Gradbeni vestnik letnik 73 oktober 2024 210 Damijan Zore, dipl. inž. grad. damijan.zore@igmat.eu Igmat, d. d., Zadobrovška cesta 4, 1260 Ljubljana Polje Strokovni članek UDK/UDC: 665.775.4 ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI COMPACTION OF THE ASPHALT LAYER Damijan Zore ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI Povzetek Človek uporablja asfalt (zmes kamnitih zrn, vezanih z bitumnom) že več kot sedem tisoč let in je eden od najpogosteje upora- bljenih gradbenih materialov. Proizvodnja vroče asfaltne zmesi (HMA – hot mixed asphalt) je dovršena proizvodnja, ki večinoma zagotavlja ustrezne kakovostne karakteristike. Običajno povsod najdemo pomanjkljivosti in pri asfaltu je ena glavnih ta, da je proizvedena zmes podvržena ohlajevanju, plasti s prenizko temperaturo pa ni več mogoče zgostiti. Da bi se temu v čim večji možni meri izognili, je treba poznati različne pogoje ter njihove vplive na uspešnost zgoščevanja asfaltne plasti. Namen tega članka je: – predstaviti problematiko zgoščevanja asfaltne plasti, – zvišati nivo razumevanja obnašanja asfaltne plasti med zgoščevanjem, – prikazati, da se z ustreznim strokovnim pristopom in uvedbo ukrepov lahko doseže bistveno višja učinkovitost zgoščevanja. Ključne besede: časovno okno zgoščevanja, temperaturna segregacija Summary Asphalt (a mixture of stone grains bound with bitumen) has been used by man for over seven thousand years and is one of the most widely used building materials. The production of hot mixed asphalt (HMA) is a sophisticated process that mostly ensures adequate quality characteristics. There are usually shortcomings everywhere, and one of the main shortcomings in asphalt is that the produced mixture undergoes cooling, and the layer with too low temperature can no longer be thickened. In order to avoid this as much as possible, it is necessary to know the various conditions and their influence on the success of the asphalt layer compaction. The purpose of this article is to: – present the problem of the asphalt layer compaction, – increase the level of understanding of the behaviour of the asphalt layer during compaction, – demonstrate that with an appropriate professional approach and the introduction of measures, a significantly higher effici- ency of compaction can be achieved. Key words: compaction time window, temperature segregation Gradbeni vestnik letnik 73 oktober 2024 211 1 UVOD V asfaltnem obratu proizvedeno zmes vzorčimo iz kamiona ali pri polžih finišerja. Običajno se najprej izvedejo osnovne preiskave vzorčene zmesi, kot so zrnavostna sestava, delež bitumna in delež zračnih votlin. Zahteve so določene v stan- dardu za bituminizirane zmesi [SIST, 2008]. Ko proizvedeno zmes vgradimo, dobimo asfaltno plast. Zahteve za kakovostne karakteristike plasti so navedene v Smernicah in tehničnih po- gojih za graditev asfaltnih plasti [RS MZI, 2009]. Poleg debeli- ne, ravnosti in zlepljenosti je zelo pomembna tudi zgoščenost asfaltne plasti. Zgoščevanje je zadnji korak v procesu gradnje asfaltnega vozišča in v osnovi pomeni povečevanje prostornin- ske gostote zmesi oziroma zmanjševanje vsebnosti zračnih votlin. Zgoščevanje (pri strojnem vgrajevanju) lahko razdelimo v tri faze: 1. Predzgoščevanje z vgrajevalno desko finišerja (doseganje približno 75 % zgoščenosti plasti). 2. Doseganje končne stopnje zgoščenosti plasti z valjarji ali drugimi zgoščevalnimi sredstvi. 3. Zgoščevanje v kasnejšem obdobju, ko je plast izpostavlje- na prometu. Vpliv prometa do določene mere zmanjša votline v plasti, tudi če je bila plast v fazi gradnje ustrezno zgoščena. 2 PRIMERI SLABE PRAKSE V zadnjem obdobju se na terenu vse bolj soočamo z neustre- zno zgoščenostjo asfaltne plasti. V nadaljevanju so predstavlje- ni trije primeri, kjer ugotovljene vrednosti zgoščenosti (odvze- tih asfaltnih jeder) niso bile skladne z zahtevami. 2.1. Plato za kamione Slika 1 (levo) prikazuje rezultate zgoščenosti asfaltne vezne plasti. Pet od šestih odvzetih jeder ne dosega zahteve zgoš- čenosti (98 %). To pomeni, da je plast slabo zgoščena skoraj po celotnem območju. Vzrok lahko pripišemo neustreznemu pristopu oziroma načinu zgoščevanja, kajti podatki o tempera- turi proizvedene zmesi so bili skladni z zahtevo. Slika 1 (desno) prikazuje rezultate zgoščenosti obrabno zaporne plasti. Neu- strezna zgoščenost in vsebnost zračnih votlin je ugotovljena na lokalnem območju. Ta lokacija predstavlja precejšnjo ver- jetnost, da se bo zaradi vpliva težke prometne obremenitve kmalu pojavilo izpadanje zrn ter luščenje plasti asfalta, kar bi lahko kasneje privedlo do nastanka udarne jame. Če bi bila ta površina izpostavljena kanaliziranemu prometu, bi zagotovo prišlo do deformacij v obliki nastanka kolesnic. 