,1 C0,5 0,5 C δηλωθείσα > 0,5 Η εξέταση θα δείξει την πιθανή ύπαρξη ασθενών ή ισχυρά απορροφητικών κόκκων, επικίνδυνων για την ανθεκτικότητα σε ψύξη-απόψυξη. Σε αυτή την περίπτωση πρέπει να ελέγχονται τα σχετικά χαρακτηριστικά του υλικού. Πρέπει να αποφεύγονται: σχίστης, μίκα, φυλίτης, κιμωλία, μάργα, σχιστόλιθος, πυρόλιθος, μεταμορφωσιογενής πορόλιθος ή κόκκοι συσσωματωμένοι με άργιλο. Συχνότητα ελέγχου Κάθε χρόνο Κάθε 5 χρόνια ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΤΕΣ ΤΗΣ ΑΣΦΑΛΤΟΥ 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 ευαισθησίαςευπάθειας 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 5. ΓΗΡΑΝΣΗ ΤΗΣ ΑΦΑΛΤΟΥ Η άσφαλτος για να διατηρεί τις συνδετικές της ικανότητες πρέπει να παραµένει πλαστική. Μέρος της πλαστικότητας της χάνεται όταν η άσφαλτος µε µορφή λεπτού υµένα εκτίθεται σε καιρικές επιδράσεις. Τότε λέµε ότι η άσφαλτος γέρασε. Η γήρανση της ασφάλτου και η ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 10

προοδευτική σκλήρυνση της µέσα στην επίστρωση του οδοστρώµατος προκαλεί ρωγµές µε τριχοειδή µορφή, που µε την πάροδο του χρόνου ανοίγουν και επιτρέπουν την δίοδο νερού στο οδόστρωµα, µε αποτέλεσµα την µείωση της φέρουσας ικανότητας της βάσεως του οδοστρώµατος. Επίσης, σε χαµηλές θερµοκρασίες, το νερό που εισήλθε στο σώµα της οδού, πήζει και προκαλεί θραύση του οδοστρώµατος. Η κύρια αιτία της γήρανσης της ασφάλτου είναι η οξείδωση και η εξαφάνιση των πτητικών συστατικών της. Η επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, η σκλήρυνση λόγω ηλικίας και η έκπλυση από το νερό συµβάλλουν επίσης στη γήρανση της ασφάλτου. Η επιφανειακή οξείδωση της ασφάλτου στις κατασκευές προέρχεται και από την επίδραση του φωτός, τη φωτοοξείδωση και είναι περισσότερο έντονη στις ελαφρές ασφαλτικές επαλείψεις. Οι δοκιμές γήρανσης είναι: Δοκιμή λεπτού υμένα σε φούρνο - Τhin-Film Oven (TFO) Τest [AASHTO T 179] Δοκιμή κινούμενου λεπτού υμένα σε φούρνο - Rolling Thin-Film Oven (RTFO) Test [AASHTO T 240] Δοκιμή γήρανσης σε δοχείο πίεσης - Pressure Aging Vessel (PAV) Test [AASHTO PP1] Πίνακας 5: Βελτιώσεις που επέρχονται µε τη χρήση τροποποιητών ασφάλτου* Βελτιώσεις Ελαστοµερή (SBS, κλπ) Πλαστοµερή (EVA κλπ) Θερµοσκληρυνόµενα (ρητίνες) Παραµένουσα παραµόρφωση Ναι Ναι Ναι - 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 Βλαβερό όταν λόγω εάν δεν ωριµάσει λεπτότητα υπερθερµανθεί *Standards for Highway Works, UK (1999) ς υλικού Ίνες ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 11

Άσκηση 1 ΔΟΚΙΜΗ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ ΣΤΑ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ 1.1. Γενικά 1.2. Συσκευή 1.3. Πειραματική διαδικασία 1.4. Αποτελέσματα 1.5. Υπολογισμός ιξώδους από μετρήσεις διείσδυσης 1.1 ΓΕΝΙΚΑ Η αύξηση της περιεκτικότητας των ασφαλτικών υλικών σε ασφαλτένια και μαλτένια, αυξάνει τον δείκτη διεισδυτικότητας της ασφάλτου, Pen. Όσο μικρότερος είναι ο δείκτης, τόσο πιο ευαίσθητη είναι η άσφαλτος σε θερμοκρασιακές μεταβολές, ενώ παράλληλα αυξάνεται η δυσκαμψία του ασφαλτικού σκυροδέματος και η συγκολλητική ικανότητα της ασφάλτου. Η αύξηση της δυσκαμψίας του ασφαλτικού σκυροδέματος βελτιώνει την ικανότητα της στρώσης για κατανομή και μεταβίβαση του φορτίου στις υποκείμενες στρώσεις και στο έδαφος, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η κατασκευαστική αντοχή του οδοστρώματος και η διάρκεια της ζωής του. Μ αυτόν τον τρόπο θα ήταν δυνατή η μείωση του πάχους του οδοστρώματος για την ίδια διάρκεια ζωής. Οι άσφαλτοι οδοποιίας, ταξινομούνται με βάση το βαθμό διεισδυτικότητάς τους και οι πιο συνηθισμένοι τύποι είναι 20/30, 60/70, 80/100, 120/150 και 180/200. Η «μαλακότερη» άσφαλτος είναι αυτή που έχει τον μεγαλύτερο βαθμό διεισδυτικότητας και η «σκληρότερη» αυτή που έχει τον μικρότερο βαθμό διεισδυτικότητας, δηλαδή η 60/70 είναι σκληρότερη από την 80/100. Η δοκιμή γίνεται σύμφωνα με το αντίστοιχο πρότυπο. Σκοπός της δοκιμής είναι ο προσδιορισμός της απόστασης, σε δέκατα του χιλιοστού, την οποία διανύει η πρότυπη βελόνα με διείσδυση κάθετα στο δείγμα, σε καθορισμένες συνθήκες θερμοκρασίας, φορτίου και χρόνου. Το βάθος της διείσδυσης μετράται σε μονάδες του 0,1 mm και αναφέρεται ως μονάδες διείσδυσης (pen) (π.χ. εάν η βελόνη διεισδύσει 8 mm, ο αριθμός διείσδυσης pen της ασφάλτου είναι 80). 1.2 ΣΥΣΚΕΥΗ Η συσκευή διείσδυσης των ασφαλτικών υλικών (Σχήμα 1.1) επιτρέπει την κίνηση του στελέχους, που φέρει τη βελόνα, χωρίς σημαντικές τριβές και επίσης φέρει διάταξη, η οποία δίνει απευθείας τη διείσδυση σε δέκατα του χιλιοστού. Το συνολικό βάρος της βελόνας και του στελέχους είναι 50g. Με την προσθήκη πρόσθετων βαρών είναι δυνατόν το συνολικό βάρος της φόρτισης να γίνει 100 ή και 200g. Το στέλεχος της συσκευής φέρει βελόνα κατασκευασμένη από ανοξείδωτο χάλυβα με μήκος 50,8mm και διάμετρο 1mm. Το δοκίμιο, το οποίο εξετάζεται, τοποθετείται στον υποδοχέα της συσκευής. Ο υποδοχέας είναι κυλινδρικό μεταλλικό δοχείο με επίπεδο πυθμένα. Η χωρητικότητα του υποδοχέα είναι 85cm 3, η εσωτερική διάμετρός του 55mm και το εσωτερικό ύψος του 3mm. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 12

Για την εκτέλεση της δοκιμής απαιτείται κατάλληλο υδατόλουτρο, στο οποίο, ελέγχεται η θερμοκρασία της δοκιμής με ανοχή ± 0,1 C. Ο όγκος του νερού δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 10lt. Το βάθος του υδατόλουτρου πρέπει να είναι τέτοιο, ώστε να επιτρέπει τη βύθιση δείγματος σε βάθος τουλάχιστον 10cm. Η συσκευή συνοδεύεται από θερμόμετρο κατάλληλα βαθμολογημένο και από χρονόμετρο με ακρίβεια 0,1s (Σχήμα 1.2) Σχήμα 1.1: Συσκευή διείσδυσης http://www.tpub.com/content/engineering Σχήμα 1.2: Υδατόλουτρο για διείσδυση http://www.koehlerinstrument.com 1.3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Το δείγμα θερμαίνεται προσεκτικά μέχρις ότου να γίνει ρευστό. Ακολούθως, ανακατεύεται συνεχώς για να αποφευχθεί η δημιουργία φυσαλίδων και η θερμοκρασία του δείγματος αυξάνεται κατά 100 C περίπου πάνω από το σημείο μάλθωσής του. Ο υποδοχέας γεμίζεται με το υλικό, ψύχεται σε συνθήκες περιβάλλοντος για 1-1,5 h. Στη συνέχεια το δείγμα τοποθετείται στο υδατόλουτρο, το οποίο έχει αποκτήσει τη σταθερή θερμοκρασία της δοκιμής και παραμένει εκεί για 1-1,5 h. Η δοκιμή πραγματοποιείται σε θερμοκρασία 25 C, με συνολικό βάρος 100g και χρόνο 5s. Είναι, όμως,δυνατόν η δοκιμή να πραγματοποιηθεί και σε διαφορετικές συνθήκες. Η βελόνα τοποθετείται στο στέλεχος του οργάνου και κάτω απ αυτή τοποθετείται ο υποδοχέας, ο οποίος περιέχει το δείγμα. Η βελόνα ρυθμίζεται, ώστε να εφάπτεται στην επιφάνεια του δείγματος. Στη συνέχεια ελευθερώνεται το στέλεχος και η βελόνα εισχωρεί στο δείγμα για 5s. Ακολούθως, μετακινείται προσεκτικά το κινητό στέλεχος του μετρητή διείσδυσης και προσδιορίζεται η ένδειξη του οργάνου. Για κάθε μέτρηση της διείσδυσης γίνονται τρεις διεισδύσεις σε σημεία, τα οποία να απέχουν τουλάχιστον 1cm τόσο από τα τοιχώματα του υποδοχέα, όσο και μεταξύ τους. Πριν από κάθε δοκιμή η βελόνα καθαρίζεται καλά με την βοήθεια κάποιου διαλύτη, όπως τετραχλωράνθρακα, πετρέλαιο κ.ά.. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 13

