Εργαστηριακές δοκιμές ανάλυσης ασφαλτομιγμάτων – Επί τόπου δοκιμές οδοποιίας

11:45 - 15/10/2024

Στα έργα οδοποιίας και συγκεκριμένα στις δοκιμές για την άσφαλτο, με στόχο την επαρκή γνώση των ιδιοτήτων της και των αδρανών που χρησιμοποιούνται, εστιάζει το άρθρο του κ. Τσιώλη, όπου γίνεται αναφορά και στις μεθόδους των επιτόπου μετρήσεων.

Αλέξανδρος Β. Τσιώλης Διπλωματούχος μηχανικός, απόφοιτος του Τμήματος Μηχανικών Μεταλλείων – Μεταλλουργών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου

Οι διεργασίες που εκτελούνται για την παραγωγή του ασφαλτομίγματος και μετέπειτα του ασφαλτοτάπητα ουσιαστικά επιβάλλουν τις δοκιμές που πρέπει να εκτελεστούν για να είναι δυνατός αφενός ο σωστός σχεδιασμός του ασφαλτομίγματος και αφετέρου ο αποτελεσματικός ποιοτικός έλεγχος του τελικού προϊόντος.

Ο μηχανικός που καλείται να σχεδιάσει και να ελέγξει ένα έργο οδοποιίας θα πρέπει να γνωρίζει τις κύριες ιδιότητες του ασφαλτοτάπητα.

Προς τούτο, θα πρέπει να γίνουν οι κατάλληλες δοκιμές ώστε να έχει επαρκή γνώση των ιδιοτήτων της ασφάλτου και των αδρανών που χρησιμοποιούνται.

Οι κυριότερες δοκιμές για την άσφαλτο είναι οι ακόλουθες:

Σκληρότητα ασφάλτου

Η σκληρότητα ασφάλτου είναι μία από της σημαντικές ιδιότητες και προσδιορίζεται βάσει του ρυθμού βαθμού διείσδυσης. Η δοκιμή εκτελείται με τη συσκευή εισδυτικότητας βάσει του προτύπου EN 1426. (Εικόνα 1).

Δοκιμή μάλθωσης

Η δοκιμή μάλθωσης (ring and ball) είναι μία επίσης σημαντική δοκιμή καθότι προσδιορίζει τη συνεκτικότητα της ασφάλτου.

Η δοκιμή εκτελείται με βάση το πρότυπο EN 1427 και μπορεί να εκτελεστεί είτε με χειροκίνητη διάταξη είτε με αυτόματη συσκευή που καθιστά ευκολότερο και ακριβέστερο τον προσδιορισμό του σημείου μάλθωσης. (Εικόνα 2).

Προσδιορισμός ποσοστού ασφάλτου με φυγοκέντριση

Πλέον για τον προσδιορισμό ποσοστού ασφάλτου έχει επικρατήσει η μέθοδος της εκχύλισης με φυγοκεντρικό εκχυλιστήρα. Με τη χρήση κατάλληλου διαλύτη, το ασφαλτόμιγμα φυγοκεντρίζεται σε δοχείο 1,5 ή 3kg με κατάλληλο φίλτρο και αποσπάται η πλειονότητα των αδρανών ενώ το προκύπτον από το φίλτρο διάλυμα κατεργάζεται περεταίρω με τη φυγόκεντρο παιπάλης ώστε να ανακτηθούν τα λεπτόκοκκα αδρανή και ο διαλύτης στο βαθμό που είναι εφικτό. (Εικόνα 3).

Προσδιορισμός παιπάλης

Η φυγόκεντρος παιπάλης (γνωστή και ως παιπαλιέρα ή φυγόκεντρος υψηλής ταχύτητας), λαμβάνει το προκύπτον διάλυμα από την ανωτέρω φυγόκεντρο και διαχωρίζει τα λεπτόκοκκα αδρανή που διήλθαν του φίλτρου. Προσδιορίζει έτσι στο βαθμό που είναι δυνατόν τα λεπτόκοκκα αδρανή (παιπάλη) και ο διαλύτης που διαχωρίζεται μπορεί να επεξεργαστεί περεταίρω σε συσκευή ανάκτησης ώστε να επαναχρησιμοποιηθεί.(Εικόνα 4).

