Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo gradbeništvo DOKTORSKI ŠTUDIJSKI PROGRAM III. STOPNJE GRAJENO OKOLJE Kandidat: DEJAN HRIBAR ANALIZA VPLIVA NIZKIH TEMPERATUR NA ZNAČILNOSTI BITUMENIZIRANIH ZMESI ZA OBRABNE PLASTI NA VOZIŠČIH Doktorska disertacija števμ 10/GO THE ANALYSIS OF THE IMPACT AT LOW TEMPERATURES ON THE CHARACTERISTICS OF WEARING COURSES BITUMINOUS MIXTURES ON PAVEMENTS Doctoral thesis No.: 10/GO Soglasje k temi doktorske disertacije je dala Komisija za doktorski študij Univerze v Ljubljani na 20. seji 21. septembra 2011. Za mentorja je bil imenovan doc. dr. Marjan Tušar, Kemijski inštitut, za somentorja pa prof. dr. Janez Žmavc, UL FGG, upok. Ljubljana, 16. junij 2014 Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo gradbeništvo Komisijo za oceno ustreznosti teme doktorske disertacije v sestavi:  prof. dr. Janez Žmavc, UL FGG, upok.,  izr. prof. dr. Violeta Bokan Bosiljkov,  doc. dr. Marjan Tušar, Kemijski inštitut,  doc. dr. Andreja Zupančič Valant, UL FKKT, je imenoval Senat Fakultete za gradbeništvo in geodezijo na 19. seji 30. marca 2011. Poročevalce za oceno doktorske disertacije v sestavi:  izr. prof. dr. Violeta Bokan Bosiljkov,  izr. prof. dr. Marijan Žura,  prof. dr. Goran Turk,  doc. dr. Marjana Novič, Kemijski Inštitut in UL FKKT, je imenoval Senat Fakultete za gradbeništvo in geodezijo na konstitutivni seji 29. maja 2013. Komisijo za zagovor doktorske disertacije v sestavi:  prof. dr. Matjaž Mikoš, dekan UL FGG, predsednik,  doc. dr. Marjan Tušar, Kemijski inštitut, mentor,  prof. dr. Janez Žmavc, UL FGG, upok., somentor,  izr. prof. dr. Violeta Bokan Bosiljkov,  izr. prof. dr. Marijan Žura,  prof. dr. Goran Turk,  doc. dr. Marjana Novič, Kemijski Inštitut in UL FKKT, je imenoval Senat Fakultete za gradbeništvo in geodezijo na 11. seji 28. maja 2014. Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo gradbeništvo IZJAVA O AVTORSTVU Podpisani Dejan Hribar izjavljam, da sem avtor doktorske disertacije z naslovom Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih. Izjavljam, da je elektronska različica v vsem enaka tiskani različici. Izjavljam, da dovoljujem objavo elektronske različice v digitalnih repozitorijih. Ljubljana, 16. junij 2014 ……………………………….. (podpis) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih I Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. ERRATA Stran z napako Vrstica z napako Namesto Naj bo II Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. BIBLIOGRAFSKO – DOKUMENTACIJSKA STRAN IN IZVLEČEK UDK: 625.765:697.97:(043) Avtor: mag. Dejan Hribar Mentor: doc. dr. Marjan Tušar Somentor: prof. dr. Janez Žmavc Naslov: Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Obseg in oprema: 213 str., 57 pregl., 134 sl., 52 en. Ključne besede: bitumenizirana zmes, nizke temperature, razpoke, statistika Izvleček Razpoke različnih oblik in velikosti sodijo med najbolj razširjene poškodbe na bitumeniziranih voziščih. Osnovni vzrok za nastanek razpok v bitumenizirani plasti je naraščanje nateznih in strižnih napetosti vse do točke prekoračitve trdnosti materiala. Eksperimentalni del disertacije začenjamo z laboratorijskimi preskusi bitumeniziranih zmesi AC 8 surf in AC 11 surf pri nizkih temperaturah. Podane so ugotovitve vpliva deleža bitumna ter mehanskih lastnosti bitumenizirane zmesi na rezultate preskusov TSRST, UTST, največje rezerve natezne trdnosti in temperature pri največji rezervi. Nadaljujemo z analiziranjem vpliva različne začetne temperature pri preskusih TSRST izbrane bitumenizirane zmesi AC 8 surf. Preskusi so se izvajali na TU Wien. Predstavljeni sta dve mednarodni primerjalni analizi rezultatov preskusov pri nizkih temperaturah, izvedenih po standardu EN 12697-46, v laboratorijih TU Wien in Ramtech ter TU Wien in ZAG. Na podlagi ugotovitev analize podajamo predlog za izboljšavo standarda EN 12697-46. V okviru statističnih analiz predstavljamo analizo tolerance dolžine preskušanca, poglobljeno statistično analizo bitumeniziranih zmesi SMA, analizo največjega razpona gostote med tremi preskušanci za posamezen preskus in analizo mesta nastanka razpoke na preskušancu. Na koncu dela podajamo priporočila za nadaljnje znanstveno raziskovanje bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah s poudarkom na strižnih napetostih, ki delujejo ob kolesnici. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih III Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. BIBLIOGRAPHIC – DOCUMENTALISTIC INFORMATION AND ABSTRACT UDC: 625.765:697.97:(043) Author: Dejan Hribar, M. Sc. Supervisor: assist. prof. Marjan Tušar, Ph.D. Co-supervisor: prof. Janez Žmavc, Ph.D. Title: The analysis of the impact at low temperatures on the characteristics of bituminous mixtures for wearing courses on pavements Notes: 213 p., 57 tab., 134 fig., 52 eq. Key words: asphalt mixture, low temperature, cracks, statistics Abstract Cracks of various shapes and sizes are among the most widespread damages to road surfaces. The main reason for the formation of cracks in the asphalt layer is increasing tensile and shear stress to the point when the strength of the material exceeds. We begin the experimental part of the dissertation with laboratory tests of the asphalt mixture AC 8 surf and AC 11 surf at low temperatures. The thesis continues with findings of the effect of bitumen content, mechanical properties of the test results TSRST, UTST and maximum tensile strength reserves and temperatures at maximum reserve. Laboratory tests continue by analyzing the impact of different start temperature of the test TSRST to the asphalt mixture AC 8 surf at 6.2 m. -% content of bitumen. The tests were carried out at the TU Wien. The paper presents two international comparison analyses of the results at low temperatures, which were carried out at the standard EN 12697-46 between laboratories TU Wien - Ramtech and TU Wien - ZAG. Based on these findings we present a proposal to improve the standard EN 12697-46. The statistical analyses present the analysis of the specimen length tolerance, the statistical analysis of stone mastic asphalt (SMA) mixtures, the analysis of large scale bulk density of three samples for each test and the analysis where the crack occurred in the specimen. At the end of the work there are recommendations for further researches based on the shear stress at low temperatures on the asphalt pavements. IV Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. ZAHVALA Za pomoč in nasvete pri nastajanju doktorske disertacije se iskreno zahvaljujem svojemu mentorju doc. dr. Marjanu Tušarju in somentorju prof. dr. Janezu Žmavcu. Prav tako gre zahvala Gradbenemu inštitutu ZRMK s sodelavci in podjetju STRABAG, d. o. o., Slovenija – TPA, kontrola kakovosti in inovacij, g. Krniću. Zahvaljujem se tudi kolegom iz ZAG-a, ge. Lukač, g. Ipavcu, g. Kmetu in g. Justinu, za pomoč pri izvajanju zahtevnih laboratorijskih preskusov. Zahvalil bi se tudi kolegom iz podjetij CGP, CM Celje, SGP Pomgrad, PMA, CPL, Primorje, DRI, DRSC in DARS, ki so prispevali različne podatke k disertaciji. Hvala kolegom iz TU Wien (A), v prvi vrsti asist. dr. Hofku, prof. dr. Blabu, g. Georgiju Chankovu in g. Matthiasu Maderju, ter kolegom iz Ramtecha (HR), še posebej g. Šafranu za pomoč in ponujeno možnost izvajanja preskusov pri nizkih temperaturah. Zahvaljujem se svoji družini, še posebej ženi, ki me je vseskozi bodrila in vsestransko podpirala pri mojem življenjskem cilju. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih V Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. KAZALO VSEBINE BIBLIOGRAFSKO-DOKUMENTACIJSKA STRAN IN IZVLEČEK II BIBLIOGRAPHIC-DOCUMENTALISTIC INFORMATION III ZAHVALA IV 1 UVOD ................................................................................................................................ 1 1.1 PREDSTAVITEV PROBLEMATIKE ................................................................................... 1 1.2 OPREDELITEV IZHODIŠČ IN CILJEV DELA .................................................................... 11 1.3 ZASNOVA DELA ......................................................................................................... 13 2 PREGLED LITERATURE ........................................................................................... 14 2.1 PRESKUSI BITUMENIZIRANIH ZMESI PRI NIZKIH TEMPERATURAH ............................... 14 2.1.1 Statični preskusi .................................................................................................... 14 2.1.2 Oprema za preskušanje in njeno delovanje .......................................................... 15 2.1.3 Hitrost ohlajanja pri preskusu TSRST .................................................................. 20 2.1.4 Hitrost raztezka pri preskusu UTST ..................................................................... 22 2.1.5 Oblika preskušancev ............................................................................................. 23 2.1.6 Natančnost preskusa in zahtevane mejne vrednosti ............................................. 25 2.2 OBNAŠANJE BITUMENIZIRANIH ZMESI PRI NIZKIH TEMPERATURAH ............................ 25 2.2.1 Napetosti in deformacije ....................................................................................... 25 2.2.2 Vrste bitumeniziranih zmesi ................................................................................. 30 2.2.3 Lastnosti bitumna ................................................................................................. 31 2.2.4 Mehanske lastnosti bitumeniziranih zmesi ........................................................... 34 2.2.5 Staranje ................................................................................................................. 38 2.2.6 Vpliv temperaturnega raztezanja .......................................................................... 39 2.3 STATISTIČNO VREDNOTENJE ...................................................................................... 42 2.3.1 Splošno ................................................................................................................. 42 2.3.2 Intervali zaupanja ................................................................................................. 45 2.3.3 Grubbsov test ........................................................................................................ 47 2.3.4 Analiza variance (ANOVA) ................................................................................. 49 2.3.5 Metoda glavnih komponent (PCA)....................................................................... 51 2.3.6 Metoda delnih najmanjših kvadratov (PLS) ......................................................... 52 VI Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 3 EKSPERIMENTALNI DEL ......................................................................................... 54 3.1 LABORATORIJSKI PRESKUSI ....................................................................................... 54 3.1.1 Preskušanje bitumna ............................................................................................ 54 3.1.2 Priprava bitumeniziranih zmesi in preskušancev za preskušanje ........................ 57 3.1.3 Statični preskusi bitumeniziranih zmes pri nizkih temperaturah ......................... 60 3.1.4 Posredna natezna trdnost (ITS) ............................................................................ 64 3.2 MATERIAL................................................................................................................. 65 3.2.1 Bitumen ................................................................................................................ 66 3.2.2 Zmes kamnitih zrn ............................................................................................... 67 3.2.3 Bitumenizirana zmes ............................................................................................ 73 4 REZULTATI IN ANALIZE PRESKUSOV ................................................................ 78 4.1 REZULTATI PRESKUSOV BITUMENIZIRANE ZMESI AC 11 SURF PRI NIZKIH TEMPERATURAH .................................................................................................................... 78 4.2 REZULTATI PRESKUSA BITUMENIZIRANE ZMESI AC 8 SURF PRI NIZKIH TEMPERATURAH 83 4.3 VPLIV DELEŽA BITUMNA PRI NIZKIH TEMPERATURAH ............................................... 94 4.3.1 Bitumenizirana zmes AC 11 surf ......................................................................... 94 4.3.2 Bitumenizirana zmes AC 8 surf ......................................................................... 103 4.3.3 Primerjava bitumeniziranih zmesi AC 11 surf in AC 8 surf (ZAG) .................. 105 4.4 VPLIV MEHANSKIH LASTNOSTI BITUMENIZIRANIH ZMESI PRI NIZKIH TEMPERATURAH 109 4.4.1 Bitumenizirana zmes AC 11 surf ....................................................................... 109 4.4.2 Primerjava bitumeniziranih zmesi AC 11 surf in AC 8 surf .............................. 112 4.5 VPLIV RAZLIČNE ZAČETNE TEMPERATURE PRI PRESKUSU TSRST ........................... 114 4.6 PRIMERJALNA ANALIZA REZULTATOV MED LABORATORIJI ..................................... 117 4.6.1 Primerjava rezultatov iz laboratorijev Ramtech in TU Wien ............................ 117 4.6.2 Primerjava rezultatov TSRST med laboratorijema ZAG in TU Wien ............... 119 5 STATISTIČNA ANALIZA ......................................................................................... 121 5.1 STATISTIČNA ANALIZA DOLŽIN PRESKUŠANCEV ...................................................... 121 5.2 STATISTIČNA OBDELAVA REZULTATOV SMA PRI NIZKIH TEMPERATURAH ............. 122 5.2.1 Podatki ............................................................................................................... 123 5.2.2 Normalna porazdelitev ....................................................................................... 124 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih VII Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 5.2.3 Studentova porazdelitev t ................................................................................... 126 5.2.4 Analiza variance (ANOVA) ............................................................................... 127 5.2.5 Metoda glavnih komponent (PCA)..................................................................... 131 5.2.6 Metoda delnih najmanjših kvadratov (PLS) ....................................................... 133 5.3 STATISTIČNA DOLOČITEV NAJVEČJEGA RAZPONA GOSTOTE Z VOTLINAMI PRESKUŠANCA ..................................................................................................................... 137 5.4 ANALIZA MESTA NASTANKA RAZPOKE V PRESKUŠANCU (TU WIEN) ....................... 140 6 SKUPNI ZAKLJUČKI IN DISKUSIJA .................................................................... 143 6.1 REZULTATI IN UGOTOVITVE PRESKUSOV IN ANALIZ ................................................. 143 6.2 PRISPEVEK DOKTORSKE DISERTACIJE ...................................................................... 148 6.3 PRIPOROČILA IN NAPOTKI ZA NADALJNJE DELO ....................................................... 150 7 POVZETEK .................................................................................................................. 152 8 SUMMARY ................................................................................................................... 153 VIRI ....................................................................................................................................... 154 PRILOGE .............................................................................................................................. 