230 Gradbeni vestnik • letnik 57 • september 2008 Roman Kunič, Boris Orel•POSPEŠENO STARANJE IN DOLOČEVANJE ŽIVLJENJSKE DOBE GRADBENIH MATERIALOV – 2. DEL: POSPEŠENO STARANJE BITUMENSKIH TRAKOV POSPEŠENO STARANJE IN DOLOČEVANJE ŽIVLJENJSKE DOBE GRADBENIH MATERIALOV – 2. del: POSPEŠENO STARANJE BITUMENSKIH TRAKOV ACCELERATED AGEING AND SERVICE LIFE PREDICTION OF BUILDING MATERIALS – 2nd Part: ACCELERATED AGEING OF BITUMINOUS SHEETS dr. Roman Kunič, univ. dipl. inž. grad. FRAGMAT TIM, d. d., Oddelek za raziskave in razvoj, Laško, Slovenija prof. dr. Boris Orel, univ. dipl. inž. fiz. KEMIJSKI INŠTITUT, Hajdrihova 19, Ljubljana, Slovenija Znanstveni članek 69.059.4:691.16 Povzetek l V razvojni nalogi želimo določiti povezavo med življenjsko dobo bitumenskih hidroizolacijskih trakov in posredno hidroizolacijskih sistemov. Za teoretično podporo eksperimentalnemu testiranju bitumenskih trakov pri povišani temperaturi in različnih časih izpostavljenosti nam bo služil Arrheniusov zakon pospešenega staranja. Summary l The primary objective of the research is to define the connection between the service life of bituminous sheets. The Arrhenius law of accelerated testing will be used as the theoretical support to experimental testing of bituminous sheets at high temperature and different exposure times. 1•UVOD Praksa v gradbeništvu – v času gradnje in predvsem v času uporabne dobe objektov – kaže, da obstajajo veliki problemi s traj-nostjo in zanesljivostjo materialov, elemen­tov in sistemov. Vse pogosteje odpovedujejo posamezni elementi, nekatere funkcije ali celo celotni sistemi. Na tak način povzročena go-spodarska škoda je tako za stavbe kot tudi za gradbene inženirske objekte izredno velika. Opažamo tudi, da so življenjske dobe objek­tov vse krajše, poraba energije ter obreme-njevanje okolja pa vse večja. Ne preseneča dejstvo, da se je v zadnjih letih število raziskav na teoretičnem in uporabnem nivoju, na področjih pospešenega staranja in določevanja življenjskih dob ter vrednotenja življenjskih ciklusov konstrukcijskih sklopov na znanstveni kot tudi na aplikativni ravni izred­no razmahnilo. Prav ta aktualnost in pereča problematika kakovosti materialov, konstruk­cijskih sklopov in sistemov v gradbeništvu sta poglavitna razloga, da bi na tem področju nare­dili raziskovalno delo in z izsledki prispevali k razvoju znanosti ter predvsem zaradi izredne uporabne naravnanosti k razvoju industrije, projektive, vgrajevanja in storitev gradbene operative ter tako posledično z rezultati in do-gnanji koristili investitorjem in uporabnikom. Pospešeno staranje bitumenskih trakov v skladu s standardoma SIST EN 1296 in SIST EN 1297 traja celo 24 tednov (skoraj pol leta) pri +70,0 oC. Testiranje je izredno dolgotrajno in poteka pri relativno nizki temperaturi, ki ne predstavlja velike obre­menitve za staranje velike večine bitu­menskih trakov. Zato smo si za cilj zadali določitev takšne temperature pospešenega staranja, ki bi omogočila standardnemu postopku primerljivo pospešeno staranje v krajšem obdobju, na primer v nekaj ted­nih. S pomočjo eksperimentalnih razisko­vanj, z upoštevanjem Arrheniusove teorije pospešenega staranja in ugotovitvijo in­terakcije med časom in temperaturo stara-nja bomo določili aktivacijsko energijo in s pomočjo