Προσδιορισμός ποσοστού ασφάλτου ασφαλτομίγματος με καύση – Ignition method

Η πιο σύγχρονη μέθοδος προσδιορισμού ασφάλτου στο ασφαλτόμιγμα είναι η μέθοδος ανάφλεξης, που απαλλάσσει το εργαστήριο από τη χρονοβόρα διαδικασία εκχυλίσεων με φυγοκέντρους, αλλά και από την χρήση διαλυτών και ότι συνεπάγονται αυτοί για τις διαδικασίες υγιεινής και ασφάλειας.

Ο φούρνος ανάφλεξης υποβάλει το δείγμα σε υψηλές θερμοκρασίες ως υποδεικνύεται από το πρότυπο EN 12697-39 ώστε στο πέρας του κύκλου θέρμανσης να έχουν απομείνει τα αδρανή, τα οποία στην συνέχεια μπορούν να ελεγχθούν για την κοκκομετρία τους. Ο φούρνος διαθέτει κατάλληλο σύστημα μετάκαυσης ώστε να αποβάλλει μόνο θερμό αέρα.(Εικόνα 5).

Δοκιμές ολκιμότητας και ελαστικής επαναφοράς

Το ασφαλτικό υλικό πλέον ενδέχεται να χρειαστεί και περεταίρω ανάλυση των ανωτέρω μεθόδων ώστε να προσδιοριστεί η ολκιμότητα και η ελαστική επαναφορά του.

Για να εκτελεστούν οι ανάλογες δοκιμές με βάσει τα πρότυπα EN 13398, EN 13589, EN 13703, απαιτείται η συσκευή ολκιμόμετρου, που περιλαμβάνει κατάλληλη διάταξη λουτρού σταθερής θερμοκρασίας όπου εμβαπτίζεται το δείγμα και κατάλληλη τράπεζα εφελκυσμού με δυναμοκυψέλες και μηκυνσιόμετρα υψηλής ακρίβειας, ώστε να προσδιοριστεί η δύναμη που απαιτείται για τον εφελκυσμό της ασφάλτου και μετά από επεξεργασία να προκύψει η ενέργεια (J/cm²) που απαιτείται για συγκεκριμένη επιμήκυνση (συνήθως 400 mm), η οποία και αποτελεί μέτρο της συνοχής (cohesion) του ασφαλτικού υλικού.(Εικόνα 6).

Παρασκευή δοκιμίων και εργαστηριακές δοκιμές ασφαλτομίγματος

Παράγονται δοκίμια με τη χρήση μητρών Marshall και συμπυκνώνονται σε κατάλληλο συμπυκνωτή («κόπανο») Marshall. (Εικόνα 7).Τα δείγματα κατόπιν υποβάλλονται στις σημαντικές δοκιμές που προσδιορίζουν τις χρησιμότερες παραμέτρους για το έργο:

Ευστάθεια και ροή κατά Marshall

Η δοκιμή Marshall δίνει μία σημαντική εικόνα για την αντοχή του ασφαλτομίγματος και την αντίσταση του σε παραμόρφωση. Η δοκιμή εκτελείται με συσκευή δοκιμών Marshall (πρέσα) ή πολυχρηστική συσκευή τύπου Multitest.(Εικόνα 8).

Rice (Μέγιστη θεωρητική πυκνότητα και κενά)

Με τη δοκιμή Rice, επιτυγχάνεται ο προσδιορισμός της η μέγιστη θεωρητική πυκνότητα του ασφαλτομίγματος (GMM) που είναι κρίσιμη παράμετρος για τον προσδιορισμό των σχεδιαστικών κενών του ασφαλτομίγματος.

Επίσης είναι απαραίτητο να είναι γνωστή παράμετρος αν πρόκειται να γίνει χρήση πυρηνικών μετρητών πυκνότητας-υγρασίας επί τόπου στο έργο.(Εικόνα 9).

ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΠΙ ΤΟΠΟΥ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ

Πυρηνική μέθοδος μέτρησης πυκνότητας & υγρασίας

Όλες οι ανωτέρω μέθοδοι είναι ο τρόπος που αποκτώνται δεδομένα για τον προσδιορισμό της σύνθεσης του ασφαλτομίγματος αλλά και τον ποιοτικό έλεγχο σε εργαστηριακές συνθήκες. Αλλά το τελικό προϊόν είναι το διαστρωμένο ασφαλτόμιγμα, το οποίο πρέπει να ελεγχθεί και επί τόπου, πρωτίστως για το βαθμό συμπύκνωσης του, ώστε να συντονιστούν αποτελεσματικά οι εργασίες διάστρωσής του.

Αυτό καθίσταται δυνατό είτε με τη μέθοδο κώνου άμμου για τα εδαφικά υλικά, που είναι μερικώς καταστρεπτική, κουραστική και χρονοβόρα, είτε με πυρηνοληψία για τα ασφαλτικά, που εκτός από καταστρεπτική δίνει αποτελέσματα σε δεύτερο χρόνο.

Ιδανικά με τη χρήση πυρηνικού μετρητή πυκνότητας-υγρασίας μπορεί να γίνει άμεση και μη καταστροφική μέτρηση πυκνότητας με αποτελέσματα σχεδόν άμεσα διαθέσιμα επί τόπου.

Οι μετρητές τύπου Humboldt και τύπου Troxler, κάνοντας χρήση των εργαστηριακών αποτελεσμάτων, μπορούν να προσδιορίσουν την ξηρή και υγρή πυκνότητα, το βαθμό συμπύκνωσης και την περιεχόμενη υγρασία για εδαφικά και το βαθμό συμπύκνωσης και την πυκνότητα για τα ασφαλτικά υλικά.

Με αυτό τον τρόπο μπορεί η διάστρωση να ελέγχεται ώστε να επιτευχθούν τα βέλτιστα αποτελέσματα βάσει της μελέτης, να ακολουθηθούν τα χρονοδιαγράμματα εκτέλεσης εργασιών με τις ελάχιστες δυνατές υπερβάσεις ενώ ταυτόχρονα διασφαλίζεται η ποιότητα του παραδιδόμενου τμήματος οδοποιίας.

Τα τελευταία χρόνια έχουν αρχίσει να γίνονται εξίσου δημοφιλείς και οι μετρητές που βασίζονται στην ηλεκτρομαγνητική τεχνική μέτρησης πυκνότητας και με την καθιέρωση των σχετικών προτύπων, στο μέλλον θα γίνει ακόμα πιο διαδεδομένη η χρήση τους.(Εικόνα 11).

Μέτρηση βάθους τροχοαυλάκωσης

Μία παράμετρος που μετράται επί τόπου είναι η μέτρηση του βάθους τροχοαυλάκωσης . Η μέτρηση γίνεται με τη διάταξη δοκού Benkelman με την διέλευση οχήματος. Η δοκός Benkelman μπορεί να συνδυαστεί και με κατάλληλη διάταξης φόρτισης πλάκας ώστε να εκτελεστούν περεταίρω δοκιμές για τον προσδιορισμό του μέτρου ελαστικότητας. (Εικόνα 12).

Επίσης οι επί τόπου δοκιμές περιλαμβάνουν και ένα σημαντικό αριθμό επιπλέον δοκιμών, όπως η επιφανειακή υφή, η ομαλότητα, η ολισθηρότητα και η υδατοπερατότητα, που θα συναντηθούν στα περισσότερα καίρια έργα υψηλών απαιτήσεων.

Τέλος η πρόοδος στα εργαστήρια οδοποιίας ανά τον κόσμο, έχει παράξει ένα σημαντικό αριθμό προηγμένων μεθόδων όπως οι γυροσκοπικοί συμπυκνωτές, οι συσκευές τροχοαυλάκωσης με τους συνοδευτικούς συμπυκνωτές πλακών (slab compactors), δυναμικά συστήματα φόρτισης που μπορούν να προσομοιώσουν πλειάδα συνθηκών, ενώ πλέον υπάρχουν πολλά καθετοποιημένα συστήματα δοκιμών όπως τα συστήματα AMPT Pro και τα αυτόνομα συστήματα δοκού τεσσάρων σημείων που εκτελούν προηγμένες δοκιμές επιτελεστικότητας ασφαλτομιγμάτων με μία μόνο διάταξη.(Εικόνα 13).