Dr. Fi István Közlekedéstervezés 13. előadás.

Az előadások a következő témára: "Dr. Fi István Közlekedéstervezés 13. előadás."— Előadás másolata:

1 Dr. Fi István Közlekedéstervezés 13. előadás

2 Aszfalt útpályaszerkezetek
Az aszfalt pályaszerkezetek anyagai A bitumennel mint ragasztóanyaggal összekevert adalékanyagot nevezzük aszfaltnak. Az útépítésben kőolajbitument használnak. Az útépítési bitumennel szemben támasztott követelmények az aláb-biak: jól bevonja az adalékanyagot, ne legyen hőérzékeny, hőálló legyen, lassan öregedjen.

3 Az aszfalt pályaszerkezetek anyagai
A bitumen alkalmazott fajtái az útépítésben: az útibitumen (B), amely szobahőmérsékleten szilárd. Főleg kevert aszfaltokhoz használják. Ilyenkor a bitu-ment magas hőmérsékletre hevítik; a hígított bitumen (HB). Ebben az esetben az úti-bitument olajjal hígítják. Csak a hígító anyag elpárolgása után köt; a bitumenemulzió. Az útibitument kolloidmalomban vízzel keverik emulgeálószer jelenlétében. A kötés az emulzió megtörése (a bitumen és a víz szétválása) után jön létre.

4 Az útibitumen Nagy bitumentartalmú nyersolajból desztillációval (vákuumban) nyerik az útibitument. Az ily módon előállított bitumen azonban nem elég kemény, ezért a desztilláció maradékaként keletkező bitument tovább hevítik keveréssel és fúvatással (ez utóbbi azt jelenti, hogy levegőt fúvatnak át a felhevített bitumenen, amivel többlet oxigénmolekulákat visznek be a bitumenbe, ami miatt a bitumen keményebb lesz).

5 Az útibitumen Az útibitumen fontosabb minősítő fizikai vizsgálatai az alábbiak: a penetráció meghatározása (25 0C-on 5 s idő alatt szabványosított tű benyomódási mélységét mérik, az eredményt mm/100-ban fejezik ki.) Az útibitument a pe-netrációval jellemzik; a lágyuláspont meghatározása (ez az a hőmérséklet, amely a gyűrűs-golyós kísérletnél a bitumenréteg alap-szintre érkezésekor olvasható le); a FRAAS-féle töréspont meghatározása (ez az a hőmér-séklet, amelynél egy vékony acéllemezre kent bitumen-réteg az acéllemez hajlítgatása során megreped);

6 Az útibitumen Az útibitumen további fontosabb minősítő fizikai vizs-gálatai: a duktilitás meghatározása (25 °C-on a bitumenszálat megnyújtják és azt a távolságot határozzák meg, amely-nél a bitumenszál elszakad); az öregedési vizsgálat (a penetrációs és duktilitási vizs-gálat elvégzése a bitumen 163 °C-on történő hevítése előtt és után. A különbség meghatározása a cél). Az útépítő bitumenek minőségi követelményei szab-ványban találhatók.

7 A hígított bitumen A hígított bitument útépítő bitumenből állítják elő oly módon, hogy magas hőmérsékleten gázolajjal hígítják. A hígított bitumen nem köt azonnal a bedolgozás és lehülés után, hanem csak akkor, ha a hígítóanyag elpárolgott. Ezért az ezzel készült burkolati rétegek a forgalom tömörítő hatására utántömörödnek.

8 A bitumenemulzió A bitumen vízben oldhatatlan. Emulgeátor jelenlétében azonban a kolloid malom mechanikai energiájának se-gítségével a bitumen 1-5 mikron nagyságú szemcsék-ben a vízben diszpergálható (50-60 % bitumen, % víz). Kationaktív emulziókat alkalmaznak. Ebben az emul-geátor felületaktív anyag, mely az emulzió szemcséinek pozitív elektromos töltést ad. A kőzettel érintkezve az emulzió megtörik (szétválik vízzé és bitumenné) és a kationaktív emulzióban lévő bitumen a kőzetet elektrokémiai kötéssel, jó tapadással bevonja. A kötés még a víz elpárolgása előtt megtörténik.