Στο σχήμα 1.3 δίδεται σχηματική παράσταση της δοκιμής διείσδυσης. Σχήμα 1.3: δοκιμή διείσδυσης http://www3.ntu.edu.sg/cts/tlab/001.pdf 1.4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Ως τιμή διείσδυσης του δείγματος αναφέρεται ο μέσος όρος των τριών τιμών διείσδυσης, όταν οι τιμές τους δε διαφέρουν από τις τιμές που αναγράφονται στον παρακάτω Πίνακα. Σε διαφορετική περίπτωση η δοκιμή επαναλαμβάνεται. Διείσδυση 0 49 50 149 150 248 > 250 Όρια μεταξύ μεγαλύτερης και μικρότερης τιμής 2 4 6 8 Σε περίπτωση επανάληψης της δοκιμής από τον ίδιο χειριστή τα αποτελέσματα πρέπει να διαφέρουν λιγότερο από 4%. Όταν η δοκιμή επαναληφθεί από άλλο εργαστήριο τα αποτελέσματα πρέπει να διαφέρουν το πολύ 10%. Η άσφαλτος κατατάσσεται στην αντίστοιχη κατηγορία με βάση την τιμή διείσδυσης. Η τιμή της διείσδυσης εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία αρχικής θέρμανσης, το μέγεθος της βελόνας, το βάρος που τοποθετείται στη βελόνα και τη θερμοκρασία δοκιμής. Χρήσιμες πληροφορίες για τη συμπεριφορά της ασφάλτου σε σχέση με τη μεταβολή της θερμοκρασίας λαμβάνονται από την επανάληψη της πειραματικής διαδικασίας σε διάφορες θερμοκρασίες. Η απεικόνιση των αποτελεσμάτων αυτών σε ημιλογαριθμική κλίμακα δίνει μια ευθεία γραμμή, η εξίσωση της οποίας έχει τη γενική μορφή: όπου : Τ το σημείο μάλθωσης της ασφάλτου α η κλίση της ευθείας log Pen = α T + β (1) ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 14

β παράμετρος που εκφράζει την σκληρότητα της ασφάλτου. Η κλίση α δίνει το μέτρο της θερμικής ευαισθησίας της ασφάλτου και λαμβάνει τιμές από 0,015 0,06. Η διακύμανση των τιμών δείχνει σημαντική θερμική ευαισθησία και για τον λόγο αυτό επινοήθηκε ο δείκτης διείσδυσης (ΡΙ). Για ασφάλτους οδοποιϊας η θερμική ευαισθησία θεωρείται μηδέν και ο ΡΙ ορίζεται ως ακολούθως: 50α = (20 ΡΙ) (10 + ΡΙ) Οι τιμές του ΡΙ κυμαίνονται από -3 έως 7. Επιπρόσθετα το α μπορεί να προσδιορισθεί από μετρήσεις διείσδυσης με γραμμική παρεμβολή σε δύο θερμοκρασίες από τη σχέση (1) ως ακολούθως: α = (logpent1 logpent2) (T1 T2) Η συνεκτικότητα του ασφαλτικού στο σημείο μάλθωσης μπορεί να εκφρασθεί με όρους διείσδυσης και ως εκ τούτου για T 2 = σημείο μάλθωσης, μετράται η διείσδυση, υπολογίζεται το α και το ΡΙ. Η συσχέτιση της διείσδυσης (Pen), του δείκτη διείσδυσης (ΡΙ) και του σημείου μάλθωσης εκφράζονται σε νομογραφήματα για εύκολο υπολογισμό του ΡΙ (Δες The SHELL Bitumen Industrial Handbook ). 1.5. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΙΞΩΔΟΥΣ ΑΠΟ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗΣ (*) Χρησιμοποιείται η δοκιμή διείσδυσης σύμφωνα με τον κανονισμό ASTM D 5 για μέτρηση της διείσδυσης. Για τιμές διείσδυσης μικρότερες ή ίσες του 54 ισχύει: μ = 1, 559719x109 ln [0, 0275/(3, 94x106(Pen) + 0, 000075)] (Pen) 2 Για τιμές διείσδυσης μεγαλύτερες του 54 ισχύει: μ = 1, 559719x109 ln [0, 0275/(0, 00000057244/(Pen))] (Pen) 2 Τα δεδομένα του παρακάτω πίνακα έχουν υπολογισθεί με τις παραπάνω εξισώσεις υπολογισμού του ιξώδους. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 15

Pen Ιξώδες (poise) Pen Ιξώδες (poise) 20 2.02 10 7 48 3,15 10 6 21 1,83 10 7 49 3,01 10 6 22 1,66 10 7 50 2,88 10 6 23 1,51 10 7 51 2,76 10 6 24 1,38 10 7 52 2,65 10 6 25 1,26 10 7 53 2,54 10 6 26 1,16 10 7 54 2,44 10 6 27 1,07 10 7 55 2,35 10 6 28 9,95 10 6 56 2,26 10 6 29 9,24 10 6 57 2,17 10 6 30 8,59 10 6 58 2,09 10 6 31 8,02 10 6 59 2,02 10 6 32 7,49 10 6 60 1,95 10 6 33 7,02 10 6 61 1,88 10 6 34 6,59 10 6 62 1,81 10 6 35 6,19 10 6 63 1,75 10 6 36 5,83 10 6 64 1,70 10 6 37 5,50 10 6 65 1,64 10 6 38 5,19 10 6 66 1,59 10 6 39 4,91 10 6 67 1,54 10 6 40 4,65 10 6 68 1,49 10 6 41 4,41 10 6 69 1,45 10 6 42 4,19 10 6 70 1,40 10 6 43 3,98 10 6 71 1,36 10 6 44 3,79 10 6 72 1,32 10 6 45 3,61 10 6 73 1,28 10 6 46 3,45 10 6 74 1,25 10 6 47 3,29 10 6 75 1,21 10 6 (*) ftp://ftp.dot.state.tx.us/pub/txdot-info/cst/tms/500-c_series/pdfs/aph535.pdf ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 16

Άσκηση 2 ΔΟΚΙΜΗ ΜΑΛΘΩΣΗΣ ΑΣΦΑΛΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ (AASHTO T51-08) 2.1. Γενικά 2.2. Όργανο 2.3. Εκτέλεση της δοκιμής 2.4. Αποτελέσματα 2.1. ΓΕΝΙΚΑ Η άσφαλτος είναι θερμοπλαστικό, μη ομοιογενές σώμα και συνεπώς δεν παρουσιάζει σαφές σημείο τήξης. Η δοκιμή μάλθωσης των ασφαλτικών υλικών προσδιορίζει το σημείο μάλθωσης. 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 12591 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. 2.2. ΟΡΓΑΝΟ Το όργανο, που χρησιμοποιείται για τη δοκιμή μάλθωσης των ασφαλτικών υλικών και η διάταξή του φαίνεται στο σχήμα 2.1 και αποτελείται από ορειχάλκινο δακτύλιο, χαλύβδινη σφαίρα, γυάλινο δοχείο και θερμόμετρο με κλίμακα από -2 έως 80 ο C. 2.3. ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΗΣ ΔΟΚΙΜΗΣ Οι δακτύλιοι τοποθετούνται πάνω σε ορειχάλκινη πλάκα, η οποία προηγουμένως έχει αλειφθεί με αντικολλητική ουσία. Το δείγμα θερμαίνεται με προσοχή, ανακατεύεται συνεχώς και όταν γίνει ρευστό τοποθετείται στους δακτύλιους. Το επιπλέον υλικό απομακρύνεται από τους δακτύλιους με τη βοήθεια θερμής σπάτουλας και το δείγμα ψύχεται για τουλάχιστον 30 min και όχι περισσότερο από 240 min. Το γυάλινο δοχείο (8,5 Χ 12 cm) γεμίζεται με αποσταγμένο νερό με θερμοκρασία 5±1 C. Για ασφαλτικά υλικά που το σημείο μάλθωσής τους είναι 80 ο C ή και μικρότερο στο γυάλινο δοχείο χρησιμοποιείται αποσταγμένο νερό. Όταν η δοκιμή γίνεται σε ασφαλτικά υλικά με σημείο μάλθωσης μεγαλύτερο από 80 ο C, χρησιμοποιείται γλυκερίνη αντί για αποσταγμένο νερό. Η θερμοκρασία στην αρχή της δοκιμής για την περίπτωση αυτή θα είναι 32 ο C. Οι δακτύλιοι με το δείγμα, καθώς και οι χαλύβδινες σφαίρες (διάμετρος 9,53mm και βάρος 3,43 έως 3,55 g) τοποθετούνται στη συσκευή. Η συσκευή εμβαπτίζεται στο λουτρό και θερμαίνεται με ταχύτητα αύξησης της θερμοκρασίας κατά 5 C/min. Η βάση των δακτυλίων πρέπει να βρίσκεται σε απόσταση 2,54cm πάνω από την επιφάνεια της πλάκας της βάσης, η δε απόσταση της πλάκας της βάσης και του πυθμένα του λουτρού κυμαίνεται από 7,27 έως 7,90cm. Το βάθος του υγρού στο λουτρό δεν μπορεί να είναι μικρότερο από 10cm. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 17