nje izračunali staranje ob različnih temperaturah ali poljubnem času staranja. Ti rezultati bi nam koristili pri kontroli kako-vosti, dokazovanju odpornosti na staranje in določevanju življenjske dobe za izdelke bitumenskih trakov, katerih karakteristike bi lahko na tak način določevali v znatno krajšem času. Izvedli smo testiranja pospešenega staranja oksidiranih bitumenskih trakov (komercialna oznaka IZOTEM V4 in v skladu s standar­dom SIST EN 13969 in SIST 1031), bitu­menskih trakov, modificiranih s plastomer­­­­2 nimi polimernimi dodatki, poznanimi pod imenom ataktični polipropilen in okrajšavo APP (komercialna oznaka IZOTEKT T4 PLUS), in bitumenskih trakov, modificiranih z elastomernimi polimernimi dodatki, t.i. stiren-bitadilen-stiren s kratico SBS (proiz2vod z imenom IZOELAST T4 PLUS). Oba s polimernimi dodatki modificirana trakova sta v skladu s standardi SIST EN 13969, SIST EN 13707 in SIST 1031. Vsi preskušani bitumenski trakovi pa vsebujejo tudi dodatke iz mineralnih polnil in ustrezni nosilec, ojačitev ali armaturo iz steklenega voala (oznaka V) gramature ~50 g/m ali iz steklene tkanine (oznaka T) gramature ~200 g/m. Obojestranska površinska za-ščita proti zlepljenju med skladiščenjem in transportom je v vseh primerih omenjenih bitumenskih trakov HDPE folija debeline ~7 µm, ki je za namen meritev in staranja odstranjena s površine. Postopek staranja smo izvajali v pečici – sušilniku (tip ELEKTROMEHANIKA LABO-NOVA ST 80) v podjetju FRAGMAT IZOLIRKA v Ljubljani. Pospešeno staranje je potekalo pri +70 oC, +80 oC, +90 oC, +100 oC in +110 oC. Primerjavo smo izvajali s stara- njem istih vzorcev pri sobni temperaturi (na +21 oC +/–3 oC), torej brez pospešenega staranja. 2.1 Upogljivost pri nizkih temperaturah Določevanje upogljivosti pri nizkih tem­peraturah bitumenskih trakov predpisuje standard SIST EN 1109: 2000. Upogljivost je definirana kot temperatura, pri kateri bitu­menski trak lahko zvijemo okrog trna (slika 1), ne da bi se pri tem pojavile razpoke. Predpisana je priprava vzorca (s površine moramo odstraniti zaščitno PE-folijo), način ohlajevanja vzorcev (v temperaturno regulirani kopeli), hitrost gibanja trna (360 +/–40 mm/min.) kot tudi osvetlitev in drugi pogoji ob subjektivni oceni pojava razpok na vzorcu. Meritve upogljivosti pri nizkih temperaturah smo opravljali z opremo za-mrzovalne skrinje za ohlajanje vzorcev do –33 oC proizvajalca Gorenje, Velenje, meritev prstan kroglica P/K na aparatu FOCHLER P/K Automat in določevanja upogljivosti pri nizkih temperaturah z aparatom izdelave po naročilu in umerjanju na ZAG Ljubljana. 2.2 Spektralna analiza Meritve spektralne analize smo oprav­ljali na Kemijskem inštitutu v Ljubljani. Tip spektrometra je BRUKER IFS 66/S (slika 2). Omenjena aparatura omogoča metodo meritve z oslabljenim popolnim odbojem (Attenuated Total Reflectance – ATR). Upo­rablja se za analizo površin snovi in za karakterizacijo spojin, ki so pretanke ali pa preveč močno absorbirajo infrardečo (IR) svetlobo, da bi jih analizirali s transmisij-sko tehniko spektroskopije. Tehnika temelji na Newtonovih preučevanjih popolnega odboja svetlobe na fazni meji med dvema snovema z različnima lomnima količnikoma. Med kristali ATR in vzorcem moramo imeti dober stik. Kljub notranjemu odboju IR-žarka na