9 Az ásványi adalékanyagok
Az aszfaltrétegek vázát alkotó ásványi adalékanyagok csoportjai: zúzottkövek (a szemnagyság 20 mm-nél nagyobb), zúzalékok (a szemnagyság 20-4 mm között van), zúzott homokok (4-0,1 mm közötti szemnagysággal), kőliszt (filler, 0,1 mm kisebb szemnagysággal). A zúzottkövek, zúzalékok és zúzott homokok túl-nyomóan bazaltból és andezitből készülnek, a kőlisztet pedig jó minőségű mészkőből állítják elő (a kőliszt feladata tömör aszfaltrétegek előállításakor a bitumen jobb lekötése, a kis hézagok kitöltése).

10 Az ásványi adalékanyagok
A zúzottkő termékek lehetnek szűk szemnagysághatárúak: 0/3, 3/5, 5/8, 8/12, 12/20, 20/35, 35/55, 55/80; tág szemnagysághatárúak: 0/5, 3/8, 5/12, 5/20, 20/55, 20/80, 0/35.

11 Az ásványi adalékanyagok minősége
Az anyagok kőzetfizikai tulajdonságainak meghatá-rozására alkalmazott eljárások: az ütőszilárdság meghatározása LOS ANGELES for-gódobban (a forgódobban a vizsgálandó szemcséket acélgolyókkal együtt forgatják és meghatározzák az aprózódási veszteséget); a kopószilárdság meghatározása DEVAL forgódobban (a vizsgálandó szemcséket dobban forgatják és meg-határozzák a kopási veszteséget); az időállóság meghatározása (kristályosodási próbával a mállási veszteség megállapítása magnéziumszulfát (Mg2SO4) és nátriumszulfát (Na2SO4) oldatba márto-gatás után).

12 Az ásványi adalékanyagok minősége
Az adalékanyag halmaz szemcseméreteivel és a szem-csék alakjával kapcsolatos vizsgálatok az alábbiak: szemeloszlás meghatározása (melynek során szitálással, illetve rostálással ellenőrzik, hogy az anyag a szabvány-ban előírt szemeloszlási követelményeknek megfelel-e); a szemcsealak vizsgálat, melynek során meghatározzák, hogy mekkora a kedvezőtlen alakú lemezes szemcsék aránya a vizsgált halmaz tömeg %-ában kifejezve. Egy szemcse akkor lemezes, ha ahol v a szemcse vastagsága, sz a szélessége.

13 Az ásványi adalékanyagok minősége
Homok, homokos kavics agyag-iszap szennyeződésének meghatározására a homok-egyenérték vizsgálatot vég-zik el. A mellékelt ábrán az 5 mm-nél kisebb szemcsék- re végrehajtandó kísér-let eszköze és a homok-egyenérték fogalma lát-ható. (Az adalékot kal-cium-kloridos oldattal mossuk át. Az ülepedés után az ábrán látható helyzet alakul ki.)

14 Az ásványi adalékanyagok minősége
A HE [%] homokegyenérték a következő: [%]

15 Burkolatanyagok Követelmények a burkolatalapokkal szemben:
növeljék a pályaszerkezet teherbíró képességét (megfele-lő anyagú, minőségű - például tömörségű -, vastagságú legyen), az utántömörödés mértéke ne legyen káros a pályaszer-kezetre (ne forduljon elő például a nehéz járművek hatá-sára vályúképződés), ne legyen se vízérzékeny, se fagyásérzékeny, a felülete sík és egyenletes legyen, mint építési pálya alkalmas legyen az építéssel kap-csolatos forgalomra (szállításokra), az esetleges dilatációs repedések a felette lévő rétegre ne üssenek át (az alapban keletkező repedések miatt ne repedjen meg a felette lévő aszfaltréteg), gazdaságos legyen (megfelelő helyi anyag alkalmazása).

16 A burkolatalapok fajtái
A burkolatalapok fajtái a következők: zúzottkő alapok (drágák, nehéz forgalom hatására után-tömörödnek, építésük ugyanakkor egyszerű), ide sorolják a kohósalakkőből készült útalapokat is, sovány cementbeton alapok (nem utántömörödők, főleg városi utak alsó alaprétegeként alkalmazzák), stabilizált burkolatalapok (helyi anyagok felhasználá-sával készülnek, korszerűek, elsősorban alsó alapréteg-ként használják), bitumenes burkolatalapok (lényegében aszfaltkeverő telepen kevert aszfaltok, illetve bitumenes kötőanyagú zúzottkőrétegek; alsó és felső alaprétegeként is hasz-nálják).