(α) Σχήμα 2.1: Συσκευή μάλθωσης: (α) αρχή της δοκιμής, (β) τέλος της δοκιμής http://www.cdeep.iitb.ac.in/nptel/civil%20engineering/transportation%20engg%20i/23-ltexhtml/nptel_cetei_l23.pdf (β) Με την αύξηση της θερμοκρασίας του λουτρού και του δείγματος, το δείγμα γίνεται πιο ρευστό με αποτέλεσμα,υπό την επίδραση του βάρους της χαλύβδινης σφαίρας, το υλικό να αγγίξει την πλάκα της βάσης της συσκευής. Ως θερμοκρασία μάλθωσης λαμβάνεται η θερμοκρασία κατά τη στιγμή όπου το δείγμα αγγίζει την πλάκα. Όταν ο προσδιορισμός εκτελείται ταυτοχρόνως με δύο δακτυλίους, η μέγιστη επιτρεπόμενη διαφορά μεταξύ των τιμών της θερμοκρασίας είναι 1 C. Στην περίπτωση του διπλού προσδιορισμού, ως σημείο μάλθωσης λαμβάνεται ο μέσος όρος των μετρήσεων. 2.4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τα ασφαλτικά υλικά με χαμηλό σημείο μάλθωσης είναι, γενικά, πιο «μαλακά» και συμπεριφέρονται ως ρευστά. Αντιθέτως, τα υλικά με υψηλό σημείο μάλθωσης έχουν καλύτερες ιδιότητες. Υπάρχει άμεση σχέση μεταξύ του σημείου μάλθωσης και της διείσδυσης. Όσο υψηλότερο είναι το σημείο μάλθωσης μιας ασφάλτου, τόσο μικρότερη τιμή διείσδυσης παρουσιάζει, ενώ έχουν προσδιοριστεί πειραματικά εμπειρικές σχέσεις, οι οποίες συνδέουν το σημείο μάλθωσης με το σημείο διείσδυσης. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 18

Άσκηση 3 ΜΕΤΡΗΣΗ ΟΛΚΙΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΑ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ 3.1. Γενικά 3.2. Όργανο 3.3. Διαδικασία 3.1. ΓΕΝΙΚΑ Στη δοκιμή για τον προσδιορισμό της ολκιμότητας μετράται η επιμήκυνση του ασφαλτικού υλικού μέχρις ότου θραυστεί σε κατάλληλη συσκευή. Η δοκιμή εφελκυσμού γίνεται σε θερμοκρασία 25 ο C με ταχύτητα 5cm/s, ενώ η δοκιμή σε χαμηλές θερμοκρασίες γίνεται σε θερμοκρασία 4 ο C με ταχύτητα 1 cm/s και μετράται ως η απόσταση σε cm που ένα δείγμα υλικού με ορισμένα χαρακτηριστικά, θα επιμηκυνθεί χωρίς να σπάσει. Σε πολλές εφαρμογές, η ολκιμότητα θεωρείται ως μία σημαντική ιδιότητα των ασφαλτικών υλικών. Ασφαλτικά με μεγάλη τιμή όλκιμου αποκολλώνται πιο εύκολα. Εν τούτοις ασφαλτικά με πολύ μεγάλες τιμές ολκιμότητας είναι περισσότερο ευάλωτα στις αλλαγές της θερμοκρασίας. 3.2. ΟΡΓΑΝΟ Τo όργανο, που χρησιμοποιείται, είναι η συσκευή εφελκυσμού με μήτρα δοκιμής και υδατόλουτρο. Ως συσκευή εφελκυσμού είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί οποιαδήποτε συσκευή, η οποία είναι κατασκευασμένη με τέτοιο τρόπο, ώστε το δοκίμιο να βρίσκεται συνέχεια εμβαπτισμένο μέσα στο νερό και οι λαβές της μήτρας να κινούνται με ομοιόμορφη ταχύτητα χωρίς υπερβολική δόνηση (σχήμα 3.1). Σχήμα 3.1: Συσκευή εφελκυσμού σε υδατόλουτρο http://www.gewscientific.com Η μήτρα δοκιμής έχει την μορφή οκταρίου και είναι κατασκευασμένη από ορείχαλκο (Σχήμα 3.2). Οι διαστάσεις της μήτρας πρέπει να είναι τέτοιες, ώστε όταν συναρμολογηθεί να προκύπτει δοκίμιο με τις παρακάτω διαστάσεις: Ολικό μήκος: 7,45 7,55cm Απόσταση μεταξύ λαβών: 2,87 3,03cm Πλάτος στο στόμιο της λαβής: 1,98 2,02cm Πλάτος ελάχιστης εγκάρσιας διατομής: 0,99 1,01cm Το υδατόλουτρο πρέπει να διατηρεί σταθερή τη θερμοκρασία δοκιμής με ακρίβεια ± 0,1ºC. Ο όγκος του νερού δεν πρέπει να είναι μικρότερος από 10L και το δοκίμιο να εμβαπτίζεται σε βάθος όχι μικρότερο από 10cm. Η στήριξη του δοκιμίου κατά τη διάρκεια της δοκιμής γίνεται σε διάτρητο πλέγμα,το οποίο απέχει από τον πυθμένα του λουτρού τουλάχιστον 5cm. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 19

Σχήμα 3.2: Μήτρα δοκιμής για έλεγχο ολκιμότητας ασφαλτικών http://www.koehlerinstrument.com/products/k80040.html 3.3. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Το υλικό, το οποίο πρόκειται να δοκιμαστεί, προετοιμάζεται σε κατάλληλη θερμοκρασία(75 100 ο C πάνω από το σημείο μάλθωσης) μέχρις ότου ρευστοποιηθεί μέσα σε ελαιόλουτρο. Στη συνέχεια, τοποθετείται στη μήτρα και στερεοποιείται στη θερμοκρασία δοκιμής, μέσα στο υδατόλουτρο, μέχρι την εκτέλεση της δοκιμής. Η μήτρα δοκιμής αλείφεται στις εσωτερικές επιφάνειες με γλυκερίνη ώστε να αποφευχθεί η προσκόλληση πάνω σε αυτές της ασφάλτου. Η μήτρα της δοκιμής τοποθετείται στο υδατόλουτρο επάνω στο κατάλληλο πλέγμα και τα άκρα της τοποθετούνται στη συσκευή εφελκυσμού. Ακολούθως, επιβάλλεται η εφελκυστική δύναμη σύμφωνα με τους κανονισμούς, ώστε η ταχύτητα εφαρμογής στο δοκίμιο να είναι σταθερή. Η ταχύτητα εφαρμογής, εξαρτάται όμως, από τη θερμοκρασία της δοκιμής και μ αυτόν τον τρόπο προσδιορίζεται η επιμήκυνση του δοκιμίου μέχρι την θραύση του. Η επιμήκυνση αυτή αποτελεί το δείκτη, ο οποίος προσδιορίζει την ολκιμότητα του δοκιμίου. Σχηματική παράσταση της πειραματικής διαδικασίας στη δοκιμασία ολκιμότητας δίδεται στο σχήμα 3.3. Αναπαράσταση της πειραματικής διαδικασίας δίδεται στη διεύθυνση: http://www.youtube.com/watch?v=wamgntjdtve Σχήμα 3.3: Δοκιμασία ολκιμότητας ασφαλτικών http://www.cdeep.iitb.ac.in/nptel/civil%20engineering/transportation%20engg%20i/23-ltexhtml/nptel_cetei_l23.pdf ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 20