2.2. Kolesarska povezava Slika 2 prikazuje rezultate zgoščenosti nosilne in obrabno za- porne plasti na kolesarski stezi. Vsi rezultati na obeh vzorčenih lokacijah odstopajo od zahtev. Takšna plast je podvržena večji občutljivosti za vremenske vplive, saj je delež vode v njej bistve- no večji kot običajno, kar postavlja pod vprašaj njeno trajnost. 2.3. Rekonstrukcija priključka na hitro cesto Rezultati neustrezne zgoščenosti obrabno zaporne plasti na priključku, ki jih prikazuje slika 3, so posledica več manjših neugodnih dejavnikov: - izvedba del v nekoliko hladnejšem obdobju (temp. zraka med 5 °C in 10 °C), - prevoz zmesi iz oddaljenega asfaltnega obrata (ca. 60 km), - tanka plast (40 mm) in - (kratkotrajni) zastoji finišerja. Damijan Zore ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI Slika 1. Rezultati zgoščenosti (levo vezna plast in desno obrabno zaporna asfaltna plast) [Igmat, 2023]. Slika 2. Rezultati zgoščenosti plasti (levo nosilna plast, desno obrabno zaporna asfaltna plast [Igmat, 2023]. Gradbeni vestnik letnik 73 oktober 2024 212 Skoraj vsa asfaltna jedra so bila vzorčena na izrazito slabo zgoš- čenih območjih. Omenjene lokacije so bile predhodno ugoto- vljene z meritvami izotopske sonde. 3 OHLAJEVALNA KRIVULJA ASFALTNE PLASTI IN ČASOVNO OKNO ZGOŠČEVANJA Glede na temperaturo zmesi in temperaturne pogoje okolja se da določiti ohlajevalno krivuljo plasti, ki je prikazana na sliki 4. Zgoščevanje plasti je treba izvajati v t. i. časovnem oknu glede na ohlajevalno krivuljo. Stalno spreminjajoča se tempe- ratura je glavni dejavnik, zaradi katerega je težko napoveda- ti, kdaj začeti z zgoščevanjem in kdaj mora biti zgoščevanje končano. V preglednici 1 so navedene priporočene vrednosti tempera- ture asfaltne zmesi pri vgradnji in najnižje dovoljene tempera- ture zmesi za finišerjem. Te vrednosti bi morale biti vedno dosežene po celotni širini plasti za finišerjem, kar je osnovni pogoj, da bomo z valjarji lahko zgostili plast. Neenakomerne temperature plasti vodijo do različnih stopenj zgoščenosti. 3.1. Izračun časovnega okna s programom PaveCool Programsko orodje PaveCool [MnDOT, 2024] je bilo razvito za pomoč izvajalcem del in nadzornim organom pri sprejema- nju odločitev glede izvajanja del v hladnejšem obdobju. Upo- rabnik vnese uro, datum, vrsto zmesi in podlage, hitrost vetra, temperaturo asfaltne zmesi, temperaturo podlage, tempera- turo zraka, količino oblačnosti in debelino plasti. Model toplot- nega toka se uporablja za izračun, v kolikšnem času se tem- peratura plasti zniža do kritične vrednosti 80 °C. Če uporabnik meni, da je na voljo premalo časa za zgoščevanje, lahko ta čas podaljša (na primer: povečanje debeline plasti ali temperature zmesi bo povečalo časovno okno). V preglednici 2 so navedeni izračunani časi zgoščevanja (ča- sovno okno) različnih debelin plasti pri različnih pogojih. Za izračun sta uporabljeni dve različni temperaturi plasti za fini- šerjem. Vrednost 140 °C je običajna (primerna) temperatura plasti za začetek zgoščevanja in 100 °C, ki je še zadnja mož- nost, da plast lahko ustrezno zgostimo. Primer: vgrajevanje nosilne asfaltne plasti AC 22 base B 50/70 A3 v debelini 70 mm in obrabno zaporne plasti AC 11 surf B 50/70 A3 v debelini 40 mm v dveh različnih temperaturnih obdobjih. Vroče obdobje: temperatura zraka 30 °C, temperatura podlage 40 °C, hitrost vetra 5 km/h. Hladno obdobje: temperatura zraka 3 °C, temperatura pod- lage 3 °C, hitrost vetra 5 km/h. Glede na različne pogoje, ki vplivajo na ohlajevanje plasti, je (skrajni) čas za doseganje končne zgoščenosti plasti obrabno zaporne plasti (AC 11 surf B 50/70 A3) lahko 27 minut ali samo 3 minute. Spodaj sta prikaza vnesenih podatkov v program PaveCool in izračun vrednosti časov zgoščevanja za obrabno zaporno plast v najbolj ugodnih pogojih (slika 5, levo) in najbolj neugodnih pogojih (slika 5, desno). Slika 3. Rezultati zgoščenosti obrabno zaporne asfaltne pla- sti na priključku [Igmat, 2023]. Slika 4. Ohlajevalna krivulja plasti in časovno okno. Tip bitumna Priporočena tempe- ratura pri vgradnji (°C) Najnižja temperatura zmesi za finišerjem (°C) B 70/100 145 120 B 50/70 155 130 PmB Po navodilih proizvajalca PmB Preglednica 1. Priporočena temperatura zmesi pri vgradnji in najnižja temperatura zmesi za finišerjem [RS MZI, 2009]. Temperatu- ra plasti za finišerjem (°C) AC 22 base B 50/70 A3 70 mm AC 11 surf B 50/70 A3 40 mm Vroče obdobje Hladno obdobje Vroče obdobje Hladno obdobje 140 58 min 41 min 27 min 13 min 100 17 min 11 min 8 min 3 min Preglednica 2. Časi, v katerih je treba doseči končno stopnjo zgoščenosti plasti [MnDOT, 2024]. Damijan Zore ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI Gradbeni vestnik letnik 73 oktober 2024 213 4 VZROKI ZA NEUSTREZNO ZGOŠČENO ASFALTNO PLAST Neustrezno zgoščene lokacije so običajno območja ob jaških, prečnih in vzdolžnih spojih, uvozi, izvozi, robni pasovi, mulde, koritnice …, kjer je vgrajevanje in zgoščevanje še posebej oteže- no. Kar se tiče večjih površin, kjer se izvaja strojno vgrajevanje, so