17 A zúzottkő alapok A zúzottkő alapok az alábbiak lehetnek:
hagyományos (szórt) zúzottkő alapok: durva zúzottkő szórt alap, vízzel kötött makadám alap, kohósalakkő alap, korszerűbb zúzottkő alapok: az aszfaltmakadám, folytonos szemeloszlású zúzottkőalap, hézagkitöltéssel bevibrált zúzottkőalap, granulált kohósalak kavicsalap.

18 A zúzottkő alapok A durva zúzottkő szórt alapot legfeljebb 0,15 m vas-tagságban készítik Z 55/80-as zúzottkőből. A zúzottkő elterítése a tömörítés utáni vastagságnál 20 %-kal na-gyobb rétegvastagságban történik. Hengerlése nehéz acélhengerű úthengerekkel történik, menetenként 1/3 sávátfedéssel a burkolat szélétől kezdve, az elterített zúzottkövet vízzel locsolva. A felületet 4 cm vastag érdes homok réteggel zárják. A következő réteg ráépí-tése előtt 2 hétre a forgalomnak át kell adni. Után-tömörödése jelentős.

19 A zúzottkő alapok A vízzel kötött makadám alap keresztmetszete az alábbi ábrán látható. A legfeljebb 0,25 m vastag, az előbbi-ekben ismertetett durva zúzottkő alapra Z 35/50-es zú-zottkőből 0,12 m vastagságú réteget terítenek és vízzel locsolás mellett szilárdra hengerlik. Ezután erre Z 8/12-es hengerlési zúzalékot terítenek és ezzel kiékelik a hézagokat. Végül 2 cm-es homokréteggel zárják a felü- lületet. A kö-vetkező réteg építése előtt 2 hétre át kell adni a forga-lomnak. Után-tömörödő.

20 A zúzottkő alapok A kohósalakkő alap osztályozatlan mm-es anyagból készül, 0,15 – 0,20 m vastag rétegben terítik. Terítés előtt durva és finom frakcióra szétrostálják és először a durva anyagot terítik, majd erre a finomabb anyagot. A hengerléskor a locsolóvízbe 1-2 % oltott meszet tesznek, ami a réteg teherbíró képességét növeli.

21 A zúzottkő alapok Az aszfaltmakadám útalap kétféle eljárással készül.
Az itatott aszfaltmakadám lényege, hogy a durva zúzottkő alap elkészítésénél alkalmazott, hengerlést megkönnyítő vízzel locsolás helyett hígított bitument permeteznek az elterített zúzottkőre. Például a Z 35/55-ös zúzottkő réteget először tömörítik, majd itatják (4 kg/m2 mennyiségű HB-t permeteznek és 8/12-es ki-ékelő zúzalékot terítenek el, ezután hengerlik.) Ezután következik a második itatás (2 kg/m2 HB permetezése, 8/12-es kiékelő zúzalék szórása, hengerlés). A HB-ből a hígító anyag elpárolog, ekkor a bitumen kohéziót biz-tosít.

22 A zúzottkő alapok A kötőzúzalékos aszfaltmakadám útalap lényege, hogy a Z 35/55-ös zúzottkövet egyenletesen elterítik, majd permetezik. Az így kezelt felszínre (például 40 kg/m2) kötőzúzalékot terítenek, amelyet behengerelnek. A kö-tőzúzalékot aszfaltkeverő telepen állítják elő. A kötő-zúzalék szemeloszlása adott szemeloszlási határgörbék közé kell, hogy essen (dmax = 20 mm), a HB mennyi-sége 100 tömegrész adalékhoz 5,5 tömegrész (5,5 %). Mindkét típusú aszfaltmakadámot útalapként használva a következő réteg építését csak akkor szabad meg-kezdeni, amikor a HB hígító anyaga elpárolgott.

23 A zúzottkő alapok A folyamatos szemeloszlású zúzottkő útalap lényege, hogy a szemeloszlási határgörbék közé eső folyamatos szemeloszlású, zúzottkőből, zúzalékból és zúzott ho-mokból álló alapréteget földnedves állapotban tömö-rítik. A szemeloszlásnál a legtömörebb állapotra törek-szenek. A réteg nagy belső súrlódással rendelkezik. Az anyagot keverőgépben keverik össze. Hézagkitöltéssel bevibrált zúzottkő alap esetén az el-terített zúzottkő alapra a tömör rétegvastagság 1/3-ának megfelelő térfogatú cement- vagy mészhabarcsot te-rítenek és bevibrálják a zúzottkőréteg hézagaiba. Nem utántömörödő, de költséges alapréteg.