164 VIII Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. KAZALO PREGLEDNIC Preglednica 2.1.5.1μ Dimenzije prizmatičnih in cilindričnih preskušancev (SIST EN 12697-46) ......................... 24 Preglednica 2.1.6.1: Temeljne zahteve za obrabne bitumenizirane plasti (RVS 08.16.06:2012) .......................... 25 Preglednica 2.3.1.1: Odstopanja od mejne vrednosti lastnosti bitumeniziranih zmesi, vgrajenih v asfaltne krovne plasti (TSC 06.300/06.410:2009) ........................................................................................................................... 43 Preglednica 2.3.1.2μ Parametri za celotno populacijo in ustrezni statistični parametri za posamezne preskušance ............................................................................................................................................................................... 44 Preglednica 2.3.3.1μ Grubbsove kritične vrednosti za enostranski test (Grubbs, 1969) ......................................... 48 Preglednica 3.2.1: Ciljne sestave bitumeniziranih zmesi ....................................................................................... 65 Preglednica 3.2.1.1: Lastnosti vhodnega cestogradbenega bitumna B50/70 ......................................................... 66 Preglednica 3.2.1.2: Lastnosti cestogradbenega bitumna B50/70, ekstrahiranega iz zmesi AC 11 surf ................ 67 Preglednica 3.2.1.3: Lastnosti cestogradbenega bitumna B50/70, ekstrahiranega iz zmesi AC 8 surf .................. 67 Preglednica 3.2.2.1: Lastnosti drobljene kamene moke Calcit VP iz separacije Stahovica ................................... 68 Preglednica 3.2.2.2μ Lastnosti posameznih frakcij drobljenih kamnitih zrn Ljubešćica iz nahajališča Hruškovec69 Preglednica 3.2.2.3: Sejalna analiza zmesi kamnitih zrn 0/11 mm ........................................................................ 69 Preglednica 3.2.2.4: Sejalna analiza zmesi kamnitih zrn 0/8 mm .......................................................................... 70 Preglednica 3.2.2.5: Podatki o lastnostih zmesi kamnitih zrn 0/11 mm ................................................................ 72 Preglednica 3.2.2.6: Podatki o lastnostih zmesi kamnitih zrn 0/8 mm .................................................................. 72 Preglednica 3.2.3.1: Lastnosti bitumeniziranih zmesi AC 11 surf ......................................................................... 74 Preglednica 3.2.3.2: Lastnosti bitumeniziranih zmesi AC 8 surf ........................................................................... 75 Preglednica 4.2.1: Program preskusov TSRST in UTST bitumenizirane zmesi AC 8 surf ................................... 83 Preglednica 4.3.1.1: Rezultati preskusa TSRST bitumenizirane zmesi AC 11 surf (ZAG) ................................... 95 Preglednica 4.3.1.2: Rezultati preskusa UTST bitumenizirane zmesi AC 11 surf – natezna trdnost .................... 97 Preglednica 4.3.1.3: Rezultati preskusa UTST bitumenizirane zmesi AC 11 surf – raztezek ob porušitvi ........... 97 Preglednica 4.3.1.4: Rezultati rezerve natezne trdnosti bitumenizirane zmesi AC 11 surf ................................. 100 Preglednica 4.3.2.1: Rezultati preskusa TSRST bitumenizirane zmesi AC 8 surf............................................... 103 Preglednica 4.5.1μ Rezultati preskusa TSRST pri različni začetni temperaturi preskusa..................................... 115 Preglednica 5.2.1.1: Rezultati preskusa pri nizkih temperaturah za SMA ........................................................... 123 Preglednica 5.2.3.1: Osnovna statistika ............................................................................................................... 126 Preglednica 5.2.3.2μ Rezultati dvovzorčne porazdelitve t (TSRST σ cry,f ) ............................................................ 126 Preglednica 5.2.3.3μ Rezultati dvovzorčne porazdelitve t (TSRST Tf ) ............................................................... 127 Preglednica 5.2.4.1: Osnovna statistika ............................................................................................................... 127 Preglednica 5.2.4.2: Rezultati analize variance ................................................................................................... 129 Preglednica 5.2.5.1: Lastne vrednosti .................................................................................................................. 131 Preglednica 5.2.5.2: Korelacije med spremenljivkami in faktorji ........................................................................ 131 Preglednica 5.2.6.1: Kakovostni model ............................................................................................................... 134 Preglednica 5.2.6.2: Matrika korelacij spremenljivk s komponentami t .............................................................. 134 Preglednica 5.3.2: Standardni odklon in razpon za UTST 20 °C (ZAG) ............................................................. 139 Preglednica 5.3.3μ Izračun največjega dovoljenega razpona gostote z votlinami preskušancev za UTST 20 °C 139 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih IX Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 5.4.1μ Območja porušitev pri AC 8 surf − sestava 2 (5 m.-%) ......................................................... 141 Preglednica 5.4.2μ Območja porušitev pri AC 8 surf − sestava 4 (5,8 m.-%) ...................................................... 141 Preglednica 5.4.3μ Območja porušitev pri AC 8 surf − sestava 5 (6,2 m.-%) ...................................................... 142 Preglednica A.4.1.1: Rezultati preskusov TSRST in rezerve natezne trdnosti bitumeniziranih zmesi AC 11 surf . 1 Preglednica A.4.1.2: Rezultati preskusov UTST – sestava 1 (4 m.-%) ................................................................... 2 Preglednica A.4.1.3: Rezultati preskusov UTST – sestava 2 (5 m.-%) ................................................................... 2 Preglednica A.4.1.4: Rezultati preskusov UTST – sestava 3 (5,4 m.-%) ................................................................ 3 Preglednica A.4.1.5: Rezultati preskusov UTST – sestava 4 (5,8 m.-%) ................................................................ 3 Preglednica A.4.1.6: Rezultati preskusov UTST – sestava 5 (6 m.-%) ................................................................... 4 Preglednica B.4.2.2: Rezultati preskusov TSRST in rezerve natezne trdnosti bitumeniziranih zmesi AC 8 surf ... 1 Preglednica B.4.2.3: Rezultati preskusov UTST – sestava 1 (4 m.-%), ZAG ......................................................... 2 Preglednica B.4.2.4: Rezultati preskusov UTST – sestava 2 (5 m.-%), TU WIEN ................................................. 3 Preglednica B.4.2.5: Rezultati preskusov UTST – sestava 2 (5 m.-%), RAMTECH .............................................. 3 Preglednica B.4.2.6: Rezultati preskusov UTST – sestava 3 (5,4 m.-%), ZAG ...................................................... 4 Preglednica B.4.2.7: Rezultati preskusov UTST – sestava 4 (5,8 m.-%), TU WIEN .............................................. 4 Preglednica B.4.2.8: Rezultati preskusov UTST – sestava 4 (5,8 m.-%), RAMTECH ........................................... 5 Preglednica B.4.2.9: Rezultati preskusov UTST – sestava 5 (6,2 m.-%), ZAG ...................................................... 5 Preglednica D.5.1.1μ Rezultati izmerjenih dolžin prizmatičnega preskušanca (ZAG) ............................................ 2 Preglednica D.5.1.2μ Rezultati izmerjenih dolžin prizmatičnega preskušanca (RAMTECH) ................................. 3 Preglednica E.5.2.5.3: Vrednosti faktorjev po laboratorijih .................................................................................... 2 Preglednica F.5.3.1: Podatki o gostoti presk. in rezultati preskusa UTST za AC 11 surf in AC 8 surf (ZAG) ....... 1 X Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. KAZALO SLIK Slika 1.1.1μ Absolutno najnižja temperatura zraka v obdobju med letoma 1951 in 2005 (ARSO, 2012) ................ 2 Slika 1.1.2μ Najnižje temperature v 20-letnem obdobju (Žmavc, 2010) .................................................................. 2 Slika 1.1.3μ Povprečno letno dnevno število (PLDP) priklopnikov v obdobju 1998−2009 po avtocestnih krakih (Henigman, 2010a) .................................................................................................................................................. 3 Slika 1.1.4: Podatki CVIS (DRSC) na cesti Gorica–Predel (most) z dne 20. 12. 2009 ........................................... 4 Slika 1.1.5: Rezultati rezerve natezne trdnosti na petih testnih avtocestnih odsekih v Sloveniji (Prosen, 2004) .... 5 Slika 1.1.6μ Shematični prikaz značilnih napetosti v bitumeniziranih plasteh voziščne konstrukcije ob istočasni prometni in temperaturni obremenitvi v osi kolesnice (prerez 1-1) in v območju kolesnih sledi (prerez 2-2) (Arand, 2000) ........................................................................................................................................................... 6 Slika 1.1.7μ Poškodbe vozišča pri nizkih temperaturahμ (a) Prečne razpoke pri nizkih temperaturah (Dame, 1999), (b) Prečna razpoka pri nizkih temperaturah – Babno Polje (SLO), februar 2012 .................................................... 7 Slika 1.1.8μ Poškodbe vozišča pri nizkih temperaturahμ (a) Vzdolžne razpoke pri nizkih temperaturah (Wistuba, 2012), (b) Vzdolžna razpoka pri nizkih temperaturah v območju kolesnih sledi – Babno Polje (SLO), februar 2012 ......................................................................................................................................................................... 8 Slika 1.1.9μ Analiza napetosti na površini vozišča (Wistuba, 2012) ........................................................................ 8 Slika 1.1.10μ Večnivojski model bitumna in bitumenizirane zmesi, ki obsega pet stopenj opazovanja (Jäger, 2004; Lackner in sod., 2005). .................................................................................................................................. 9 Slika 1.1.11: Zrnavostna krivulja za AC 11 surf in SMA 11 ................................................................................. 10 Slika 2.1.1.1: Preskusi za ugotavljanje termo-reoloških značilnosti bitumeniziranih preskušancev (Arand, 2002) ............................................................................................................................................................................... 14 Slika 2.1.1.2μ Združeni koncept nateznih napetosti z elastičnim območjem in nagibom tangente dS/dT (Arand,1987, Spiegl in sod., 2005, Spiegl, 2008, Jung in sod., 1994) ................................................................... 15 Slika 2.1.2.1: Naprava za preskus pri nizkih temperaturah: (a) Raziskave Partla (Partl in sod., 1998), (b) Jung in Vinson (ZDA) (Marasteanu, 2007), (c) TU Braunschweig v Nemčiji, TU Wien v Avstriji (Spiegl, 2005) in Ramtech iz Zagreba (HR), (e) ZAG, Ljubljana (SLO) .......................................................................................... 17 Slika 2.1.2.2μ Ocenjevanje temperature ob porušitvi za bitumenizirani beton po Hillsu in Brienu (1966) (Kanerva in sod., 1994) ......................................................................................................................................................... 20 Slika 2.1.2.3: V diagramu temperatura – napetost ocenjujemo rezervo natezne trdnosti iz preskusa UTST in TSRST (EN 12697-46). ......................................................................................................................................... 20 Slika 2.1.3.1μ TSRSTμ (a) Natezna napetost za različne hitrosti ohlajanja (Jung in Vinson, 1994), (b) Rezultati nateznih napetosti pri preskusu TSRST za AC 11 surf B70/100 pri različnih hitrostih ohlajanja dT/dt (Büchler, 2010) ...................................................................................................................................................................... 21 Slika 2.1.4.1: UTST – povprečni potek nateznih napetosti glede na različne stopnje hitrosti raztezanja in temperature T = 20 C, 5 C, −10 C in −25 C za AC 11 surf B70/100 (Büchler, 2010) .................................... 22 Slika 2.1.5.1μ Vpliv površine prereza preskušanca na največjo natezno napetost po Janoo 1989 (Jung in sod., 1994) ...................................................................................................................................................................... 23 Slika 2.1.5.2: Vpliv dimenzije preskušanca na temperaturo ob porušitvi in na natezno napetost ob porušitvi (Jung in sod., 1994) ......................................................................................................................................................... 23 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih XI Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 2.1.5.3: (a) Preskušanci TSRST z različnimi oblikami prereza, (b) Vpliv oblike preskušanca na rezultate TSRST (Marasteanu in sod., 2007) ....................................................................................................................... 24 Slika 2.2.1.1μ Padec napetosti (relaksacija) bitumenizirane zmesi AC 11 surf v odvisnosti od časa in temperature (Arand, 1983) ........................................................................................................................................................ 26 Slika 2.2.1.2μ Mehanizem termičnih razpok (Read in sod., 2003) ......................................................................... 27 Slika 2.2.1.3μ Primer odvisnosti napetost − raztezek pri nateznem preskusu pri štirih temperaturah (Karcher in Mollenhauer, 2009) ............................................................................................................................................... 28 Slika 2.2.1.4: Osnovni prerez A0, poškodovana površina zaradi razpok AR in zmanjšan prerez zaradi oslabitev AS na preskušancu kvadratnega prereza (Mollenhauer, 2008).................................................................................... 29 Slika 2.2.1.5μ Porušitvena površina dveh preskušancev (0/22) pri preskusu UTST: (a) T = −15 °C, (b) T = 10 °C (Mollenhauer, 2008) .............................................................................................................................................. 29 Slika 2.2.1.6μ Shematični prikaz porušitveμ (1) skozi kamnito zrno, (2) na stiku med kamnitim zrnom in bitumensko malto – adhezijska porušitev in (3) v sami bitumenski malti – kohezijska porušitev ........................ 30 Slika 2.2.2.1: Primerjava rezerve natezne trdnosti za različne bitumenizirane zmesi (Mollenhauer, 2008) ......... 31 Slika 2.2.3.1: Primerjava rezultatov preskusa TSRST (Kumar Das, 2012) ........................................................... 31 Slika 2.2.3.2: Videz mikrorazpok na podlagi AFM-skeniranja po termičnem utrujanju (Kumar Das, 2012) ....... 32 Slika 2.2.3.3: (a) Korelacija med bitumnom in parametri zmesi pri nizki temperaturi (Des Croix, 2004), (b) Korelacija med točko pretrgališča po Fraassu in temperaturo ob porušitvi pri TSRST (Guericke in Höppel, 2001) ............................................................................................................................................................................... 33 Slika 2.2.3.4: (a) Togost S pri BBR in (b) m-vrednost v povezavi s temperaturo ob porušitvi pri preskusu TSRST (Lacomte in sod., 2000) ......................................................................................................................................... 