Άσκηση 4 ΔΟΚΙΜΗ ΑΝΑΦΛΕΞΗΣ 4.1. Γενικά 4.2. Όργανο 4.3. Πειραματική διαδικασία 4.1. ΓΕΝΙΚΑ Σκοπός της δοκιμής αυτής είναι ο προσδιορισμός της θερμοκρασίας ανάφλεξης της ασφάλτου για την αποφυγή ανάφλεξης κατά την επεξεργασία της. Η δοκιμή γίνεται σύμφωνα με το αντίστοιχο πρότυπο AASHTO T53-06. 4.2. ΟΡΓΑΝΟ Το όργανο, που χρησιμοποιείται για τη δοκιμή ανάφλεξης ασφαλτικών υλικών, είναι ένας ανοικτός δοκιμαστήρας Cleveland (Σχήμα 4.1), ο οποίος αποτελείται από το δοχείο του δείγματος, τη θερμαινόμενη πλάκα το μηχανισμό εφαρμογής δοκιμαστικής φλόγας, καθώς και ένα θερμόμετρο με κλίμακα από -6 μέχρι 400 C. Σχήμα 4.1: Δοκιμαστήρας Cleveland ανοικτού τύπου http://www.cannoninstrument.com 4.4. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Γεμίζεται το δοχείο με το ασφαλτικό υλικό, το οποίο πρόκειται να ελεγχθεί μέχρι τη χαραγή και ανακατεύεται το δείγμα, ώστε να αποφευχθεί η δημιουργία φυσαλίδων. Αρχίζει να λειτουργεί η δοκιμαστική φλόγα κοντά στην επιφάνεια του δείγματος και παράλληλα αρχίζει η θέρμανση του δείγματος με τέτοιο ρυθμό, ώστε η θερμοκρασία του να ανέρχεται κατά 14 17 C στο λεπτό. Όταν η θερμοκρασία του δείγματος φτάσει περίπου 56 C κάτω από το αναμενόμενο σημείο ανάφλεξης, τότε ελαττώνεται η ταχύτητα αύξησης θερμοκρασίας σε 5 6 C το λεπτό. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 21

Η δοκιμαστική φλόγα τοποθετείται πάνω από το δείγμα με χρόνο παραμονής της φλόγας περίπου 1s. Σε κάθε μεταβολή της θερμοκρασίας του δείγματος κατά 2 C επαναλαμβάνεται η επαφή της φλόγας στην επιφάνεια του δείγματος, μέχρις ότου να εμφανιστεί λάμψη σε όλη την επιφάνειά του. Στο σημείο αυτό δεν πρέπει να γίνεται σύγχυση της πραγματικής ανάφλεξης με το γαλάζιο φωτοστέφανο, το οποίο σχηματίζεται μερικές φορές γύρω από το δείγμα. Η θερμοκρασία αυτή είναι η θερμοκρασία ανάφλεξης του δείγματος. Η αύξηση της θερμοκρασίας συνεχίζεται μέχρι να ανάψει και η φλόγα συνεχίζει να καίει για τουλάχιστον 5s και τότε προσδιορίζεται το σημείο καύσης του ασφαλτικού υλικού. Όταν τα αποτελέσματα δύο δοκιμών, στο ίδιο εργαστήριο και από τον ίδιο χειριστή, διαφέρουν πάνω από 8 C η δοκιμή επαναλαμβάνεται. Το ίδιο ισχύει και όταν οι δοκιμές έγιναν σε διαφορετικά εργαστήρια και τα αποτελέσματά τους διαφέρουν περισσότερο από 17 C. Μετά το σημείο ανάφλεξης, η θέρμανση συνεχίζεται με ρυθμό αύξησης της θερμοκρασίας 5 6 ο C/min. Η δοκιμαστική φλόγα ρυθμίζεται ώστε να έχει διάμετρο 4mm περίπου. Στο σημείο που αρχίζει η καύση του υλικού, σημειώνεται η θερμοκρασία ως η θερμοκρασία καύσης της ασφάλτου. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 22

Άσκηση 5 ΔΟΚΙΜΗ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟΥ ΑΜΜΟΥ 5.1. Γενικά 5.2. Συσκευή 5.3. Αντιδραστήρια 5.4. Δείγμα 5.5. Διαδικασία 5.6. Υπολογισμοί 5.7. Εφαρμογές 5.1. ΓΕΝΙΚΑ Η δοκιμή του ισοδύναμου άμμου (sand equivalent) εκτελείται στο εργαστήριο ή το εργοτάξιο επί όλων των αδρανών υλικών που προορίζονται για κατασκευή υποβάσεων, βάσεων και ασφαλτικών επιστρώσεων οδών όπως και για την παρασκευή σκυροδεμάτων. Η δοκιμή αυτή γίνεται για να διαπιστωθεί η παρουσία επιβλαβών ποσοτήτων αργίλου στα αδρανή υλικά. Η παρουσία αργίλου στα αδρανή είναι ανεπιθύμητη γιατί : - προκαλεί διόγκωση μετά από κορεσμό του αδρανούς με νερό. - περιβάλλει τους κόκκους του αδρανούς με αποτέλεσμα να λειτουργεί ως λιπαντικό. Η δοκιμή γίνεται σε δείγμα υλικού διερχόμενο από το κόσκινο Νο 4 (άνοιγμα 4,75mm, άμμος ) και υπολογίζεται η κατ' όγκο σχέση της ποσότητας της αργίλου προς την ποσότητα των κόκκων της άμμου. 4.2. ΣΥΣΚΕΥΗ Αποτελείται από τα παρακάτω όργανα. 1. Διαφανή πλαστικό σωλήνα, εσωτερικής διαμέτρου 1 1/4in, βαθμολογημένο μέχρι τις 15in. 2. Ορειχάλκινο λεπτό σωλήνα που καταλήγει σε κωνική απόληξη που φέρει δύο οπές. 3. Πλαστική φιάλη χωρητικότητας 3,785L. ( 1 US gal ) 4. Πλαστικό λεπτό σωλήνα που συνδέει την φιάλη με τον ορειχάλκινο σωλήνα. 5. Πιεστικό στέλεχος που αποτελείται από μεταλλική ράβδο που στη μια άκρη καταλήγει σε βάση κωνικού σχήματος και στην άλλη σε κυλινδρικό βαρίδι συνολικού βάρους 1kg. 6. Μεταλλικό κυλινδρικό δοχείο χωρητικότητας 85 ±5cm 3. 7. Πλαστικό χωνί. 4.3. ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΙΑ Το υδατικό διάλυμα που χρησιμοποιείται περιέχει: - άνυδρο χλωριούχο ασβέστιο. - γλυκερίνη. - φορμαλδεϋδη. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 23

Το χλωριούχο ασβέστιο και η γλυκερίνη προστίθενται στο διάλυμα για να επιταχύνουν την καθίζηση των κόκκων της αργίλου, ενώ η φορμαλδεϋδη προστίθεται για αποστείρωση του διαλύματος. 4.4. ΔΕΙΓΜΑ Το προς δοκιμή υλικό λαμβάνεται από το διερχόμενο από το κόσκινο Νο 4 (άνοιγμα 4,75mm), το οποίο έχει προηγούμενα ξηρανθεί στους 105 C περίπου. 4.5. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Αφού γεμίσει η πλαστική φιάλη με το διάλυμα δοκιμής και τοποθετηθεί στη βάση της (σε ύψος 90cm από το τραπέζι εργασίας), μεταφέρεται με σιφώνιο στον ογκομετρικό σωλήνα υγρό μέχρι την χαραγή των 4in. Στη συνέχεια πληρούται με το δείγμα το μεταλλικό δοχείο και μεταφέρεται στον σωλήνα με την βοήθεια του χωνιού. Κατόπιν με ελαφρά κτυπήματα του πυθμένα του σωλήνα αποκολλώνται τυχόν φυσαλίδες που έχουν εγκλωβιστεί και διαβρέχεται πλήρως το δείγμα. Αφήνεται ο σωλήνας με το δείγμα σε ηρεμία για 10 λεπτά. Αφού κλείσει ο σωλήνας με το ελαστικό πώμα τοποθετείται στην ειδική συσκευή η οποία εκτελεί 90 παλινδρομικές κινήσεις σε 30s. Στη συνέχεια εισάγεται στον κύλινδρο ο ορειχάλκινος σωλήνας προσέχοντας αυτός να φτάσει μέχρι τον πυθμένα του κυλίνδρου. Ανοίγοντας τη στρόφιγγα αφήνεται να τρέξει το διάλυμα δοκιμής το οποίο ξεπλένει την άμμο από το αργιλώδες υλικό, το οποίο ανεβαίνει προς τα πάνω. Η παραπάνω διαδικασία συνεχίζεται, προσέχοντας να ξεπλυθεί πλήρως η άμμος, μέχρι η στάθμη του υγρού να φτάσει στη χαραγή των 15in. Ακολούθως αφήνεται ο σωλήνας σε ηρεμία για 20min. Μετά την παρέλευση των 20 min σημειώνεται το ύψος της αργίλου H. Εισάγεται με προσοχή το πιεστικό στέλεχος και σημειώνεται το ύψος της άμμου h. 4.6. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Το Ισοδύναμο άμμου ( S.E.) (ASTM D2419/1995 *, EN 933-8) υπολογίζεται από τη σχέση: Όταν το πηλίκο της διαίρεσης είναι δεκαδικός αριθμός, στρογγυλοποιείται στον προς τα πάνω ακέραιο αριθμό. Συνήθως η δοκιμή εκτελείται σε 3 δείγματα και ως τιμή του Ισοδύναμου Άμμου λαμβάνεται ο μέσος όρος των τριών δοκιμών, στρογγυλευμένος στον προς τα πάνω ακέραιο αριθμό. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 24