običajno neustrezno zgoščena le manjša lokalna območja, vendar ugotavljamo, da je vse več primerov, ko se neustrezna zgoščenost pojavi po večjem ali celo celotnem območju vgra- jevanja. Za doseganje ustrezne zgoščenosti plasti morajo biti izpol- njeni trije ključni pogoji: – ustrezna temperatura plasti, – ustrezno zgoščevanje (oz. usposobljen kader in primerna mehanizacija), – ustrezna togost podlage. Plast bo ustrezno zgoščena po celotnem območju vgrajevanja samo v primeru, če bodo po celotnem območju izpolnjeni vsi trije pogoji. Sveže proizvedena zmes ima večinoma ustrezno temperaturo, vendar pa so problematični čas in način transporta ter dina- mika vgrajevanja. Pogosto smo priča veliki izgubi temperature zmesi, še preden se plast sploh začne zgoščevati. V fazi zgoščevanja se vse pogosteje srečujemo s slabo uspo- sobljenim kadrom, kar v kombinaciji s prenizko temperaturo plasti vodi do zelo slabega končnega izdelka. V redkih prime- rih neuspeh pri doseganju ustrezne zgoščenosti izhaja tudi iz uporabe neustrezne mehanizacije. Na cestnih odsekih ali parkiriščih je plast zelo redko neustre- zno zgoščena zaradi slabe togosti podlage. Tovrstno težavo po- gosteje srečujemo na kolesarskih stezah in hodnikih za pešce, kjer prenizka togost podlage ne zagotavlja zadostne opore zgoščevalnemu sredstvu za uspešno zgostitev asfaltne plasti. 4.1. Temperaturna segregacija Zmes se začne ohlajati takoj, ko je natovorjena na tovorno vo- zilo. Ohlajanje se nadaljuje med transportom, vgrajevanjem, zgoščevanjem in po zgoščevanju. Med transportom se zmes na površini zelo hitro ohladi, kar povzroči nastanek skorje z bistveno nižjo temperaturo kot v jedru oziroma sredici. Dlje časa ko traja prevoz, debelejša in hladnejša je skorja, zato je treba zmes vedno čimprej vgraditi in zgostiti. Slika 6 prikazu- je asfaltno zmes na tovornjaku v trenutku zvračanja v vsebnik finišerja. Razlika temperature skorje in sredice je jasno vidna. Slika 5. Rezultati izračuna s programom PaveCool za obrabno plast v najbolj ugodnih pogojih (levo) in najbolj neugodnih pogojih (desno) [MnDOT, 2024]. Slika 6. Asfaltna zmes na tovornjaku v trenutku zvračanja v vsebnik finišerja (levo navadna fotografija, desno termografska fotografija [Rošer, 2020]. Damijan Zore ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI Gradbeni vestnik letnik 73 oktober 2024 214 Glede na obliko kupa (na tovornjaku) se običajno pojavijo ob- močja z različno stopnjo temperaturne segregacije. – Nizka stopnja segregacije je v območju B (slika 7), približno na sredini kesona z največjim deležem sredice, ki uspešno zadržuje temperaturo proizvedene zmesi. Kup mora imeti čimbolj polkroglasto obliko, kajti v tem primeru je površina kupa najmanjša. – Visoka stopnja segregacije je na območjih A in C (slika 7), kjer je delež sredice bistveno manjši, kar povzroči večjo iz- gubo (znižanje) temperature oziroma bolj ohlajeno zmes. To področje ima tudi večji delež površine, kar še dodatno vpliva na izgubo temperature. Ob začetku raztovarjanja (dvigovanja kesona) se vsebnik finišer- ja najprej napolni z zmesjo z območja C, kar predstavlja hlad- nejšo zmes. V nadaljevanju sledi zmes z območja B z najvišjo (ohranjeno) temperaturo. Na koncu raztovarjanja (spraznitvi kesona) se vsebnik napolni z zmesjo z območja A (zopet hlad- nejša zmes) in po menjavi tovornjakov spet sledi zmes z ob- močja C. Tako je v času menjave tovornjakov zmes v vsebniku finišerja združena z območij A in C, kar predstavlja večjo količi- no bistveno hladnejše zmesi. V času menjave tovornjakov se običajno finišer ustavi in ves ta čas območje D (slika 8) valjarjem ni dostopno oziroma ga ni mogoče zgoščevati. Na tej lokaciji je zaradi omenjene menjave tovornjakov vgrajena najhladnejša zmes (iz območja kesona A), ki se zaradi zastoja še dodatno ohlaja. Območje D je tako pod- vrženo trem neugodnim vplivom, zato ima plast v tem obmo- čju najnižjo temperaturo in je najslabše zgoščena. Območje A (slika 8) je plast z nekoliko nižjo temperaturo (zmes z območja kesona A). Časovno okno zgoščevanja na tem ob- močju je nekoliko zmanjšano, vendar operater na stroju oziro- ma valjar to območje lahko ustrezno zgosti. Območje B predstavlja plast z najvišjo (ohranjeno) temperatu- ro, kjer so pogoji za zgoščevanje idealni in je običajno zgošče- nost plasti skladna z zahtevo. Magistrska naloga iz leta 2020 [Rošer, 2020] obravnava meritve temperature površine asfaltne zmesi na kamionu s termovizijsko kamero in meritve temperature asfaltne plasti za finišerjem s termoskenerjem. Predstavljen je primer iz- vedbe asfalterskih del (poleti 2019) v času najbolj ugodnih temperaturnih pogojev. Temperatura zraka je bila nad 30 °C ter podlage med 40 °C in 50 °C. Transportna razdalja zmesi je znašala 21 km, čas vožnje 18 minut in vsi tovornjaki so imeli ponjave. Izmerjena povprečna temperatura površine zmesi SMA 11 PmB 45/80-65 A1 na kamionu (na