Mi az aszfaltkötőanyag-tartalom?

Aszfaltkötőanyag-tartalom, definíció és jelentősége

Az aszfaltkötőanyag-tartalom (Pb) az aszfaltkötőanyag tömege a melegaszfalt (HMA) keverék teljes tömegének százalékában kifejezve. Jelölése Pb (százalékos kötőanyag), és a következő egyenlettel határozható meg:

Pb = (Kötőanyag tömege / Keverék teljes tömege) × 100%

A kötőanyag-tartalom a legfontosabb összetételi paraméter a HMA-ban. Ellentétben az adalékanyag szemeloszlásával, amely a specifikációs sávokon belül változhat anélkül, hogy katasztrofális teljesítményváltozást okozna, a kötőanyag-tartalomnak a tervezési optimumtól való akár 0,3%-os eltérése is mérhető változásokat idéz elő a keverék térfogati tulajdonságaiban, valamint jellegzetes, azonosítható burkolathiba-mintázatokat. A kötőanyag-tartalom szabályozza az egyes adalékanyag-szemcséket bevonó aszfaltfilm vastagságát, az aszfalttal kitöltött hézagok térfogatát (VFA), a tömörített keverék légpórustartalmának százalékát, valamint az adalékanyag-vázon belüli szemcseközi súrlódást.

Az American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) és a Federal Aviation Administration (FAA) egyaránt kötelező átvételi minőségi jellemzőként írja elő a kötőanyag-tartalmat. Az FAA P-401 tételszáma (Hot Mix Asphalt Pavement) kötőanyag-tartalom vizsgálatot ír elő a repülőtéri HMA-gyártás minden tételére, ±0,4% tűréssel a gyári keverékformula (JMF) célértékéhez képest. A Nemzetközi Polgári Repülési Szervezet (ICAO) a Repülőterek Tervezési Kézikönyve 3. részén (Doc 9157) keresztül elismeri a kötőanyag-tartalmat kritikus paraméterként a repülőtéri burkolatokon használt aszfaltkeverékek minőségellenőrzésében, az átvételi kritériumok tekintetében az FAA és nemzeti szabványokra hivatkozva.

A kötőanyag-tartalmat a burkolat életciklusának három különböző szakaszában határozzák meg: keveréktervezés, ahol az optimális kötőanyag-tartalmat a térfogati és teljesítménykritériumok teljesítéséhez választják ki, gyártási minőségellenőrzés, ahol napi mintákat vizsgálnak annak ellenőrzésére, hogy a gyártási kötőanyag-tartalom megegyezik-e a tervezési optimummal, és igazságügyi vizsgálat, ahol a forgalomban lévő burkolatokból vett magmintákat vizsgálnak az idő előtti tönkremenetel diagnosztizálása vagy a beépített tulajdonságok ellenőrzése céljából. Mindegyik szakasz ugyanazokat a vizsgálati módszereket használja, de eltérő mintavételi gyakorisággal és értelmezési kritériumokkal.

A kötőanyag-tartalom jelentősége a HMA teljesítménye szempontjából

Az aszfaltkötőanyag a HMA legdrágább összetevője, amely jellemzően a keverék tömegének 4-7%-át, de az anyagköltség 25-35%-át teszi ki. Ez a gazdasági valóság állandó ösztönzést teremt a gyártás során a kötőanyag-tartalom minimalizálására. Az optimális kötőanyag-tartalomtól való kis eltérések mérnöki következményei azonban súlyosak, és közvetlenül meghatározzák a burkolat élettartamát.

Térfogati összefüggések

A kötőanyag-tartalom határozza meg a tömörített HMA keveréken belüli alapvető térfogati egyensúlyt. A tömörített HMA próbatest teljes térfogata három összetevőből áll: adalékanyag-térfogat, kötőanyag-térfogat és légpórus-térfogat. Az összetevők közötti kapcsolat három egymással összefüggő térfogati paraméteren keresztül fejezhető ki:

A Superpave keveréktervezés optimális kötőanyag-tartalma az a kötőanyag-százalék, amely 4,0% légpórustartalmat eredményez a tervezési tömörítési számnál (Ndesign). Ezen a kötőanyag-tartalomnál a VMA-nak és a VFA-nak is a tervezési forgalmi szintre meghatározott tartományokon belül kell lennie. A kötőanyag-tartalom 0,5%-os növelése az optimum felett jellemzően 1,0-1,5%-kal csökkenti a légpórustartalmat, potenciálisan a 3,0%-os minimumkövetelmény alá csökkentve azt. A kötőanyag-tartalom 0,5%-os csökkentése 1,0-1,5%-kal növeli a légpórustartalmat, potenciálisan meghaladva az 5,0%-os maximumot, és áteresztő keveréket hozva létre, amely érzékeny a nedvességkárosodásra.

Kötőanyagfilm vastagsága

A kötőanyagfilm vastagsága, az adalékanyag-szemcséken lévő aszfaltbevonat számított vastagsága, a kötőanyag-tartalom, az adalékanyag fajlagos felülete és a fajsúly közvetlen függvénye. A megfelelően tervezett HMA filmvastagság-értékei jellemzően 6 és 14 mikron között mozognak. 6 mikron alatt a film túl vékony ahhoz, hogy megfelelő oxidáció-ellenállást és kötőanyag-tartósságot biztosítson. 14 mikron felett a film elég vastag ahhoz, hogy csökkentse az adalékanyagok közötti összekapcsolódást és növelje a nyomvályúsodási potenciált. A kötőanyag-tartalom 0,5%-os változása 2-4 mikronnal változtathatja meg a filmvastagságot, az optimális tartományon kívülre mozdítva a keveréket.

A kötőanyag-tartalom és a filmvastagság közötti kapcsolat megmagyarázza, hogy az alacsony kötőanyag-tartalom miért gyorsítja fel az oxidációs öregedést. A vékony kötőanyagfilm egységnyi tömegre vetítve nagyobb kötőanyag-térfogatot tesz ki a légköri oxigénnek, felgyorsítva azt a keményedési folyamatot, amely a kötőanyagot törékennyé és termikus repedésre hajlamossá teszi. Ez a mechanizmus különösen hangsúlyos meleg éghajlaton és a sugárhajtású légcsavar hőmérsékletének kitett repülőtéri burkolatokon.

Teljesítménytulajdonságok

A kötőanyag-tartalom a következő keverék-teljesítményjellemzőket szabályozza:

Merevség és modulus: A HMA dinamikus modulusa (|E*|) csökken, ahogy a kötőanyag-tartalom az optimum fölé emelkedik. A kötőanyag-tartalom 0,5%-os növelése 15-25%-kal csökkentheti a modulust, csökkentve a burkolat szerkezeti hozzájárulását. Az optimum alatt a modulus nő, de a törékenység rovására.

Fáradási élettartam: A kötőanyag-tartalom összetett, nem lineáris kapcsolatban áll a fáradási repedezéssel. Nagyon alacsony kötőanyag-tartalomnál a keverék törékeny, és kevés terhelési ciklus alatt repedezik. Az optimális kötőanyag-tartalomnál a keverék elegendő kötőanyaggal rendelkezik ahhoz, hogy ellenálljon a húzófeszültségeknek a repedéscsúcsoknál, maximalizálva a fáradási élettartamot. Magas kötőanyag-tartalomnál a keverék csökkent merevsége és megnövekedett kötőanyagfilm-vastagsága javíthatja a fáradási ellenállást alacsony alakváltozási szinteken, de csökkentheti azt magas alakváltozási szinteken a csökkent adalékanyag-összekapcsolódás miatt.