Υψηλή τιμή του ισοδύναμου άμμου σημαίνει υλικό με ελάχιστη περιεκτικότητα σε άργιλο. π.χ. άμμος ποταμού ή θαλάσσης. 4.7. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Η τιμή του Ισοδύναμου άμμου ( S.E.) των αδρανών, ανάλογα με τη χρήση τους, πρέπει να έχει τιμές μέσα στα όρια του παρακάτω πίνακα. Κ α τ η γ ο ρ ί α α δ ρ α ν ώ ν Υλικά κατασκευής ασφαλτικών σκυροδεμάτων σε κλειστές εγκαταστάσεις. (Π.Τ.Π. Α265) Αδρανή σκυροδεμάτων ( ΕΛΟΤ 408 ) Ελάχιστη τιμή S. E. - εξαιρετικών απαιτήσεων ή σε εξαιρετικά δυσμενείς συνθήκες περιβάλλοντος. 75 - επιμελημένης παραγωγής ή σε δυσμενείς συνθήκες περιβάλλοντος. 70 - συνήθων κατασκευών ή σε συνήθεις συνθήκες περιβάλλοντος. 65 55 ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 25

Άσκηση 6 6.1. Γενικά 6.2. Μηχανή Los Angeles 6.3. Φορτίο σφαιρών 6.4. Δείγμα 6.5. Δοκίμια 6.6. Τρόπος εργασίας 6.7. Υπολογισμοί ΔΟΚΙΜΗ LOS ANGELES 6.1. ΓΕΝΙΚΑ Ο προσδιορισμός της αντοχής των αδρανών υλικών σε τριβή και κρούση με τη μηχανή Los Angeles. Η δοκιμή αυτή, που επινοήθηκε και σχεδιάστηκε στο Εργαστήριο Δομικών της πόλης Los Angeles, θεωρείται η πιο κατάλληλη για τον προσδιορισμό της σκληρότητας, δυσθραυστότητας και ποσοστού μαλακών τεμαχίων των αδρανών υλικών από οποιαδήποτε άλλη δοκιμή για τους παρακάτω λόγους: Η δράση επί των αδρανών είναι πολύ ισχυρή, ώστε να αποκαλύπτεται οποιαδήποτε αδυναμία του υλικού. Είναι κατάλληλη τόσο για τα θραυστά όσο και για τα φυσικά αδρανή. Η δοκιμή είναι αρκετά σύντομη. Δεν επηρεάζεται από τη μεταβολή του ειδικού βάρους των αδρανών, εξ αιτίας της μεγάλης χωρητικότητας του κυλίνδρου της μηχανής. Περιορίζεται σημαντικά η επίδραση αυτού που εκτελεί τη δοκιμή. Η δοκιμή που περιγράφεται παρακάτω είναι σύμφωνη με το πρότυπο ASTM C 131, πρότυπο στο οποίο παραπέμπουν οι ισχύοντες ελληνικοί κανονισμοί. 6.2. ΜΗΧΑΝΗ LOS ANGELES Η μηχανή Los Angeles αποτελείται από ένα χαλύβδινο κύλινδρο, κλειστό στις βάσεις του, εσωτερικής διαμέτρου 710mm και μήκους 510mm. Η μηχανή στηρίζεται κατάλληλα ώστε να μπορεί να περιστρέφεται οριζόντια. Στην πλευρική επιφάνεια του κυλίνδρου υπάρχει θυρίδα από την οποία εισάγεται το δείγμα και η οποία κλείνει αεροστεγώς. Η θυρίδα είναι σχεδιασμένη έτσι που να διατηρεί την ίδια καμπυλότητα του κυλίνδρου. Στη εσωτερική επιφάνεια του κυλίνδρου υπάρχει χαλύβδινη προεξοχή μήκους όσο και αυτό του κυλίνδρου, πλάτους 89mm η οποία έχει την διεύθυνση της ακτίνας του κυλίνδρου και χρησιμεύει για την αναγκαστική πτώση των σφαιρών, οι οποίες αποτελούν το φορτίο κρούσης, από ύψος πάνω στα εξεταζόμενα αδρανή ( Σχήμα 6.1). 6.3. ΦΟΡΤΙΟ ΣΦΑΙΡΩΝ Εντός της μηχανής εισάγονται χαλύβδινες σφαίρες διαμέτρου περίπου 47,5mm και βάρους 390-445g η κάθε μία. Ο αριθμός καθώς και το συνολικό βάρος των σφαιρών που χρησιμοποιούνται εξαρτάται από τη διαβάθμιση του προς δοκιμή υλικού και δίνονται από τον παρακάτω πίνακα. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 26

Σχήμα 6.1: Διάταξη λειτουργίας της συσκευής Los Angeles http://www.ntua.gr/vitruvius/ty3.pdf Σχήμα 6.2: Συσκευή Los Angeles (Εργαστήριο Τεχνολογίας Υλικών ΓΤΘΕ/ΤΕΙ/Λ) Διαβάθμιση Αριθμός σφαιρών Βάρος φορτίου σφαιρών (g) A 12 5.000 Β 11 4.584 Γ 8 3.330 Δ 6 2.500 Ε 12 5.000 Ζ 12 5.000 Η 12 5.000 6.4. ΔΕΙΓΜΑ Το προς δοκιμή δείγμα επιλέγεται από καθαρό αδρανές υλικό, αφού ξηρανθεί αυτό στους 105-110 C μέχρι σταθερού βάρους. Η ποσότητα του δείγματος όπως και η κατάλληλη διαβάθμιση επιλέγεται όπως περιγράφεται στην παράγραφο 6.5. Πρέπει δε η διαβάθμιση αυτή να είναι η πλησιέστερη του προς εξέταση αδρανούς. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 27

6.5. ΔΟΚΙΜΙΑ Ανάλογα με την κοκκομετρική διαβάθμιση των αδρανών υλικών, καθορίζεται από τον αντίστοιχο κανονισμό η ποσότητα του δείγματος των αδρανών, η οποία πρόκειται να υποβληθεί στη δοκιμασία. Συνήθως, ο έλεγχος γίνεται για δύο κατηγορίες αδρανών : α. Για αδρανή υλικά όχι πολύ χονδρόκοκκα με διάμετρο κόκκων 3-4 mm. Τότε, η απαιτούμενη ποσότητα για τη δοκιμασία είναι 5Kg ξηρού αδρανούς υλικού και η δοκιμασία διαρκεί για 500 στροφές του κυλίνδρου της συσκευής. β. Για χονδρόκοκκα αδρανή υλικά με διάμετρο κόκκων μεγαλύτερη από 4 mm. Τότε, η απαιτούμενη ποσότητα για τη δοκιμασία είναι 10Kg ξηρού αδρανούς υλικού και η δοκιμασία διαρκεί για 1000 στροφές του κυλίνδρου της συσκευής. 6.6. ΤΡΟΠΟΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Το δείγμα μαζί με τον αντίστοιχο αριθμό σφαιρών εισάγονται στη μηχανή Los Angeles. Η μηχανή μπαίνει σε κίνηση με ταχύτητα 30-33 στροφών ανά λεπτό. Για τις διαβαθμίσεις Α, Β, Γ και Δ απαιτούνται 500 στροφές συνολικά, ενώ για τις Ε, Ζ και Η 1000 στροφές. Όταν συμπληρωθεί ο απαιτούμενος αριθμός στροφών παραλαμβάνεται το υλικό, το οποίο στη συνέχεια κοσκινίζεται από το κόσκινο Νο 12 (άνοιγμα 1,77mm). Το συγκρατούμενο στο Νο 12 υλικό πλένεται, ξηραίνεται και ζυγίζεται με ακρίβεια 1g. 6.7. ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ Η διαφορά μεταξύ του αρχικού και του τελικού βάρους του δείγματος εκφρασμένη σε ποσοστό % του αρχικού βάρους δίνει το ποσοστό φθοράς του υπό εξέταση αδρανούς υλικού. Η % φθορά υπολογίζεται από τον τύπο: (A B) W = 100X A όπου: W = η ζητούμενη φθορά Α = αρχικό βάρος του δείγματος Β = συγκρατούμενο βάρος στο κόσκινο Νο 12 (άνοιγμα 1,77mm). Αξιολόγηση Αποτελεσμάτων Με βάση τα αποτελέσματα της δοκιμής μπορούμε να χαρακτηρίσουμε ένα αδρανές υλικό ως σκληρό, μαλακό ή ενδιάμεσης σκληρότητας. Για παρασκευή σκυροδέματος ανθεκτικού σε επιφανειακή φθορά (βιομηχανικά δάπεδα, σκυρόδεμα οδοποιίας) ο Κανονισμός Τεχνολογίας Σκυροδέματος ορίζει τιμή Los Angeles όχι μεγαλύτερη από 40%. Για παρασκευή ασφαλτικού σκυροδέματος οι προδιαγραφές (Π.Τ.Π. Α 265) ορίζουν την χρήση αδρανών με % φθορά μικρότερη του 40%. Για τα αδρανή υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή βάσεων και υποβάσεων στην οδοποιία, οι ελληνικές προδιαγραφές (Π.Τ.Π. Α155 και 150) ορίζουν τιμή Los Angeles όχι μεγαλύτερη του 50. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 28

