Asfaltová pojiva tříděná podle viskozity (VG-10, VG-20, VG-30, VG-40)

Asfaltová pojiva tříděná podle viskozity (VG) představují racionální, výkonnostně orientovaný přístup ke klasifikaci silničních asfaltů na základě jejich odporu proti toku při kritických provozních a konstrukčních teplotách. Na rozdíl od tradičního penetračního systému třídění, který měří tvrdost pojiva při jediné teplotě (25 °C), systém VG hodnotí konzistenci pojiva při 60 °C — teplotě přibližně odpovídající maximální teplotě povrchu vozovky během léta — a při 135 °C — typické teplotě míchání a hutnění asfaltové směsi za horka. Tato dvouteplotní charakterizace poskytuje inženýrům výrazně přesnější předpověď chování pojiva v terénu.

Systém VG stanovuje čtyři standardní třídy: VG-10, VG-20, VG-30 a VG-40, přičemž vzestupná čísla odpovídají rostoucí tuhosti. Pojivo VG-40 má minimální absolutní viskozitu 3200 poise při 60 °C, což je přibližně čtyřikrát tužší než pojivo VG-10 při stejné teplotě. Tato hierarchie tuhosti přímo koreluje s odolností pojiva proti vyjíždění kolejových rýh (trvalé deformaci) při zatížení — což je nejkritičtější způsob porušení asfaltových vozovek v horkém podnebí a při těžkém provozu.

Systém VG byl formálně přijat Indickým úřadem pro standardy (BIS) v normě IS 73:2006 (třetí revize), čímž nahradil penetrační systém používaný v Indii od roku 1950. Čtvrtá revize (IS 73:2013) dále zpřesnila specifikaci zavedením rozsahů viskozity pro každou třídu, stanovením minimálních hodnot penetrace při 25 °C a — což je nejdůležitější — poskytla tabulku výběru třídy podle klimatu navázanou na 7denní průměr maximální teploty vzduchu. Tím se systém VG stal nejen klasifikačním schématem, ale kompletní metodikou výběru pojiva pro inženýry vozovek.

1. Koncept viskozitního třídění

Koncept viskozitního třídění vznikl z poznání, že penetrační zkouška — která měří, jak hluboko standardní jehla pronikne do vzorku asfaltu při 25 °C při zatížení 100 gramů po dobu pěti sekund — poskytuje omezené informace o výkonnosti pojiva při extrémních teplotách, kterým jsou vozovky skutečně vystaveny. Počátkem 60. let 20. století vyvinula Americká asociace státních dálničních úředníků (AASHTO) vylepšený systém třídění založený na měření viskozity, který byl publikován jako AASHTO M 226 a ASTM D 3381. Tento systém představoval zásadní posun od empirické klasifikace k vědeckému měření.

Viskozita je definována jako poměr mezi aplikovaným smykovým napětím a rychlostí smyku — v podstatě míra odporu kapaliny proti toku. V mezinárodní soustavě jednotek (SI) se viskozita vyjadřuje v pascal-sekundách (Pa·s), ale tradiční jednotkou pro asfaltová pojiva je poise (P), kde 1 poise = 1 dyne·s/cm² = 0,1 Pa·s. Systém VG používá poise pro absolutní viskozitu při 60 °C a centistoke (cSt) pro kinematickou viskozitu při 135 °C.

Systém VG funguje na základním principu: chování asfaltu při provozní teplotě vozovky (60 °C) je nejspolehlivějším prediktorem odolnosti proti kolejovým rýhám. Pojiva, která méně tečou při 60 °C, se budou méně deformovat při dopravním zatížení. Zároveň kinematická viskozita při 135 °C zajišťuje, že pojivo je při míchání a hutnění dostatečně tekuté, aby řádně obalilo kamenivo a dosáhlo požadované hutnosti vozovky. Tento dvouteplotní přístup je klíčovou výhodou systému VG oproti jednoteplotnímu penetračnímu třídění.

V rámci viskozitního třídění existují dva subsystémy: AC třídění (asfaltové cementy, zkoušené na původním dodaném pojivu) a AR třídění (stárnutý zbytek, zkoušený poté, co bylo pojivo podrobeno zkoušce v rotační tencovrstvé peci simulující stárnutí při míchání za horka). Systém AC používá třídy AC-2,5 až AC-40, kde číslo představuje cílovou viskozitu ve stovkách poise při 60 °C. Systém AR používá AR-1000 až AR-16000, kde číslo představuje viskozitu v poise po stárnutí. Systém VG používaný v IS 73 a mezinárodní praxi je v souladu s konceptem AC — zkoušení na původních vzorcích pojiva.