Nyomvályú-ellenállás: A kötőanyag-tartalom fordítottan arányos a nyomvályú-ellenállással. A kötőanyag-tartalom minden 0,5%-os növelése az optimum felett körülbelül 20-40%-kal csökkenti a nyomvályú-ellenállást a Hamburg keréknyom-próba vagy a folyási szám vizsgálata szerint. A felesleges kötőanyag kenőanyagként viselkedik, csökkentve az adalékanyagok közötti érintkezést, és lehetővé téve a nyírási alakváltozást terhelés alatt.

Nedvesség-érzékenység: Az alacsony kötőanyag-tartalom néhány adalékanyag-szemcsét nem megfelelően von be, olyan helyeket létrehozva, ahol a víz kiszoríthatja a kötőanyagot (leválás). A magas kötőanyag-tartalom csökkenti a légpórusokat, megakadályozva a burkolatba bejutó nedvesség elvezetését. Az optimális kötőanyag-tartalom egyensúlyba hozza ezeket a kockázatokat, teljes adalékanyag-bevonatot biztosítva, miközben az összefüggő légpórusokat az áteresztőképességi küszöb alatt tartja.

Égetéses kemencés módszer (AASHTO T 308)

Az égetéses kemencés módszer, amelyet AASHTO T 308 és ASTM D6307 szabványosít, a legszélesebb körben használt eljárás az aszfaltkötőanyag-tartalom meghatározására HMA-ban. Az Auburn Egyetem Aszfalttechnológiai Nemzeti Központjában (NCAT) fejlesztették ki az 1990-es évek elején, és gyorsan átvették az állami közútkezelők és az FAA, mint az oldószeres extrakciós módszerek előnyben részesített alternatíváját, amelyek veszélyes klórozott oldószereket igényeltek.

Vizsgálati elv

Az égetéses módszer úgy működik, hogy egy laza HMA-mintát olyan magas hőmérsékletre hevít, hogy az aszfaltkötőanyag teljesen elégjen. Az égés során bekövetkező tömegveszteséget feltételezik a kötőanyag tömegének, korrekciós tényezőt alkalmazva az adalékanyag tömegveszteségének figyelembevételére. A vizsgálat akkor fejeződik be, amikor a tömegváltozás mértéke három egymást követő percen keresztül nem haladja meg a 0,01%-ot.

Eljárás

A 1200 g és 3000 g közötti tömegű HMA-mintát (a névleges maximális szemcsemérettől függően) dróthálós kosárba helyezik, és 0,1 g pontossággal lemérik. A kosarat az égetéses kemencébe helyezik, amelyet előmelegítenek a vizsgálati hőmérsékletre, jellemzően 1000°F-ra (538°C) a legtöbb keveréknél, bár egyes, nagy tömegveszteségre hajlamos adalékanyagoknál akár 800°F (427°C) is alkalmazható. A kemence folyamatosan rögzíti a minta tömegét az égés során. Amikor a tömeg stabilizálódik (a vizsgálat befejezési kritériuma teljesül), a kemence a kötőanyag-tartalmat az eredeti mintatömeg százalékában jeleníti meg.

Az AASHTO T 308 két eljárást ír elő:

A eljárás (belső mérleg): A kemence belső mérleggel van felszerelve, amely az égés során folyamatosan méri a minta tömegét. Ez a gyakoribb és automatizált eljárás. A kezelő betölti a mintát, megadja a korrekciós tényezőt, és a kemence automatikusan meghatározza a kötőanyag-tartalmat.

B eljárás (külső mérleg): A kemence nem rendelkezik belső mérleggel. A mintát az égés előtt és után külső mérlegen mérik, és a kötőanyag-tartalmat manuálisan számítják ki. Ez az eljárás kevésbé gyakori, és elsősorban régebbi kemencemodelleknél használják.

Korrekciós tényező

Az égetéses módszer kritikus lépése a korrekciós tényező (CF) meghatározása. A CF azért szükséges, mert a magas hőmérsékletű hevítési folyamat során bizonyos adalékanyag-tömeg vész el. A karbonátos adalékanyagok, a mészkő, a dolomit és az oltott meszet tartalmazók különösen érzékenyek a kalcináció (termikus bomlás) okozta tömegveszteségre. Az ezekből az adalékanyagokból származó tömegveszteség nem kötőanyag, de a kemence tömegveszteségként méri, így túlbecsüli a valódi kötőanyag-tartalmat.

A CF meghatározása két, a tervezési kötőanyag-tartalommal készült minta elkészítésével, az égetéses kemencében történő vizsgálatával és a következő kiszámításával történik:

CF = Tényleges kötőanyag-tartalom, Mért kötőanyag-tartalom

Az AASHTO T 308 előírja, hogy: “Minden egyes adalékanyag- és égetéses kemence-kombinációhoz korrekciós tényezőt kell megállapítani. Ha az adalékanyag-keverék bármely összetevője megváltozik, új korrekciós tényezőt kell megállapítani.” Ez azt jelenti, hogy a laboratóriumban vagy üzemben lévő minden égetéses kemencének saját CF-fel kell rendelkeznie minden keveréktervezéshez. Az NCAT kutatásai kimutatták, hogy a CF-ek jelentősen eltérnek az azonos márkájú kemencék között is, és a közös CF használata több kemencénél szisztematikus hibát okoz.

A tipikus CF-értékek a teljes keverék tömegének 0,0% és 0,6% között mozognak. A mészkő adalékanyagok jellemzően 0,3-0,6% közötti CF-értékeket produkálnak. A gránit, a bazalt és más kovás adalékanyagok jellemzően 0,2% alatti CF-értékeket produkálnak. Az 1,0-1,5 tömegszázalékban oltott meszet tartalmazó adalékanyagok megnövekedett tömegveszteséget mutatnak, ami a tartomány felső részébe eső CF-értékeket igényel.

Az NCAT által végzett NCHRP 9-56 jelentés kutatása megállapította, hogy a vizsgálati hőmérséklet a CF-et befolyásoló elsődleges tényező. A vizsgálati hőmérséklet 1000°F-ról 800°F-ra történő csökkentése minden oltott mész nélküli keveréknél csökkentette az adalékanyag tömegveszteségét. A meszet tartalmazó keverékeknél a CF 800°F-on alacsonyabb volt, mint 1000°F-on, és a kötőanyag teljes eltávolítása továbbra is megtörtént a vizsgálati idő lényeges változása nélkül.

Pontosság és torzítás

Az égetéses módszer lényegesen jobb pontosságot biztosít, mint az oldószeres extrakciós módszerek. Az AASHTO T 308 pontossági nyilatkozata a következőket jelenti:

Összehasonlításképpen az AASHTO T 164 (oldószeres extrakció) 0,96%-os többlaboratóriumi elfogadható tartományt jelent, ami több mint kétszerese az égetéses módszer 0,45%-os tartományának. Ez a kiváló pontosság az egyik elsődleges oka az égetéses módszer széles körű elterjedésének.

Az égetéses módszer torzítását a korrekciós tényező szabályozza. Ha az adott kemence- és adalékanyag-kombinációhoz megfelelő CF-fel megfelelően kalibrálják, a módszer a valódi kötőanyag-tartalom 0,05-0,10%-án belüli eredményeket ad.