fazni meji med optično gostejšo snovjo (ATR-kristal) in optično redkejšim vzorcem del tega žarka nekoliko penetrira v vzorec. S tem pa odbita svetloba nosi informacijo o absorpcijskem spektru merjenega vzorca. Dobljeni spekter je odvisen od veliko para­metrov: lomnega količnika ATR-kristala in vzorca, vpadnega kota svetlobe, debeline in površine vzorca, števila odbojev in valovne dolžine svetlobe. Svetloba z daljšo valovno dolžino globlje penetrira v vzorec, posledica tega je, da so izmerjeni IR-trakovi pri daljših valovnih dolžinah intenzivnejši kot trakovi pri krajših valovnih dolžinah v ATR-spektru iste snovi. Ker se globina penetriranja lahko spreminja s spreminjanjem ATR-kristala ali vpadnega kota, je na ta način možno dobiti globinski profil površine [Ješe, 2006] (sliki 3 in 4). Vertikalni liniji I in II (slika 5) označujeta vibracijske trakove, ki v IR-spektrih naka­zujejo spremembe v strukturi vzorcev, do katerih pride pri pospešenem staranju. Tekom procesa pospešenega staranja se pojavljajo spremembe v spektrih, ki so ve­like in odražajo veliko degradacijo materi­alov. Za te vzorce določitev vrednosti akti­vacijskih energij ni smiselna. Zato nam je analiza IR-spektrov omogočila izluščiti tiste vzorce, katerih pospešeno staranje še vodi k stabilnemu, čeprav zaradi pospešenega staranja že deloma razgrajenemu mate­rialu. To smo preverili z izračunom (enačbi 2 in 3) aktivacijskih energij različnih parov vzorcev, staranih na različne načine. Tako je na primer za vzorec št. 44, staran 16 dni na +80 oC, in vzorec št. 28, staran 10 dni na +90 oC, možno določiti v skladu z enačbama (2 in 3) aktivacijsko ener-gijo 50,119 kJ/mol (preglednica 1, 9. kriterij). Prav tako smo tudi za vzorec št. 48, staran 21 dni na +80 oC, in vzorec št. 31, staran 12 dni na +90 oC, z ana­lognim izračunom dobili podobno vred- nost aktivacijske energije 59,675 kJ/mol (preglednica 1, 10. kriterij). Ostali, preveč degradirani vzorci pa nudijo neadekvatne (prevelike ali premajhne) vrednosti za akti­vacijsko energijo, še posebej, če te vrednosti primerjamo z aktivacijskimi vrednostmi, dobljenimi iz primerjave mehanskih last­nosti vzorcev. Pregled IR-spektrov ostalih, prekomerno staranih vzorcev, ki so bili starani bodisi dalj časa in pri previsokih temperaturah, v primerjavi z nestaranimi ali pri zmernih pogojih staranimi vzorci kažejo nove dodatne vibracijske trakove. Za te vzorce so aktivacijske energije drugačne od tistih, ki opisujejo staranje materiala glede na predpisano življenjsko dobo, in jih zato ne upoštevamo pri analizi. 2.3 Določitev mejne vrednosti 2.3 funkcionalnosti Smatramo, da je primarna funkcija in naj-pomembnejša zahteva bitumenskih trakov vodonepropustnost. Sama vodonepropust­nost celotnega hidroizolacijskega konstruk­cijskega sklopa je odvisna tudi od kakovosti vgradnje, detajlov izvedbe, rešitve križanj konstrukcijskih sklopov, priključkov in pod­lage. Pri bitumenskih izdelkih, namenjenih hidroizolacijam, težko določimo dotrajanost izdelka ali sistema v odstotkih. Zato smo kot kriterij izbrali upogljivost bitumenskih trakov pri nizkih temperaturah. Izbrali smo več kriterijev za mejno vrednost upogljivosti pri nizkih temperaturah, tako da smo privzeli še sprejemljive vrednosti pri temperaturah: –4 oC, +/–0 oC, +4 oC, +5 oC, +8 