34 Slika 2.2.4.1: Temperatura ob porušitvi za AC 0/11 v odvisnosti od deleža polnila in bitumna, drobljenih zrn peska in točke zmehčišča bitumna PK (r = 0,9014). Primer: bitumen = 6,0 m.-%, polnilo = 9,8 m.-%, drobljeni pesek = 75 %, točka zmehčišča = 54 C; rezultat: Tf = −23 C (Arand, 2002). ..................................................... 35 Slika 2.2.4.2μ (a) Vpliv vsebnosti votlin na temperaturo ob porušitvi bitumenizirane zmesi v odvisnosti od vrste bitumna, (b) Vpliv deleža bitumna na temperaturo ob porušitvi bitumenizirane zmesi v odvisnosti od vrste bitumna, (c) Vpliv deleža bitumen – polnilo na temperaturo ob porušitvi in napetosti ob porušitvi bitumenizirane zmesi v odvisnosti od vrste bitumna (Spiegl, 2008) .............................................................................................. 36 Slika 2.2.4.3μ Temperatura ob porušitvi v primerjavi s penetracijo pri 25 °C (Jung in sod., 1994) ...................... 37 Slika 2.2.5.1μ Vpliv s polimeri modificiranih veziv in staranja na značilnosti SMA pri nizkih temperaturah (Büchler in sod., 2007) .......................................................................................................................................... 39 Slika 2.2.6.1μ Časovno spreminjanje temperature in porazdelitev togosti v vozišču (Wistuba, 2012) .................. 40 Slika 2.2.6.2μ Rezultati testiranja AB 11 (AC 11 surf)μ test krčenja za izpeljavo α T (Spiegl in sod., 2005) .......... 41 Slika 2.3.2.1.2: Funkcija gostote verjetnosti za normalno porazdelitev (Sl. Wikipedija, 2012) ............................ 46 Slika 2.3.2.2.1: Funkcija gostote verjetnosti za Studentovo porazdelitev t (Sl. Wikipedija, 2012) ....................... 47 Slika 2.3.5.1μ Primer v dvorazsežnem prostoru izhodiščnih spremenljivk X1 in X2 ter pripadajoči glavni komponenti Y1 in Y2. Dvorazsežni prostor lahko spremenimo v enorazsežnega, ki ga določa Y1 (Košmelj, 2007b, slika povzeta po Ferligoj, A.). ............................................................................................................................... 52 Slika 2.3.6.1μ Geometrijski prikaz delovanja metode najmanjših delnih kvadratov (Bjerrum in sod., 2008) ....... 53 Slika 3.1.1.1μ Avtomatska oprema za preskušanje točke loma po Fraassu ............................................................ 55 XII Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 3.1.1.2μ Shematični prikaz opreme za preskus BBR (Justin in sod., 2010) .................................................. 55 Slika 3.1.1.3: Graf podajnosti in togosti v odvisnosti od časa pri preskusu BBR (Grass, 2007) ........................... 56 Slika 3.1.2.1μ (a) Laboratorijski mešalnik Rego, (b) Valjasti zgoščevalnik proizvajalca Cooper .......................... 57 Slika 3.1.2.2μ (a) Plošča dimenzije 40 ∙ 30 ∙ 8 cm3 po končanem zgoščevanju v valjčnem zgoščevalniku, (b) Iz plošče izrezani prizmatični preskušanci 4 ∙ 4 ∙ 16 cm3 ........................................................................................... 58 Slika 3.1.2.3: Priprava preskušanca v laboratoriju ZAG-a: (a) Nanos lepila na preskušanec, (b) Pripravljeni preskušanci po lepljenju ........................................................................................................................................ 59 Slika 3.1.2.4: Priprava preskušanca na TU Wien: (a) Nanos lepila na preskušanec, (b) Pripravljeni preskušanci po lepljenju ............................................................................................................................................................ 60 Slika 3.1.2.5: Priprava preskušanca v Ramtechu: (a) Lepilo Loctite, (b) Pripravljeni preskušanci po lepljenju ... 60 Slika 3.1.3.1: Primer aparature za preskušanje natega pri nizkih temperaturah (SIST EN 12697-46) .................. 61 Slika 3.1.3.2: IR-slika pred začetkom preskusa pri T0 = 10 °C .............................................................................. 61 Slika 3.1.3.1.1: (a) Shema temperaturnega poteka pri preskusu TSRST (Spiegl, 2008), (b) Princip preskusa TSRST ................................................................................................................................................................... 62 Slika 3.1.3.2.1: (a) Shema temperaturnega poteka pri preskusu UTST (Spiegl, 2008), (b) Princip preskusa UTST ............................................................................................................................................................................... 64 Slika 3.1.4.1: Oprema za ITS, ki jo uporabljajo na ZAG-u. .................................................................................. 65 Slika 3.2.2.1μ Deponije frakcij kamnitih zrn v asfaltnem obratu Drnovo pri Krškem ........................................... 68 Slika 3.2.2.2: Presejne krivulje zmesi kamnitih zrn 0/11 mm ............................................................................... 71 Slika 3.2.2.3: Presejne krivulje zmesi kamnitih zrn 0/8 mm ................................................................................. 71 Slika 3.2.3.1μ Shematični prikaz volumskega deleža votlin, bitumna in zmesi zrn ............................................... 77 Slika 4.1.1: Rezultati preskusov TSRST in UTST ter rezerve nateznih napetosti (levo) in diagram sila – deformacija pri preskusu UTST (desno) za bitumenizirano zmes AC 11 surf ...................................................... 80 Slika 4.1.2μ Skupni diagram napetost/trdnost − temperatura pri preskusih TSRST in UTST za AC 11 surf (ZAG) ............................................................................................................................................................................... 82 Slika 4.1.3μ Diagram rezerva natezne trdnosti − temperatura za AC 11 surf (ZAG) ............................................. 82 Slika 4.1.4μ Porušna površina preskušanca AC 11 surf B 50/70 pri preskusu UTST ............................................ 83 Slika 4.2.1: Rezultati preskusov TSRST in UTST ter rezerve nateznih napetosti (levo) in diagram sila – deformacija pri preskusu UTST (desno) za AC 8 surf (ZAG) ............................................................................... 85 Slika 4.2.2μ Porušna površina preskušancev H1029 (sestava 3; 5,4 m.-%) in H1042 (sestava 1; 4 m.-%) bitumenizirane zmesi AC 8 surf ............................................................................................................................ 86 Slika 4.2.3μ Prerez porušitve preskušancev H1029 (sestava 3; 5,4 m.-%) in H1042 (sestava 1; 4 m.-%) bitumenizirane zmesi AC 8 surf ............................................................................................................................ 87 Slika 4.2.4: Rezultati preskusov TSRST in UTST ter rezerve natezne napetosti (levo) in diagram sila – deformacija pri preskusu UTST (desno) za AC 8 surf (TU Wien) ........................................................................ 88 Slika 4.2.5μ Porušna površina preskušanca AC 8 surf, sestava 2 (5 m.-%), pri preskusu UTST 5 °C ................... 89 Slika 4.2.6μ Porušna površina preskušanca AC 8 surf, sestava 2 (5 m.-%), pri preskusu UTST −10 °C ............... 90 Slika 4.2.7μ Porušna površina preskušanca AC 8 surf, sestava 2 (5 m.-%), pri preskusu UTST −25 °C ............... 90 Slika 4.2.8μ Porušna površina preskušanca AC 8 surf, sestava 2 (5 m.-%), pri preskusu TSRST ......................... 91 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih XIII Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 4.2.9: Rezultat preskusov TSRST in UTST ter rezerva natezne napetosti (levo) in diagram sila – deformacija pri preskusu UTST (desno) za AC 8 surf (Ramtech) ......................................................................... 92 Slika 4.2.10: Diagram preskusa TSRST za AC 8 surf ........................................................................................... 93 Slika 4.2.11: Diagram preskusa UTST za AC 8 surf ............................................................................................. 93 Slika 4.2.12: Diagram rezerve natezne trdnosti za AC 8 surf ................................................................................ 94 Slika 4.3.1.1μ Rezultat preskusa TSRST za bitumenizirano zmes AC 11 surf v odvisnosti od deleža bitumnaμ (a) Največja natezna napetost, (b) Temperatura pri porušitvi ..................................................................................... 96 Slika 4.3.1.2: Preskus UTST bitumenizirane zmesi AC 11 surf: (a) Natezna trdnost β t in (b) Raztezek ob porušitvi ε t v odvisnosti od deleža bitumna ........................................................................................................... 99 Slika 4.3.1.3aμ Največja rezerva natezne trdnosti v odvisnosti od deleža bitumna za bitumenizirano zmes AC 11 surf ........................................................................................................................................................... 101 Slika 4.3.1.3bμ Temperatura pri največji rezervi natezne trdnosti v odvisnosti od deleža bitumna za bitumenizirano zmes AC 11 surf ......................................................................................................................... 101 Slika 4.3.1.4aμ Največja rezerva natezne trdnosti v odvisnosti od natezne napetosti ob porušitvi ...................... 102 Slika 4.3.1.4bμ Temperatura pri največji rezervi trdnosti v odvisnosti od temperature pri porušitvi ................... 102 Slika 4.3.1.5μ Gostote z votlinami bitumenizirane zmesi ter preskušancev TSRST in UTST v odvisnosti od deleža bitumna za bitumenizirano zmes AC 11 surf ........................................................................................... 102 Slika 4.3.2.1μ Preskus TSRST za bitumenizirano zmes AC 8 surf v odvisnosti od deleža bitumnaμ (a) Največje natezne napetosti, (b) Temperatura pri porušitvi ................................................................................................. 104 Slika 4.3.2.2μ (a) Natezna trdnost in (b) Raztezek v odvisnosti od deleža bitumna pri bitumenizirani zmesi AC 8 surf (ZAG) ................................................................................................................................................. 104 Slika 4.3.2.3μ (a) Največje rezerve natezne trdnosti in (b) Temperature pri največji rezervi natezne trdnosti v odvisnosti od deleža bitumna .............................................................................................................................. 105 Slika 4.3.2.4μ Diagram gostote z votlinami bitumenizirane zmesi ter preskušancev TSRST in UTST v odvisnosti od deleža bitumna ................................................................................................................................................ 105 Slika 4.3.3.1μ Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surf v odvisnosti od deleža bitumnaμ (levo) natezne napetosti ob porušitvi, (desno) temperatura pri porušitvi ................................................................................................... 106 Slika 4.3.3.2μ Diagram funkcije natezna trdnost − delež bitumna pri bitumenizirani zmesi AC 11 surf ............. 107 Slika 4.3.3.3μ Diagram funkcije raztezek ob porušitvi − delež bitumna pri bitumenizirani zmesi AC 11 surf ... 108 Slika 4.3.3.4aμ Diagram funkcije največje rezerve natezne trdnosti in deleža bitumna ....................................... 108 Slika 4.3.3.4bμ Diagram funkcije temperature pri največji rezervi natezne trdnosti in deleža bitumna .............. 108 Slika 4.4.1.4aμ Diagram v odvisnosti med natezno trdnostjo in gostoto preskušancev za AC 11 surf ................ 110 Slika 4.4.1.4bμ Diagram v odvisnosti med natezno trdnostjo in raztezkov ob porušitvi za AC 11 surf .............. 110 Slika 4.4.1.8aμ Diagram funkcije natezne napetosti ob porušitvi in togosti po Marshallu za AC 11 surf ........... 111 Slika 4.4.1.8bμ Diagram funkcije temperature ob porušitvi in togosti po Marshallu za AC 11 surf .................... 111 Slika 4.4.1.9aμ Diagram funkcije največje rezerve natezne trdnosti in togosti po Marshallu za AC 11 surf ....... 112 Slika 4.4.1.9bμ Diagram funkcije temperature pri največji rezervi in togosti po Marshallu za AC 11 surf ......... 112 Slika 4.4.2.6: Diagram primerjave med AC 11 surf in AC 8 surf – graf natezne trdnosti v odvisnosti od raztezka ob porušitvi .......................................................................................................................................................... 113 XIV Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 4.5.1μ Preskusa TSRST pri začetni temperaturi T0 = 10 °C: (a) Natezna napetost σ cry(T), (b) Napetost ob porušitvi σ cry,f in temperatura ob porušitvi Tf ........................................................................................................ 115 Slika 4.5.2μ Preskusa TSRST pri začetni temperaturi T0 = 20 °C: (a) Natezna napetost σ cry(T), (b) Napetost ob porušitvi σ cry,f in temperatura ob porušitvi Tf ........................................................................................................ 116 Slika 4.5.3μ Rezultati preskusa TSRST pri začetni temperaturi T0 = 10 in 20 °C: (a) Natezna napetost σ cry(T), (b) Napetost ob porušitvi σ cry,f in temperatura ob porušitvi Tf ................................................................................... 116 Slika 4.6.1.1: Primerjava rezultatov preskusov TSRST in UTST ter rezerve natezne trdnosti v laboratorijih Ramtech in TU Wien na preskušancih sestave 2 (5 m.-% bit.) ............................................................................ 118 Slika 4.6.1.2μ Primerjava rezultatov preskusov TSRST v laboratorijih Ramtech in TU Wien na preskušancu sestave 4 (5,8 m.-% bit.) ...................................................................................................................................... 118 Slika 4.6.1.3: Graf funkcije raztezek – temperatura pri preskusu UTST v laboratorijih Ramtech in TU Wien preskušanca sestave 2 (5 m.-% bit.) ..................................................................................................................... 119 Slika 4.6.1.4: Graf funkcije raztezek – temperatura pri preskusu UTST v laboratorijih Ramtech in TU Wien preskušanca sestave 4 (5,8 m.-% bit.) .................................................................................................................. 119 Slika 4.6.2.1: Primerjava rezultatov preskusov TSRST na ZAG-u in TU Wien na preskušancu sestave 5 (6,2 m. % bit.) ...................................................................................................................................................... 120 Slika 5.1.1μ Krožna žaga z diamantnim rezilom za razrez preskušancev............................................................. 121 Slika 5.1.2μ Meritev dolžine prizmatičnega preskušanca ..................................................................................... 121 Slika 5.2.2.1: Histogrami rezultatov preskusov pri nizkih temperaturah za SMA ............................................... 125 Slika 5.2.4.1μ Diagram standardiziranih količnikov po spremenljivkah .............................................................. 130 Slika 5.2.5.1a: Diagram lastnih vrednosti in kumulativne variabilnosti .............................................................. 132 Slika 5.2.5.1bμ Dvorazsežni prostor spremenljivk ............................................................................................... 