Συντελεστής ομοιόμορφης σκληρότητας Με τη συσκευή Los Angeles προσδιορίζεται και ο συντελεστής ομοιόμορφης σκληρότητας, Κ, ο οποίος εκφράζει την ομοιομορφία της δομής των κόκκων του αδρανούς. Για τον υπολογισμό του συντελεστή Κ προσδιορίζεται η μεταβολή της μάζας του δείγματος μετά από καθορισμένο αριθμό περιστροφών, με την προηγούμενη διαδικασία και η μεταβολή της μάζας του μετά την ολοκλήρωση της δοκιμασίας. Για την κατηγορία των όχι πολύ χονδρόκοκκων αδρανών προσδιορίζεται η μάζα του δείγματος μετά από 100 περιστροφές, m 100 και η αντίστοιχη ενδιάμεση απώλεια, Δm 100, η οποία είναι : Δm 100 = Α m 100 O συντελεστής ομοιόμορφης σκληρότητας των αδρανών προσδιορίζεται από τη σχέση : Κ = Δm 100 / Δm Για την κατηγορία των χονδρόκοκκων αδρανών προσδιορίζεται η μάζα του δείγματος μετά από 200 περιστροφές, m 200 και η αντίστοιχη ενδιάμεση απώλεια Δm 200, η οποία είναι : Δm 200 = Α m 200 Ο αντίστοιχος συντελεστής ομοιόμορφης σκληρότητας των αδρανών προσδιορίζεται από τη σχέση : Κ = Δm 200 / Δm Με το συντελεστή Κ προσδιορίζεται ουσιαστικά ο ρυθμός μεταβολής της φθοράς του δείγματος στην καταπόνηση με τη συσκευή Los Angeles, ο οποίος πρέπει να εξελίσσεται ομοιόμορφα κατά τη διάρκεια της δοκιμασίας τους. Και στις δύο περιπτώσεις ο συντελεστής ομοιόμορφης σκληρότητας πρέπει να είναι μικρότερος από 2, για να είναι τα αδρανή κατάλληλα για χρήση στην οδοποιία (Σχήμα 3.). Όταν ο συντελεστής Κ είναι μεγαλύτερος από 2 τότε οι κόκκοι του αδρανούς αποτελούνται από χαλαρά στοιχεία στην εξωτερική στοιβάδα του υλικού (Σχήμα 6.4). Σχήμα 6.3: Κόκκος αδρανούς υλικού με μικρό συντελεστή Σχήμα 6.4: Κόκκος αδρανούς υλικού με μεγάλο ομοιόμορφης σκληρότητας συντελεστή ομοιόμορφης σκληρότητας http://www.ntua.gr/vitruvius/ty3.pdf ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 29

Άσκηση 7 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΑΣΦΑΛΤΟΜΙΓΜΑΤΟΣ 7.1. Μέγιστο ειδικό βάρος ασφαλτομίγματος G t Υπολογίζεται από τα ειδικά βάρη και την περιεκτικότητα των συστατικών του ασφαλτομίγματος, ήτοι της ασφάλτου και των αδρανών. Είναι προφανές ότι η τιμή αυτή αλλάζει με την αλλαγή στην περιεκτικότητα της ασφάλτου και άρα και το ποσοστό των αδρανών. Το μέγιστο ειδικό βάρος του ασφαλτομίγματος προκύπτει από τον τύπο: W1 + W2 + W3 + W4 + Wb Gt = W1 G1 + W2 G2 + W3 G3 + W4 G4 + Wb Gb Όπου W 1,,W 4, W b τα βάρη των αδρανών και της ασφάλτου αντίστοιχα G 1,,G 4, G b τα ειδικά βάρη των αδρανών και της ασφάλτου αντίστοιχα 100 Gt = P1 G1 + P2 G2 + P3 G3 + P4 G4 + Pb Gb Όπου P 1,,P 4, P b οι περιεκτικότητες σε αδρανή και άσφαλτο αντίστοιχα ή εφόσον υπάρχει μία τιμή για την πυκνότητα των αδρανών: Gt = 100 Pαδρ Gαδρ + Pb Gb Όπου P αδρ, P b, οι περιεκτικότητες σε αδρανή και άσφαλτο αντίστοιχα στο μίγμα G αδρ το ειδικό βάρος του μίγματος των αδρανών ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 30

7.2. Ειδικό βάρος μίγματος αδρανών Τα ειδικό βάρος του μίγματος των αδρανών προκύπτει από τα ειδικά βάρη και τα ποσοστά κάθε κατηγορίας αδρανών του μίγματος. Σε μίγμα που περιέχει χονδρόκοκκα, λεπτόκοκκα και φίλλερ (παιπάλη), το ειδικό βάρος του μίγματος προκύπτει ως: 100 Gαδρ = Pχονδρ Gχονδρ + Pλεπτ Gλεπτ + Pφιλ Gφιλ Όπου P χονδρ, P λεπτ, P φιλ οι αναλογίες των κλασμάτων στο μίγμα των αδρανών. G χονδρ, G λεπτ, G φιλ το ειδικό βάρος του κάθε κλάσματος. 7.3. Φαινόμενο ειδικό βάρος ασφαλτομίγματος G m Υπολογίζεται από το βάρος του δοκιμίου προς τον όγκο του. Για τον υπολογισμό του όγκου του δοκιμίου ακολουθείται η παρακάτω διαδικασία: Ζυγίζεται το δοκίμιο στον αέρα (W m) Το δοκίμιο εμβαπτίζεται σε λουτρό για 24h και στη συνέχεια ζυγίζεται σε νερό 25 ο C (W w). Το φαινόμενο ειδικό βάρος δίδεται από την παρακάτω σχέση: Gm = Wm (Wm Ww) 7.4. Κενά αέρος στο συμπυκνωμένο ασφαλτόμιγμα V a Το ασφαλτόμιγμα προκύπτει από ανάμιξη ενός μίγματος αδρανών με άσφαλτο. Μετά την ανάμιξη και συμπύκνωση ο όγκος του ασφαλτομίγματος αποτελείται από τον όγκο που καταλαμβάνουν τα αδρανή, η άσφαλτος και τα κενά αέρος. Το ποσοστό των κενών στο συμπυκνωμένο ασφαλτόμιγμα υπολογίζεται ως: (Gt Gm) Vα = X100(%) Gt Όπου G t το μέγιστο ειδικό βάρος χαλαρού ασφαλτομίγματος G m το φαινόμενο ειδικό βάρος του συμπυκνωμένου ασφαλτομίγματος 7.5. Όγκος της ασφάλτου στο ασφαλτόμιγμα V b Ο ποσοστιαίος όγκος της ασφάλτου στο ασφαλτόμιγμα υπολογίζεται ως: Vb = Wb Gb W1 + W2 + W3 + W4 + Wb Gm όπου, στο συνολικό ασφαλτόμιγμα, ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 31

W 1 W 1 είναι τα βάρη του χονδρόκοκκου αδρανούς, W 3 το βάρος του λεπτόκοκκου αδρανούς, W 4 το βάρος του φίλλερ, W b το βάρος της ασφάλτου, G b το ειδικό βάρος της ασφάλτου και G m το φαινόμενο ειδικό βάρος 7.6. Κενά στο σκελετό των αδρανών VMA Το μίγμα των αδρανών πριν την ανάμιξή του με την άσφαλτο εμπεριέχει κενά εντός του σκελετού των κόκκων του αδρανούς (VMA). Μετά την ανάμιξη αδρανών ασφάλτου, μέρος των κενών θα πληρωθεί με άσφαλτο και το υπόλοιπο θα παραμείνει κενό. Ο όγκος των κενών στο σκελετό των αδρανών θα ισούται με το άθροισμα του όγκου της ασφάλτου και του όγκου των κενών. Η μαθηματική έκφραση ως ποσοστό % επί του συνολικού όγκου του συμπυκνωμένου ασφαλτομίγματος δίδεται ως: VMA = Vv + Vb 7.7. Ποσοστό κενών που πληρώθηκε με άσφαλτο VFA Εκφράζει το ποσοστό των κενών, από τα κενά στο σκελετό των αδρανών, που πληρώθηκαν με άσφαλτο. Υπολογίζεται ως: VFA = Vb VMA X100 ΑΣΚΗΣΗ Τα Ειδικά βάρη και τα βάρη των αδρανών και της ασφάλτου για παραγωγή ασφαλτομίγματος δίδονται στον παρακάτω πίνακα. Αδρανές_1 Αδρανές _2 Αδρανές _3 Αδρανές _4 Άσφαλτος W t (g) 825 1200 325 150 100 G i (g/cm 3) 2.63 2.51 2.46 2.43 1.05 Ο όγκος και το βάρος ενός δοκιμίου ασφαλτομίγματος υπολογίστηκε 475 cc and 1100 g αντίστοιχα. Υποθέτοντας μηδενική απορρόφηση της ασφάλτου στα αδρανή, να υπολογιστούν οι τιμές των V α, V b, VMA και VFB. Απαντήσεις: V α = 3.741%, V b = 20.052%, VMA = 23.793%, VFA = 84.277% ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 32