Előnyök és korlátok

Előnyök: Kiküszöböli a veszélyes klórozott oldószerek használatát, gyorsabb, mint az oldószeres extrakció (30-60 perc vs. 2-4 óra), jobb pontosság, mint az extrakció, a vizsgálatra alkalmas adalékanyagot állít elő a szemeloszlás elemzéséhez, az automatizált eljárás csökkenti a kezelői hibákat.

Korlátok: A magas üzemi hőmérséklet (1000°F) jelentős energiát fogyaszt, az adalékanyag tömegvesztesége korrekciós tényező meghatározását igényli, egyes adalékanyagok (különösen a dolomitok) következetlen tömegveszteséget mutatnak, a kemence kalibrációját rendszeresen ellenőrizni kell, a kezdeti berendezésköltség (20 000-40 000 USD) magasabb, mint az extrakciós berendezésé.

Oldószeres extrakciós módszerek (AASHTO T 164)

Az oldószeres extrakciós módszereket, amelyeket AASHTO T 164 és ASTM D2172 szabványosít, a 20. század eleje óta használják az aszfaltkötőanyag-tartalom meghatározására. Bár a rutinszerű gyártásellenőrzésben nagyrészt felváltotta az égetéses módszer, az oldószeres extrakció továbbra is fontos az igazságügyi vizsgálatokban, ahol a visszanyert kötőanyagot tulajdonságokra (minősítés, öregedés, reológia) kell vizsgálni, valamint a nagyon magas égetési veszteséggel rendelkező adalékanyagokat (például kohósalak-adalékanyagok vagy magas széntartalmúak) tartalmazó keverékeknél.

Vizsgálati elv

Az oldószeres extrakció úgy működik, hogy az aszfaltkötőanyagot feloldja a HMA-mintából olyan oldószerrel, amelyben a kötőanyag oldódik. Az oldószer-kötőanyag oldatot szűréssel vagy centrifugálással választják el az adalékanyagtól, majd az adalékanyagot mossák, szárítják és mérik. A kötőanyag-tartalmat az eredeti minta és a visszanyert adalékanyag közötti tömegkülönbségből számítják ki.

Centrifuga módszer (A eljárás)

A centrifuga módszer a leggyakoribb AASHTO T 164 eljárás. Egy laza HMA-mintát (500 g és 1500 g között) oldószerrel (jellemzően triklór-etilénnel vagy metilén-kloriddal) együtt egy edénybe helyeznek. Az oldószer feloldja a kötőanyagot, és az edényt centrifugába helyezik, amely a szűrőn keresztül kipörgeti az oldatot. A kötőanyaggal telített oldószer áthalad a szűrőpapíron, az adalékanyagot az edényben hagyva. Az adalékanyagot friss oldószerrel mossák, és újra centrifugálják, amíg a mosóoldószer tiszta nem lesz (ami a kötőanyag teljes eltávolítását jelzi). Az adalékanyagot ezután állandó tömegre szárítják és lemérik.

A centrifuga módszer vizsgálatonként 400-800 ml oldószer-felhasználást igényel, a kötőanyag-tartalomtól és a mintamérettől függően. A visszanyert oldószer-kötőanyag oldatot veszélyes hulladékként kell ártalmatlanítani. A kötőanyag maga, miután feloldódott, a centrifuga módszerből nem nyerhető vissza megbízhatóan további vizsgálatokhoz.

Reflux módszer (B eljárás)

A reflux módszer (más néven Soxhlet-módszer) folyamatosan keringeti a forró oldószert a mintán egy zárt rendszerben. A forró oldószer gőze felemelkedik egy kondenzátorba, ahol lehűl, és a mintára csepeg, feloldva a kötőanyagot. Az oldószer visszatér a forraló lombikba, magával vive az oldott kötőanyagot. Ez a folyamat hatékonyabb, mint a centrifuga módszer a kemény, öregedett kötőanyagoknál, és kevesebb kezelői figyelmet igényel.

A reflux módszert előnyben részesítik az öregedett burkolatokból vett magminták igazságügyi vizsgálatánál, mert az agresszív oldószerhatás eltávolítja az oxidáció révén megkeményedett kötőanyagot. A vizsgálat azonban mintánként 4-8 órát vesz igénybe, szemben a centrifuga módszer 1-2 órájával.

Oldószer kiválasztása

Az AASHTO T 164 több oldószert is jóváhagy az extrakcióhoz:

A klórozott oldószerek (triklór-etilén, metilén-klorid) használata a környezetvédelmi és egészségügyi előírások miatt erősen visszaesett. Az n-propil-bromid általános helyettesítővé vált, bár sok joghatóságban VOC-előírások hatálya alá is tartozik. Az EPA jelentős új alternatívákra vonatkozó politikája (SNAP) több korábban elterjedt oldószert korlátozott.

Kötőanyag-visszanyerés (AASHTO R 59)

Az igazságügyi vizsgálatokhoz, ahol a visszanyert kötőanyagot teljesítményosztályozásra kell vizsgálni, az AASHTO R 59 (Aszfaltkötőanyag visszanyerése oldatból Abson-módszerrel) használatos. Az Abson-módszer lepárolja az oldószert a kötőanyag-oldószer oldatból, visszanyerve a kötőanyagot további vizsgálatokhoz. A visszanyert kötőanyag vizsgálható penetrációra, viszkozitásra, PG-minőségre (AASHTO M 320) vagy többszörös feszültségű kúszás-visszanyerésre (MSCR, AASHTO TP 70).

Az Abson-módszer kritikus fontosságú a kötőanyag szolgálatban történő öregedésének értékeléséhez, a helyszíni magmintákból visszanyert kötőanyag tulajdonságainak összehasonlítása az eredeti kötőanyag-tulajdonságokkal feltárja az oxidációs keményedés mértékét, és segíthet az idő előtti repedéses tönkremenetel diagnosztizálásában. Az FAA Repülőtéri Aszfaltburkolat-technológiai Program (AAPTP) 06-03 projektje a kötőanyag-visszanyerést és -vizsgálatot fontos eszközként azonosította a repülőtéri HMA-burkolatok igazságügyi értékeléséhez.

Nukleáris módszer (ASTM D4125)

Az aszfaltkötőanyag-tartalom meghatározásának nukleáris módszere, amelyet ASTM D4125 szabványosít, egy neutronforrást tartalmazó nukleáris mérőműszert használ a HMA-minta hidrogéntartalmának mérésére. Mivel az aszfaltkötőanyag körülbelül 10-12 tömegszázalék hidrogént tartalmaz (szemben az adalékanyaggal, amely gyakorlatilag nem tartalmaz hidrogént), a hidrogénszám közvetlenül arányos a kötőanyag-tartalommal.

Berendezés

A leggyakoribb nukleáris aszfalt-tartalom mérőműszer a Troxler Model 3241-C vagy 3241-D, amelyet világszerte használnak a közlekedési ügynökségek. A műszer egy lezárt amerícium-241:berillium (Am-241:Be) neutronforrást tartalmaz, jellemzően 80-100 mCi (3,0-3,7 GBq) aktivitással, amelyet Speciális Formájú radioaktív anyagként osztályoznak. A műszer a termikus neutronfluxust méri, amely fordítottan arányos a hidrogénkoncentrációval, minél több hidrogén (kötőanyagból), annál több neutront nyel el, csökkentve a detektorok által mért számlálási sebességet.