132 Slika 5.2.5.2: Opazovanje (osi F1 in F2) po laboratorijih ................................................................................... 133 Slika 5.2.6.1a: Kakovostni model po komponentah ............................................................................................ 134 Slika 5.2.6.1b: Korelacije s t na oseh t1 in t2 ...................................................................................................... 134 Slika 5.2.6.2μ Najpomembnejša spremenljivka v projekciji (VIP) ...................................................................... 135 Slika 5.3.1aμ UTST − funkcija natezne trdnosti in prostorske gostote preskušanca ............................................ 138 Slika 5.3.1bμ UTST − funkcija raztezka ob porušitvi in prostorske gostote preskušanca .................................... 138 Slika 5.3.2: 3D-graf funkcije gostote z votlinami preskušanca, natezne trdnosti in raztezka ob porušitvi .......... 138 Slika 5.4.1μ Območje porušitve preskušanca pri preskusih TSRST in UTST ...................................................... 140 Slika 6.3.1μ Ideja in prototip naprave za določitev striga prizmatičnih preskušancev bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah ............................................................................................................................................. 151 Slika C.4.4.1.1aμ Diagram soodvisnosti med natezno napetostjo ob porušitvi in vsebnostjo votlin v preskušancu za AC 11 surf ........................................................................................................................................................... 2 Slika C.4.4.1.1bμ Diagram soodvisnosti med temperaturo ob porušitvi in vsebnostjo votlin v preskušancu za AC 11 surf ...................................................................................................................................................................... 2 Slika C.4.4.1.2aμ Diagram soodvisnosti med največjo rezervo natezne trdnosti in vsebnostjo votlin v bitumenizirani zmesi za AC 11 surf......................................................................................................................... 2 Slika C.4.4.1.2bμ Diagram soodvisnosti med temperaturo pri največji rezervi natezne trdnosti in vsebnostjo votlin v bitumenizirani zmesi za AC 11 surf...................................................................................................................... 2 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih XV Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika C.4.4.1.3aμ Diagram soodvisnosti med natezno napetostjo ob porušitvi in povprečno gostoto z votlinami preskušanca za AC 11 surf ...................................................................................................................................... 3 Slika C.4.4.1.3bμ Diagram soodvisnosti med temperaturo ob porušitvi in povprečno gostoto z votlinami preskušanca za AC 11 surf ...................................................................................................................................... 3 Slika C.4.4.1.5aμ Diagram funkcije največje rezerve natezne trdnosti in gostote bitumenizirane zmesi za AC 11 surf ........................................................................................................................................................................... 3 Slika C.4.4.1.5bμ Diagram funkcije temperature pri največji rezervi in gostote bitumenizirane zmesi za AC 11 surf ........................................................................................................................................................................... 3 Slika C.4.4.1.6aμ Diagram funkcije natezne napetosti ob porušitvi in VFB za AC 11 surf ..................................... 2 Slika C.4.4.1.6bμ Diagram funkcije temperature ob porušitvi in VFB za AC 11 surf .............................................. 2 Slika C.4.4.1.7aμ Diagram funkcije največje rezerve natezne trdnosti in VFB za AC 11 surf ................................. 2 Slika C.4.4.1.7 bμ Diagram funkcije temperature pri največji rezervi in VFB za AC 11 surf .................................. 2 Slika C.4.4.2.1aμ Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ natezne napetosti ob porušitvi v odvisnosti od vsebnosti votlin v preskušancu ................................................................................................................................ 3 Slika C.4.4.2.1bμ Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ temperature ob porušitvi v odvisnosti od vsebnosti votlin v preskušancu ................................................................................................................................................ 3 Slika C.4.4.2.2aμ Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ največja rezerva natezne trdnosti v odvisnosti od vsebnosti votlin bitumenizirane zmesi .................................................................................................................... 3 Slika C.4.4.2.2bμ Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ temperature pri največji rezervi v odvisnosti od vsebnosti votlin bitumenizirane zmesi .................................................................................................................... 3 Slika C.4.4.2.3aμ Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ natezne napetosti ob porušitvi v odvisnosti od povprečne gostote z votlinami preskušancev .......................................................................................................... 2 Slika C.4.4.2.3bμ Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ temperature ob porušitvi v odvisnosti od povprečne gostote z votlinami preskušancev ............................................................................................................................ 2 Slika C.4.4.2.4aμ Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ največja rezerva trdnosti v odvisnosti od gostote bitumeniziranih zmesi za AC 11 surf in AC 8 surf.................................................................................................. 2 Slika C.4.4.2.4b: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ temperature pri največji rezervi v odvisnosti od prostorske gostote bitumeniziranih zmesi za AC 11 surf in AC 8 surf.................................................................... 2 Slika C.4.4.2.5aμ Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ rezultat TSRST in največja rezerva trdnosti v odvisnosti od VFB ................................................................................................................................................... 3 Slika C.4.4.2.5bμ Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ rezultat TSRST in temperature pri največji rezervi v odvisnosti od VFB ................................................................................................................................................... 3 XVI Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. LIST OF TABLES Table 2.1.5.1: Dimensions of prismatic and cylindrical specimen (SIST EN 12697-46) ...................................... 24 Table 2.1.6.1: Fundamental requirements for HMA surface layers (RVS 08.16.06:2012).................................... 25 Table 2.3.1.1: Limit values of the properties of bituminous mixtures built in the asphalt wearing course (TSC 06.300/06.410:2009) .............................................................................................................................................. 43 Table 2.3.1.2: Parameters for the entire population and statistical adequate parameters for samples ................... 44 Table 2.3.3.1: Grubbs critical value for one-sided test (Grubbs, 1969) ................................................................. 48 Table 3.2.1: Target compositions of asphalt mixtures ........................................................................................... 65 Table 3.2.1.1: Properties of bitumen B50/70 ......................................................................................................... 66 Table 3.2.1.2: Properties of bitumen B50/70 extracted from mixture AC 11 surf ................................................. 67 Table 3.2.1.3: Properties of bitumen B50/70 extracted from mixture AC 8 surf ................................................... 67 Table 3.2.2.1: Properties of filler Calcit VP of separation Stahovica .................................................................... 68 Table 3.2.2.2: Properties of aggregate mixture Ljubešćica from location Hruškovec ........................................... 69 Table 3.2.2.3: Sieve analysis of mineral aggregate for 0/11 mm ........................................................................... 69 Table 3.2.2.4: Sieve analysis of mineral aggregate 0/8 mm .................................................................................. 70 Table 3.2.2.5: Properties of mineral aggregate 0/11 mm ....................................................................................... 72 Table 3.2.2.6: Properties of mineral aggregate 0/8 mm ......................................................................................... 72 Table 3.2.3.1: Properties of asphalt mixture AC 11 surf ....................................................................................... 74 Table 3.2.3.2: Properties of asphalt mixture AC 8 surf ......................................................................................... 75 Table 4.2.1: Program of TSRST and UTST test of the asphalt mixture AC 8 surf ................................................ 83 Table 4.3.1.1: Results of TSRST test of the asphalt mixture AC 11 surf (ZAG) .................................................. 95 Table 4.3.1.2: Results of UTST test of the asphalt mixture AC 11 surf – tensile strength .................................... 97 Table 4.3.1.3: Results of UTST test of the asphalt mixture AC 11 surf – failure strain ........................................ 97 Table 4.3.1.4: Results of tensile strength reserve of the asphalt mixture AC 11 surf .......................................... 100 Table 4.3.2.1: Results of TSRST test of the asphalt mixture AC 8 surf .............................................................. 103 Table 4.5.1: Results of some basic tests on rectangular specimen and TSRST test ............................................. 115 Table 5.2.1.1: Results of test at low temperatures for SMA ................................................................................ 123 Table 5.2.3.1: Basic statistic ................................................................................................................................ 126 Table 5.2.3.2: Results of two sample t-distribution (TSRST σ cry,f ) ..................................................................... 126 Table 5.2.3.3: Results of two sample t-distribution (TSRST Tf ) ......................................................................... 127 Table 5.2.4.1: Basic statistic ................................................................................................................................ 127 Table 5.2.4.2: Results of analysis of variance...................................................................................................... 129 Table 5.3.5.1: Eigenvalues ................................................................................................................................... 131 Table 5.2.5.2: Correlations between variables and factors .................................................................................. 131 Table 5.2.6.1: Model quality ................................................................................................................................ 134 Table 5.2.6.2: Correlation matrix of the variables with the t components ........................................................... 134 Table 5.3.2: Standard deviation and range for UTST 20 °C (ZAG) .................................................................... 139 Table 5.3.3: Calculated maximum range of specimens bulk density for UTST 20 °C ........................................ 139 Table 5.4.1μ Cracked area at AC 8 surf − Mixture 2 (5 m.-%) ............................................................................ 141 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih XVII Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Table 5.4.2μ Cracked area at AC 8 surf − Mixture 4 (5.8 m.-%) ......................................................................... 141 Table 5.4.3μ Cracked area at AC 8 surf − Mixture 5 (6.2 m.-%) ......................................................................... 142 Table A.4.1.1: Results of TSRST test and tensile strength reserve of the asphalt mixtures AC 11 surf ................. 1 Table A.4.1.2: Results of UTST test – Mixture 1 (4 m.-%) .................................................................................... 2 Table A.4.1.3: Results of UTST test – Mixture 2 (5 m.-%) .................................................................................... 2 Table A.4.1.4: Results of UTST test – Mixture 3 (5,4 m.-%) ................................................................................. 3 Table A.4.1.5: Results of UTST test – Mixture 4 (5.8 m.-%) ................................................................................. 3 Table A.4.1.6: Results of UTST test – Mixture 5 (6 m.-%) .................................................................................... 4 Table B.4.2.2: Results of TSRST test and tensile strength reserve of the asphalt mixtures AC 8 surf ................... 1 Table B.4.2.3: Results of UTST test – Mixture 1 (4 m.-%), ZAG .......................................................................... 2 Table B.4.2.4: Results of UTST test – Mixture 2 (5 m.-%), TU WIEN .................................................................. 3 Table B.4.2.5: Results of UTST test – Mixture 2 (5 m.-%), RAMTECH ............................................................... 3 Table B.4.2.6: Results of UTST test – Mixture 3 (5.4 m.-%), ZAG ....................................................................... 4 Table B.4.2.7: Results of UTST test – Mixture 4 (5.8 m.-%), TU WIEN ............................................................... 4 Table B.4.2.8: Results of UTST test – Mixture 4 (5.8 m.-%), RAMTECH ............................................................ 5 Table B.4.2.9: Results of UTST test – Mixture 5 (6.2 m.-%), ZAG ....................................................................... 5 Table D.5.1.1: Results of measurement of the length of prismatic sample (ZAG).................................................. 2 Table D.5.1.2: Results of measurement of the length of prismatic sample (RAMTECH) ...................................... 3 Table E.5.2.5.3: Factor scores by laboratory ........................................................................................................... 2 Table F.5.3.1: Data of bulk density of samples and results of UTST test for AC 11 surf and AC 8 surf (ZAG) .... 1 XVIII Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. LIST OF FIGURES Figure 1.1.1: Absolutely the lowest air temperature for the period of 1951 and 2005 (ARSO, 2012) .................... 2 Figure 1.1.2: The lowest temperature in the 20-year period (Žmavc, 2010) ........................................................... 2 Figure 1.1.3: Annual average daily number (AADT) of trailers for the period 1998−2009 by highway sections (Henigman, 2010a) .................................................................................................................................................. 