Άσκηση 8 ΣΥΝΘΕΣΗ ΘΕΡΜΩΝ ΑΣΦΑΛΤΟΜΙΓΜΑΤΩΝ 8.1. Συνθέσεις ασφαλτομιγμάτων Η μελέτη σύνθεσης του ασφαλτομίγματος αποσκοπεί στον καθορισμό αναλογιών των κλασμάτων των αδρανών και της βέλτιστης περιεκτικότητας συνδετικού υλικού, έτσι ώστε το ασφαλτόμιγμα που θα παραχθεί να είναι εύκαμπτο, μεγάλης διάρκειας ζωής, οικονομικό και εργάσιμο. Ο καθορισμός της βέλτιστης περιεκτικότητας της ασφάλτου γίνεται με διάφορες εργαστηριακές μεθόδους, η πιο διαδεδομένη είναι η μέθοδος Marshall. H μέθοδος Marshall συνίσταται στην παρασκευή συγκεκριμένων διαστάσεων δοκιμίων και στον έλεγχο της ευστάθειας και της παραμόρφωσης με την ειδική συσκευή Marshall. Παράλληλα ελέγχονται και άλλες ιδιότητες που όλες μαζί είναι γνωστές ως ιδιότητες Marshall (φαινόμενο ειδικό βάρος, ποσοστό κενών αέρος, το ποσοστό κενών στο σκελετό των αδρανών του συμπυκνωμένου μίγματος VMA και το ποσοστό κενών που πληρώθηκαν με άσφαλτο VFA). Μέσω της δημιουργίας διαγραμμάτων, που στον οριζόντιο άξονα απεικονίζουν την περιεκτικότητα της ασφάλτου και στους κατακόρυφους τις ιδιότητες που προαναφέρθηκαν, επιλέγεται το βέλτιστο ποσοστό ασφάλτου βάσει των απαιτήσεων του μίγματος. Σημειώνεται ότι οι ιδιότητες Marshall δεν είναι θεμελιώδεις μηχανικές ιδιότητες αλλά εμπειρικές, δηλαδή δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε αναλυτικούς υπολογισμούς, όπως για παράδειγμα στη διαστασιολόγηση οδοστρωμάτων. Με την εμπειρία που αποκτήθηκε ωστόσο, η μέθοδος καθορίζει την καταλληλότητα ή μη των ασφαλτομιγμάτων. Στην Ελλάδα η ισχύουσα προδιαγραφή για τα χαρακτηριστικά του ασφαλτικού σκυροδέματος είναι η ΕΛΟΤ ΤΟ 1501-05-03-11-04:2009 που ορίζεται στον πίνακα 8.1. ΠΙΝΑΚΑΣ 8.1: Χαρακτηριστικά ασφαλτικού σκυροδέματος κλειστού τύπου για οδοστρώματα οδών και αεροδρομίων για όλες τις ασφαλτικές στρώσεις Χαρακτηριστικά κριτήρια Για όλες τις κατηγορίες ειδών Βαθμός συμπύκνωσης, κτύποι 2Χ75 Ευστάθεια, kn 8 Παραμόρφωση, mm 2,0 3,5 (1) Κενά αέρος, (%) 3,0 5,0 Κενά που γέμισαν με άσφαλτο, (%) 65-74 (1) Τα όρια της παραμόρφωσης διαμορφώνονται σε 2,0 4,5 σε περίπτωση χρήσης τροποποιημένης ασφάλτου Για όλες τις περιπτώσεις Ονομαστικό μέγεθος Για κενά αέρος μίγματος αδρανών (mm) 3% 4% 5% Κενά συμπυκνωμένων αδρανών 40 10 11 12 (κενά στο σκελετό των αδρανών) 31,5 11 12 13 % 20 12 13 14 12,5 13 14 15 10 14 15 16 Σημείωση: Οι τιμές που δίδονται στον Πίνακα 1 αναφέρονται σε δοκίμια διαμέτρου 100mm, που χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση ασφαλτικών σκυροδεμάτων ΑΣ10, ΑΣ12,5, ΑΣ20 και ΑΣ31,5 Στην Ελλάδα, το ασφαλτικό σκυρόδεμα κλειστού τύπου είναι ο μοναδικός τύπος ασφαλτομίγματος που χρησιμοποιείται για κατασκευή στρώσεων κυκλοφορίας και συνδετικών και ισοπεδοτικών στρώσεων. Τα όρια των προδιαγραφών σχετικά με την ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 33

κοκκομετρική διαβάθμιση των αδρανών για ασφαλτικό σκυρόδεμα κλειστού τύπου δίδονται στους πίνακες 8.2 έως 8.5. Στον πίνακα 8.2 αναφέρονται τα όρια στα οποία θα πρέπει να βρίσκεται η τελική κοκκομετρική διαβάθμιση του μίγματος των αδρανών. Στους πίνακες 8.3, 8.4 και 8.5 παρατίθενται τα αντίστοιχα όρια που θα πρέπει να πληροί κάθε κλάσμα αδρανών (χονδρόκοκκα, λεπτόκοκκα και παιπάλη). 8.2. Παρασκευή δοκιμίων Σε θερμαινόμενο φούρνο (σχήμα 8.1) τοποθετείται το τελικό μίγμα των αδρανών, προκειμένου να ξηρανθεί (175-195 ο C). Ποσότητα των ξηραμένων αδρανών μεταφέρεται σε κάδο ανάμιξης και προστίθεται η επιθυμητή ποσότητα ασφάλτου (121-138 o C). Με βήμα 0,5% παρασκευάζονται τουλάχιστον πέντε ασφαλτομίγματα διαφορετικής περιεκτικότητας. Το μίγμα θερμαίνεται στους 150-160 ο C. Δημιουργούνται τρία τουλάχιστον δοκίμια από κάθε μίγμα με τη χρήση ειδικών κυλινδρικών μητρών διαμέτρου 100mm και πάχους 63,5mm (σχήμα 8.2), προθερμασμένων σε 100-145 o C. Σε περίπτωση διαφορετικού ύψους μήτρας, χρησιμοποιείται διορθωτικός συντελεστής (πίνακας 8.6). Οι μήτρες τοποθετούνται σε ειδικό μηχάνημα συμπύκνωσης (σχήμα 8.3), όπου δέχονται συγκεκριμένο αριθμό χτυπημάτων (35/50/75) σε κάθε πλευρά. Το συμπυκνωμένο δοκίμιο, αφήνεται να κρυώσει στη μήτρα και κατόπιν εξάγεται με ειδικό εξολκέα (σχήμα 8.4). Τα δοκίμια ελέγχονται ως προς την επιπεδότητα των όψεων, αριθμούνται, ζυγίζονται σε νερό και αέρα και μετράται το ύψος τους. Υπολογίζεται το φαινόμενο ειδικό βάρος. Υπολογίζεται το μέγιστο ειδικό βάρος του μίγματος από τα επί μέρους ειδικά βάρη των αδρανών, του φίλλερ και της ασφάλτου. Σχήμα 8.1: Φούρνος Σχήμα 8.2: Κυλινδρικές μήτρες Σχήμα 8.3: Μηχανή συμπύκνωσης Σχήμα 8.4: Εξολκέας ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 34