Vizsgálati eljárás

Egy 7000 g-os HMA-mintát (jellemzően a teherautóból vagy a finisherekből vett teljes mintát) rozsdamentes acéltálba tömörítenek. A tálat a műszerbe helyezik, és a mintát 4-16 percig mérik a kívánt pontosságtól függően. A műszer méri a hidrogénszámot, és egy, az adott adalékanyag-keverékre és kötőanyagtípusra megállapított kalibrációs görbe segítségével kötőanyag-tartalommá alakítja.

A nukleáris mérőműszert minden adalékanyag-forráshoz kalibrálni kell, mert a különböző ásványok változó mennyiségű kémiailag kötött vizet és hidrogént tartalmaznak, amely hozzájárul a mért számhoz. A kalibráció három-öt ismert kötőanyag-tartalmú minta elkészítését (a várható tartományt lefedve), mindegyik minta műszerben történő vizsgálatát, valamint a kötőanyag-tartalom és a számlálási arány közötti lineáris regresszió megállapítását foglalja magában.

Előnyök és korlátok

Előnyök: Rendkívül gyors (vizsgálatonként 4-8 perc vs. 30-60 perc az égetéses módszernél), roncsolásmentes, ugyanaz a minta vizsgálható szemeloszlásra vagy más tulajdonságokra a vizsgálat után, nem igényel vegyszereket, nincs magas hőmérsékletű égetés, hordozható és helyszínen bevethető, több mint 25 állami közútkezelő használja.

Korlátok: Radioaktív anyagokra vonatkozó engedélyt igényel (NRC vagy állami megállapodás szerinti állam), a kezelőt sugárvédelmi képzésben kell részesíteni, a kalibráció adalékanyag-specifikus, és időszakonként ellenőrizni kell, a mintaméret (7000 g) nagyobb, mint az égetéses módszernél, a minta nedvessége zavarja a hidrogénmérést, nem alkalmas oltott meszet (amely hidrogént ad hozzá) vagy magas kémiailag kötött víztartalmú adalékanyagokat tartalmazó keverékekhez.

A nukleáris módszert számos állami közlekedési ügynökség az átvételi vizsgálat szabványaként írja elő. Az FAA P-401 tételszáma lehetővé teszi a nukleáris módszert az égetéses módszer alternatívájaként a repülőtéri HMA átvételi vizsgálatához, feltéve, hogy a műszert a projektben használt adott adalékanyag-keverékre kalibrálják.

Mintavétel és vizsgálati gyakoriság

A HMA-gyártás során a kötőanyag-tartalom mintavételének és vizsgálatának gyakoriságát az irányító ügynökség határozza meg, és a gyártási tonnázs, a forgalmi szint és a minőségellenőrzés/minőségbiztosítás (QC/QA) program felépítésének függvénye.

Mintavételi szabványok

A mintagyűjtés az AASHTO R 47 (Melegaszfalt mintáinak csökkentése vizsgálati méretre) és az AASHTO T 168 (Bitumenes burkolati keverékek mintavétele) szabványok szerint történik. A mintákat a gyárban történő berakodás után a teherautó rakteréből, a beépítés során a finisher garatjából vagy a finisher mögötti terített rétegből (a tömörítés előtt) veszik. A mintát mechanikus osztóval vagy negyedeléssel csökkentik vizsgálati méretre. A kötőanyag-tartalom vizsgálatához szükséges minimális mintatömeg a névleges maximális szemcsemérettől (NMAS) függ:

Gyártási vizsgálati gyakoriság

Autópálya-projektekhez a tipikus állami közútkezelői QC/QA programok szerint:

Nagy forgalmú projektek (több mint 10 millió ESAL): Egy kötőanyag-tartalom vizsgálat 500-800 tonnánként. Naponta legalább egy vizsgálat.

Közepes forgalmú projektek (0,3-10 millió ESAL): Egy kötőanyag-tartalom vizsgálat 800-1500 tonnánként. Naponta legalább egy vizsgálat.

Kis forgalmú projektek (kevesebb mint 0,3 millió ESAL): Egy kötőanyag-tartalom vizsgálat 1500-2000 tonnánként. Naponta legalább egy vizsgálat.

Repülőtéri projektekhez az FAA P-401 tételszám szerint:

Futópályák és elsődleges gurulóutak: Egy kötőanyag-tartalom vizsgálat 500 tonnánként vagy naponta, attól függően, melyik ad nagyobb vizsgálati gyakoriságot. Egy tétel a napi termelés legfeljebb 1500 tonnáig, tételenként legalább 3 mintával.

Másodlagos gurulóutak és előterek: Egy kötőanyag-tartalom vizsgálat 1000 tonnánként vagy naponta.

Minőségellenőrzési diagramok

A kötőanyag-tartalom vizsgálati eredményeit X-átlag és R (vagy egyedi érték és mozgó tartomány) ellenőrző diagramokon ábrázolják a folyamatellenőrzéshez. A középvonal a gyári keverékformula cél kötőanyag-tartalma. A felső és alsó ellenőrzési határok a vizsgálati módszer pontosságának ±3 szórásánál vannak beállítva, jellemzően ±0,18% és ±0,30% között, a vizsgálati módszertől függően. A figyelmeztető határok ±2 szórásnál vannak feltüntetve.

Egy folyamat akkor tekinthető kívül esőnek az ellenőrzésen, ha: egyetlen pont túllépi az ellenőrzési határokat, hét egymást követő pont egy irányba tart (a középvonal felett vagy alatt), vagy hét egymást követő pont a középvonal egyik oldalán van. A kívül eső állapotok kivizsgálást és korrekciós intézkedést váltanak ki, amely magában foglalhatja: az üzem kötőanyag-adagoló rendszerének újrakalibrálását, a keverékformula módosítását, az adalékanyag nedvességtartalmának ellenőrzését vagy a vállalkozó QC-mintáinak újravizsgálatát.

Független biztosítási vizsgálat

A QC/QA modellben a vállalkozó az előírt gyakorisággal végzi a QC-vizsgálatot, az ügynökség pedig független biztosítási (IA) vizsgálatot végez osztott mintákon alacsonyabb gyakorisággal, jellemzően egy IA-vizsgálatot 5000-10 000 tonnánként. A QC- és IA-eredmények közötti különbségnek a vizsgálati módszer két eredményének elfogadható tartományán (d2s) belül kell lennie: ±0,17% az egyetlen kezelő pontosságánál vagy ±0,45% az égetéses módszer többlaboratóriumi pontosságánál. Az ezeket az értékeket meghaladó tartós eltérések szisztematikus hibát jeleznek, amely kivizsgálást igényel.

Specifikációs tűrések

Az aszfaltkötőanyag-tartalom specifikációs tűrései a gyári keverékformula (JMF) célértékétől való megengedett eltérések. Ezek a tűrések határozzák meg azt az elfogadható tartományt, amelyen belül a gyártási kötőanyag-tartalomnak lennie kell ahhoz, hogy a keveréket az ügynökség elfogadja.

Tipikus tűrésértékek

A tűrés az egyes vizsgálati eredményekre vonatkozik, nem a mozgó átlagra. A legtöbb specifikáció azonban árkorrekciós tényezőt is tartalmaz négy egymást követő vizsgálat mozgó átlagára. Például, ha négy vizsgálat mozgó átlaga a JMF ±0,2%-án belül van, 100%-os kifizetés történik. Ha a mozgó átlag ±0,3% és ±0,4% között van, csökkentett fizetési tényező (95-99%) alkalmazandó. Ha a mozgó átlag meghaladja a ±0,5%-ot, az anyag elutasítható, és eltávolítást vagy akár 70%-os csökkentett fizetési tényezőt igényelhet.