2. Stanovení: Absolutní viskozita při 60 °C a kinematická viskozita při 135 °C

Dvě primární měření viskozity definují klasifikaci VG pojiv: absolutní (dynamická) viskozita při 60 °C a kinematická viskozita při 135 °C. Tato měření zachycují chování pojiva při dvou teplotních extrémech relevantních pro výkonnost vozovky a konstrukci.

Absolutní viskozita při 60 °C (ASTM D2171 / AASHTO T202 / IS 1206, část 2)

Absolutní viskozita při 60 °C je primárním klasifikačním parametrem pro VG pojiva. Stanovuje se pomocí vakuového kapilárního viskozimetru — přesného borosilikátového skleněného přístroje, který měří dobu potřebnou k protečení fixního objemu tekutého asfaltu kapilárou za kontrolovaného vakua a teploty.

Zkušební postup dle ASTM D2171-94 (Standardní zkušební metoda pro viskozitu asfaltů pomocí vakuového kapilárního viskozimetru) zahrnuje následující kroky:

1. Vzorek asfaltu se zahřeje na 135 °C ± 5,5 °C pro zajištění tekutosti, jemně se míchá, aby se zabránilo místnímu přehřátí, a pokud je podezření na pevné částice, přefiltruje se přes síto č. 50 (300 µm).
2. Viskozimetr se předehřeje na zkušební teplotu 60 °C ± 0,03 °C v přesně regulované lázni.
3. Aplikuje se vakuum 300 mm Hg, které táhne asfalt kapilárou.
4. Doba průtoku mezi dvěma vyrytými značkami se měří stopkami s přesností na 0,1 sekundy.
5. Viskozita v poise se vypočítá vynásobením doby průtoku v sekundách kalibračním faktorem viskozimetru.

Schváleny jsou tři typy vakuových kapilárních viskozimetrů: Cannon-Manningův vakuový viskozimetr (CMVV), vakuový viskozimetr Asphalt Institute (AIVV) a modifikovaný Koppersův vakuový viskozimetr (MKVV). Každý z nich má specifické rozměrové charakteristiky určující jeho rozsah viskozity. CMVV je nejběžněji používaným typem s vyměnitelnými kapilárami pokrývajícími různé rozsahy viskozit.

Kinematická viskozita typického pojiva VG-40 při 60 °C je přibližně 3200–4800 poise. Zkušební metoda je použitelná pro materiály s viskozitami od 0,036 do více než 200 000 poise, což pokrývá všechny praktické třídy pojiv.

Kinematická viskozita při 135 °C (ASTM D2170 / AASHTO T201 / IS 1206, část 3)

Kinematická viskozita při 135 °C se měří pomocí kapilárního viskozimetru typu Cannon-Fenske nebo Ubbelohde, ponořeného v temperované lázni při 135 °C ± 0,1 °C. Postup je podobný jako u zkoušky absolutní viskozity, ale využívá gravitační proudění namísto vakua:

1. Vzorek asfaltu se zahřeje na 135 °C a nalije se do viskozimetru.
2. Viskozimetr se umístí do lázně o teplotě 135 °C a nechá se tepelně vyrovnat.
3. Asfalt se natáhne nad horní značku a uvolní se.
4. Zaznamená se doba, za kterou meniskus projde mezi dvěma kalibrovanými značkami.
5. Kinematická viskozita (v centistokech, cSt) se vypočítá jako doba průtoku × kalibrační konstanta.

Kinematická viskozita při 135 °C slouží jako kontrola zpracovatelnosti — zajišťuje, že pojivo bude během výroby asfaltové směsi za horka dostatečně tekuté, aby řádně obalilo kamenivo. Minimální požadavky na kinematickou viskozitu se zvyšují s třídou: 250 cSt pro VG-10, 300 cSt pro VG-20, 350 cSt pro VG-30 a 400 cSt pro VG-40. Tyto minimální hodnoty pomáhají předcházet měkkým směsím (směsím, které jsou nadměrně náchylné k deformaci během konstrukce) a zajišťují dostatečnou tloušťku filmu na kamenivu.