gradbišču) je znašala 104 °C, kar predstavlja presenetljivo visoko stopnjo temperaturne segregacije, kajti v sredici je imela zmes več kot 170 °C. De- belina vgrajevanja plasti je znašala 40 mm. Slika 9 prikazuje rezultate temperaturnega polja za finišerjem in termoskener na finišerju. Kljub zelo ugodnim vremenskim razmeram so se ob menjavah tovornjakov (na medsebojni razdalji od 20 do 30 m) pojavljala območja z visoko stopnjo temperaturne segregacije (razlika do 65 °C). Za lokacijo s temperaturo plasti 176 °C je bilo (gle- de na izračun s programom PaveCool) za zgoščevanje na voljo 46 minut. Za lokacijo s temperaturo plasti 111 °C pa le 13 minut. Če bi se dela izvajala v hladnejšem obdobju (temperatura zraka in podlage 5 °C), bi bilo treba plast na lokaciji z 111 °C zgostiti v 6 minutah, kar predstavlja veliko verjetnost za ne- ustrezno zgoščeno območje, kajti valjar (mase vsaj 7 ton) bi moral v tem času opraviti vsaj štiri prehode z vibracijo. Študije in izkušnje v asfalterstvu so pokazale, da je pri klasič- nem asfaltiranju prisotna visoka stopnja temperaturne segre- gacije, kar pomeni, da imamo pogosto težave z neugodnimi pogoji, ki otežujejo ustrezno zgostitev. Slika 7. Asfaltna zmes na tovornjaku (območja A, B in C). Slika 8. Prikaz različnih temperaturnih območij med vgrajevanjem asfaltne zmesi [Fliegl, 2018]. Damijan Zore ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI Gradbeni vestnik letnik 73 oktober 2024 215 4.2. Čas ustavitve finišerja Poleg temperaturno segregiranih območij ob menjavah tovor- njakov, ki so se pojavila zaradi hladnejše zmesi na tovornjakih (iz območji A in C), je termoskener zaznal tudi znižanje tem- perature plasti ob vsaki ustavitvi finišerja [Rošer, 2020]. Ob ustavitvi za 2 minuti je zabeležil izgubo temperature za 10 °C. Ob čakanju na dostavo asfaltne zmesi (ali drugih razlogov) je bilo znižanje temperatur še večje. Zastoj finišerja za 11 minut in 8 sekund, je povzročil znižanje temperature plasti za finišer- jem za 37,6 °C. V nadaljevanju je predstavljen primer dveh neugodnih vplivov hkrati. Temperaturna segregacija, ki je večinoma prisotna ob menjavi vsakega tovornjaka (ugotovljena temperatura plasti 111 °C) in nato še zastoj finišerja za 11 minut (padec temperature za ca. 37 °C). V takšnem primeru znaša temperatura plasti prib- ližno 74 °C (111 °C–37 °C), kar je manj od 80 °C, in to pomeni, da se plast takoj za finišerjem sploh ne da več zgostiti. 4.3. Ravnovesje štirih faz asfaltiranja V obdobju načrtovanja izvedbe del je treba teoretično določiti in dejansko zagotoviti ravnovesje štirih faz asfaltiranja. Proizvo- dnja, prevoz, vgrajevanje in zgoščevanje. Uspešno ravnovesje zagotavlja neprekinjeno vgrajevanje, pri čemer naj ne bi bilo visokih razlik temperatur plasti za vgrajevalnim strojem. S tem je zagotovljen osnovni pogoj za uspešno zgoščevanje in rav- nost plasti. Če bo asfaltni obrat vsako uro proizvedel 100 ton zmesi, je treba glede na razdaljo in značilnosti prometa zagotoviti do- volj prevoznih sredstev, da bo vsako uro na gradbišče prispelo 100 ton zmesi. Finišer mora glede na debelino in širino vgraje- vanja zmes vgrajevati z ustrezno hitrostjo, da bo na uro vgraje- nih 100 ton. Za zgoščevanje pa mora biti na voljo dovolj ustrez- nih valjarjev, da bodo na uro zgostili 100 ton zmesi oziroma plasti (glej preglednico 5). Ravnovesje je treba zagotavljati ves čas vgrajevanja. Ko pride do spremembe v eni fazi, je treba korigirati tudi ostale faze, v nasprotnem primeru pride do za- stojev in drastičnih izgub temperature zmesi in/ali plasti. 4.4. Zamujeno časovno okno zgoščevanja Stalna dilema operaterja (ali operaterke) na valjarju je na- slednja: – če prekmalu začnem zgoščevati, obstaja precejšnja verjet- nost za nastanek razpok in neravnin, – če prepozno začnem zgoščevati, se bo plast preveč ohladi- la in je ne bo možno zgostiti. Vzrok za neustrezno zgoščeno asfaltno plast pogosto izhaja iz zamud pri zgoščevanju oziroma zgoščevanja pri prenizki temperaturi. Izvajalci del pogosto nekoliko kasneje pričnejo zgoščevati, da bi se izognili razpokam, ki lahko nastanejo zara- di prevroče zmesi, kar je pravilno v primeru debelejše plasti in vročih pogojev. Vendar pa pri tanjši plasti in hladnejših razme- rah pride do nenadnega padca temperature plasti, kar skrajša časovno okno zgoščevanja in vodi do neustrezne zgoščenosti. Operater na stroju mora poznati vplive temperaturnih pogojev in biti pozoren na obnašanje zgoščevane plasti ter glede na iz- kušnje (ažurno) prilagajati dinamiko ali/in intenziteto zgošče- vanja. 