24 A zúzottkő alapok A granulált kohósalak kavicsalap Franciaországból terjedt el. Ez tulajdonképpen egy olyan zúzott anyagból álló homokos kavics alap, amelyben a kötőanyag gra-nulált kohósalak és égetett mész. Mintegy 5-8 tömeg% vizet, 1-3 tömeg% meszet és tömeg% szemcsés kohósalakot, valamint az adalékanyagot keverőgépben keverik, finisherrel terítik és gumihengerrel tömörítik (rétegvastagság 0,15-0,20 m).

25 A sovány cementbeton útalap
A kisebb szilárdságú betonminőséggel készített soványbeton útalap nemcsak városi utaknál hasz-nálható előnyösen, hanem új nyomon vezetett külterü-leti utak alsó alaprétegeként is. A húzószilárdsága vi-szonylag nem túl magas, ezért az alapban a repedések sokkal sűrűbben jelentkeznek. Ezek nem nyílnak meg. Ha efelett az aszfaltréteg legalább 0,08-0,10 m vastag, akkor ezek a repedések nem terjednek át az út felü-letére. Az alapréteget 0,15-0,20 m vastagságban építik.

26 A sovány cementbeton útalap
Az adalékanyag homokos kavics, zúzott- és osztályo-zott kő vagy kohósalakkő. A cement B 350-es, amely-ből mintegy 150 kg/m3 adagolása célszerű. A terítés finisherrel, a tömörítés könnyű hengerrel történik. A szükséges utókezelés célja a hidraulikus kötéshez szükséges víz eltávozásának megakadályozása, illetve pótlása. (Öntözés, vízet át nem eresztő filmbevonat ké-szítése, bitumenemulzió permetezése.) A következő ré-teg ráhúzása forgalmi sávoknál az építés utáni 7. nap után megengedett.

27 Stabilizációs rétegek
Elsősorban a talajminőség dönti el, hogy a stabilizálást milyen kötőanyaggal végzik. A szokásos stabilizálási eljárások és alkalmazások a talaj fajtájának függvényé-ben az alábbiak: Bitumenes talajstabilizálás (homok, homokos kavics, iszapos homok esetén alkalmazható). Cementes talajstabilizálás (iszapos homok, iszapos kavics, esetleg homokos kavics, homok esetén alkal-mazható). Meszes talajstabilizáció (agyagtalajok, esetleg iszapos, agyagos kavics esetén alkalmazható). Mechanikai stabilizáció (kedvező szemeloszlású helyi - iszapos talaj keverése homokos kaviccsal - anyagokból készül).

28 Stabilizációs rétegek
A talajstabilizációt legfeljebb 0,15-0,18 m tömör vas-tagságban készítik. A különböző típusú stabilizációs rétegek kivitelezése csak apró részletekben tér el egymástól. Az alapmód-szer lényege a következő: először a stabilizálandó réteget lazítani, porítani kell, ezután a porított talajt és a kötőanyagot egyenletesen össze kell keverni és be kell állítani (víz hozzáadásával) az optimális víztartalmat, majd a kötőanyaggal összekevert optimális víztartalmú réteget hatékonyan tömöríteni kell, végül a stabilizált réteget utókezelésnek kell alávetni.

29 Stabilizációs rétegek
A talajstabilizáció kivitelezésének két alapformája van: keverés keverőtelepen álló keverőgépben, a helyszínen, talajmaróval végzett keverés. A keverőtelepen álló keverőgépben végzett keverés rö-videbb útszakaszok, vagy szélesítések esetén jöhet szó-ba. Akkor gazdaságos, ha nem a földmű, hanem más helyi anyagnyerőhely anyagát stabilizálják. A stabili-zálandó talajt szállítóeszközzel a keverőgéphez szállít-ják. Ebben a talajt vízzel és kötőanyaggal (hígított bitu-men, cement, mész) összekeverik, majd a beépítés he-lyére szállítják. Ott elterítik (finisherrel), majd tömörí-tik.