Tabulka specifikací VG (dle IS 73:2013)

3. Výběr třídy VG podle klimatu a dopravy

Výběr vhodné třídy VG je funkcí dvou hlavních faktorů: klimatu (konkrétně teploty vozovky) a dopravního zatížení. Norma IS 73:2013 poskytuje explicitní pokyny pro výběr třídy na základě 7denního průměru maximální teploty vzduchu pro lokalitu projektu, vypočítaného z minimálně pěti let historických dat.

Výběr podle klimatu (dle IS 73:2013)

Teplotní prahové hodnoty v této tabulce vycházejí z korelace mezi teplotou vzduchu a skutečnou teplotou vozovky. Teplota povrchu vozovky na přímém slunci může být o 20–25 °C vyšší než teplota okolního vzduchu, což znamená, že lokalita s maximální teplotou vzduchu 45 °C může mít teplotu vozovky blížící se 70 °C — tedy výrazně nad teplotou viskozitní zkoušky 60 °C. Systém VG toto zohledňuje prostřednictvím konzervativních minimálních požadavků na viskozitu.

Pro dopravní zatížení platí obecný princip, že těžší provoz a pomaleji se pohybující náklady vyžadují tužší pojiva. To je obzvláště důležité u letištních vozovek, kde zatížení letadly (500 000+ liber na hlavním podvozku) a nízké rychlosti pojíždění vytvářejí vysoké nároky na odolnost proti kolejovým rýhám. Výběr třídy by měl také zohledňovat intenzitu dopravy (ekvivalentní osové zatížení), rychlost dopravy (statická vs. vysokorychlostní) a to, zda je vozovka vystavena směrově omezenému provozu (např. osy drah, trasy pojezdových drah).

Mezi další úvahy patří:

• Nadmořská výška: Lokality ve vysoké nadmořské výšce (>1500 m) s chladnými nočními teplotami mohou vyžadovat o jednu třídu měkčí pojivo i přes vysoké denní teploty kvůli riziku tepelného praskání.
• Srážky: Oblasti s vysokými srážkami mohou těžit z tužších pojiv pro snížení poškození vodou a odmísení.
• Speciální vozovky: Křižovatky, kruhové objezdy, autobusové zastávky a letištní odbavovací plochy by měly používat o jednu třídu tužší pojivo, než je doporučení podle klimatu, kvůli pomalému/statickému zatížení.

4. VG-40 pro letištní dráhy

VG-40 je nejtužší třídou v systému viskozitního třídění a je preferovaným pojivem pro vozovky letištních drah v horkém podnebí a pro vozovky vystavené těžkému zatížení letadly. Jeho minimální absolutní viskozita 3200 poise při 60 °C a minimální kinematická viskozita 400 cSt při 135 °C poskytují výjimečnou odolnost proti trvalé deformaci při extrémních podmínkách zatížení charakteristických pro letištní provoz.

Proč VG-40 pro letiště?

Zatížení letadly se zásadně liší od zatížení silniční dopravou v několika kritických aspektech:

1. Zatížení kol: Pneumatika hlavního podvozku Boeingu 777 může nést přes 30 000 kg (66 000 liber), což vytváří tlak v pneumatikách přesahující 200 psi (1,38 MPa). To je přibližně 2–3krát více než typické tlaky v pneumatikách nákladních vozidel.
2. Nízké rychlosti: Letadla pojíždějí rychlostí 20–50 km/h (12–31 mph) a při vzletu letadlo relativně pomalu akceleruje přes nižší rychlosti. To zvyšuje dobu působení zatížení na vozovku, což vytváří větší viskózní tok v pojivu.
3. Směrově omezený provoz: Letadla sledují stejnou dráhu (osu) s vysokou přesností, čímž koncentrují zatížení v úzkých zónách kolejí.
4. Vysoké teploty: Povrch drah na přímém slunci může v tropickém podnebí dosahovat 60–70 °C, což vytváří ideální podmínky pro vznik kolejových rýh, pokud je pojivo příliš měkké.