3 Figure 1.1.4: Data CVIS (DRSC) on the road Gorica–Predel (bridge) of 20. 12. 2009........................................... 4 Figure 1.1.5: Results of Tensile Strength Reserve of five testing highway sections in Slovenia (Prosen, 2004) .... 5 Figure 1.1.6: Schematic presentation of stresses characteristic in the asphalt layer at the same time traffic and thermal loading in the inside of load axis (section 1-1) and in the outside of load axis (section 2-2) (Arand, 2000) .............................................................................................................................. 6 Figure 1.1.7: Damage to pavements at low temperatures: (a) Transverse cracks at low temperatures (Dame, 1999), (b) Transverse cracks at low temperatures – Babno Polje (SLO), februar 2012 .......................................... 7 Figure 1.1.8: Damage to pavements at low temperatures: (a) Longitudinal cracking at low temperatures in the area the tire trackprint (Wistuba, 2012), (b) Longitudinal cracking at low temperatures in the outside of load axis – Babno Polje (SLO), februar 2012 ......................................................................................................................... 8 Figure 1.1.9: Stress analysis at pavement surface (Wistuba, 2012) ......................................................................... 8 Figure 1.1.10: Multiscale model for bitumen and asphalt comprising five scales of observation (Jäger, 2004; Lackner et al., 2005). ............................................................................................................................................... 9 Figure 1.1.11: Grading curve for AC 11 surf and SMA 11 ................................................................................... 10 Figure 2.1.1.1: Tests for Investigation of Termo-reological Behavior of Asphalt Specimens (Arand, 2002) ....... 14 Figure 2.1.1.2: Concept of tensile stress with elastic zone and slope of tangent dS/dT (Arand, 1987, Spiegl et al., 2005, Spiegl, 2008 and Jung et al., 1994) .............................................................................................................. 15 Figure 2.1.2.1: Test device for test at low temperature: (a) Researches of Partl (Partl et al., 1998), (b) Jung in Vinson (ZDA) (Marasteanu, 2007), (c) TU Braunschweig (D), TU Wien (A) (Spiegl, 2005) in Ramtech (CRO), (e) ZAG, Ljubljana (SI) ......................................................................................................................................... 17 Figure 2.1.2.2: Estimating the fracture temperature of asphalt concrete by Hills and Brien (1966) (Kanerva et al., 1994) ...................................................................................................................................................................... 20 Figure 2.1.2.3: Principle of evaluating the tensile strength reserve from the test graphs of the UTST and the TSRST in the temperature-stress diagram (EN 12697-46) .................................................................................... 20 Figure 2.1.3.1: TSRST: (a) Tensile stress for various cooling rates (Jung and Vinson, 1994), (b) Results of tensile stress at TSRST test for mixture AC 11 surf B70/100 for various cooling rates dT/dt (Büchler, 2010) .... 21 Figure 2.1.4.1: UTST – The average expiration of tensile stress in relation to different levels of strain speed and temperature T = 20 C, 5 C, −10 C and −25 C for AC 11 surf B70/100 (Büchler, 2010) ................................. 22 Figure 2.1.5.1: Effect of specimen size on peak tensile stress after Janoo 1989 (Jung et al., 1994) ...................... 23 Figure 2.1.5.2: Effect of specimen size on fracture temperature and fracture strength (Jung et al., 1994) ............ 23 Figure 2.1.5.3: (a) TSRST specimens with different shapes, (b) Influence of specimen shape in TSRST results (Marasteanu et al., 2007) ....................................................................................................................................... 24 Figure 2.2.1.1: Stress drop (relaxation) of asphalt AC 11 surf as a function of time and temperature (Arand, 1983) ...................................................................................................................................................................... 26 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih XIX Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Figure 2.2.1.2: Thermal cracking mechanism (Read et al., 2003) ......................................................................... 27 Figure 2.2.1.3μ Example for stress − strain diagram of tension tests at four test temperatures (Karcher and Mollenhauer, 2009) ............................................................................................................................................... 28 Figure 2.2.1.4: Original A0 and damaged by cracking the surface AR cross-sectional area AS a prismatic specimen (Mollenhauer, 2008) .............................................................................................................................................. 29 Figure 2.2.1.5: Fracture surfaces of two specimens (0/22) at UTST: (a) T = −15 °C, (b) T = 10 °C (Mollenhauer, 2008)...................................................................................................................................................................... 29 Figure 2.2.1.6: Schematic show of failure: (1) through a stone grain, (2) the contact between the grain and bitumen mortar – adhesive failure, and (3) in a bituminous mortar – cohesion failure ......................................... 30 Figure 2.2.2.1: Comparison of the tensile strength reserve for different asphalts mixtures (Mollenhauer, 2008). 31 Figure 2.2.3.1: Comparison of TSRST test results (Kumar Das, 2012) ................................................................ 31 Figure 2.2.3.2: Evidence of micro-crack through AFM scanning after thermal fatigue loading (Kumar Das, 2012) ............................................................................................................................................................................... 32 Figure 2.2.3.3: (a) Relationship between binder and mixture low temperature parameters (Des Croix, 2004), (b) Relationship between Fraass breaking point and TSRST failure temperature (Guericke and Höppel, 2001) ....... 33 Figure 2.2.3.4: (a) BBR stiffness S and (b) m-value against TSRST failure temperature (Lacomte et al., 2000) . 34 Figure 2.2.4.1: Fracture temperature of an asphalt concrete 0/11 depending on filler content, binder content, content of crushed stone and softening point ring and ball (r = 0.9014). Example: bitumen = 6.0 m.-%, filler = 9.8 m.-%, crushed stone = 75 %, softening point = 54 C, Result: Tf = −23 C (Arand, 2002). ........................... 35 Figure 2.2.4.2: (a) The effect of voids content at failure temperature of asphalt mix depending on the bitumen type, (b) the impact of the share of bitumen at the failure temperature of the asphalt mixture as a function of the bitumen type, (c) the impact of the share of bitumen-filler on the temperature at fracture and stress at failure of asphalt mixtures as a function of the bitumen type (Spiegl, 2008) ........................................................................ 36 Figure 2.2.4.3: Fracture temperature versus penetration at 25 °C (Jung et al., 1994) ........................................... 37 Figure 2.2.5.1: Impact of polymer modified binders and aging on the low temperature properties of stone mastic asphalts (Büchler et al., 2007) ............................................................................................................................... 39 Figure 2.2.6.1μ Variation of temperature − time and stiffness distribution in the pavement (Wistuba, 2012)....... 40 Figure 2.2.6.2: Results from testing of AB 11(AC 11 surf): shrinkage test to derive α T (Spiegl et al., 2005) ...... 41 Figure 2.3.2.1.2: Probability density function for a normal distribution (Sl. Wikipedia, 2012) ............................ 46 Figure 2.3.2.2.1: Probability density function for Student's t distribution (Sl. Wikipedia, 2012) ......................... 47 Figure 2.3.5.1: X1 and X2 are the original variable; the data are represented by points. Y1 and Y2 are the corresponding principal components. Two-dimensional space can be reduced to the one-dimensional space defined by Y1 (Košmelj, 2007b, Figure by Ferligoj, A.). ....................................................................................... 52 Figure 2.3.6.1: A geometric representation of partial least squares (PLS) regression (Bjerrum et al., 2008) ....... 53 Figure 3.1.1.1: Automatic equipment for Fraass breaking point test ..................................................................... 55 Figure 3.1.1.2: Equipment for Bending Beam Reometer test (Justin et al., 2010) ................................................ 55 Figure 3.1.1.3: Deflection and stiffness graph of time at BBR test (Grass, 2007) ................................................ 56 Figure 3.1.2.1: (a) The laboratory mixer Rego, (b) Roller compactor Cooper ...................................................... 57 Figure 3.1.2.2: (a) Plate dimensions 40∙30∙8 cm3 after the compaction of the roller compactor, (b) Cuts plate of the prismatic samples 4∙4∙16 cm3 .......................................................................................................................... 58 XX Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Figure 3.1.2.3: Prepared samples on ZAG: (a) Application of glue on a sample, (b) Prepared samples after application of glue ................................................................................................................................................. 59 Figure 3.1.2.4: Prepared samples on TU Wien: (a) Application of glue on a sample, (b) Prepared samples after application of glue ................................................................................................................................................. 60 Figure 3.1.2.5: Prepared samples on Ramtech: (a) Glue Loctite, (b) Prepared samples after application of glue . 60 Figure 3.1.3.1: Example of test device for tension test at low temperatures (SIST EN 12697-46) ....................... 61 Figure 3.1.3.2: IR photo before starting test at T0 = 10 °C ..................................................................................... 61 Figure 3.1.3.1.1: (a) The temperature scheme of the TSRST (Spiegl, 2008), (b) Test principle of TSRST .......... 62 Figure 3.1.3.2.1: (a) The temperature scheme of test UTST (Spiegl, 2008), (b) Principle of test UTST .............. 64 Figure 3.1.4.1: Apparatus for ITS at ZAG ............................................................................................................. 65 Figure 3.2.2.1: Landfill with stone aggregate fraction in asphalt plant in Krško Drnovo ...................................... 68 Figure 3.2.2.2: Grading curve of mineral aggregate 0/11 mm ............................................................................... 71 Figure 3.2.2.3: Grading curve of mineral aggregate 0/8 mm ................................................................................. 71 Figure 3.2.3.1: Schematic volumetric presentation of voids, bitumen and mineral aggregate .............................. 77 Figure 4.1.1: Results of tests TSRST, UTST and tensile strength reserve (left) and diagram force – strain at UTST test (right) for AC 11 surf ........................................................................................................................... 80 Figure 4.1.2μ Joint diagram stress/strength − temperature of TSRST and UTST tests for AC 11 surf (ZAG) ...... 82 Figure 4.1.3μ Diagram tensile strength reserve − temperature for AC 11 surf (ZAG) ........................................... 82 Figure 4.1.4: Cracked area of the sample asphalt mixture AC 11 surf B 50/70 at UTST ...................................... 83 Figure 4.2.1: Results of test TSRST, UTST and tensile strength reserve (left) and diagram force – strain at UTST test (right) for AC 8 surf (ZAG) ............................................................................................................................ 85 Figure 4.2.2: Cracked area of the sample H1029 (Mixture 3, 5.4 m.-%) in H1042 (Mixture 1, 4 m.-%) of asphalt mixture AC 8 surf .................................................................................................................................................. 86 Figure 4.2.3: Cross section crack of the sample H1029 (Mixture 3, 5.4 m.-%) in H1042 (Mixture 1, 4 m.-%) of asphalt mixture AC 8 surf ...................................................................................................................................... 87 Figure 4.2.4: Results of test TSRST, UTST and tensile strength reserve (left) and diagram force – strain at UTST test (right) for AC 8 surf (TU Wien) ...................................................................................................................... 88 Figure 4.2.5: Cracked area of the sample asphalt mixture AC 8 surf, Mixture 2 (5 m.-%), at UTST 5 °C ........... 89 Figure 4.2.6: Cracked area of the sample asphalt mixture AC 8 surf, Mixture 2 (5 m.-%), at UTST −10 °C ....... 90 Figure 4.2.7: Cracked area of the sample asphalt mixture AC 8 surf, Mixture 2 (5 m.-%), at UTST −25 °C ....... 90 Figure 4.2.8: Cracked area of the sample asphalt mixture AC 8 surf, Mixture 2 (5 m.-%), at TSRST test ........... 91 Figure 4.2.9: Results of test TSRST, UTST and tensile strength reserve (left) and diagram force – strain at UTST test (right) for AC 8 surf (Ramtech) ...................................................................................................................... 92 Figure 4.2.10: Diagram TSRST test for AC 8 surf ................................................................................................ 93 Figure 4.2.11: Diagram UTST test for AC 8 surf .................................................................................................. 93 Figure 4.2.12: Diagram tensile strength reserve for AC 8 surf .............................................................................. 94 Figure 4.3.1.1: Results of TSRST test at AC 11 surf depending of the content of bitumen: (a) Maximum tensile stress, (b) Failure temperature ............................................................................................................................... 96 Figure 4.3.1.2: UTST test of AC 11 surf: (a) Tensile strength β t depending and (b) Tensile failure strain ε t depending of the content of bitumen ..................................................................................................................... 99 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih XXI Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Figure 4.3.1.3a: Maximum tensile strength reserve depending of the content of bitumen for AC 11 surf .......... 101 Figure 4.3.1.3b: Temperature at maximum tensile strength reserve depending of the content of bitumen for AC 11 surf .................................................................................................................................................................. 101 Figure 4.3.1.4a: Maximum tensile strength reserve depending of tensile stress of failure .................................. 102 Figure 4.3.1.4b: Temperature at maximum tensile strength reserve depending of failure temperature............... 