30 Stabilizációs rétegek
A helyszíni talajmaróval végzett keverés esetén nagy teljesítményű géplánc halad végig a földművön és vég-zi az építést, keverést, tömörítést. A földműnek a stabilizált réteg alatt Tr = %-os tömörségi értékkel kell rendelkezni, ha bevágásban az eredeti termett talaj nem eléggé tömör, akkor a később stabilizálandó 0,2 m vastag réteget gré-derrel oldalra tolják, a stabilizációs réteg alatti talajt pél-dául gumihengerrel tömörítik, majd az oldalra tolt stabi-lizálandó talajt visszatolják és elvégzik a stabilizációt, a 0,18 m-nél (tömör vastagságnál) vastagabb réteget két rétegben stabilizálják oly módon, hogy először a felső réteg földanyagát oldalra tolják, majd az alsó réteget stabilizálják, erre visszatolják a második réteg anyagát és végzik el ennek stabilizálását.

31 Stabilizációs rétegek
A géplánc munkája a cementstabilizáció végrehajtása során a következő: előkészítés gréderrel (útgyaluval), például profil kiala-kítása, a cement elosztása elosztógéppel száraz keverés talajmaróval; nedves keverés talajmaróval; tömörítés gumihengerrel, elérendő Tr = %-os tö-mörségi fok, profilkiigazítás útgyaluval és simító hengerléssel, utókezelés.

32 Stabilizációs rétegek
A stabilizáció minőségének ellenőrzése a munkahelyi laboratóriumban történik. a talaj mindenkori víztartalmának meghatározása abból a célból, hogy meghatározzák az optimális víztartalom eléréséhez szükséges kipermetezendő vízmennyiséget: Wsz = Wopt – Wt + 2 [%] ahol Wsz - a kipermetezendő szükséges vízmennyiség [%] Wopt - a PROCTOR vizsgálattal meghatározott optimá-lis tömörítési víztartalom [%] Wt - a talaj természetes víztartalma [%], 2[%] - a talajmarók járása közbeni párolgási veszteség figyelembevétele.

33 Stabilizációs rétegek
Bitumenes stabilizációnál a hígított bitumen adagolás közelítően 5-6 tömeg%, ami kg/m2/0,15 m rétegvastagságú tömegnek felel meg. A meszes stabilizáció talajra gyakorolt hatása a követ-kező ábra alapján érthető meg. Az ábrából látható, hogy a mész adagolás hatására a talaj tömöríthetőségi viszonyai változnak meg. Az ábrán egy agyagtalaj jel-lemző PROCTOR görbéi láthatók. 4 tömeg%-os mész adagolás mellett az optimális tömörítési víztartalom lényegesen növekedett, a tömörítés tehát jóval nagyobb víztartalom mellett is végrehajtható.

34 A meszes stabilizáció hatása a talajra

35 Stabilizációs rétegek
A mechanikai stabilizációt rendszerint talajkeveréssel állítják elő. Lényeges, hogy a keverés utáni eredő szemeloszlási görbe az előre megadott szemeloszlási határgörbék közé essen.

36 Bitumenes burkolatalapok
Korszerű aszfaltkeverő telepen, forró útibitumennel ké-szülnek. Aszfaltfinisherrel építik be és hengerléssel tö-mörítik. A fő eltérés a burkolatokként (kötő- és kopó-réteg) alkalmazott aszfaltrétegekkel szemben az, hogy nem csak kőbányai zúzalékból készülnek, hanem ada-lékanyaguk helyi szemcsés anyag (például kavicsos ho-mok) is lehet. U-12 (bitumenes kavics) 0,02-0,04 m tömör vastagság-ban, U-35 (bitumenes kavics), 0,05-0,12 m tömör vastagság-ban, JU-35 (javított bitumenes kavics), %-ban zúzott anyagot is tartalmaz, 0,05-0,12 m tömör vastagságban.

37 Bitumenes burkolatalapok
A rétegek bitumentartalma – B 90-es, B 65-ös bitu-menből – (tömeg%-ban) 4-8 %, a szabad hézag vi-szonylag magas 5-15 %. Meg kell említeni itt a BAA jelű bitumenes alapréteget, melyet akkor alkalmaznak, ha a teljes pályaszerkezet aszfaltból készül. A tömör réteg vastagsága 0,08-0,15 m.

38 VÉGE a 13. előadásnak