5 ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI Ustrezno zgoščena asfaltna plast zagotavlja odpornost plasti proti obremenitvam prometa, preprečuje vdor vode in zra- ka ter je trajnejša. Neustrezno zgoščena plast lahko povzroči zmanjšanje življenjske dobe tudi za 50 % in več [Bode, 2012]. Veliko je dejavnikov, ki vplivajo na uspešnost zgoščevanja, ven- dar sta za uspešno zgostitev plasti pomembna le dva pogoja. Temperatura plasti, pri kateri se zmes lahko zgošča, in dovolj toga podlaga, ki zagotavlja, da se večina zgoščevalne energije prenese v asfaltno plast in ne v spodnje plasti. Slika 10 prikazuje, kako se glede na različno temperaturo plasti spreminja napor zgoščevanja oziroma obnašanje zgoščevane plasti. 5.1. Zgoščevanje (pre)vroče plasti Temperatura plasti med 140 °C in 160 °C je za zgoščevanje (pre)visoka, kar pomeni, da ima bitumen zelo nizko visko- znost. Notranje trenje je zelo nizko, in to omogoča najmanjši napor zgoščevanja, zato lahko pride do čezmerne zgostitve plasti. V ekstremnem primeru (odvisno tudi od lastnosti zme- si) se bitumen iztisne na površino in pojavijo se črni madeži bitumna. Plasti s tako visoko temperaturo ne smemo inten- zivno zgoščevati, lahko se izvede en ali dva prehoda brez vibracije (predzgoščevanje). Če je bila s finišerjem dosežena Slika 9. Rezultati meritev temperaturnega polja za finišerjem (leva slika) in termoskener na finišerju (desna slika) [Rošer, 2020]. Damijan Zore ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI Gradbeni vestnik letnik 73 oktober 2024 216 visoka stopnja predzgostitve, je s tem zmanjšana verjetnost za nastanek večjega ugreza valja, narivanja zmesi ali razpok. Priporočljivo je zgoščevati z lažjim valjarjem. Če se pojavi na- rivanje zmesi pred bandažo valja, je treba valjanje za nekaj časa prekiniti, drugače bo prišlo do razpok ali tako imenovane pomarančne površine. V primeru več prehodov po isti liniji ali ostrih zavojev se obi- čajno pojavi precejšen ugrez valja z bočnim izrivanjem zme- si. Valjar lahko tako močno zareže v svežo (prevročo) plast, da sled ostane tudi po koncu glajenja, kar je nedopustna napaka zgoščevanja. V primeru debelejše plasti, in če ni bočne opore (robnik), bo na robu plasti prišlo do precejšnjega izrivanja zmesi, kar si nikakor ne želimo. Na vroči površini se mora valjar ves čas gibati, ob (daljšem) za- stoju se lahko pojavi vdolbina (odtis) valja, kar predstavlja ne- ravnino. 5.2. Ustrezna temperatura plasti za zgoščevanje Najbolj primerna temperatura plasti za zgoščevanje je med 100 °C in 140 °C. Viskoznost bitumna oziroma ustrezno not- ranje trenje omogoča kamnitim zrnjem v asfaltni zmesi, da med seboj lažje zdrsijo in se namestijo v čim bolj zgoščeno strukturo plasti. Če je bila s finišerjem dosežena visoka stop- nja predzgostitve, z valjarji hitreje in lažje dosežemo ustrezno zgoščenost. V tej fazi se izvaja glavno zgoščevanje, to pomeni, da je treba izvesti ustrezno število prehodov glede na debeli- no plasti ter maso valjarja, kar je navedeno v preglednici 3. Če vgrajujemo tanjšo plast (in še v hladnejšem obdobju), se plast zelo hitro hladi. Običajno v tem primeru fazo predzgoščevanja preskočimo in takoj začnemo glavno zgoščevanje. Zmes z vi- sokim deležem drobirja (kot je SMA) se težje zgošča kot zmesi s kontinuirno linijo zrnavosti (kot so AC surf, bin in base) ali zmes, ki vsebuje tudi zaobljena zrna. Pomembna je ustrezna izbira valjarja glede na debelino plasti. Ne sme biti prelahek ali pretežak. Za optimalno zgoščevanje so najbolj primerni valjarji z dve- ma amplitudama in dvema frekvencama. Debelejše plasti se zgoščajo z večjo amplitudo in nižjo frekvenco, tanjše plasti z nižjo amplitudo in večjo frekvenco. Obstajata vsaj dve vrsti vibracije – vertikalna in oscilacijska. Oscilacijska je bolj primer- na za premostitvene objekte, mestna središča in zagotavlja bolj ravno površino oziroma ne povzroča mikrorebraste površi- ne, kar se včasih zgodi pri uporabi vertikalne vibracije. 5.3. Zgoščevanje (pre)hladne plasti Temperatura plasti med 80 °C in 100 °C je nizka, vendar še omogoča zgoščevanje. Običajno se pojavi ob temperaturni se- gregaciji ali krajšem zastoju finišerja. Notranje trenje zmesi je bistveno povečano, zato je za zgostitev potrebno več energije. To pomeni večjo intenziteto zgoščevanja, več prehodov ali/in večjo masa valjarja. Časovno okno zgoščevanja se bliža koncu, zato je treba prehode z valjarjem izvesti čimprej. V tej fazi je treba zaključiti zgoščevanje. V primeru, da plast za finišerjem ne dosega dovolj visoke temperature (kar ni redek pojav), tudi najboljši valjar in najbolj usposobljen operater na stroju ne moreta zgostiti plasti. Ko pade temperatura plasti pod 80 °C, plast ni več primerna za zgoščevanje. Izvaja se glajenje oziroma zaglajevanje robov (sledov) valjarja. Bitumen preide iz funkcije maziva v svojo pri- marno funkcijo veziva in togost plasti se bistveno poveča. Ob Slika 10. Vpliv temperature plasti na napor zgoščevanja [Bomag, 2009]. Slika 11. Zgoščevanje asfaltne plasti z nizko ali visoko ampli- tudo [Bomag, 2009]. Debelina as- faltne plasti (cm) Število prehodov z vibracijo (masa tandem valjarja) 4 tone 7 ton 10 ton 2 2 – 4 1 – 2 N 1 – 2 N 4 4 – 6 2 – 4 N 2 – 4 N 6 4 – 8 4 – 6 N 2 – 4 N 10 6 – 8 4 – 8 NV 4 – 6 NV 14 6 – 8 V 4 – 6 V Vrsta vibracije: N – nizka amplituda V – visoka amplituda Temperatura plasti > 100 °C. Preglednica 3. Tipično število prehodov valjarja [Bomag, 2009]. Damijan Zore ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI Gradbeni vestnik letnik 73 oktober 2024 217 nadaljnjem zgoščevanju se lahko pojavita drobljenje zrn in rahljanje povezane strukture plasti. 