oC, +12 oC in +15 oC. Za popolno dotrajanost oziro­ma razpad izdelkov smo določili vrednosti upogljivosti pri nizkih temperaturah večje kot +22 oC. Po naši predpostavki izdelek z višjo vrednostjo, torej s slabšo odpornostjo na upogljivost pri nizkih temperaturah, ne opravlja svoje primarne funkcije vodone­propustnosti in odpornosti na tlak v celoti. Menimo, da kot tak ni primeren za izvedbo hidroizolacij v skladu z zahtevami standar­dov SIST EN 13969, SIST EN 13707 in SIST 1031. Kot kriterij drugega postopka ugo­tavljanja dotrajanosti materiala smo izbrali spremembe v diagramih spektralnih analiz staranih vzorcev bitumenskih trakov, kjer smatramo, da je izdelek pri pojavu znatnih sprememb v spektrografu dotrajan. Degradacijo ob povišani temperaturi določimo na sledeči način ([Carlsson et al., 2001], [Carlsson et al., 2004], [Köhl et al., 2004]): (1) aT koeficient pospešitve staranja zaradi de­gradacije ob povišani temperaturi (–) k1 specifična stopnja reakcije ob testiranju (s-1) k2 specifična stopnja reakcije ob normalni ali delovni uporabi (s-1) .1 čas do degradacije ob testni temperaturi pospešenega staranja (sekunda, minuta, ura, dan, teden, mesec, leto) .2 čas do degradacije ob delovni tempera­turi, torej ob normalni uporabi (ura, dan, teden, mesec, leto, desetletje, stoletje) T1 temperatura ob testiranju (K) T2 temperatura ob uporabi ali delovna tem­peratura (K) Ea aktivacijska energija (J mol-1) R plinska konstanta (8,314472 J K-1 mol-1) (2) (3) V skladu z enačbami (enačbe 1, 2 in 3) lahko s postopkom pospešenega staranja pri dveh ali več različnih temperaturah, temu seveda tudi posledično dveh ali več različnih časih izpostavljenosti, izračunamo aktiva-cijsko energijo. Ta nam služi kot izhodišče za določevanje življenjskih dob ob določeni temperaturni obremenitvi ali pa določevanje temperature uporabe za določeno časovno periodo izpostavljenosti. Iz tako pridobljenih rezultatov (preglednice 1, 2 in 3) razberemo, da je vrednost aktivacij-skih energij za izdelke iz oksidiranih bitumnov (Ea = 58,4 kJ/mol) [Kunič, 2007], za izdelek iz plastomernih bitumnov (Ea = 75,7 kJ/mol) in za trakove, modificirane z elastomernimi dodatki (Ea = 85,2 kJ/mol). Iz tako dobljenih vrednosti aktivacijskih energij lahko predvidimo obnašanje izdelkov ob izpostavljanju pri drugih temperaturah. Pri tem se moramo zavedati, da ekstrapolacija na večje temperaturne inter­vale ni natančna, kajti v teh primerih postaja vpliv v Arrheniusovi enačbi zanemarjenega temperaturno odvisnega predeksponentnega faktorja vse večji, dobljeni rezultati pa vse bolj nenatančni. Rezultate dobljenih aktivacijskih energij lahko prikažemo v skladu z Arrheniu-sovim zakonom v grafični obliki, to je z dia­gramom ln(k) v odvisnosti od 1/T (slika 6). Podobno lahko izvedemo, v skladu s teorijo pospešenega staranja, tudi ekstrapolacijo na daljšo dobo izpostavljenosti. Po standardu (SIST EN 1296 in SIST EN 1297) traja postopek staranja bitumenskih trakov za namembnost hidroizolacije ravnih streh 24 tednov pri +70,0 oC. V kolikor želimo pospešiti staranje (preglednica 4), potem bi morali za skrajšano obdobje 12 tednov dvigniti tem­peraturo staranja na +82,0 oC za bitumenski trak iz oksidiranih bitumnov [Kunič, 2007], na 79,2 oC za trakove iz plastomernih bitumnov in na 76,5 