102 Figure 4.3.1.5: Bulk density of asphalt mixture and samples TSRST and UTST depending of the content of bitumen for AC 11 surf........................................................................................................................................ 102 Figure 4.3.2.1: TSRST test at AC 8 surf depending of the content of bitumen: (a) Maximum tensile stress, (b) Failure temperature .............................................................................................................................................. 104 Figure 4.3.2.2: (a) Tensile strength and (b) Strain depending of the content of bitumen for AC 8 surf (ZAG) .. 104 Figure 4.3.2.3: (a) Maximum tensile strength reserve and (b) Temperature at maximum tensile strength reserve depending of the content of bitumen ................................................................................................................... 105 Figure 4.3.2.4: Diagram of bulk density of asphalt mixture and sample TSRST and UTST depending of the content of bitumen ............................................................................................................................................... 105 Figure 4.3.3.1: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf depending of the content of bitumen: (left) tensile stress of failure, (right) failure temperature ......................................................................................................... 106 Figure 4.3.3.2: Diagram function of tensile strength depending – bitumen content at AC 11 surf ..................... 107 Figure 4.3.3.3μ Diagram function of failure strain depending − bitumen content at AC 11 surf ......................... 108 Figure 4.3.3.4a: Diagram depending of maximum tensile strength reserve and of the bitumen content ............. 108 Figure 4.3.3.4b: Diagram depending of temperature at maximum tensile strength reserve and bitumen content108 Figure 4.4.1.4a: Diagram depending of tensile strength and the bulk density of specimen at AC 11 surf .......... 110 Figure 4.4.1.4b: Diagram depending of tensile strength and failure strain at AC 11 surf ................................... 110 Figure 4.4.1.8a: Diagram function of tensile stress and Marshall stiffness at AC 11 surf................................... 111 Figure 4.4.1.8b: Diagram function of temperature of failure and Marshall stiffness at AC 11 surf .................... 111 Figure 4.4.1.9a: Diagram function of max. tensile strength reserve and Marshall stiffness at AC 11 surf ......... 112 Figure 4.4.1.9b: Diagram function of temperature at maximum reserve and Marshall stiffness at AC 11 surf .. 112 Figure 4.4.2.6: Diagram of comparison between AC 11 surf and AC 8 surf – graph of tensile strength depending of the failure strain .............................................................................................................................................. 113 Figure 4.5.1 TSRST test at start temperature T0 = 10 °C: (a) Tensile stress σ cry(T), (b) Failure stress σ cry,f and the failure temperature Tf ........................................................................................................................................... 115 Figure 4.5.2 TSRST test at start temperature T0 = 20 °C: (a) Tensile stress σ cry(T), (b) Failure stress σ cry,f and the failure temperature Tf ........................................................................................................................................... 116 Figure 4.5.3 Results of TSRST test at start temperature T0 = 10 and 20 °C: (a) Tensile stress σ cry(T), (b) Failure stress σ cry,f and the failure temperature Tf ............................................................................................................. 116 Figure 4.6.1.1: Comparison between results of TSRST, UTST test and tensile strength reserve between Ramtech and TU Wien on samples of Mixture 2 (5 m.-% bit.) .......................................................................................... 118 Figure 4.6.1.2: Comparison between results of TSRST test between Ramtech and TU Wien on samples of Mixture 4 (5.8 m.-% bit.)..................................................................................................................................... 118 Figure 4.6.1.3: Comparison between results of TSRST and UTST test between Ramtech and TU Wien on samples of Mixture 2 (5 m.-% bit.) ..................................................................................................................... 119 XXII Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Figure 4.6.1.4: Comparison between results of TSRST and UTST test between Ramtech and TU Wien on samples of Mixture 4 (5.8 m.-% bit.) ................................................................................................................... 119 Figure 4.6.2.1: Comparison between results of TSRST test between ZAG and TU Wien on samples of Mixture 5 (6.2 m.-% bit.) ...................................................................................................................................................... 120 Figure 5.1.1: Circular saw with diamond blade for cutting samples .................................................................... 121 Figure 5.1.2: Measurement of the length of prismatic sample ............................................................................. 121 Figure 5.2.2.1: Histograms of the tests at low temperature for SMA .................................................................. 125 Figure 5.2.4.1: Diagram of standardized coefficients by variables ...................................................................... 130 Figure 5.2.5.1a: Diagram of eigenvalue and cumulative variability .................................................................... 132 Figure 5.2.5.1b: 2D space of variables ................................................................................................................ 132 Figure 5.2.5.2: Observation (axle F1 and F2) by the laboratory ......................................................................... 133 Figure 5.2.6.1a: Model quality by number of components .................................................................................. 134 Figure 5.2.6.1b: Correlations with t on axes t1 and t2 ......................................................................................... 134 Figure 5.2.6.2: Variable importance in the projection (VIP) ............................................................................... 135 Figure 5.3.1aμ UTST − function of the bulk density of sample and tensile strength............................................ 138 Figure 5.3.1bμ UTST − function of the bulk density of sample and strain at failure ........................................... 138 Figure 5.3.2: 3D chart function of the bulk density of sample, tensile strength and strain at failure ................... 138 Figure 5.4.1: Cracked area of the sample at TSRST and UTST test .................................................................... 140 Figure 6.3.1: Idea and prototype of shear device for prismatic asphalt samples at low temperatures ................. 151 Figure C.4.4.1.1a: Diagram depending of tensile stress of failure and voids in sample at AC 11 surf .................... 2 Figure C.4.4.1.1b: Diagram depending of failure temperature and voids in sample at AC 11 surf ......................... 2 Figure C.4.4.1.2a: Diagram depending of maximum tensile strength reserve and voids in asphalt mixture AC 11 surf ........................................................................................................................................................................... 2 Figure C.4.4.1.2b: Diagram depending of temperature at maximum tensile strength reserve and voids in asphalt mixture AC 11 surf .................................................................................................................................................. 2 Figure C.4.4.1.3a: Diagram depending of tensile stress of failure and average bulk density of specimen at AC 11 surf ........................................................................................................................................................................... 3 Figure C.4.4.1.3b: Diagram depending of temperature at failure and average bulk density of specimen at AC 11 surf ........................................................................................................................................................................... 3 Figure C.4.4.1.5a: Diagram depending of maximum tensile strength reserve and bulk density at AC 11 surf ....... 3 Figure C:4.4.1.5b: Diagram depending of temperature at maximum tensile strength reserve and bulk density at AC 11 surf ............................................................................................................................................................... 3 Figure C.4.4.1.6a: Diagram function of tensile stress and VFB at AC 11 surf ........................................................ 2 Figure C.4.4.1.6b: Diagram function of temperature of failure and VFB at AC 11 surf .......................................... 2 Figure C.4.4.1.7a: Diagram function of max. tensile strength reserve and VFB at AC 11 surf ............................... 2 Figure C.4.4.1.7b: Diagram function of temperature at maximum reserve and VFB at AC 11 surf ........................ 2 Figure C.4.4.2.1a: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: tensile stress at failure depending of voids in asphalt sample .......................................................................................................................................................... 3 Figure C.4.4.2.1b: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: temperature at failure depending of voids in asphalt sample .......................................................................................................................................................... 3 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih XXIII Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Figure C.4.4.2.2a: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: maximum tensile strength reserve depending of voids in asphalt mixture ...................................................................................................................................... 3 Figure C.4.4.2.2b: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: temperature at maximum reserve depending of voids in asphalt mixture ...................................................................................................................................... 3 Figure C.4.4.2.3a: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: tensile stress at failure depending of bulk density of samples ................................................................................................................................................... 2 Figure C.4.4.2.3b: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: temperature at failure depending of bulk density of samples ................................................................................................................................................... 2 Figure C.4.4.2.4a: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: max. strength reserve depending of the bulk density of asphalt mixture ....................................................................................................................................... 2 Figure C.4.4.2.4b: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: temperature at max. strength reserve depending of the bulk density of asphalt mixture .................................................................................................... 2 Figure C.4.4.2.5a: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: results of TSRST and max. strength reserve depending of VFB .................................................................................................................................................... 3 Figure C.4.4.2.5b: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: results of TSRST and temperature at max. reserve depending of VFB ....................................................................................................................................... 3 XXIV Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. SEZNAM PRILOG Priloga A: Rezultati preskusov za AC 11 surf A1 Priloga B: Rezultati preskusov za AC 8 surf B1 Priloga C: Vpliv mehanskih lastnosti bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah C1 Priloga D: Rezultati statistične analize dolžin preskušancev D1 Priloga E: Rezultati statistične analize PCA E1 Priloga F: Rezultati statistične analize razpona gostote preskušancev F1 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih XXV Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. OKRAJŠAVE IN SIMBOLI A2 … zelo težka in težka prometna obremenitev (A) … Avstrija A0 … osnovna površina prereza prizmatičnega preskušanca AS … površina zmanjšanega prereza prizmatičnega preskušanca AC … bitumenski beton (ang. asphalt concrete) ARSO … Agencija RS za okolje AFM … mikroskop na atomsko silo (ang. atomic force microscope) α … alfa – stopnja tveganja α T … temperaturni količnik raztezanja α k , α j … parameter polinoma BSA … oksidativno staranje bitumenizirane zmesi (nem. Braunschweiger Alterung) BBR … reometer z nosilcem, obremenjenim na upogib (ang. bending beam rheometer) BZ … bitumenizirana zmes Bmin … kategorija najmanjšega deleža bitumna [m.-%] CVIS … cestno-vremenski informacijski sistem CVP … cestno-vremenska postaja d … najmanjše zrno v zmesi D … največje zrno v zmesi (D) … Nemčija DARS … Družba za avtoceste v RS DRSC … Direkcija RS za ceste E … modul elastičnosti (togost) F … sila G … Grubbsov test (HR), (CRO) … Hrvaška H0 … ničelna domneva (hipoteza) Ha … alternativna domneva (hipoteza) k … toplotna prevodnost L … dolžina preskušanca XXVI Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. M … srednja vrednost mb … masni delež bitumna v zmesi mv … masni delež votlin mz … masa zmesi kamnitih zrn m1 … masa suhega preskušanca m2 … masa preskušanca, potopljenega v vodi m3 … masa zasičenega preskušanca, površinsko suhega ρ A … gostota z votlinami preskušanca bitumenizirane zmesi po SIST EN 12697-6, predhodno nabitega z udarnim zgoščevalnikom po Marshallu (v asfalterski literaturi tudi poznana kot prostorska gostota = količnik mase (zgoščenega) materiala in njegove prostornine, vključno z votlinami in s porami, vključenimi v trdni snovi (Henigman in sod., 2011)) ρ B … gostota bitumna ρ'A … največja gostota bitumenizirane zmesi (brez zračnih votlin) po SIST EN 12697-5 ρ Ap … gostota z votlinami preskušanca velikosti 4 ∙ 4 ∙ 16 cm3 (vključno z zračnimi votlinami) po SIST EN 12697-6 ρ w … gostota vode ρ Z … gostota zmesi zrn N … velikost populacije n … velikost statističnega vzorca P … strukturni delež populacije p … strukturni delež statističnega vzorca PA … drenažna bitumenizirana zmes (ang. porous asphalt) PCA … metoda glavnih komponent (ang. principal component analysis method) PG … tip cestogradbenega bitumna po SHRP (ang. performance grade) PK … prstan – kroglica (ang. ring and ball) PLDP … povprečni letni dnevni promet PLS … metoda najmanjših delnih kvadratov (ang. partial least squares method) PWL … odstotek znotraj omejitev (ang. percent within limits) R2 … determinacijski količnik ali multivariatni korelacijski količnik R2x … vrednost spremenljivke X v smislu SS (vsota kvadratov) pri metodi PLS Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih XXVII Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. SHRP … Ameriški strateški razvojni program za avtoceste (ang. Strategic Highway Research Program) SMA … drobir z bitumenskim mastiksom (ang. stone mastic asphalt) (SLO), (SI) … Slovenija S … togost bitumna pri preskusu BBR S1 … sestava 1 s 4 m.