Specifikace FAA P-401 (Standardní specifikace pro asfaltové vozovky letišť) a Unified Facilities Guide Specifications (UFGS) 32 12 15.13 odkazují na pojiva tříděná podle viskozity pro letištní stavby. FAA umožňuje použití jak výkonnostně tříděných (PG), tak viskozitně tříděných pojiv, přičemž přibližný ekvivalentní vztah je:

• VG-40 ≈ PG 76-22 nebo PG 82-10 (v závislosti na typu modifikátoru a základním pojivu)

Příručka ICAO pro projektování letišť (Doc 9157, Část 3 – Vozovky) poskytuje pokyny pro výběr pojiva pro letištní vozovky a doporučuje, aby byla třída pojiva zvolena na základě referenční teploty letiště — 7denního průměru maximální teploty vozovky v hloubce 20 mm pod povrchem. Pro letiště v oblastech s referenčními teplotami nad 45 °C (např. Blízký východ, jižní Asie, části jihovýchodní Asie a jižní Spojené státy) je doporučeno pojivo ekvivalentní VG-40 nebo vyšší.

Polymerem modifikované VG-40

Pro kritické letištní aplikace je VG-40 často polymerem modifikováno (vzniká PMB 40 nebo ekvivalentní třídy) pro další zlepšení výkonnosti. Polymerová modifikace zlepšuje:

• Elastické zotavení: Schopnost pojiva “odskočit” po deformaci, což snižuje trvalé kolejové rýhy
• Odolnost proti únavě: Lepší odolnost proti praskání při opakovaném zatížení
• Odolnost proti palivům: Zvýšená odolnost proti napadení leteckým palivem a hydraulickou kapalinou
• Odolnost proti tepelnému praskání: Nižší tuhost při nízkých teplotách, což snižuje riziko praskání v chladném počasí

Program technologie asfaltových vozovek pro letiště (AAPTP) a Národní centrum pro asfaltové technologie (NCAT) na Auburn University vyvinuly Online nástroj pro výběr asfaltového pojiva pro letiště, který pomáhá inženýrům vybrat vhodnou třídu pojiva na základě polohy letiště, dopravního zatížení a konstrukce vozovky. Tento nástroj potvrzuje, že VG-40 (nebo jeho PG ekvivalent) je minimální doporučenou třídou pro hlavní dráhy na letištích v horkém podnebí.

5. VG vs. penetrační třídění

Penetrační systém třídění (ASTM D946 / IS 73:1950 / EN 12591) klasifikuje asfalt podle hloubky, do které standardní jehla pronikne vzorkem za specifikovaných podmínek (25 °C, 100 g, 5 sekund). Třídy jako 30/40, 40/50, 60/70, 80/100 a 100/120 představují hodnoty penetrace v desetinách milimetru. Tento systém byl celosvětovým standardem po více než století a stále se používá v mnoha zemích včetně Íránu, SAE, Saúdské Arábie, Ománu, Keni, Tanzanie a Indonésie.

Klíčové rozdíly

Důvody pro nahrazení

Zásadní slabinou penetračního třídění je, že penetrace při 25 °C spolehlivě nekoreluje s výkonností při vysokých teplotách z hlediska kolejových rýh. Dvě pojiva se stejnými hodnotami penetrace (např. obě 60/70) mohou mít výrazně odlišné viskozity při 60 °C v závislosti na zdroji ropy a způsobu rafinace. To znamená, že pojivo 60/70 z voskové ropy může v horkém počasí vytvářet silné kolejové rýhy, zatímco pojivo 60/70 z naftenické ropy funguje perfektně — přesto by byla obě klasifikována jako stejná třída.

Systém VG tuto nejednoznačnost odstraňuje přímým měřením viskozity při teplotě, která je pro vznik kolejových rýh nejdůležitější. V systému VG budou mít jakékoli dva vzorky stejné třídy VG podobný výkon vůči kolejovým rýhám v horkém počasí — což nelze říci o penetračních třídách.

Ekvivalentní třídy

6. VG vs. výkonnostní třídění (PG)

Systém výkonnostních tříd (PG) — vyvinutý v rámci Strategického výzkumného programu dálnic (SHRP) na konci 80. a počátku 90. let 20. století a formalizovaný v AASHTO M 320 a ASTM D6373 — představuje nejpokročilejší metodologii klasifikace pojiv. PG pojiva se označují dvěma čísly (např. PG 64-22), kde první číslo je vysokoteplotní třída (maximální teplota vozovky v °C, kterou pojivo snese) a druhé je nízkoteplotní třída (minimální teplota vozovky v °C, kterou pojivo snese, se záporným znaménkem).