oC za trakove iz elastomernih bi­tumnov, za obdobje 9 tednov na 87,3 oC za oksidirane bitumne [Kunič, 2007], na 83,2 oC za plastomerne bitumne in na 79,2 oC za elastomerne bitumne in za obdobje 6 tednov bi morali za isti vpliv na staranje izdelek iz oksidiranih bitumnov izpostaviti temperaturi 94,9 oC, plastomerne bitumne temperaturi 88,9 oC in elastomerne bitumne 83,2 oC, ter bi na tak način povzročili enak vpliv na staranje bitumenskega traku, kakor jo predpisuje standard (tj. 24 tednov pri +70,0 oC). Staranje v skladu s časi in temperaturami, navedenimi v preglednicah (preglednici 4 in 5), je takšno, da ne nastopi popolni raz­pad izdelka oziroma konec življenjske dobe, razen v primerih izredno visokih temperatur, ko nastopijo takšne poškodbe različnih se-stav bitumnov, ki prevedejo do nepovratnih sprememb ali do kemijske razgradnje. S kom­binacijo dobe staranja in njej pripadajoče temperature (preglednici 4 in 5) smo dosegli dotrajanost bitumenskega traku v vseh primerih časov in temperatur, enako kot to opredpisujeta standarda SIST EN 1296 in SIST EN 1297, to je temperaturo +70 C in čas trajanja 24 tednov. Iz tako dobljenih rezultatov, to je z eksperi­mentom pospešenega staranja in Arrheniu-sove teorije dobljene aktivacijske energije in na podlagi tega posledično izračunanimi časi in temperature staranja (preglednica 4 in 5), lahko izrišemo diagram (slika 7), ki prikazuje pričakovano staranje oziroma stopnjo degra­dacije v odvisnosti od temperature staranja. Na omenjeni sliki je posebej označeno pod-ročje sekanja vseh treh krivulj, to so pogoji staranja, predpisani s standardom (tempe-ratura 70 oC in trajanje 24 tednov). Če pa potujemo po posamezni krivulji, za določeno kvaliteto izdelka (bitumni iz oksidiranih ali s pomočjo polimerov modificiranih bitumnov) dosegamo stopnje staranja oziroma degra­dacije, ekvivalentne zahtevam po standardu. Iz meritev staranja bitumenskih trakov, sestav­ljenih iz oksidiranih bitumnov ali iz polimernih dodatkov (plastomernimi APP ali elastomer­nimi SBS) modificiranih bitumnov, pri različnih temperaturah in po različnih časih, smo lahko določili dotrajanost posameznih vzorcev. Iz teh podatkov lahko določimo mejne vred­nosti obremenitve ob določeni temperaturi in določenem času, ki še zagotavljajo mejno vrednost funkcionalnosti izdelka (slika 8). Na sliki 9 so prikazane krivulje staranja bi­tumenskih trakov (iz oksidiranega in s polimernimi dodatki modificiranimi bitumni: APP in SBS) tako v skladu s staranjem po standardu (prekinjene črte, torej iste vrednosti kot jih prikazuje slika 7) in staranjem do mej-ne vrednosti funkcionalnosti istih bitumenskih izdelkov (polne črte, prikazane tudi na sliki 8). Razlika med krivuljami staranja v skladu s standardom in mejne vrednosti funkcio-nalnosti je sledeča: bitumenske trakove iz oksi-diranih bitumnov lahko izpostavimo 17 %, s plastomernimi dodatki modificirane 66 % in z elestomenimi dodatki modificirane 54 % daljšemu času, kot ga predpisuje standard (SIST EN 1296 in SIST EN 1297), da bi dosegli mejno funkcionalnost izdelka. Z eksperimentalnima metodama vrednotenja stopnje dotrajanosti materialov, upogljivosti pri nizkih temperaturah in metodo spektralne analize ter ob teoretični podpori Arrheniu-sovega zakona pospešenega staranja smo določili