5.4. Hitrost valjarja Glede na fazo zgoščevanja (predzgoščevanje, glavno zgošče- vanje ali glajenje) se spreminja hitrost valjanja (preglednica 4), kajti nižja hitrost dosega boljšo zgostitev plasti in obratno, zato je hitrost valjanja zelo pomembna. 5.5. Število in masa valjarjev Odvisno od debeline plasti in hitrosti napredovanja del (ravno- vesje štirih faz asfaltiranja) je treba določiti optimalno vrsto in število valjarjev glede na zmožnost zgoščevanja, kar prikazuje preglednica 5. Med zgoščevanjem je potrebna oskrba valjarja z vodo, kar pre- kine dinamiko zgoščevanja. V tem času ga mora nadomestiti predhodno določen valjar, ki nam pride prav tudi v primeru morebitne okvare. Stari asfalterski rek pravi En valjar ni no- ben valjar. V primeru večjega števila valjarjev mora odgovorna oseba določiti razporeditev in vloge valjarjev ter sosledje za- menjav (zaradi oskrbe z vodo), kar je treba spoštovati ves čas zgoščevanja. Vir za oskrbo z vodo mora biti čim bližje in zago- tavljati ustrezen pretok, da je čas oskrbe čim krajši. Oskrba z gorivom se izvaja pred izvedno del ali po njej. 6 DEJAVNIKI IN POGOJI, KI VPLIVAJO NA ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI V nadaljevanju so navedeni dejavniki in pogoji, ki kakorkoli (po- sredno ali neposredno) vplivajo na izgubo temperature zmesi oziroma uspešnost zgoščevanja asfaltne plasti. Razumevanje vplivov je pomemben korak za doseganje želenega cilja. 6.1. Organizacija izvedbe del (predhodno načrtovanje) 6.1.1. Osebje Nivo usposobljenosti osebja igra pomembno vlogo. V začet- ku sezone je treba opraviti interno in eksterno izobraževanje oziroma izvajanje prenosa znanja s starejše na mlajšo gene- racijo. 6.1.2. Proizvodnji obrat Izbrati je treba najbližji primeren obrat, kajti čas transporta zmesi do gradbišča mora biti čim krajši. Imeti mora ustrezno kapaciteto (t/h) in nivo skladnosti obratovanja (NSO). Vsak dan je ob začetku proizvodnje, zaradi hladnih mehanskih sklopov obrata, temperatura zmesi na prvem tovornjaku nekoliko niž- ja. Zato je smiselno, da se na gradbišču najprej vgradi zmes iz drugega ali tretjega tovornjaka, šele nato pa zmes iz prvega. 6.1.3. Prevozna sredstva Glede na različna prevozna sredstva, vrste kesonov in ponjav je tudi izguba temperature zmesi bistveno različna. Najbolj pri- meren je tovornjak s čim večjo nosilnostjo, natovorjen z maksi- malno dovoljeno količino zmesi. V takšnem primeru je sredica največja in izguba temperature zmesi najmanjša. Seveda so gradbišča različna in dostopnost večjih vozil je velikokrat ome- jena. Glede oblike (prereza) kesona je bolj primeren keson s polkrož- no obliko, kajti v vogalih kvadratnega kesona se zmes hitreje ohlaja. Običajni keson, ki se uporablja tudi za prevoz ostalih tovorov, je najbolj podvržen toplotnim izgubam. Če je keson izoliran, so toplotne izgube občutno manjše. Keson s potisno tehnologijo dokazano zmanjša stopnjo temperaturne segregacije. Pri raztovarjanju (push-off) se na površini hladnejša zmes (skor- ja) bistveno bolj enakomerno razporedi med vročo zmes kot pri klasičnem zvračanju v vsebnik finišerja. Tako je vpliv tem- peraturne segregacije občutno zmanjšan. Toplotni zabojnik je nujen pri ročni izvedbi del tako kot keson z loputo za kontrolirano doziranje zmesi v samokolnico. Priporočene povprečne hitrosti valjanja (km/h) Pred zgoščevanje 4 – 6 Statično, tandem Glavno zgoščevanje 3 – 5 Z vibracijo, tandem Glajenje 6 – 8 Statično, tandem Glavno zgoščevanje 4 – 8 Valjar s pnevmatikami Kasnejše valjanje 10 – 12 Valjar s pnevmatikami Preglednica 4. Priporočene hitrosti valjanja [Bomag, 2009]. Masa valjarja (ton) Zmožnost zgoščevanja valjarja (ton/h) glede na debelino plasti 2 – 4 cm 6 – 8 cm 10 – 14 cm 1,5 – 2,5 10 – 40 25 – 60 40 – 100 3,0 – 4,5 20 – 60 40 – 90 10 – 160 7 – 9 40 – 100 70 – 160 120 – 220 10 – 14 70 – 120 100 – 200 180 – 280 Preglednica 5. Zmožnost zgoščevanja valjarja (ton/h) [Bomag, 2009]. Slika 12. Polkrožni in kvadratni prerez kesona. Damijan Zore ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI Gradbeni vestnik letnik 73 oktober 2024 218 Na kesonu je t. i. ponjava, ki ščiti zmes pred ohlajevanjem, dež- jem in drugimi vplivi. Če ponjava tesni in je pod ponjavo ujet vroč zrak, to bistveno prispeva k zmanjšanju temperaturne se- gregacije zmesi. Takšni ponjavi pravimo zaprta ponjava. Če po- njava ne tesni, so v vmesnem prostoru zračni tokovi, ki hladijo zmes. Takšni ponjavi rečemo odprta ponjava. 6.1.4. Ravnovesje štirih faz asfaltiranja Glej poglavje 4.3. 