Zásadní rozdíly

Kdy použít který systém

Systém VG zůstává vhodný pro:

• Země a regiony, kde je IS 73 řídící specifikací (Indie, Nepál, Bangladéš, Srí Lanka)
• Projekty, kde zkušební infrastruktura pro DSR a BBR není k dispozici
• Aplikace, kde je preferována jednodušší specifikace s menším počtem zkoušek
• Jako kontrola kvality během výroby (VG zkoušky jsou rychlejší a levnější)

Systém PG je lepší pro:

• Projekty vyžadující výběr pojiva podle konkrétního klimatu (systém PG dokáže rozlišit mezi PG 64-22 a PG 70-22, zatímco VG řadí obojí do VG-30 nebo VG-40)
• Vysoce výkonné vozovky (letiště, koridory s těžkým zatížením), kde PG testování poskytuje komplexnější charakterizaci
• Projekty v chladném podnebí, kde je primárním problémem nízkoteplotní praskání (systém PG přímo měří tuhost BBR, zatímco VG nikoli)
• Mezinárodní letištní projekty, kde specifikace FAA nebo ICAO odkazují na PG pojiva (FAA P-401 povoluje PG 76-22 nebo PG 82-28 pro letištní aplikace)

Praktická ekvivalence

Pro inženýrské účely lze použít následující přibližné ekvivalenty:

Tyto ekvivalence jsou přibližné a závisí na zdroji ropy a na tom, zda je pojivo modifikováno. Pro kritické aplikace by mělo být provedeno přímé PG testování.

7. Zkoušení VG (ASTM D2171; D2170; IS 1206)

Režim zkoušení pro VG pojiva je specifikován jak v normách ASTM, tak IS. Hlavními zkouškami jsou:

Absolutní viskozita při 60 °C — ASTM D2171 / IS 1206 (část 2)

Toto je definující zkouška pro klasifikaci VG. Metoda vakuového kapilárního viskozimetru vyžaduje pečlivou kontrolu:

• Teploty: ±0,03 °C při 60 °C
• Vakua: 300 mm Hg ± 0,5 mm
• Časování: Přesnost 0,1 sekundy
• Přípravy vzorku: Zahřátí na 135 °C ± 5,5 °C s mícháním, aby se zabránilo místnímu přehřátí

Kalibrační faktor viskozimetru se stanovuje pomocí standardních referenčních kapalin pro viskozitu. U ne-newtonských pojiv (např. polymerem modifikovaných pojiv) je třeba zohlednit vliv smykové rychlosti — různé velikosti kapilár viskozimetru nebo úrovně vakua mohou poskytnout různé výsledky.

Kinematická viskozita při 135 °C — ASTM D2170 / IS 1206 (část 3)

Zkouška kinematické viskozity používá jiný typ kapilárního viskozimetru (typicky Cannon-Fenske nebo Ubbelohde) pracujícího s gravitačním průtokem při 135 °C. Zkouška měří dobu, za kterou fixní objem asfaltu proteče kapilárou pod vlastním hydrostatickým tlakem. Kinematická viskozita v centistokech se vypočítá jako součin doby průtoku a kalibrační konstanty viskozimetru.

Tato zkouška slouží jako ukazatel teploty míchání a hutnění. Minimální hodnoty kinematické viskozity ve specifikaci zajišťují, že pojivo bude mít při 135 °C dostatečnou tekutost k obalení kameniva během výroby HMA. Pojiva s kinematickou viskozitou pod minimem mohou produkovat měkké směsi, které se obtížně hutní a jsou náchylné k deformaci během konstrukce.

Doplňkové zkoušky

1. Penetrace při 25 °C (IS 1203 / ASTM D5): Zachována jako doplňková zkouška k zajištění minimální měkkosti pojiva pro odolnost proti únavovému praskání při průměrné provozní teplotě.
2. Bod měknutí (kroužek a kulička) (IS 1205 / ASTM D36): Měří teplotu, při které asfalt měkne při standardním zatížení, a poskytuje další ukazatel vysokoteplotní výkonnosti.
3. Bod vzplanutí (Cleveland otevřený kelímek) (IS 1448 P:69 / ASTM D92): Bezpečnostní požadavek k zajištění, že pojivo se během zahřívání nevznítí.
4. Rozpustnost v trichlorethylenu (IS 1216 / ASTM D2042): Zajišťuje, že pojivo je prosté anorganických nečistot.
5. Zkouška v tenké vrstvě (TFOT) nebo v rotační tenké vrstvě (RTFOT) (ASTM D1754 / D2872): Simuluje stárnutí, ke kterému dochází během výroby HMA. Zkoušky na zestárlém zbytku zahrnují:
   • Viskozitní poměr (poměr viskozity po stárnutí k původní viskozitě, max. 4,0): Kontroluje nadměrné tvrdnutí během konstrukce.
   • Tažnost při 25 °C (minimálně 75 cm pro VG-10, klesající na 25 cm pro VG-40): Zajišťuje dostatečnou roztažnost pojiva pro odolnost proti únavě po stárnutí.