mehanizem staranja bitumenskih tra­kov na izpostavljenost višjim temperaturam. Tako lahko s pomočjo študij na teoretični in praktični ravni napovemo življenjsko dobo bitumenskih trakov in posredno tudi hidroizo-lacijskih sistemov. Z meritvami pospešenega staranja ob povišani temperaturi bitumenskih trakov in teoretično osnovo Arrheniusove enačbe smo dobili aktivacijsko energijo za bitumenske trakove iz oksidiranih bitumnov 58,4 kJ/mol, za trakove iz bitumnov, modificiranih s plas­tomernimi dodatki, 75,7 kJ/mol, in s plas­tomernimi dodatku 85,2 kJ/mol. V skladu s standardom opravljamo staranje pri tem­peraturi +70,0 oC celih 24 tednov. V kolikor želimo pospešiti staranje v 12 tednih, moramo po dobljenih rezultatih raziskave izdelke iz oksidiranih bitumnov izpostaviti temperaturi +82,0 oC, bitumenske trakove iz plastomernih dodatkov +79,2 oC in trakove iz elastomernih dodatkov +76,5 oC, da bi dosegli isti vpliv staranja bitumenskih trakov, kakor ga pred­pisuje standard. Carlsson, B. T., Möller, K., Ch. Marechal, J., Köhl, M., Heck, M., Brunold, S., Jorgensen, G., General Methodology of Test Procedures for Assessment of Durability and Service Life, FMEA Research for and Application to the Building Domain, 2001. Carlsson, B., Möller, K., Köhl, M., Brunold, S., Frei, U., Marechald, J. C., Jorgensen, G., The Applicability Of Accelerated Life Testing For Assessment Of Service Life Of Solar Thermal Components, Elsevier, 255–274, 2004. Ješe, R., Strukturne in spektroskopske lastnosti materialov v iono-optičnih sistemih, doktorska disertacija, Ljubljana, 2006. Köhl, M., Carlsson, B., Jorgensen, G., Czanderna, A.W., Performance and Durability Assessment, Optical Materials for Solar Thermal Systems, Elsevier B.V., The Netherlands, 2004, ISBN 0-08-044401-6, 395 str., 2004, Kunič, R. Načrtovanje vrednotenja vpliva pospešenega staranja bitumenskih trakov na konstrukcijske sklope, Doktorska disertacija, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Katedra za stavbarstvo in konstrukcijske elemente, Jamova 2, Ljubljana, 2007. SIST 1031 – Hidroizolacijski takovi – Bitumenski hidroizolacijski trakovi – Zahteve, Flexible sheets for waterproofing – Bitumen sheets for water- proofong – Requirements, 2006. SIST EN 1109: 2000, Hidroizolacijski trakovi – Bitumenski trakovi za tesnjenje streh – Določevanje upogljivosti pri nizkih temperaturah. SIST EN 1296: 2001 – Hidroizolacijski trakovi – Bitumenski, polimerni in elastomerni trakovi za tesnjenje streh – Metoda umetnega staranja z dolgotrajno izpostavitvijo povišani temperaturi – Flexible sheets for waterproofing – Bitumen, plastic and rubber sheets for roofing – Method of artificial ageing by long term exposure to elevated temperature. SIST EN 1297: 2005 – Hidroizolacijski trakovi – Bitumenski, polimerni in elastomerni trakovi za tesnjenje streh – Metoda umetnega staranja z dolgo- trajno izpostavitvijo ultravijoličnemu sevanju, povišani temperaturi in vodi – Flexible sheets for waterproofing – Bitumen, plastic and rubber sheets for roof waterproofing – Method of artificial ageing by long term exposure to the combination of UV radiation, elevated temperature and water. SIST EN 13707: 2005 – Hidroizolacijski trakovi – Ojačeni bitumenski trakovi za tesnjenje streh – Definicije in lastnosti – Flexible sheets for water- proofing – Reinforced bitumen sheets for roof waterproofing – Definitions and characteristics. SIST EN 13969: 2005 – Hidroizolacijski trakovi – Bitumenski tesnilni trakovi za temelje – Definicije in lastnosti – Flexible sheets for waterproofing – Bitumen damp proof sheets including bitumen basement tanking sheets – Definitions and characteristics. POSPEŠENO STARANJE IN DOLOČEVANJE ŽIVLJENJSKE DOBE GRADBENIH MATERIALOV – 2. DEL: POSPEŠENO STARANJE BITUMENSKIH TRAKOV•Roman Kunič, Boris Orel 2•VREDNOTENJE POSPEŠENEGA STARANJA IN NAPOVEDOVANJE ŽIVLJENJSKE DOBE BITUMENSKIH TRAKOV Slika 1•Določevanje upogljivosti bitumenskih trakov pri nizkih Slika 1•temperaturah Slika 2•Infrardeči spektrometer BRUKER IFS 66/S Roman Kunič, Boris Orel•POSPEŠENO STARANJE IN DOLOČEVANJE ŽIVLJENJSKE DOBE GRADBENIH MATERIALOV – 2. DEL: POSPEŠENO STARANJE BITUMENSKIH TRAKOV Slika 3•Spektralna analiza staranja bitumenskega traku iz oksidiranih bitumnov (območje od 4000 Slika 3•do 650 cm-1). IR-spektri vzorcev ustrezajo tretiranju vzorcev pri naslednjih pogojih: vzorec Slika 3•28 (+90 oC, 10 dni, črna krivulja), vzorec 31 (+90 oC, 12 dni, rdeča krivulja), vzorec 44 Slika 3•(+80 oC, 16 dni, zelena krivulja), vzorec 48 (+80 oC, 21 dni, temnomodra krivulja) Slika 3•in vzorec 58 (nestaran vzorec, svetlomodra krivulja) Slika 4•Spektralna analiza staranja bitumenskega traku iz oksidiranih bitumnov (območje od 2000 Slika 4•do 650 cm-1). IR-spektri vzorcev ustrezajo tretiranju vzorcev pri naslednjih pogojih: vzorec Slika 4•28 (+90 oC, 10 dni, črna krivulja), vzorec 31 (+90 oC, 12 dni, rdeča krivulja), vzorec 44 Slika 4•(+80 oC, 16 dni, zelena krivulja), vzorec 48 (+80 oC, 21 dni, temnomodra krivulja) Slika 4•in vzorec 58 (nestaran vzorec, svetlomodra krivulja) POSPEŠENO STARANJE IN DOLOČEVANJE ŽIVLJENJSKE DOBE GRADBENIH MATERIALOV – 2. DEL: POSPEŠENO STARANJE BITUMENSKIH TRAKOV•Roman Kunič, Boris Orel Slika 5•Spektralna analiza staranja bitumenskega traku iz oksidiranih bitumnov (območje od 2000 Slika 4•do 650 cm-1). IR-spektri vzorcev ustrezajo tretiranju vzorcev pri naslednjih pogojih: vzorec Slika 4•28 (+90 oC, 10 dni, črna krivulja), vzorec 31 (+90 oC, 12 dni, rdeča krivulja), vzorec 44 Slika 4•(+80 oC, 16 dni, zelena krivulja), vzorec 48 (+80 oC, 21 dni, temnomodra krivulja) Slika 4•in vzorec 58 (nestaran vzorec, svetlomodra krivulja) 3•POSPEŠENO STARANJE BITUMENSKIH TRAKOV Roman Kunič, Boris Orel•POSPEŠENO STARANJE IN DOLOČEVANJE ŽIVLJENJSKE DOBE GRADBENIH MATERIALOV – 2. DEL: POSPEŠENO STARANJE BITUMENSKIH TRAKOV Št. Kriterij Staranje pri nižji temperaturi Staranje pri višji temperaturi Aktivacijska energija Ea (kJ/mol) Temp. (oC) Vzorec štev. Staranje (dni) Temp. (oC) Vzorec štev. Staranje (dni) 1 upogljivost pri –4 oC 70 63 & 64 10 90 21 3 62.376 2 upogljivost pri +/–0 oC 70 65 & 66 20 90 23 6 62.376 3 upogljivost pri +4 oC 80 44 16 90 25 9 61.355 4 upogljivost pri +4 oC 80 46 18 90 28 10 62.679 5 upogljivost pri +4 oC 70 69 & 70 29 90 25 9 60.619 6 upogljivost pri +4 oC 70 69 & 70 29 80 44 16 59.925 7 upogljivost pri +8 oC 80 48 21 90 36 14 43.237 8 upogljivost pri +8 oC 80 50 25 90 36 14 61.830 9 spektralna analiza 80 44 16 90 28 10 50.119 10 spektralna analiza 80 48 21 90 31 12 59.675 Povprečna vrednost: 58.419 