-% bitumna S2 … sestava 2 s 5 m.-% bitumna S3 … sestava 3 s 5,4 m.-% bitumna S4 … sestava 4 s 5,8 m.-% bitumna S5 … sestava 5 s 6 ali 6,2 m.-% bitumna s2 … varianca statističnega vzorca s … standardni odklon statističnega vzorca Š … povprečna širina preskušanca T … temperatura Tf … temperatura ob porušitvi pri preskusu TSRST Ti … temperatura preskusa UTST T0 … začetna temperatura preskusa TSRST Δ T … sprememba temperature T Δβtmax … temperatura pri največji rezervi natezne trdnosti tizra … izračunane vrednosti pri t-testu tkrit … kritične vrednosti pri t-testu TSC … Tehnične specifikacije za ceste TSRST … preskus termične napetosti ob preprečeni deformaciji preskušanca (ang. thermal stress restrained specimen tests) po standardu SIST EN 12697- 46:2012 UTST … preskus enoosne natezne napetosti (ang. uniaxial tension stress test) po standardu SIST EN 12697-46:2012 V … prostornina VB … vsebnost bitumna v bitumenizirani zmesi Vs … prostornina kamnitih zrn VZ … prostornina zmesi zrn v bitumenizirani zmesi VV … vsebnost votlin v bitumenizirani zmesi VVmax … največja dovoljena vsebnost votlin v bitumenizirani zmesi po TSC XXVIII Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 06.300/06.410:2009 VAp … vsebnost votlin v preskušancu VMA … vsebnost votlin v zmesi kamnitih zrn VFB … vsebnost votlin v zmesi kamnitih zrn, zapolnjenih z bitumnom VFBmin … najmanjša dovoljena vsebnost votlin v zmesi kamnitih zrn, zapolnjenih z bitumnom, po TSC 06.300/06.410:2009 (SIST 1038-1) VIP … pomembne spremenljivke v projekciji (ang. variable importance in projection) σ … standardni odklon populacije σ 2 … varianca populacije σ cry … natezna napetost pri preskusu TSRST (standard SIST EN 12697-46:2012 navaja kot kriogensko natezno napetost) σ cry, f … natezna napetost ob porušitvi pri preskusu TSRST (standard SIST EN 12697-46:2012 navaja kot kriogensko napetost ob porušitvi) ε … deformacija (raztezek, skrček) ε f … deformacija ob porušitvi pri preskusu UTST β t … natezna trdnost ob porušitvi pri preskusu UTST Δβ t … rezerva natezne trdnosti (še razpoložljivo povečanje napetosti) Δβ tmax … največja rezerva natezne trdnosti x, ̅ … srednja vrednost statističnega vzorca q … toplotni tok Q2 … determinacijski količnik pri prečnem preverjanju po metodi izloči enega (Kononenko, 2005) Z … razred zmesi zrn ZAS … Združenje asfalterjev Slovenije ZZ … zmes kamnitih zrn … skrajna spodnja ali zgornja meja po TSC 06.300/06.410:2009 (SIST 1038-1) za prometno obremenitev A2 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 1 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 1 UVOD 1.1 Predstavitev problematike Na slovenskih voziščih opazimo predvsem poškodbe v obliki trajnih deformacij (preoblikovanja) in razpok. Ljubič (2006) navaja, da v Sloveniji odpornost bitumeniziranih zmesi proti trajnim deformacijam pri visokih temperaturah preiskujemo že od leta 1997. Preskusi pri nizkih temperaturah pa so se v Sloveniji začeli kasneje (Ljubič, 2006). Vzroki za nastanek razpok na bitumeniziranih voznih površinah so številni in različni (Read in sod., 2003). Žmavc (2010) navaja, da razpoke razvrščamo glede na značilno obliko in mesto nastanka v krovni plasti. Vzroki za nastanek razpok na bitumeniziranih voznih površinah so škodljive spremembe mehanskih, fizikalnih in kemijskih lastnosti vgrajenih materialov. V naravi se večina gradbenih materialov pri segrevanju razteguje in pri ohlajanju krči, tudi bitumenizirana zmes. Z nižanjem temperature je stanje vedno bolj podobno kot pri elastičnih materialih in v bitumenizirani zmesi natezna napetost narašča, če je bitumenizirana zmes togo vpeta. Ko natezna napetost preseže natezno trdnost materiala, nastane porušitev v obliki razpok (Arand, 2002). Te napetosti se od zgornjega roba bitumenizirane plasti proti spodnjemu nelinearno manjšajo (Žmavc, 2010), zato se razpoka širi od zgoraj navzdol (Read in sod., 2003). Pri nižjih temperaturah (< −20 °C) je zaznavno zmanjšanje natezne trdnosti. Stanje je vedno bolj podobno, kot je pri elastičnih materialih. Bitumensko vezivo se zaradi nizkih temperatur krči in film bitumenskega veziva na kamnitih zrnih tanjša (Žmavc, 2010). Po podatkih Agencije Republike Slovenije za okolje (ARSO) je praktično na celotnem območju Slovenije absolutna najnižja izmerjena temperatura zraka (obdobje od 1951 do 2005) pod −18 C (slika 1.1.1 – modro obarvano). Izjema je del Primorske in Vipavske, kjer so temperature nekoliko višje. Najnižje temperature in največja verjetnost, da nastanejo razpoke prav zaradi nizkih temperatur, so na Gorenjskem v območju Triglavskega narodnega parka, Kamnika in Velike Planine, na Notranjskem in Dolenjskem v območju Vrhnike, Cerknice, Babnega Polja, Ribnice, Kočevja in Brežic, na Štajerskem v območju Celja, Rogle in Ptuja ter v Prekmurju v območju Murske Sobote pa vse tja do hrvaške in madžarske meje. 2 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 1.1.1: Absolutno najnižja temperatura zraka v obdobju med letoma 1951 in 2005 (ARSO, 2012) Figure 1.1.1: Absolutely the lowest air temperature for the period of 1951 and 2005 (ARSO, 2012) Žmavc (2010) v knjigi Vzdrževanje cest za posamezne slovenske kraje navaja najnižje dnevne temperature zraka, ki so bile izmerjene v preteklem 20-letnem obdobju (slika 1.1.2). Povprečna najnižja dnevna temperatura znaša −22,4 C (mejni vrednosti –10,3 C in – 27,2 C) in povprečje najnižjih dnevnih temperatur v tem obdobju je −14,9 C (mejni vrednosti –16,2 C in –18,9 C). Kar sedem od enajstih krajev ima najnižjo dnevno temperaturo pod −20 °C. Naj ižja d ev a te peratura [°C] -30 Povprečje aj ižjih d ev ih te peratur [°C] -25 ] [°C -20 ratu -15 raep -10 meT -5 0 Portorož Nova Gorica Postojna Rateče Brnik Ljubljana Novo mesto Celje Slovenj Maribor Murska Gradec Sobota Slika 1.1.2μ Najnižje temperature v 20-letnem obdobju (Žmavc, 2010) Figure 1.1.2: The lowest temperature in the 20-year period (Žmavc, 2010) Žmavc (2010) navaja, da je glede na mejno vrednost pretrgališča bitumenskega veziva po Fraassu, pogojeno v tehnični regulativi, za tako nizke temperature še primeren samo tip cestogradbenega bitumna B 160/220. Glede na to, da je v Sloveniji za obrabnozaporne Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 3 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. bitumenizirane plasti največkrat uporabljen cestogradbeni bitumen B 50/70 in B 70/100, lahko sklepamo, da natezne napetosti v številnih primerih lahko vplivajo na nastanek razpok na vgrajenih bitumeniziranih zmeseh. Poleg nizkih temperatur imamo v zadnjem obdobju v Sloveniji tudi občuten porast prometnih obremenitev, ki pospešuje nastanek razpok pri nizkih temperaturah. Henigman (2010a) navaja, da se je na slovenskih avtocestah v zadnjih desetih letih na posameznih avtocestnih krakih prometna obremenitev povečala (od načrtovane rasti od 3 do 4 % na leto) za 4- do 5-krat (med 16 in 17 % na leto). Na sliki 1.1.3 je prikazano povprečno letno dnevno število priklopnikov v obdobju od leta 1998 do 2009 po avtocestnih krakih. Slika 1.1.3: Povprečno letno dnevno število (PLDP) priklopnikov v obdobju 1998−2009 po avtocestnih krakih (Henigman, 2010a) Figure 1.1.3: Annual average daily number (AADT) of trailers for the period 1998−2009 by highway sections (Henigman, 2010a) Od leta 2008 dalje je v Sloveniji vzpostavljen Cestno-vremenski informacijski sistem CVIS, ki ga uporabljajo v Direkciji RS za ceste (DRSC) ter Družbi za avtoceste v RS (DARS) in omogoča enoten pregled nad stanjem vozišča na lokacijah cestno-vremenskih postaj (CVP). CVP imajo vgrajene merilnike za temperaturo zraka in vozišča (od 2 do 5 cm globoko v 4 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. obrabni plasti), vlažnost zraka, količino padavin, vidljivost, sončno sevanje in veter. Podatki se prek komunikacijske opreme zapisujejo v skupno bazo podatkov (Šajn, Slak, 2010). Od DRSC smo pridobili podatke o do sedaj izmerjeni najnižji temperaturi vozišča v Sloveniji. 20. 12. 2009 je bila na mostu na državni cesti Gorica–Predel izmerjena najnižja temperatura vozišča −16,4 C, kar je prikazano na sliki 1.1.4. Tudi na začetku februarja 2012 je na tej lokaciji temperatura vozišča padla pod −16 C. Na sliki 1.1.4 vidimo, da je v sedmih urah temperatura upadla z −3 C (ob 13h) na −15 C (ob 20h), torej je bila povprečna stopnja padanja temperature 1,8 C/h. Po pridobljenih podatkih DARS-a so bile v zimskem obdobju leta 2011 in 2012 najnižje izmerjene temperature v vozišču na avtocestnih CVP na lokacijah Divača −13,3 C, Ivanje selo −14,7 C, Podmežakla II −14,4 C, Kresnica −10,6 C in Dobovo −16,5 C. Slika 1.1.4: Podatki CVIS (DRSC) na cesti Gorica–Predel (most) z dne 20. 12. 2009 Figure 1.1.4: Data CVIS (DRSC) on the road Gorica–Predel (bridge) of 20. 12. 2009 Na avtocestnem odseku AC Razdrto–Postojna se je v letu 2003 prvič ugotovila občutna razpokanost vozne površine. Na podlagi teh ugotovitev se je pripravila razvojno-raziskovalna naloga (RRN) z naslovom Vpliv nizkih temperatur na trajnost asfaltnih zmesi (Prosen, 2004). Raziskava je zajela avtocestne odseke, stare pet let. Naloga je bila razdeljena na dva dela. Prvi Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 5 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. del RRN je vseboval nabor vseh razpoložljivih podatkov, ki se nanašajo na kakovost vgrajenih bitumeniziranih zmesi na podlagi standardnih preskusov s poudarkom na bitumenskem vezivu. Drugi del raziskovalne naloge je obsegal laboratorijsko preskušanje obnašanja bitumeniziranih plasti pri nizkih temperaturah. Ker v Sloveniji takrat še nismo imeli opreme za preskušanje odpornosti bitumeniziranih plasti pri nizkih temperaturah, so se preskusi izvedli na mednarodno uveljavljeni tehnični univerzi v Braunschweigu v Nemčiji. Analize so pokazale, da je v vseh primerih primerljiva sestava voziščne konstrukcije in podobna zrnavostna sestava zmesi kamnitih zrn. V obravnavanih bitumeniziranih zmeseh pa so bili uporabljeni materiali različnega izvora. Rezultati analiz lastnosti in deleža uporabljenega bitumna v bitumeniziranih zmeseh so v posameznih primerih pokazali pomembne razlike. Na odseku z največ poškodbami je bilo ugotovljeno, da ima vgrajena bitumenizirana zmes v primerjavi s preostalimi testnimi poškodovanimi odseki najmanjši delež bitumna z manjšo odpornostjo po Fraassu, manjšo duktilnost in manjšo največjo rezervo natezne trdnosti. V zaključku RRN avtor ugotavlja, da je odločilni razlog za nastanek razpok na enem od obravnavanih odsekov premajhen delež bitumenskega veziva (Prosen, 2004). Na sliki 1.1.5 so prikazani rezultati rezerve natezne trdnosti iz omenjene RRN, kjer ima preskušanec Sample 3 bitumenizirane zmesi SMA 8 najmanjšo rezervo natezne trdnosti. Slika 1.1.5: Rezultati rezerve natezne trdnosti na petih testnih avtocestnih odsekih v Sloveniji (Prosen, 2004) Figure 1.1.5: Results of Tensile Strength Reserve of five testing highway sections in Slovenia (Prosen, 2004) V Evropi je bil med prvimi raziskovalci W. Arand (TU Braunschweig), ki je že v 80. letih prejšnjega stoletja predstavil mehanizem nastanka razpok pri nizkih temperaturah in ga simuliral v laboratoriju. Napetosti, ki nastanejo v vozišču, so odvisne od prometne obremenitve in togosti materiala, ta pa je odvisna od temperature (Wistuba, 2013). Na sliki 1.1.6 so shematično prikazane posamezne napetosti v bitumeniziranih plasteh voziščne 6 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. konstrukcije zaradi delovanja upogibno-nateznih oz. mehanskih napetosti ((P – prometne obremenitve), σ z(P)) in temperaturnih napetosti ((T – temperaturna obremenitev), σ z(T)) ter rezultanta napetosti ob istočasni prometni in temperaturni obremenitvi ( σ z(P,T) = σ z(P) + σ z(T)) v osi kolesnice (prerez 1-1) in v območju kolesnih sledi (prerez 2-2). V prerezu 2-2 vidimo, da se zaradi delovanja prometne obremenitve na zgornjem robu (površini) bitumenizirane plasti ustvarja manjša natezna napetost. Zaradi delovanja nizkih temperatur na bitumenizirano zmes se termično inducirajo natezne napetosti, ki se nelinearno manjšajo po prerezu od zgornjega proti spodnjemu robu bitumenizirane plasti. Iz rezultante obeh obremenitev vidimo, da so največje natezne napetosti na zgornjem robu bitumenizirane pasti, ki povzročajo vzdolžne razpoke na vozišču. Slika 1.1.6μ Shematični prikaz značilnih napetosti v bitumeniziranih plasteh voziščne konstrukcije ob istočasni prometni in temperaturni obremenitvi v osi kolesnice (prerez 1-1) in v območju kolesnih sledi (prerez 2-2) (Arand, 2000) Figure 1.1.6: Schematic presentation of stresses characteristic in the asphalt layer at the same time traffic and thermal loading in the inside of load axis (section 1-1) and in the outside of load axis (section 2-2) (Arand, 2000) Spiegl (2008) navaja, da ko je ob ohlajevanju razpoložljiva natezna trdnost v bitumenizirani plasti presežena, nastanejo prečne razpoke na določenem razmiku (slika 1.1.7a). Take razpoke so vidne tudi na državni cesti v kraju Babno Polje, ki je po podatkih Agencije Republike Slovenije za okolje (ARSO) najbolj mrzel kraj v Sloveniji (slika 1.1.7b). Spiegl (2008) tudi Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 7 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. omenja, da če poleg nateznih napetosti, ki jih povzroči nizka temperatura, nastanejo v bitumenizirani plasti še napetosti, ki jih povzroči prometna obremenitev, lahko v območju kolesnih sledi (30–90 cm od osi kolesnice) nastanejo na zgornjem robu bitumenizirane plasti natezne napetosti, ki povzročijo vzdolžne razpoke. Tudi tovrstne razpoke so vidne na državni cesti v Babnem Polju (slika 1.1.8b). Wistuba (2002) navaja, da so v Avstriji nastale nizkotemperaturne razpoke v podnebnih območjih s temperaturo zraka pod −34 °C in z največjo stopnjo ohlajanja 7,5 °C/h. Na delavnici ZAS-a o projektiranju voziščnih konstrukcij je Wistuba (2012) omenil, da so nove raziskave na TU Braunschweig v Nemčiji pokazale, da so natezne napetosti pri nizkih temperaturah premajhne, da bi povzročale vzdolžne razpoke, ki se širijo od zgoraj navzdol (slika 1.1.8a), ampak da nastanejo te zaradi strižnih napetosti pri višjih temperaturah. Le pri uporabi zelo trdih bitumnov in tankih bitumeniziranih plasti je vzdolžne razpoke mogoče analitično razložiti kot razpoke utrujanja, ki nastanejo pri nizkih temperaturah (slika 1.1.9). a) b) Slika 1.1.7μ Poškodbe vozišča pri nizkih temperaturah: (a) Prečne razpoke pri nizkih temperaturah (Dame, 1999), (b) Prečna razpoka pri nizkih temperaturah – Babno Polje (SLO), februar 2012 Figure 1.1.7: Damage to pavements at low temperatures: (a) Transverse cracks at low temperatures (Dame, 1999), (b) Transverse cracks at low temperatures – Babno Polje (SLO), februar 2012 8 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. a) b) Razpoke pri nizkih temperaturah? Slika 1.1.8μ Poškodbe vozišča pri nizkih temperaturahμ (a) Vzdolžne razpoke pri nizkih temperaturah (Wistuba, 2012), (b) Vzdolžna razpoka pri nizkih temperaturah v območju kolesnih sledi – Babno Polje (SLO), februar 2012 Figure 1.1.8: Damage to pavements at low temperatures: (a) Longitudinal cracking at low temperatures in the area the tire trackprint (Wistuba, 2012), (b) Longitudinal cracking at low temperatures in the outside of load axis – Babno Polje (SLO), februar 2012 Slika 1.1.9: Analiza napetosti na površini vozišča (Wistuba, 2012) Figure 1.1.9: Stress analysis at pavement surface (Wistuba, 2012) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 9 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Pri nizkih temperaturah ima vgrajena bitumenizirana zmes zaradi oviranega lezenja (ang. creep) sposobnost relaksacije (zmanjšanja napetosti), kar lahko prepreči nastanek razpok zaradi termičnih skrčkov v mrzlem zimskem obdobju. Viskoznost bitumenizirane zmesi in zmožnost lezenja sta povezani predvsem z reološkim obnašanjem uporabljenega veziva. Nizkotemperaturne razpoke v bitumenizirani zmesi so povezane z bitumnom, zmesjo zrn in medsebojno interakcijo. Če želimo razumeti obnašanje posameznih sestavin v bitumenizirani zmesi, je treba obravnavati večnivojski model bitumenizirane zmesi, ki je predstavljen na sliki 1.1.10 (Spiegl in sod., 2005). Najnižje merilo materiala (bitumen) z dolžino nekaj m sestavljajo velike molekule asfaltenov, ki so razporejene v maltenski matriki (Read in sod., 2003, Jäger, 2004). Naslednje višje merilo je mastik. Sestavljen je iz polnila (zmesi zrn premera, manjšega od 125 m) in bitumna. Pesek (zmesi zrn s premerom pod 2 mm) z mastiksom se obravnava kot mezo merilo 1 (malta). Zmes zrn, večjih od 2 mm, in zračne votline so na nivoju bitumenizirane zmesi – asfalta (Spiegl in sod., 2005). Slika 1.1.10: Večnivojski model bitumna in bitumenizirane zmesi, ki obsega pet stopenj opazovanja (Jäger, 2004; Lackner in sod., 2005). Figure 1.1.10: Multiscale model for bitumen and asphalt comprising five scales of observation (Jäger, 2004; Lackner et al., 2005). V doktorski disertaciji obravnavamo bitumenizirano zmes bitumenski beton (ang. asphalt concrete – AC) in drobir z bitumenskim mastiksom (ang. stone mastic asphalt – SMA). Bitumenizirani zmesi AC in SMA se razlikujeta predvsem po zrnavostni sestavi. Prva ima enakomerno in druga diskontinuirno sestavo. Na sliki 1.1.11 je prikazan tipični graf sestave zmesi kamnitih zrn z mejnimi krivuljami za bitumenizirano zmes AC 11 surf in SMA 11, ki jih proizvajajo v asfaltnem obratu Drnovo (CGP, d. d.). 