Árkorrekciós ütemezések

Számos állami közútkezelő és az FAA árkorrekciós képleteket használ a kötőanyag-tartalom JMF-célértéktől való eltérése alapján. A képlet egy árkorrekciós tényezőt (PAF) számít ki, amely megszorozza a HMA egységárát:

PAF = 1,0, k × (|Pb_mért, Pb_JMF|, Tol_alap)

Ahol k az árkorrekciós együttható (jellemzően 0,2-0,5 / 0,1% eltérés), Tol_alap pedig az a tűrés, amelynél nem alkalmaznak korrekciót (jellemzően 0,3-0,4%).

Repülőtéri projekteknél az FAA előírja, hogy a tűrést több mint 0,5%-kal meghaladó kötőanyag-tartalom a vállalkozó költségére történő eltávolítást és cserét von maga után, kivéve, ha csökkentett fizetési tényezőt tárgyalnak meg és dokumentálnak.

Tűrés ellenőrzése

A kötőanyag-tartalom tűréseit az ügynökség átvételi vizsgálata ellenőrzi az ügynökség képviselője által vett mintákon, nem pedig a vállalkozó QC-mintáin. Az átvételi vizsgálati eredmények az árkorrekció hivatalos alapját képezik. A vállalkozó QC-eredményeit folyamatellenőrzésre használják, és az egyes ügynökségek QA-programjában meghatározott ellenőrzési folyamaton keresztül hasonlítják össze az ügynökség átvételi eredményeivel.

A magas kötőanyag-tartalom hatásai

Amikor a gyártási kötőanyag-tartalom több mint a specifikációs tűréssel, jellemzően 0,4-0,5%-kal a JMF fölé emelkedik, a keverék a jellegzetes teljesítményproblémák sorát fejleszti ki, amelyek jellegzetes burkolathibaként jelennek meg.

Bitumenfelszivárgás és felületi bitumenkiválás

A bitumenfelszivárgás a szabad aszfaltkötőanyag jelenléte a burkolat felületén, fényes, fekete foltok vagy csíkok formájában. A felületi bitumenkiválás a bitumenfelszivárgás előrehaladott állapota, amikor a kötőanyagfilm kiterjedt területeken elborítja az adalékanyagot, összefüggő fekete, üveges felületet hozva létre. Az Ohio DOT Burkolatállapot-értékelési Kézikönyve a bitumenfelszivárgást “a szabad aszfaltkötőanyag jelenléteként a burkolat felületén” írja le, amelyet “a keverékben lévő túlzott mennyiségű bitumenes kötőanyag és/vagy alacsony légpórustartalom” okoz.

A mechanizmus: A felesleges kötőanyag kitölti a tömörített HMA-ban normál esetben meglévő légpórusokat. Meleg időjárási körülmények között a kötőanyag hőtágul. Mivel nincsenek légpórusok ennek a tágulásnak a befogadására, a kötőanyag a burkolat felületére kényszerül. Az így létrejövő kötőanyagfilm veszélyes szintre csökkenti a csúszásellenállást, a felületi bitumenkiválásos felület súrlódási számai (FN) az ASTM E274 skálán 30 alá eshetnek, szemben az új burkolatokra jellemző 50+ célértékkel.

Súlyossági szintek az ASTM D6433 és D5340 szerint:

Alacsony súlyosság: A bitumenfelszivárgás csak korlátozott területeken látható (a felület kevesebb mint 10%-án). Az adalékanyag textúrája a kötőanyagfilmen keresztül még kivehető.

Közepes súlyosság: A bitumenfelszivárgás a felület 10-30%-án látható. A felület sötétnek és fényesnek tűnik. Mind az adalékanyag, mind a szabad bitumen észrevehető.

Nagy súlyosság: A bitumenfelszivárgás a felület több mint 30%-át borítja (“kiterjedt” az Ohio DOT kritériumai szerint). A felület feketének tűnik, nagyon kevés adalékanyag észrevehető. A csúszásellenállás jelentősen csökken.

Nyomvályúsodás

A magas kötőanyag-tartalomból eredő nyomvályúsodás instabilitási nyomvályúként osztályozható, a HMA oldalirányú elmozdulása a forgalmi terhelés hatására. Ellentétben a szerkezeti nyomvályúval (amelyet az altalaj vagy az alapréteg tönkremenetele okoz), a magas kötőanyag-tartalomból eredő instabilitási nyomvályút a nyomvályú oldalai mentén történő felpúposodás (nyírási folyás) jellemzi. A felesleges kötőanyag kenőanyagként hat az adalékanyag-szemcsékre, csökkentve a belső súrlódást (a Mohr-Coulomb súrlódási szöget φ), és lehetővé téve a keverék plasztikus alakváltozását nyírófeszültség hatására.

A Hamburg keréknyom-próba (AASHTO T 324) közvetlenül méri a nyomvályú-érzékenységet emelt hőmérsékleten (50°C). Azok a keverékek, amelyeknél a kötőanyag-tartalom 0,5%-kal az optimum felett van, 2-4-szer nagyobb nyomvályú-mélységet mutatnak, mint az optimális keverék azonos számú áthaladásnál. A leválási inflexiós pont (SIP), az áthaladások száma, amelynél a nedvességkárosodás felgyorsítja a nyomvályúsodást, szintén korábban következik be a magas kötőanyag-tartalmú keverékeknél, mert a vastag kötőanyagfilmek csökkentik az adalékanyaghoz való tapadási kötést.

Csökkent csúszásellenállás és biztonsági következmények

A repülőtéri futópályákon a magas kötőanyag-tartalomból eredő bitumenfelszivárgás és felületi bitumenkiválás kritikus biztonsági kockázatot jelent. Az FAA 150/5320-6G számú tanácsadó körlevele súrlódásvizsgálatot ír elő az új és felújított futópálya-felületekre. A felületi bitumenkiválásos felületek, amelyeknél a kötőanyag-tartalom 0,5%-kal vagy annál nagyobb mértékben az optimum felett van, megbukhatnak a súrlódási átvételi kritériumokon, ami korrekciós intézkedést tesz szükségessé, például: felületi marást a bitumenben gazdag felületi réteg eltávolítására, hornyolást a vízelvezető csatornák biztosítására, vagy ráterítést egy megfelelően tervezett kopóréteggel.

Az ICAO 14. melléklete előírja, hogy “a burkolt futópálya felületét olyan állapotban kell tartani, hogy jó súrlódási jellemzőket biztosítson.” A magas kötőanyag-tartalomból eredő felületi bitumenkiválás közvetlenül sérti ezt a követelményt, és azt eredményezheti, hogy a repülőtérnek be kell zárnia a futópályát, vagy a légiközlekedést korlátozó Notices to Airmen (NOTAM) kiadására van szükség.

Az alacsony kötőanyag-tartalom hatásai

Amikor a gyártási kötőanyag-tartalom több mint a specifikációs tűréssel, jellemzően 0,4-0,5%-kal a JMF alá esik, a keverék eltérő, de ugyanolyan káros teljesítményproblémákat mutat.