6.2. Temperaturni pogoji Štiri temperature, ki vplivajo na uspešnost zgoščevanja as- faltne plasti: – temperatura proizvedene asfaltne zmesi, – temperatura okolice (temperatura zraka in hitrost vetra), – temperatura podlage (temperatura tal ali obstoječe as- faltne plasti), – stopnja temperaturne segregacije (nizka, srednja, visoka). Različni temperaturni pogoji in temperaturna obdobja zah- tevajo različne ukrepe, pristop ter dinamiko zgoščevanja. Ti pogoji so največkrat usodni, kajti izvajalci skoraj vedno dela opravljajo z enako dinamiko ne glede na specifične tempera- turne pogoje. 6.3. Debelina plasti Debelina asfaltne plasti lahko znaša od 20 mm do 140 mm. V primeru vgrajevanja tanjše plasti (od 20 mm do ca. 40 mm) se plast zelo hitro hladi, sploh če se dela izvajajo v hladnem obdobju na hladno podlago. Takšno plast je treba čim prej zgostiti. Pri srednji debelini imamo nekoliko več časa. Pri večji debelini plasti (nad ca. 80 mm) je ohlajevanje plasti bistveno počasnejše in moramo paziti, da ni na začetku zgoščevanje preveč intenzivno. Glede na debelino plasti je treba prila- goditi dinamiko in intenziteto zgoščevanja. Lahko se zgodi, da vgrajujemo debelejšo plast, vendar je temperatura plasti takoj za finišerjem bistveno nižja od pričakovane oziroma zahtevane. V takem primeru je treba plast takoj in intenzivno zgoščevati. 6.4. Hitrost vgrajevanja in nastavitve vgrajevalne plošče Hitrost napredovanja vgrajevalnega stroja (finišerja) lahko zna- ša od skoraj 0 m/min do približno 5 m/min. Običajna hitrost vgrajevanja je med 2 in 3,5 m/min. Vgrajevanje mora potekati čim bolj kontinuirno s konstantno hitrostjo. Pri manjši hitro- sti se dosega višja stopnja predzgostitve plasti z zgoščevalno ploščo in obratno. Ko se finišer ustavi, valjarjem območje ne- posredno za vgrajevalno ploščo ni dostopno in ga ta čas ne moremo zgoščevati, zato se stroj (v primeru vgrajevanja tanj- še plasti) v delovnem potezu (hodu) ne bi smel nikoli ustavi- ti. Bolje je nekoliko zmanjšati hitrost vgrajevanja (na primer s 3 m/min na 1 m/min) kot pa se popolnoma ustaviti. Glede na debelino plasti in širino vgrajevanja je treba prilagoditi hitrost vgrajevanja, tako da je poraba zmesi skladna s preostalimi fazami asfaltiranja. Vgrajevalna plošča ima možnost nastavitve hoda nožev in in- tenziteto vibracije. Pri tanjši plasti je treba nastaviti manjši hod nožev pri debelejših večji. Vibracija naj bo nastavljena na prib- ližno 80 % zmogljivosti. V primeru izvedbe izravnalne plasti, kjer se debelina plasti približuje 0 mm, je treba zmanjšati ali celo izklopiti vibracijo vgrajevalne plošče. 6.5. Energija zgoščevanja V poglavju 5 so navedeni vsi podatki o zgoščevanju: – kako se obnaša in zgošča plast glede na trenutno tempera- turo, – s kakšnim valjarjem, s kolikšno hitrostjo in koliko prehodov je treba opraviti, – koliko valjarjev potrebujemo glede na hitrost izvedbe del. Operater na stroju mora pridobiti čim več podatkov o zgošče- vani plasti, da bo lahko v pravem trenutku zgoščeval s pravo amplitudo in hitrostjo. Podatki se pridobijo z opazovanjem obnašanja asfaltne plasti in/ali z ustrezno opremo oziroma sis- temom zaznavanja. 6.6. Sistemi zaznavanja lastnosti asfaltne plasti med zgoščevanjem V Sloveniji imamo kar nekaj valjarjev novejše generacije, ki za- znavajo togost in temperaturo plasti ter samodejno uravnava- jo potrebno energijo zgoščevanja. Programska oprema zbira in vrednoti podatke ter prilagaja efektivno amplitudo vibracije. Na voljo je tudi sistem za ugotavljanje temperature in togosti plasti ter zaznavanja števila prehodov valjarjev, ki se ga da naknadno vgraditi v valjarje. Omenjena sistema sta operaterju pri stroju v veliko pomoč. Za zgostitev plasti se porabi manj energije in plast je hitreje ter bolj ustrezno zgoščena. Če operater ni usposobljen za uporabo tovrstnih sistemov, prednosti niso izkoriščene in ni pričakova- nega učinka. 6.7. Mehanizacija, ki pripomore k zmanjšanju temperaturne segregacije Pri nas nekateri izvajalci uporabljajo podajalnik asfaltne zmesi (slika 15 desno), ki bi moral biti obvezen pri vseh večjih izved- bah del: – količina zmesi v zalogovnikih je občutno večja, tako je pot- reba po zaustavitvi finišerja zaradi porabe zmesi manjša in vgradnja poteka bolj kontinuirno, – v omenjenih zalogovnikih se vroča in hladnejša zmes bolj učinkovito premešata in tako je temperaturna segregacija za finišerjem bistveno zmanjšana, Slika 13. Keson s potisno tehnologijo (push-off) [Fliegl, 2018]. Damijan Zore ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI Gradbeni vestnik letnik 73 oktober 2024 219 – tovorna vozila nimajo stika s finišerjem, tako je preprečen trk kamiona v finišer in s tem premik vgrajevalne plošče, kar običajno povzroči neravnino. Obstaja tudi poseben podajalnik, imenovan shuttle buggy, ki ga v Sloveniji še nimamo. Ta podajalnik ima v osrednjem zabojniku mešalno-dozirni polž, ki zelo uspešno homogenizira asfaltno zmes in s tem do največje možne mere zmanjša temperaturno segregacijo. 