Proč sedm zkoušek místo čtrnácti?

Revize IS 73:2006 odstranila několik zkoušek z dřívější penetrační specifikace, u nichž bylo zjištěno, že nemají jasný vztah k výkonnosti v terénu. Patřily sem:

• Specifická hmotnost: Nemá korelaci s výkonností
• Obsah vody: Zřídka problém u rafinérsky vyráběného asfaltu
• Ztráta žíháním: Nahrazena smysluplnějšími zkouškami TFOT/RTFOT
• Fraassův bod lámavosti: Empirická nízkoteplotní zkouška se špatnou reprodukovatelností; její odstranění bylo kontroverzní, ale odůvodněné zavedením testování souvisejícího s výkonností
• Obsah parafínového vosku: Zatímco obsah vosku ovlivňuje výkonnost, klasifikace založená na viskozitě v systému VG přirozeně zachycuje účinky vosku prostřednictvím jejich vlivu na chování toku
• Penetrační poměr: Zbytečný duplicitní parametr

8. VG pojivo a poruchy vozovek

Volba správné třídy VG přímo ovlivňuje odolnost vozovky vůči třem primárním způsobům porušení: kolejové rýhy, únavové praskání a tepelném praskání. Vztah mezi viskozitní třídou a každým typem porušení je následující:

Kolejové rýhy (trvalá deformace)

Kolejové rýhy jsou podélné prohlubně v kolejích kol způsobené kumulací trvalé (plastické) deformace v jedné nebo více vrstvách vozovky. Jedná se o primární vysokoteplotní poruchu, kterou systém klasifikace VG přímo řeší.

Pojivo s nedostatečnou viskozitou při 60 °C (tj. třída příliš měkká pro dané klima) bude téct pod zatížením, což umožní posun kostry kameniva. To je obzvláště kritické u letištních vozovek, kde:

• Tlaky v pneumatikách letadel (150–250 psi) jsou výrazně vyšší než tlaky v pneumatikách nákladních vozidel (100–120 psi)
• Pomalu se pohybující letadla zvyšují dobu působení zatížení, což umožňuje větší tok pojiva
• Směrově omezený provoz koncentruje zatížení v úzkých kolejových zónách

VG-40 poskytuje maximální odolnost proti kolejovým rýhám mezi standardními třídami a je minimální doporučenou třídou pro letištní dráhy v horkém podnebí. Pro extrémní podmínky by mělo být předepsáno polymerem modifikované VG-40 (nebo ekvivalent PG 76-22).

Únavové praskání

Únavové praskání (také nazývané “krokodýlí praskání”) vzniká v důsledku opakovaných tahových napětí na spodní straně hutněné vrstvy vozovky při dopravním zatížení. Jedná se o primární středněteplotní poruchu.

Vztah mezi viskozitou pojiva a odolností proti únavě je komplexní. Zatímco tužší pojiva zlepšují odolnost proti kolejovým rýhám, mohou snížit únavovou životnost, pokud se pojivo stane příliš křehkým. Systém VG toto řeší prostřednictvím minimálního požadavku na penetraci při 25 °C — i VG-40 musí mít penetraci nejméně 40 dmm (0,1 mm) při 25 °C, což zajišťuje minimální úroveň pružnosti pro odolnost proti únavě.

U letištních vozovek je spojovací vrstva (vrstva mezi povrchem a podkladem) zvláště náchylná k únavovému praskání, protože je vystavena nejvyšším tahovým napětím. Volba příliš tuhého pojiva (např. VG-40 ve spojovací vrstvě, kde by postačilo VG-30) může ve skutečnosti snížit únavovou životnost.