Kavicskihullás

A kavicskihullás az adalékanyag-szemcsék fokozatos elvesztése a burkolat felületéről lefelé haladva, amelyet a kötőanyag azon képtelensége okoz, hogy az adalékanyagot a helyén tartsa. A Pavement Interactive a kavicskihullást úgy írja le, hogy “az aszfaltkötőanyag öregedése, a rossz keverékminőség, a szegregáció vagy a nem megfelelő tömörítés eredményeként” következik be, és az alacsony kötőanyag-tartalom az elsődleges összetételi ok.

A mechanizmus: Nem megfelelő kötőanyag esetén az adalékanyag-szemcséken lévő kötőanyagfilm túl vékony a megfelelő tapadás biztosításához. A vékony film emellett gyorsabban oxidálódik és keményedik, törékennyé válva. Forgalmi terhelés hatására az elridegedett kötőanyag az adalékanyag-kötőanyag határfelületen elreped, felszabadítva az adalékanyag-szemcséket a felületről. A kitett adalékanyag a későbbi terhelés hatására kilazul, fokozatosan mélyítve a kavicskihullásos területet.

Súlyossági szintek az ASTM D6433 és D5340 szerint:

Alacsony súlyosság: Csak finom adalékanyag vesztesége. A durva adalékanyag kitett, de még szilárdan beágyazott. A felület textúrája enyhén érdesnek tűnik.

Közepes súlyosság: Jelentős finom adalékanyag-veszteség és némi durva adalékanyag eltávolítása. A felület nyitott textúrájú és közepesen érdes. Az Ohio DOT ezt úgy írja le, hogy “a felület nyitott textúrájú és közepesen érdes, jelentős finom adalékanyag-veszteséggel és némi durva adalékanyag eltávolításával.”

Nagy súlyosság: A felületi adalékanyag nagy része lekopott vagy kilazult. A felület erősen érdes és kráteres, és helyenként teljesen eltűnhet. A laza adalékanyag-szemcsék idegen tárgy törmelék (FOD) veszélyt jelentenek a repülőtéri futópályákon.

Repedezés

Az alacsony kötőanyag-tartalom felgyorsítja a HMA-burkolatok minden formájú repedezését:

Fáradási (alligátor) repedezés: Nem megfelelő kötőanyag esetén a keverék merevebb és törékenyebb. A HMA-réteg alján a fáradási repedezést kiváltó kritikus húzási alakváltozás kevesebb terhelési alkalommal érhető el. Azok a burkolatok, amelyeknél a kötőanyag-tartalom 0,5%-kal az optimum alatt van, 2-5 évvel korábban mutathatnak fáradási repedéskezdeményt, mint ugyanaz a burkolat optimális kötőanyag-tartalomnál.

Termikus (keresztirányú) repedezés: A vékony kötőanyagfilm gyorsabban ridegedik el oxidáció révén, és a kötőanyag alacsony hőmérsékleti merevsége (amelyet a hajlítógerenda-reométerrel, BBR-rel mérnek PAV-hőmérsékleten) gyorsabban növekszik. A keverék magasabb hőmérsékleten éri el termikus repedési határát, ami rövidebb időközönként és szélesebb repedésnyílásokkal megjelenő keresztirányú repedéseket eredményez.

Hosszirányú repedezés: A csökkentett kötőanyag-tartalom nem egyenletes kötőanyag-eloszlást eredményez, egyes területeken (szegregációs zónák) gyakorlatilag nincs bevonat. Ezek a bevonat nélküli adalékanyag-zónák hosszirányú repedéseket terjesztenek termikus és forgalmi feszültségek hatására.

Oxidáció és tartósság

A burkolatban lévő kötőanyag oxidációjának sebessége fordítottan arányos a kötőanyagfilm vastagságával. Azoknál a kötőanyag-tartalmaknál, amelyek 0,5%-kal az optimum alatt vannak, a kötőanyagfilm vastagsága 30-50%-kal vékonyabb lehet, mint az optimumon (pl. 5 mikron vs. 10 mikron). A vékonyabb film egységnyi idő alatt nagyobb arányban teszi ki a kötőanyag-térfogatot a légköri oxigénnek, felgyorsítva azt az oxidációs folyamatot, amely a telített és aromás vegyületeket aszfalténekké alakítja karbonil- és szulfoxid-funkciós csoportok képződésén keresztül.

A keverék tartósságára gyakorolt hatás mérhető a következőkön keresztül:

• A kötőanyag viszkozitásának növekedése (ASTM D4402), 2-5-ször magasabb 5 év szolgálat után
• A penetráció csökkenése (AASHTO T 49), 50-80%-os csökkenés vs. 30-50%-os csökkenés optimális kötőanyagnál
• A kúszási merevség növekedése (BBR, AASHTO T 313), meghaladva a 300 MPa határt a tervezési alacsony hőmérsékleten
• Az m-érték csökkenése, a 0,300 minimális követelmény alá esve

FOD veszély a repülőtereken

A repülőtéri burkolatokon az alacsony kötőanyag-tartalomból eredő kavicskihullás idegen tárgy törmelék (FOD) veszélyt hoz létre, laza adalékanyag-szemcséket a futópálya felületén, amelyeket a sugárhajtóművek beszívhatnak, károsíthatják a légcsavarlapátokat, vagy megüthetik a repülőgép törzsét és futóművét. Az FAA 150/5380-7B számú tanácsadó körlevele (Repülőtéri burkolatok karbantartása és kezelése) a kavicskihullást a futópályákon azonnali beavatkozást igénylő hibaként azonosítja a FOD-potenciál miatt. Azok a burkolatok, amelyeknél a kötőanyag-tartalom a specifikált tűrés alatt van, azonnali korrekciós intézkedést igényelhetnek, beleértve a marásos ráterítést vagy a felületkezelés alkalmazását.

Kötőanyag-tartalom és a forgalomban lévő burkolatok vizsgálata

A kötőanyag-tartalom és a felületi hibák közötti kapcsolat a burkolatállapot-vizsgálat sarokköve. A Pavement Condition Index (PCI) felmérések során, amelyeket az ASTM D5340 (repülőterek) vagy az ASTM D6433 (utak és parkolók) szerint végeznek, a képzett vizsgálók azonosítják és számszerűsítik azoknak a hibáknak a súlyosságát és kiterjedését, amelyek korrelálnak a nem előírás szerinti kötőanyag-tartalommal.

Hibazonosítási mátrix

PCI-felmérés levonási értékei

A PCI-felmérés során azonosított minden hiba a súlyossága és kiterjedése alapján levonási értéket kap. A kötőanyaggal kapcsolatos hibák levonási értékei 100-ról (új burkolat) 40 alá (rossz állapot) csökkenthetik a PCI-t, ha a hibák súlyosak és kiterjedtek. Például:

Egy futópálya-szakasz, amelyen nagy súlyosságú bitumenfelszivárgás borítja a felület 30%-át, körülbelül 45-55 pont levonási értéket kap a PCI-ből. Egy szakasz, amelyen nagy súlyosságú kavicskihullás borítja a felület 30%-át, körülbelül 40-50 pont levonási értéket kap. Ha több hiba van jelen (pl. bitumenfelszivárgás plusz nyomvályúsodás), a kombinált levonási értéket a PCI-módszertan maximális korrigált levonási érték (MCDV) eljárásával számítják ki.