6.8. Lastnosti podlage Lastnosti podlage so odvisne od kraja vgrajevanja in prometne obremenitve. Razlika je, če vgrajujemo in zgoščamo zmes na pločniku, cesti, avtocesti, v naselju, na mostu ali viaduktu. Spo- dnje zahteve so navedene v Tehnični specifikaciji za nevezane nosilne plasti in nevezane obrabne plasti iz zmesi kamnitih zrn, ki uradno še niso veljavne, kajti TSPI je trenutno v javni obravnavi. – Evs2 ≥ 150 MPa in Evd ≥ 70 MPa (IT, ZT, T prometna obre- menitev), – Evs2 ≥ 120 MPa in Evd ≥ 55 MPa (S prometna obremenitev), – Evs2 ≥ 100 MPa in Evd ≥ 45 MPa (L, ZL prometna obremenitev). Navedene zahteve zagotavljajo, da bo nevezana plast (pod asfaltno plastjo) zmožna uspešno prenašati obremenitve pro- meta. Če so omenjene zahteve dosežene, je to več kot do- volj visoka togost, da se pri zgoščevanju asfaltne plasti večina zgoščevalne energije prenese v asfaltno plast in ne v spodnje plasti. 7 UKREPI ZA IZBOLJŠANJE – Ker je temperatura asfaltne plasti eden ključnih kazalnikov kakovosti pri vgrajevanju, je pomembno, da se ta lastnost stalno spremlja po celotni površini plasti za finišerjem. Po- dobno kot kaže praksa v tujini, bi morali tudi pri nas vpe- ljati meritve temperaturne segregacije za finišerjem, kar bi prispevalo k boljšemu poznavanju tovrstnega problema in spodbudilo uporabo rešitev za njeno zmanjšanje. Veljavna tehnična regulativa sploh ne predvideva ugotavljanja in vrednotenja temperaturne segregacije, zato jo je treba do- polniti. – Globalno, po celi državi, se mora zagotoviti dobava asfaltne zmesi na gradbišče s čim krajšim transportnim časom. Vsa podjetja bi morala podpisati skupno pogodbo o dobavi asfaltne zmesi z najkrajšim transportnim časom. Ta korak bi bistveno prispeval k zmanjšanju ali celo odpravi tempe- raturne segregacije. Zaradi krajše transportne razdalje se zmanjšajo število prevoznih sredstev, ogljični odtis, obre- menjenost cest … Slika 14. Podajalnik shuttle buggy [Rošer, 2020]. Slika 15. Ukrepi za preprečevanje temperaturne segregacije [Rošer, 2020]. Damijan Zore ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI Gradbeni vestnik letnik 73 oktober 2024 220 Dokler se ta ukrep ne realizira, je za oddaljena gradbišča nujna uporaba zaprte ponjave, kesona s potisno tehnologi- jo in podajalnika, saj ti dokazano zmanjšujejo stopnjo tem- peraturne segregacije. – Ravnotežje štirih faz asfaltiranja je treba načrtovati in po najboljših močeh izvesti tako, da ima finišer stalno svežo dobavo zmesi in se cel delovni potez ne ustavlja, s čimer se izboljša tudi ravnost plasti. – Kar se tiče zgoščevanja asfaltne plasti, je marsikaj odvis- no od znanja, marljivosti in skrbnosti vodje izvedbe as- falterskih del, delovodje in operaterja na stroju. Opera- ter na valjarju s sistemom za zaznavanje lastnosti plasti mora ta sistem razumeti in obvladati. Običajno se mora zanesti na svoje oči, občutek in izkušnje, da v časovnem oknu ali še prej zgosti plast. Na žalost je tudi v asfalterstvu tako kot povsod v življenju. Obstajajo sposobni operaterji na valjarjih, ki obvladajo za- deve, in obstajajo vozniki valjarjev, ki pri vožnji komaj sledijo liniji roba asfalta. 8 SKLEP Dokler ne bo doseženo večje spoštovanje do temperature asfalta in večja strokovnost pri zgoščevanju, se bomo še naprej soočali z neustrezno zgoščenimi asfaltnimi plastmi. To povzroča pogostejše obnove in zapore cest, kar vodi v nezadovoljstvo uporabnikov, višje stroške in večje obre- menitve okolja. Damijan Zore ZGOŠČEVANJE ASFALTNE PLASTI 9 LITERATURA Bode, T. A., An Analysis of the Impacts of Temperature Se- gregation on Hot Mix Asphalt. Magistrsko delo, Lincoln, Nebraska, University of Nebraska-Lincoln, Faculty of The Graduate College, 90 str., 2012. Bomag, Fayat group; Basic Principles of Asphalt Compacti- on, GmbH, Hellerwald, D-56154 Boppard, 2009. Fliegl, Bau- und Kommunaltechnik GmbH. Asphalt con- struction surveys. Avoid premature road damage with modern technology right from the asphalt installation stage, str. 108, 2018. Igmat, Inštitut za gradbene materiale, d. d., arhiv inštituta, 2023. MnDOT, program PaveCool, spletna stran - https://www. dot.state.mn.us/app/pavecool, Minnesota Department of Transportation, St. Paul, 2024. Rošer, R., Temperaturna segregacija pri vgradnji asfaltnih zmesi, Magistrsko delo, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana, https://repozitorij.- uni-lj.si/Dokument.php?id=130239&lang=slv, 2020. RS MZI, Smernice in tehnični pogoji za graditev asfaltnih plasti, TSC 06.300 / 06.410 : 2009, Ministrstvo za infrastruk- turo Republike Slovenije, 2009. SIST, SIST 1038-1:2008, Bituminizirane zmesi – Specifikacije materialov – 1. del: Bitumenski beton –Zahteve – Pravila za uporabo SIST EN 13108-1, Slovenski inštitut za standardiza- cijo, Ljubljana, 2008.