Tepelné praskání

K tepelnému praskání dochází, když nízké teploty způsobí tahová napětí na povrchu vozovky, která překročí pevnost materiálu v tahu. Jedná se o primární nízkoteplotní poruchu a je to slabina systému VG — přímo neměří nízkoteplotní vlastnosti pojiva.

Penetrační systém, ze kterého se VG vyvinulo, také postrádal přímé měření nízkoteplotních vlastností. Systém PG toto řeší prostřednictvím zkoušky ohybovým paprskovým reometrem (BBR), která měří creepovou tuhost při nízkých teplotách. U VG pojiv používaných v chladném podnebí (VG-10, VG-20) poskytují minimální hodnoty penetrace (80–100 a 60–80 dmm) určitou záruku nízkoteplotní pružnosti, ale jedná se o nepřímé měření.

Pro letištní vozovky v chladných oblastech platí následující doporučení:

• Používejte VG-10 nebo VG-20 pro klima s nízkými zimními teplotami
• Zvažte polymerovou modifikaci pro zlepšení nízkoteplotní pružnosti
• Pro kritické letištní vozovky v chladném podnebí zvažte přechod na systém specifikace PG pro přímé měření nízkoteplotní výkonnosti
• Předepište minimální požadavky na penetraci a zvažte index penetrace (PI) jako doplňkové měřítko teplotní citlivosti

9. VG v indických a dalších specifikacích

Indická norma IS 73

Přijetí viskozitního třídění v Indii představuje nejvýznamnější národní přechod od penetračního k VG třídění. Časová osa je následující:

• 1950: První vydání IS 73 s klasifikací penetračních tříd (40/50, 60/70, 80/100 atd.)
• 1962: První revize s rozšířenými penetračními třídami a samostatnými tabulkami pro voskové a nevoskové ropy
• 1992: Druhá revize zavádějící výkonnostní zkoušky (penetrační poměr, obsah parafínového vosku, viskozita při 60 °C a 135 °C, zachovaná penetrace po TFOT)
• 2006: Třetí revize — klíčová změna — klasifikace změněna z penetrační na viskozitní. Zavedeny čtyři třídy VG: VG-10, VG-20, VG-30, VG-40. Počet specifikačních zkoušek snížen ze 14 na 7.
• 2013: Čtvrtá revize zavádějící:
  • Rozsahy viskozity (namísto jednotlivých minimálních hodnot)
  • Minimální hodnoty penetrace při 25 °C (namísto rozsahů)
  • Tabulku výběru třídy podle klimatu navázanou na 7denní průměr maximální teploty vzduchu
  • Zkoušku tažnosti jako nepovinnou

Specifikace IS 73:2013 je nyní řídící normou pro všechny silniční asfalty v Indii. Indian Oil Corporation (IOCL) a další velké rafinérie zahájily marketing VG asfaltů ze všech rafinérií v srpnu 2009. Penetrační třídy (30/40, 40/50, 60/70, 80/100, 100/120) byly účinně nahrazeny, i když některé starší projekty mohou stále předepisovat penetrační třídy.

Další národní specifikace

Jihoafrická republika: Používá systém podobný VG, ale s místními úpravami (specifikace SANRAL). Třídy zahrnují penetrační třídy 40/50, 60/70, 80/100 vedle tříd založených na viskozitě.

Austrálie: Používá systém založený na viskozitě s třídami vyjádřenými jako Class 170, Class 320, Class 600, Class 1000 (kde čísla představují přibližnou viskozitu v poise při 60 °C pro zestárlý zbytek).

Evropa (EN 12591): Používá primárně penetrační třídění s doplňkovými požadavky na výkonnostní charakteristiky. Systém EN nepřijal klasifikaci VG, ale vyvinul systém založený na PG (EN 14023 pro polymerem modifikovaná pojiva).

Spojené státy: Systém PG (AASHTO M 320) z velké části nahradil jak penetrační, tak viskozitní třídění pro novou výstavbu. Nicméně ASTM D3381 (Standardní specifikace pro asfaltové pojivo tříděné podle viskozity) zůstává v platnosti a je uváděna v některých starších specifikacích.

Blízký východ: Mnoho zemí (SAE, Saúdská Arábie, Katar, Kuvajt) předepisuje jak penetrační třídy (60/70, 40/50) pro běžnou výstavbu, tak PG třídy pro významné projekty. VG je méně běžné, ale je stále více uznáváno díky vlivu indických dodavatelů.