Forgalomban lévő burkolatok igazságügyi vizsgálata

Amikor egy PCI-felmérés a nem előírás szerinti kötőanyag-tartalomnak megfelelő hibákat azonosít, a vizsgáló vagy a burkolatépítő mérnök igazságügyi vizsgálatot javasolhat, magminták vétele a hibás területekről és a szomszédos ép burkolatról a laboratóriumi kötőanyag-tartalom ellenőrzéséhez.

Az igazságügyi mintavételi protokoll a következőket foglalja magában:

• 100 mm vagy 150 mm átmérőjű magminták vétele a burkolat kopórétegéből
• Vizsgálati helyek: hibás területek (reprezentatív minta), kontrollterületek (szomszédos ép burkolat) és véletlenszerű helyek (statisztikai érvényesítéshez)
• Vizsgálat az AASHTO T 308 (égetéses kemence) vagy az AASHTO T 164 (oldószeres extrakció kötőanyag-visszanyeréssel az öregedéselemzéshez) szerint
• A helyszíni kötőanyag-tartalom összehasonlítása az eredeti JMF-célértékkel
• A kötőanyag öregedésének meghatározása penetrációval, viszkozitással vagy a visszanyert kötőanyag PG-minősítésével

Az igazságügyi vizsgálat eredményei felhasználhatók: a vizsgálati megállapítások érvényesítésére, annak meghatározására, hogy a hiba építési eredetű kötőanyag-tartalom-eltérésből vagy a kötőanyag szolgálatban történő öregedéséből származik-e, a rehabilitációs stratégia alátámasztására (marásos ráterítés vs. teljes mélységű csere), valamint az ügynökség és a vállalkozó közötti, az építési minőséggel kapcsolatos viták rendezésére.

Megelőző intézkedések vizsgálat alapján

Az ajánlott időközönként végzett rendszeres PCI-felmérések (repülőtereknél 3 év az FAA szerint, autópályáknál 3-5 év az FHWA szerint) lehetővé teszik az ügynökségek számára, hogy a kötőanyaggal kapcsolatos hibákat még a kritikus szint elérése előtt észleljék. Amikor a bitumenfelszivárgást vagy felületi bitumenkiválást alacsony vagy közepes súlyosságban azonosítják, az ajánlott megelőző intézkedés a következőket foglalja magában:

• Súrlódás helyreállítása: Gyémántmarás vagy hornyolás a felületi textúra helyreállítására
• Felületkezelés: Finom adalékanyag felhordása a felesleges kötőanyag felszívására (átmeneti intézkedés)
• Vékony ráterítés: Új kopóréteg beépítése a megfelelő kötőanyag-tartalommal

Amikor a kavicskihullást alacsony vagy közepes súlyosságban azonosítják:

• Párakötés: Hígított aszfaltemulzió felhordása a felületi kötőanyag pótlására (csak alacsony súlyosságú kavicskihullásnál)
• Mikrofelületkezelés: Vékony, polimermódosított emulziós ráterítés (1-2 adalékanyag-szemcse vastagságban)
• Vékony ráterítés: Közepes súlyosságú, a felületbe 10 mm-nél mélyebben terjedő kavicskihulláshoz

Kötőanyag-tartalom a repülőtéri HMA minőségellenőrzésében

A repülőtéri HMA-burkolatok kötőanyag-tartalom-ellenőrzése szigorúbb követelmények szerint működik, mint a tipikus autópálya-specifikációk, ami a repülőgép-üzemeltetéshez szükséges magasabb biztonsági és teljesítménykövetelményeket tükrözi. Az irányadó dokumentumok az FAA 150/5370-10 számú tanácsadó körlevele (Repülőterek építésének szabványspecifikációi) és a P-401 tételszám (Hot Mix Asphalt Pavement) minőségellenőrzési rendelkezései.

FAA specifikációs követelmények

Az FAA P-401 tételszáma előírja:

Keveréktervezés ellenőrzése: A gyártás megkezdése előtt a vállalkozónak be kell nyújtania egy, az FAA által minősített laboratórium által végzett keveréktervezésből (Marshall vagy Superpave) kidolgozott gyári keverékformulát (JMF). A JMF meghatározza a cél kötőanyag-tartalmat és az elfogadható tűrést. A tervezési kötőanyag-tartalom az optimum, amelyet a 4,0% légpórustartalmat a tervezési tömörítési számnál előállító kötőanyag-tartalomként (Superpave) vagy a Marshall stabilitás-folyás-sűrűség görbékből meghatározott optimumként definiálnak.

Gyártási tűrések: A gyártási kötőanyag-tartalomnak a JMF-célérték ±0,4%-án belül kell lennie futópályák és elsődleges gurulóutak esetében. Másodlagos gurulóutak és előterek esetében a tűrés ±0,5% . A tűrés az egyes vizsgálati eredményekre vonatkozik. Ha négy egymást követő vizsgálat mozgó átlaga több mint 0,3%-kal meghaladja a JMF-célértéket, a vállalkozónak ki kell vizsgálnia és módosítania kell az üzemi gyártást.

Mintavétel és vizsgálat: A vállalkozónak QC-vizsgálatot kell végeznie legalább egy kötőanyag-tartalom vizsgálat gyakoriságával 500 tonnánként futópálya- és elsődleges gurulóút-keverékeknél, és egyet 1000 tonnánként másodlagos burkolatoknál. Az ügynökség (FAA vagy képviselője) átvételi vizsgálatot végez osztott mintákon 1500 tonnánként egy vizsgálat gyakorisággal.

Korrekciós intézkedés: Ha a kötőanyag-tartalom több mint 2 egymást követő vizsgálatnál meghaladja a tűrést, a vállalkozónak le kell állítania a gyártást, azonosítania kell az okot (mérlegkalibrációs hiba, adalékanyag-nedvesség változása, kötőanyag-adagoló rendszer meghibásodása, RAP-tartalom változása), ki kell javítania a problémát, és a javítás ellenőrzéséhez vizsgálnia kell a mintákat a gyártás újraindításának első 100 tonnájából. A JMF-tűréstől 0,5%-nál nagyobb mértékben eltérő kötőanyag-tartalommal beépített anyagot értékelni kell az eltávolítás és csere szempontjából.

ICAO szabványok és útmutatás

A Nemzetközi Polgári Repülési Szervezet (ICAO) szabványokat és ajánlott gyakorlatokat biztosít a repülőtéri burkolatok minőségellenőrzéséhez a 14. mellékleten, a Repülőterek Tervezése és Üzemeltetése, I. kötet és a Repülőterek Tervezési Kézikönyve, 3. rész, Burkolatok (Doc 9157) keresztül.

Az ICAO 14. mellékletének 2.6 szakasza (Burkolat szilárdsága) előírja, hogy: “A burkolat teherbíró képességét meg kell határozni.” Bár az ICAO-szabvány nem írja elő közvetlenül a kötőanyag-tartalom vizsgálatát, a Doc 9157 ajánlott gyakorlatai a HMA minőségellenőrzésére, beleértve a kötőanyag-tartalom meghatározását, az FAA és nemzeti szabványokra hivatkoznak.

Az ICAO Doc 9157, 3. rész, 5.3 szakasza (Aszfaltburkolatok építése) kimondja: “Az aszfaltkeverékek építés közbeni minőségellenőrzésének tartalmaznia kell a kötőanyag-tartalom meghatározását olyan gyakorisággal, amely elegendő annak biztosításához, hogy a keverék megfeleljen a tervezésnek. A vizsgálati módszernek az elfogadott eljárások egyikének (égetéses kemence, oldószeres extrakció vagy nukleáris mérőműszer) kell lennie, és a tűrésnek a forgalmi szintnek megfelelőnek kell lennie.”