ΠΙΝΑΚΑΣ 8.2: Όρια κοκκομετρικής διαβάθμισης μίγματος αδρανών υλικών για ασφαλτικό σκυρόδεμα κλειστού τύπου Ονομαστικό άνοιγμα οπής κοσκίνου κατά το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 933-2 (mm) 63 (50) (1) 40 (37,5) 31,5 (25) 20 (19) 12,5 (12,5) 10 (9,5) 4 (4,75) 2 (2,36) 0,25 (0,30) 0,063 (0,075) (1) Εντός παρενθέσεων η σειρά κοσκίνων κατά το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 933-2 και τα αντίστοιχα όρια Τύπος ασφαλτομίγματος ΑΣ 40 ΑΣ 31,5 ΑΣ 20 ΑΣ 12,5 ΑΣ 10 100 90-100 100 58-81 (56-80) 90-100 100 90-100 100 56-80 90-100 100 58-81 (56-80) 90-100 20-50 26-56 31-61 39-70 49-80 (23-53) (29-59) (35-65) (44-74) (55-85) 14-39 18-43 21-46 25-55 29-63 (15-41) (19-45) (23-49) (28-58) (32-67) 3-15 4-16 4-18 4-19 6-21 (4-16) (5-17) (5-19) (5-21) (7-23) 0-5 1-6 1-7 1-9 1-9 (0-6) (1-7) (2-8) (2-10) (2-10) Προτεινόμενα μεγέθη χονδρόκοκκων αδρανών Χ-40 & Χ-25 Χ-25 Χ-20 Χ12,5 Χ-10 Συνιστώμενα πάχη μεμονωμένης στρώσης (mm) 70-100 50-80 40-60 25-40 30 Προτεινόμενη χρήση Ισοπεδωτική στρώση Επιφανειακή στρώση Συνδετική στρώση Ασφαλτική βάση ΠΙΝΑΚΑΣ 8.3: Όρια κοκκομετρικών διαβαθμίσεων χονδρόκοκκου αδρανούς για ασφαλτικές στρώσεις Ονομαστικό άνοιγμα οπής κοσκίνου κατά το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 933-2 (mm) 63 (50) (1) 40 (37,5) 31,5 (25) 20 (19) 12,5 (12,5) 10 (9,5) 4 (4,75) 2 (2,36) 1,0 (1,18) Διερχόμενο ποσοστό % (κατά βάρος) Χ 40 Χ 25 Χ 20 Χ 12,5 Χ 10 100 90-99 (90-100) 20-55 0-15 ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 35 100 90-99 (95-100) 25-60 100 90-99 (90-100) 100 90-99 (90-100) 0-5 20-55 40-75 100 90-99 (85-100) 0-10 0-10 5-25 10-30 0-2 (0-5) 0-2 (0-5) 0-10 0-10 0-2 (0-5) (1) Εντός παρενθέσεων η σειρά κοσκίνων κατά το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 933-2 και τα αντίστοιχα όρια 0-2 (0-5)

ΠΙΝΑΚΑΣ 8.4: Όρια κοκκομετρικών διαβαθμίσεων λεπτόκοκκου αδρανούς για ασφαλτικές στρώσεις Ονομαστικό άνοιγμα οπής κοσκίνου κατά το Διερχόμενο ποσοστό % (κατά βάρος) πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 933-2 (mm) Λ 4 Λ 2 6,3 (50) 100 4,0 (1) 85-99 (4,75) (100) 100 2,0 (2,36) 70-95 (75-100) 85-99 (95-100) 1,0 (1,18) 45-70 (50-74) 60-95 (85-100) 0,5 (0,6) 23-47 (28-52) 40-80 (65-90) 0,25 (0,30) 6-25 (8-30) 20-50 (30-60) 0,063 (0,075) 0-15 (0-16) 0-15 (0-16) (1) Εντός παρενθέσεων η σειρά κοσκίνων κατά το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 933-2 και τα αντίστοιχα όρια ΠΙΝΑΚΑΣ 8.5: Όρια κοκκομετρικής διαβάθμισης παιπάλης Ονομαστικό άνοιγμα οπής κοσκίνου κατά το πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 933-2 Διερχόμενο ποσοστό % (κατά βάρος) (mm) 2 100 0,125 85-100 0,063 75-100 ΠΙΝΑΚΑΣ 8.6: Διορθωτικός συντελεστής Όγκος δείγματος (cm 3 ) Πάχος δείγματος Συντελεστής διόρθωσης 457-470 57,1 1,19 471-482 68,7 1,14 483-495 60,3 1,09 496-508 61,9 1,04 509-522 63,5 1 523-535 65,1 0,96 536-546 66,7 0,93 547-559 68,3 0,89 560-573 69,9 0,86 ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 36

Άσκηση 9 ΕΛΕΓΧΟΣ MARSHALL Σχήμα 9.1: Διάταξη ελέγχου Marshall 9.1. Διαδικασία Τα δοκίμια (σχήμα 9.2) τοποθετούνται σε λουτρό ύδατος (σχήμα 9.3) 60 ο C για 30-40 min και κατόπιν τοποθετούνται στη συσκευή Marshall (σχήμα 9.4) για θραύση. Η συσκευή συμπιέζει διαμετρικά το δοκίμιο με σταθερό ρυθμό μέχρι τελικής θραύσης. Η μέγιστη δύναμη που εφαρμόζεται κατά τη θραύση δίδει την ευστάθεια Marshall του ασφαλτομίγματος (Ν ή lbs). Εφόσον το πάχος του δοκιμίου είναι διαφορετικό από 63,5 mm, η τιμή της ευστάθειας πολλαπλασιάζεται με διορθωτικό συντελεστή (πίνακας 8.6). Η παραμόρφωση του δοκιμίου είναι η παραμόρφωση Marshall (mm ή in) (σχήμα 9.5). Σχήμα2: Δοκίμιο Marshall ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 37

Σχήμα 9.3: Υδατόλουτρο Σχήμα 9.4: Συσκευή Marshall Σχήμα 9.5: Παραμόρφωση Marshall 9.2. Υπολογισμοί Για τον υπολογισμό της βέλτιστης περιεκτικότητας σε άσφαλτο του ασφαλτομίγματος, εκτός της ευστάθειας και της παραμόρφωσης Marshall απαιτούνται και οι υπολογισμοί των παρακάτω μεγεθών: Το φαινόμενο ειδικό βάρος G m Το ποσοστό κενών αέρος V a (αναμενόμενο ποσοστό κενών του τάπητα) Το ποσοστό κενών στο σκελετό των αδρανών του συμπυκνωμένου μίγματος αδρανών VMA (διαθέσιμος χώρος μεταξύ αδρανών που εισδύει η άσφαλτος). Το ποσοστό των κενών που πληρώθηκαν με άσφαλτο VFA (επάρκεια κενών που γέμισαν με άσφαλτο). Μετά την πειραματική διαδικασία και τους απαραίτητους υπολογισμούς των μεγεθών για τον προσδιορισμό της βέλτιστης περιεκτικότητας σε άσφαλτο, σχεδιάζονται έξι διαγράμματα σε σχέση με το ποσοστό της ασφάλτου (οριζόντιος άξονας). Διάγραμμα για το φαινόμενο ειδικό βάρος G m. Διάγραμμα για το ποσοστό κενών αέρος V a. Διάγραμμα για την ευστάθεια Marshall. Διάγραμμα για την παραμόρφωση Marshall. Διάγραμμα για το ποσοστό κενών στο σκελετό των αδρανών του συμπυκνωμένου μίγματος αδρανών VMA. Διάγραμμα για το ποσοστό των κενών που πληρώθηκαν με άσφαλτο VFA. ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 38

Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να επιλεγεί η περιεκτικότητα συνδετικού (ασφάλτου) που: Είναι κοντά στις μέγιστες τιμές ευστάθειας Marshall και φαινόμενης πυκνότητας. Είναι κοντά στις ελάχιστες τιμές VMA. Περιέχει κενά αέρος στα οριζόμενα όρια (ιδανική τιμή = 4%). ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 39

Άσκηση 1 Στον παρακάτω πίνακα δίδονται τα αποτελέσματα δοκιμών Marshall για πέντε δοκίμια. Περιεκτικότητα ασφάλτου 3 4 5 6 7 Ευστάθεια (kg) 499.4 717.3 812.7 767.3 662.8 Μονάδες Παραμόρφωσης 9.0 9.6 12.0 14.8 19.5 V a (%) 12.5 7.2 3.9 2.4 1.9 VFB (%) 34 65 84 91 93 G m 2.17 2.21 2.26 2.23 2.18 Να βρεθεί η βέλτιστη περιεκτικότητα ασφάλτου στο μίγμα. Λύση Σχεδίασε τα γραφήματα και βρες την περιεκτικότητα της ασφάλτου που αντιστοιχεί: Στη μέγιστη ευστάθεια = 5% άσφαλτος Στη μέγιστη τιμή G m = 5% άσφαλτος Για 4% κενά αέρα = 3% άσφαλτος Η βέλτιστη τιμή σε άσφαλτο είναι η μέση τιμή των παραπάνω ευρεθέντων τιμών = 4,33%. Άσκηση 2 Να συμπληρωθεί ο πίνακας και να υπολογισθεί η βέλτιστη περιεκτικότητα ασφάλτου στο ασφαλτόμιγμα. ΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ - ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΕ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΔΟΠΟΙΪΑΣ ΙΙ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΣΠOΥΔΑΣΤΗ: Α.Μ.: ΟΜΑΔΑ: ΔΕΔΟΜΕΝΑ Α.Μ. ΕΙΔΙΚΑ ΒΑΡΗ ΑΔΡΑΝΩΝ A B C D G χονδρ G λεπτ G φιλλερ 2,6AC 2,6DF 2,7EG E F G ΠΟΣΟΣΤΑ ΚΛΑΣΜΑΤΩΝ ΑΔΡΑΝΩΝ OΝΟΜΑΣΤΙΚΟ ΜΕΓΕΘΟΣ ΑΔΡΑΝΩΝ 20mm ΕΙΔΙΚΟ ΒΑΡΟΣ ΑΣΦΑΛΤΟΥ 1,01 g/cm 3 P χονδρ P λεπτ P φιλλερ 50-(B,C) 50-(D,E) ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 40

ΟΔΟΠΟΙΪΑ ΙΙ ΑΣΦΑΛΤΙΚΑ ΕΡΓΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Σελίδα 41