Preglednica 1•Aktivacijska energija bitumenskega traku iz oksidiranih bitumnov Št. Kriterij Staranje pri nižji temperaturi Staranje pri višji temperaturi Aktivacijska energija Ea (kJ/mol) Temp. (oC) Vzorec štev. Staranje (dni) Temp. (oC) Vzorec štev. Staranje (dni) 1 upogljivost pri +12 oC 100 202 1 110 261 0,5 82.402 2 upogljivost pri +12 oC 100 203 2 110 262 1 82.402 3 upogljivost pri +15 oC 100 205 3 110 264 2 48.202 4 upogljivost pri +15 oC 100 206 5 110 264 2 108.929 5 upogljivost pri +15 oC 100 206 5 110 265 2,5 82.402 6 upogljivost pri +15 oC 100 206 5 110 266 3 60.727 7 upogljivost pri +15 oC 100 207 7 110 266 3 100.727 8 upogljivost pri +15 oC 100 207 7 110 267 5 40.000 Povprečna vrednost: 75.724 Preglednica 2•Aktivacijska energija bitumenskega traku, modificiranega s plastomernimi (APP) dodatki Št. Kriterij Staranje pri nižji temperaturi Staranje pri višji temperaturi Aktivacijska energija Ea (kJ/mol) Temp. (oC) Vzorec štev. Staranje (dni) Temp. (oC) Vzorec štev. Staranje (dni) 1 upogljivost pri +/–0 oC 100 411 21 110 470 10 88.202 2 upogljivost pri +/–0 oC 100 411 21 110 471 12 66.527 3 upogljivost pri +/–0 oC 100 412 28 110 471 12 100.727 Povprečna vrednost: 85.152 Preglednica 3•Aktivacijska energija bitumenskega traku, modificiranega z elastomernimi (SBS) dodatki POSPEŠENO STARANJE IN DOLOČEVANJE ŽIVLJENJSKE DOBE GRADBENIH MATERIALOV – 2. DEL: POSPEŠENO STARANJE BITUMENSKIH TRAKOV•Roman Kunič, Boris Orel Slika 6•Pospešeno staranje bitumenskih trakov prikazano kot ‘ln(k)’ v odvisnosti od ‘1/T’ staranje (tednov) 1* 2* 3* 5* 6 9 12 15 18 21 24 staranje (let) 0,019 0,038 0,058 0,096 0,115 0,173 0,231 0,288 0,346 0,404 0,462 oksidirani bitumen (oC) 133,1 117,4 108,8 98,5 94,9 87,3 82,0 78,1 74,9 72,3 70,0 plastomerni dodatki (oC) 116,7 105,4 99,2 91,6 88,9 83,2 79,2 76,2 73,8 71,7 70,0 elastomerni dodatki (oC) 101,8 94,4 90,1 85,0 83,2 79,2 76,5 74,4 72,7 71,2 70,0 *Ker se dogajajo nepovratne poškodbe (kemijska razgradnja), bitumenskih izdelkov ne smemo dolgotrajno izpostaviti tako visokim temperaturam. Preglednica 4•Ekstrapolacija pospešenega staranja v skladu s standardom na krajša časovna obdobja staranje (let) 0,462 1 2 3 5 8 10 12 15* 20* oksidirani bitumen (oC) 70,0 57,5 47,1 41,3 34,2 28,0 25,2 22,9 20,1 16,7 plastomerni dodatki (oC) 70,0 60,3 52,0 47,4 41,7 36,7 34,4 32,5 30,2 27,3 elastomerni dodatki (oC) 70,0 63,1 57,1 53,7 49,5 45,7 44,0 42,6 40,9 38,7 *Vprašljiva je natančnost ekstrapolacije na tako dolge življenjske dobe staranja. Preglednica 5•Ekstrapolacija pospešenega staranja v skladu s standardom na daljša časovna obdobja Slika 7•Staranje bitumenskih trakov odvisnosti od temperature v skladu s standardom (temperatura Slika 7•70 oC in časovno obdobje 24 tednov) Roman Kunič, Boris Orel•POSPEŠENO STARANJE IN DOLOČEVANJE ŽIVLJENJSKE DOBE GRADBENIH MATERIALOV – 2. DEL: POSPEŠENO STARANJE BITUMENSKIH TRAKOV Slika 8•Staranje bitumenskih trakov v odvisnosti od temperature – mejne vrednosti funkcionalnosti Slika 9•Staranje bitumenskih trakov odvisnosti od temperature v skladu s standardom (temperatura Slika 7•70 oC in časovno obdobje 24 tednov) POSPEŠENO STARANJE IN DOLOČEVANJE ŽIVLJENJSKE DOBE GRADBENIH MATERIALOV – 2. DEL: POSPEŠENO STARANJE BITUMENSKIH TRAKOV•Roman Kunič, Boris Orel 4•SKLEP 5•LITERATURA