A Nemzetközi Polgári Repülési Szervezet Repülőtéri Burkolatkezelési Rendszer (APMS) keretrendszere, amelyet a Doc 9157 ír le, a kötőanyag-tartalmat adatelemként tartalmazza a minőségbiztosítási nyilvántartásokhoz. Amikor a repülőtéri burkolatokat az ASTM D5340 szerinti Pavement Condition Index (PCI) rendszer alapján értékelik, a kötőanyaggal kapcsolatos hibákat (bitumenfelszivárgás, kavicskihullás) rögzítik, és hozzájárulnak a karbantartási és rehabilitációs prioritást meghatározó állapotértékeléshez.

Teljesítményalapú specifikációk repülőterekre

A Repülőtéri Aszfaltburkolat-technológiai Program (AAPTP) 06-03 projektje, “Teljesítményalapú specifikációk HMA-burkolatokhoz repülőtereken”, kutatást végzett egy olyan keretrendszer kidolgozására, amely összekapcsolja az átvételi minőségi jellemzőket (AQC), beleértve a kötőanyag-tartalmat, a repülőtéri burkolatok üzemi teljesítményjellemzőivel (OPC).

Az AAPTP-tanulmány megállapította, hogy a kötőanyag-tartalom az az AQC, amely a legerősebb korrelációt mutatja a következő OPC-kkel:

• Fékezési képesség: A magas kötőanyag-tartalom (felületi bitumenkiválás) csökkenti a súrlódást, az alacsony kötőanyag-tartalom (kavicskihullás) laza adalékanyagot hoz létre, amely csökkenti a súrlódást
• Dinamikus hatások: A magas kötőanyag-tartalomból eredő nyomvályúsodás egyenetlenséget hoz létre, amely befolyásolja a pilóta irányítását és az utasok kényelmét
• FOD-potenciál: Az alacsony kötőanyag-tartalomból eredő kavicskihullás laza adalékanyagot hoz létre, amely FOD-t képez

A tanulmány azt javasolta, hogy a repülőtéri burkolatok kötőanyag-tartalom tűrését ±0,3%-ra állítsák be a kritikus burkolatoknál (futópályák, elsődleges gurulóutak) annak biztosítása érdekében, hogy a kötőanyag-tartalom az elfogadható teljesítményt produkáló tartományon belül maradjon. Ez szigorúbb, mint a jelenlegi FAA ±0,4%-os tűrés.

Európai és nemzetközi gyakorlat

A Európai Szabványügyi Bizottság (CEN) EN 13108-21 szabványa kötőanyag-tartalom tűréseket határoz meg a repülőtéri burkolatokon használt aszfaltkeverékekre. Futópályák és gurulóutak (1. kategória) esetében a tűrés a deklarált értéktől ±0,3% . Előterek és más burkolt területek (2. kategória) esetében a tűrés ±0,5% . A vizsgálati módszer az EN 12697-1 (oldószeres extrakció), az EN 12697-39 (égetéses kemence) vagy az EN 12697-41 (nukleáris mérőműszer) bármelyike.

A gyakorlatban az európai repülőtéri hatóságok, mint az Egyesült Királyság Polgári Repülési Hatósága (CAA), a Deutsche Flugsicherung (DFS) és az Aéroports de Paris (ADP), futópálya-keverékeknél 400-600 tonnánként egy vizsgálat gyakoriságú kötőanyag-tartalom vizsgálatot írnak elő, korrekciós intézkedést kezdeményezve, ha két egymást követő vizsgálat meghaladja a megadott tűrést. Az Európai Repülőtéri Burkolatkezelési Rendszer (APMS) szabványai a kötőanyag-tartalmat minőségi paraméterként tartalmazzák az új építések és rehabilitációs projektek átvételi nyilvántartásaiban.

Kötőanyag-tartalom összefoglaló táblázat

Következtetés

Az aszfaltkötőanyag-tartalom (Pb) a legkritikusabb összetételi paraméter a melegaszfaltban, közvetlenül szabályozva az adalékanyag, a kötőanyag és a légpórusok közötti térfogati egyensúlyt, amely a burkolat teljesítményét meghatározza. A kötőanyag-tartalom 0,3-0,5%-os eltérései a tervezési optimumtól mérhető változásokat okoznak a keverék merevségében, fáradási ellenállásában, nyomvályú-érzékenységében, nedvesség-ellenállásában és tartósságában, olyan változásokat, amelyek jellegzetes felületi hibákként jelennek meg a burkolat állapotának szemrevételezése során.

Három szabványosított vizsgálati módszer áll rendelkezésre: az égetéses kemencés módszer (AASHTO T 308), a leggyakoribb módszer, amely kiváló pontosságot (±0,06% egyetlen kezelő) kínál és kiküszöböli a veszélyes oldószereket, de korrekciós tényezőket igényel az adalékanyag tömegveszteségéhez, az oldószeres extrakciós módszerek (AASHTO T 164), amelyeket elsősorban igazságügyi vizsgálatokban használnak, ahol a visszanyert kötőanyagot tulajdonságokra kell vizsgálni, valamint a nukleáris módszer (ASTM D4125), amely gyors, roncsolásmentes vizsgálatot kínál ±0,04%-os pontossággal 4 perc alatt, de radioaktív anyagokra vonatkozó engedélyt igényel.

A specifikációs tűrések ±0,3%-tól a nagy forgalmú autópályák és repülőtéri futópályák esetében ±0,5%-ig terjednek a kis forgalmú utak és másodlagos repülőtéri burkolatok esetében. Az ezeken a tűréseken kívül eső gyártási kötőanyag-tartalom korrekciós intézkedést, árkorrekciót vagy eltávolítást és cserét vált ki.

A forgalomban lévő burkolatok vizsgálata során (PCI-felmérések az ASTM D5340 vagy D6433 szerint) a nem előírás szerinti kötőanyag-tartalom hatásai könnyen azonosíthatók: a magas kötőanyag bitumenfelszivárgást, felületi bitumenkiválást és nyomvályúsodást okoz csökkent csúszásellenállással, az alacsony kötőanyag kavicskihullást, felgyorsult repedezést és kátyúsodást okoz FOD-veszéllyel a repülőtereken. Az ajánlott időközönként végzett rendszeres PCI-felmérések lehetővé teszik a kötőanyaggal kapcsolatos hibák korai észlelését, lehetővé téve az időben történő megelőző kezelést, mielőtt a burkolat jelentős rehabilitációt igényelne.

A repülőtéri HMA-burkolatoknál az FAA P-401 tételszáma és az ICAO Doc 9157 biztosítja a kötőanyag-tartalom-ellenőrzés irányadó szabványait, szigorúbb tűrésekkel és vizsgálati gyakoriságokkal, mint a tipikus autópálya-specifikációk. A teljesítményalapú specifikációk felé mutató tendencia, amelyet olyan kutatások vezérelnek, mint az AAPTP 06-03 projekt, várhatóan tovább szigorítja a kritikus repülőtéri burkolatok kötőanyag-tartalom tűrését ±0,3%-ra, biztosítva, hogy a kötőanyag-tartalom azon a tartományon belül maradjon, amely biztonságos, tartós és nagy teljesítményű burkolatokat eredményez a repülőgép-üzemeltetéshez.