10. Relevantnost pro inspekci

Pro inspektory letištních vozovek a inženýry zajišťování kvality je porozumění VG pojivům kritické z několika důvodů:

Ověření třídy pojiva

Při inspekci výstavby letištních asfaltových vozovek musí inženýr ověřit, že dodané pojivo odpovídá předepsané třídě VG. To zahrnuje:

1. Kontrola certifikátů z mlýna: Každá šarže pojiva by měla být doprovázena certifikátem z rafinérie dokládajícím soulad s IS 73:2013 (nebo platnou normou) pro předepsanou třídu.
2. Nezávislý odběr vzorků a zkoušení: Vzorky by měly být odebrány z dodávkového cisternového vozidla na místě projektu a zaslány do akreditované laboratoře k ověřovacím zkouškám. Absolutní viskozita dle ASTM D2171 a kinematická viskozita dle ASTM D2170 jsou primárními zkouškami.
3. Monitorování teploty: Pojivo musí být skladováno a manipulováno při vhodných teplotách (typicky 150–180 °C pro VG-30 a VG-40), aby se zabránilo předčasnému stárnutí nebo degradaci.

Indikátory nesprávné třídy v terénu

Při inspekci vozovky mohou následující znaky indikovat nesprávný výběr třídy VG nebo problémy související s pojivem:

• Kolejové rýhy v nové vozovce (během prvních 1–2 let): Pojivo může být příliš měkké (nižší VG, než je požadováno) nebo může být nadměrný obsah pojiva
• Vytékání / vyplavování pojiva: Nadbytek pojiva vystupující na povrch, indikující pojivo příliš měkké pro klima nebo nadměrný obsah pojiva
• Odmísení / obnažení kameniva: Ztráta kameniva z povrchu, indikující špatnou adhezi pojiva ke kamenivu nebo pojivo příliš tvrdé pro řádné obalení
• Předčasné praskání (tepelná nebo únavová porucha): Může indikovat pojivo příliš tvrdé pro klima (třída VG příliš vysoká)
• Měkká směs při hutnění: Obtížné dosažení cílové hutnosti, může indikovat kinematickou viskozitu při 135 °C příliš nízkou pro teplotu míchání

Frekvence zkoušení

Pro letištní projekty se doporučuje následující frekvence zkoušení:

Kontrola teploty pojiva během konstrukce

VG pojiva mají specifické teplotní požadavky během míchání, dopravy a hutnění:

Tyto teploty zajišťují, že pojivo dosáhne správné kinematické viskozity pro obalení kameniva při míchání a pro dosažení cílové hutnosti při hutnění. Přesné teploty by měly být stanoveny z teplotně-viskozitního vztahu konkrétního použitého pojiva.

Dokumentace pro soulad s předpisy

Pro převzetí letištní vozovky by měla být vedena následující dokumentace VG pojiva:

1. Rafinérský certifikát analýzy pro každou dodávku
2. Výsledky nezávislých laboratorních zkoušek pro ověřovací vzorky
3. Dodací listy pojiva udávající teplotu při nakládce
4. Záznamy o teplotě míchání a hutnění z obalovny
5. Jádrové vzorky pro extrakci pojiva a zkoušky zpětného získávání (k ověření vlastností pojiva na místě)
6. Jakékoli hlášení o odchylkách, pokud byly nutné náhrady třídy pojiva

Řádná dokumentace zajišťuje, že vozovka vyhovuje předepsaným požadavkům na třídu VG, a poskytuje záznam pro budoucí forenzní šetření, pokud by se u vozovky vyvinuly poruchy.

Reference a další četba

• IS 73:2013 — Paving Bitumen — Specification (Fourth Revision), Bureau of Indian Standards
• ASTM D2171 — Standard Test Method for Viscosity of Asphalts by Vacuum Capillary Viscometer
• ASTM D2170 — Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Asphalts
• ASTM D3381 — Standard Specification for Viscosity-Graded Asphalt Binder for Use in Pavement Construction
• AASHTO M 226 — Standard Specification for Viscosity-Graded Asphalt Cement
• FAA AC 150/5370-10 — Standards for Specifying Construction of Airports (Item P-401)
• ICAO Doc 9157 — Aerodrome Design Manual, Part 3 — Pavements
• UFGS 32 12 15.13 — Asphalt Paving for Airfields
• IndianOil Bitumen Specification Sheet — Viscosity Grade Bitumen per IS 73:2013