10 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 100 priporočene vrednosti po SIST 1038-1 90 AC 11 surf 80 ] mejne vrednosti po SIST 13108-1 .-% 70 [m 60 ito i s 50 zok 40 skev 30 es re 20 P 10 0 0 0,063 0,25 0,71 2,0 4,0 8,0 11,2 16,0 22,4 Dolžina stranice kvadratne odprtine sita [mm] 100 90 priporočene vrednosti po SIST 1038-5 80 SMA 11 ] mejne vrednosti po EN 13108-5 70 .-% [m 60 ito 50 i szok 40 ske 30 ves 20 reP 10 0 0 0,063 0,25 0,71 2,0 4,0 8,0 11,2 16,0 22,4 Dolžina stranice kvadratne odprtine sita [mm] Slika 1.1.11: Zrnavostna krivulja za AC 11 surf in SMA 11 Figure 1.1.11: Grading curve for AC 11 surf and SMA 11 Slovenske tehnične smernice za ceste TSC 06.300/06.410μ2009 navajajo, da moramo po zaključku posameznih del ali faz del v sklopu vgraditve bitumenizirane plasti opraviti statistično analizo rezultatov notranje in zunanje kontrole  proizvedene bitumenizirane zmesi in  vgrajene bitumenizirane zmesi. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 11 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Statistična analiza in primerjava le-te sta osnova za oceno skladnosti kakovosti in za morebitne reklamacije ter ukrepe. Končno oceno skladnosti rezultatov kontrolnih preskusov z zahtevami mora pripraviti izvajalec zunanje kontrole in jo predložiti nadzorniku (TSC 06.300/06.410). Prve statistične obdelave rezultatov preskusov proizvedenih bitumeniziranih zmesi in vgrajenih bitumeniziranih plasti v Sloveniji segajo v leto 1986 z objavo poročila z naslovom Raziskave staranja bitumna, ki ga je pripravil Mitja Žorga (cit. po Tušar, M., in Žorga, M., 2000). Leta 1995 je bila izvedena medlaboratorijska analiza, ki jo je organiziralo Društvo asfalterjev, zdajšnji ZAS. V ZAS-u je bil leta 2000 izdan priročnik z naslovom Asfalt 4: Statistika v asfalterstvu (cit. po Tušar, M., in Žorga, M., 2000). V Sloveniji doslej še ni bila izvedena tako podrobna statistična analiza rezultatov preskusov bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah. 1.2 Opredelitev izhodišč in ciljev dela V predlogu teme doktorske disertacije z dispozicijo je bilo v teoretičnem delu predstavljeno, da bo v doktorski disertaciji opisan teoretični model nastanka razpok pri nizkih temperaturah, ki sloni na visko-elastičnem obnašanju materialov po Burgerjevem modelu, ki mu je dodano staranje (ang. aging) – sprememba strukture veziva (asfaltenov, smol in olj) v bitumenizirani zmesi AC 11 surf B50/70. Prav tako je bilo predstavljeno, da bo z računalniškim programom ABAQUS analiziran teoretični model po metodi končnih elementov in rezultati nateznih napetosti primerjani z dejanskimi vrednostmi, dobljenimi v laboratoriju. Predstavljeno je bilo tudi, da bi raziskovali vpliv bitumenske malte (bitumen in polnilo) in sestave zmesi kamnitih zrn na značilnosti bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah. Za slednje bi bitumenizirano zmes pripravili tako, da bi bil delež bitumna enak, spreminjali bi le sestavo zmesi zrn v odvisnosti od Talbotovega eksponenta n. V oceni teme doktorske disertacije je bilo zapisano, da bo v teoretičnem delu predstavljen statistični model nastanka razpok pri nizkih temperaturah, ki sloni na univariatnem in multivariatnem modeliranju empiričnih rezultatov, in nekaterim modelom bo dodano staranje materiala, ki je posledica spremembe strukture veziva (asfaltenov, smol in olj) v bitumenizirani zmesi. Obravnavana bo zmes tipa AC 11 surf B50/70. Zaradi omejenih finančnih sredstev, materialov in opreme žal tega nismo mogli uresničiti, je pa v disertacijo vključena statistična obdelava empiričnih rezultatov preskusov pri nizkih temperaturah, izvedenih na bitumeniziranih zmeseh SMA, ki so se 12 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. izvedli v štirih priznanih evropskih cestogradbenih laboratorijih. Ravno v času izvajanja preskusov je prešel predstandard oSIST prEN 12697-46:2009: Bitumenske zmesi − Preskusne metode za vroče asfaltne zmesi − 46. del: Odpornost asfaltne plasti proti razpokam pri nizkih temperaturah z enoosnimi nateznimi preskusi v standard SIST EN 12697-46:2012 z enakim naslovom, vendar se v ničemer ne razlikujeta. Cilj doktorske disertacije je odgovoriti na nekaj bistvenih vprašanj:  Ali delež bitumna v sestavi bitumenizirane zmesi vpliva na rezultate preskusov pri nizkih temperaturah za bitumenizirano zmes AC 8 surf in AC 11 surf in primerjava med njimi?  Ali se lahko na podlagi rezultatov preskusov pri nizkih temperaturah določi minimalni potrebni delež bitumna?  Kako vplivajo mehanske lastnosti vgrajenih bitumeniziranih plasti AC 8 surf in AC 11 surf na rezultate preskusov pri nizkih temperaturah in primerjava med njimi?  Ali različna začetna temperatura T0 morebiti vpliva na končni rezultat natezne napetosti ob porušitvi σ cry,f in temperature ob porušitvi Tf pri preskusu TSRST po standardu SIST EN 12697-46?  Ali med različnimi laboratoriji po Evropi, ki izvajajo preskuse pri nizkih temperaturah po standardu EN 12697-46, obstajajo pomembne razlike?  Z uporabo relevantnih statističnih metod želimo ugotoviti, ali obstajajo medsebojne povezave med rezultati raznih preskusov pri nizkih temperaturah in ali obstajajo razlike med laboratoriji.  Z multivariatnim statističnim modeliranjem empiričnih rezultatov preskusov pri nizkih temperaturah, ki so bili izvedeni v laboratorijih v Sloveniji, Hrvaški, Avstriji in Nemčiji, želimo razviti statistični model največje rezerve natezne trdnosti in temperature pri največji rezervi za bitumenizirano zmes drobirja z bitumenskim mastiksom (SMA). Pridobljena spoznanja se bodo lahko uporabila pri nadaljnjem načrtovanju in vzdrževanju bitumeniziranih zmesi za obrabnozaporne plasti vozišč. Z medlaboratorijskimi analizami pa želimo prispevati k morebitnim izboljšavam standarda EN 12697-46. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 13 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 1.3 Zasnova dela Namen dela je razumljivo in pregledno predstaviti sicer obsežno interdisciplinarno področje. Tvori ga šest glavnih sklopovμ uvod, pregled literature, eksperimentalni del, predstavitev rezultatov preskusov in analize, statistične analize z modelom in zaključki. V uvodnem poglavju na kratko predstavljamo problematiko, podajamo opis trenutnega stanja ter definiramo izhodišča in cilje, ki jih želimo doseči v doktorski disertaciji. Sledi podroben pregled domače in tuje literature s poudarkom na trenutnih ugotovitvah obnašanja bitumeniziranih zmesi in različnih vplivov na rezultate pri nizkih temperaturah. V nadaljevanju so predstavljeni trenutno uveljavljeni preskusi pri nizkih temperaturah in različni postopki statističnega vrednotenja rezultatov. V tretjem in četrtem poglavju doktorske disertacije so opisani lastni eksperimentalni preskusi, predstavljeni dobljeni rezultati in podane analize bitumeniziranih zmesi. Vključeni so laboratorijski preskusi lastnosti bitumnov, mehanskih lastnosti bitumeniziranih zmesi in preskusi bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah (TSRST in UTST). Doktorsko disertacijo zaključujemo z analizo rezultatov preskusov in ugotavljamo vpliv nizkih temperatur na delež bitumna in na mehanske lastnosti bitumeniziranih zmesi. Predstavljamo rezultate vpliva različne začetne temperature pri preskusu TSRST in analizo rezultatov preskusov pri nizkih temperaturah. Predstavljamo tudi statistično obdelavo rezultatov preskusov pri nizkih temperaturah, izvedenih na bitumeniziranih zmeseh SMA, ki so bili opravljeni v laboratorijih ZAG (SLO), Ramtech (HR), TU Wien (A) in TU Braunschweig (D). Na koncu podajamo ključne rezultate in ugotovitve izvedenih preskusov in analiz ter priporočila in napotke za nadaljnje znanstvenoraziskovalno delo. 14 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 2 PREGLED LITERATURE 2.1 Preskusi bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah 2.1.1 Statični preskusi Fenomen obnašanja bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah je prvi v Evropi predstavil W. Arand (TU Braunschweig). Arand (1983, 1996, 2000) je definiral štiri tipe preskusov, ki opisujejo odpornost proti nastanku razpok pri nizkih temperaturah (slika 2.1.1.1), in sicer:  preskus enoosne natezne napetosti (UTST);  preskus termične napetosti ob preprečeni deformaciji preskušanca (TSRST);  preskus relaksacije;  preskus lezenja (ang. retardation test). Podrobneje sta preskusa UTST in TSRST opisana v poglavju 3.1.3. Slika 2.1.1.1: Preskusi za ugotavljanje termo-reoloških značilnosti bitumeniziranih preskušancev (Arand, 2002) Figure 2.1.1.1: Tests for Investigation of Termo-reological Behavior of Asphalt Specimens (Arand, 2002) Jung in Vinson (1994) z univerze v Oregonu (ZDA) ugotavljata, da je preskus TSRST odličen indikator razpok pri nizkih temperaturah. Z enoosnim nateznim preskusom UTST pri nizkih temperaturah pa lahko simuliramo odpornost bitumeniziranih zmesi proti natezni obremenitvi zaradi obtežb, ki jih povzroči prometna obremenitev v območju kolesnih sledi. Na sliki Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 15 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 2.1.1.2 je shematično predstavljen Arandov (1987), Spieglov (2008) in Jungov (Jung in sod., 1994) združeni koncept nateznih napetosti z elastičnim območjem in tangento dS/dT. Iz slike je razviden potek temperatura − napetosti v zgodnji fazi, kjer imamo opravka z relaksacijo (relaksacijsko območje). Z nižanjem temperature preide krivulja v povsem linearni del (elastično območje), vse do temperature ob porušitvi Tf. V linearnem delu krivulje lahko določimo njen nagib, če napravimo odvod krivulje dS/dT. Čim nižji je nagib tangente (gledano absolutno), manj odporen je material proti nizkim temperaturam. TTS je temperatura, kjer se sekata tangenti, ki predstavljata relaksacijski in elastični del krivulje. Tu je temperatura prehoda oz. začetka elastičnega obnašanja bitumenizirane zmesi. T0 je začetna temperatura preskusa TSRST. Slika 2.1.1.2μ Združeni koncept nateznih napetosti z elastičnim območjem in nagibom tangente dS/dT (Arand,1987, Spiegl in sod., 2005, Spiegl, 2008, Jung in sod., 1994) Figure 2.1.1.2: Concept of tensile stress with elastic zone and slope of tangent dS/dT (Arand, 1987, Spiegl et al., 2005, Spiegl, 2008 and Jung et al., 1994) V skladu s standardom SIST EN 12697-46 se predvsem zaradi utrujanja za napoved obnašanja bitumeniziranih vozišč pri nizkih temperaturah uporabljajo tudi dinamični preskusi, vendar jih v doktorski disertaciji ne obravnavamo. 2.1.2 Oprema za preskušanje in njeno delovanje Različni cestogradbeni raziskovalni inštituti uporabljajo različno opremo. Čeprav mora biti oprema standardizirana, obstajajo razlike, ki lahko vplivajo na rezultate preskusov pri nizkih temperaturah. V Ameriki je Partl (1998) preskuse TSRST pri nizkih temperaturah izvajal na 16 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. opremi, ki je prikazana na sliki 2.1.2.1a. Jung in Vinson (1994) sta v raziskavah SHRP A-400 Low-Temperature Cracking: Test selection uporabljala za preskuse opremo, ki je prikazana na sliki 2.1.2.1b. V Evropi se v skladu s standardom SIST EN 12697-46 lahko uporabljata dva primera naprav (sliki 2.1.2.1c in 2.1.2.1d). Napravo, kot jo prikazuje slika 2.1.2.1d, uporabljata oba največja in mednarodno uveljavljena inštituta v Evropi, TU Braunschweig in TU Wien. Tudi v Ramtechu v Zagrebu uporabljajo povsem enako testno opremo, kot jo imajo na TU Wien. Na ZAG-u pa uporabljajo opremo, ki je v skladu z omenjenim standardom, vendar je sestavljena iz elementov različnih proizvajalcev (slika 2.1.2.1e). Žal do sedaj ni bilo opravljene nobene primerjalne študije, ali obstajajo kakšne razlike med ameriško in evropsko laboratorijsko opremo za izvajanje preskusov TSRST in UTST. Kljub temu vidimo, da obstajajo razlike med napravami, in sicer: v načinu vpetja (kardansko ali togo), uporabljeni so različni materiali za določene predele naprave, v odčitku temperature preskušanca (v slepem preskušancu ali izven njega), v odčitku pomikov (znotraj ali zunaj komore). a) b) (se nadaljuje …) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 17 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (… nadaljevanje) c) d) e) Slika 2.1.2.1: Naprava za preskus pri nizkih temperaturah: (a) Raziskave Partla (Partl in sod., 1998), (b) Jung in Vinson (ZDA) (Marasteanu, 2007), (c) TU Braunschweig v Nemčiji, TU Wien v Avstriji (Spiegl, 2005) in Ramtech iz Zagreba (HR), (e) ZAG, Ljubljana (SLO) Figure 2.1.2.1: Test device for test at low temperature: (a) Researches of Partl (Partl et al., 1998), (b) Jung in Vinson (ZDA) (Marasteanu, 2007), (c) TU Braunschweig (D), TU Wien (A) (Spiegl, 2005) in Ramtech (CRO), (e) ZAG, Ljubljana (SI) V Ameriki izvajajo ohlajevalni preskus TSRST v skladu z AASHTO TP-10-93 (1993). Hills in Brien (1966) sta predstavila enačbo za termično inducirano napetost, ki upošteva elastično teorijo in ima naslednjo obliko (Kanerva in sod., 1994): 18 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. ( ̇) ∑ ( ̇) (2.1.2.1) kjer je: ̇ … termična napetost pri nizki temperaturi [MPa], T … količnik temperaturnega raztezanja [mm/m C−1], T0, Tf … začetna temperatura in temperatura ob porušitvi [C], ̇ … modul elastičnosti bitumenizirane zmesi v odvisnosti od temperature in časa [MPa], ΔT … prirastek temperature za ̇ v [C]. Tudi Arand (1996) je predstavil svojo enačbo natezne napetosti pri nizkih temperaturah, ki nastane pri preskusu TSRST bitumenizirane zmesi v odvisnosti od temperature in časaμ ( ̇) ̇ ( ) (2.1.2.2) kjer je: σ cry(t, Ṫ) … termična (natezna) napetost pri nizki temperaturi [MPa], σ 0 … začetna natezna napetost [MPa], E … modul elastičnosti bitumenizirane zmesi [MPa], … viskoznost bitumenizirane zmesi [MPa∙s], α T … količnik temperaturnega raztezanja [°C−1], T … temperatura [°C], Ṫ … hitrost ohlajanja [°C/h]. V Sloveniji se na Zavodu za gradbeništvo (ZAG) od leta 2008 izvajata dva standardizirana postopka statičnega preskusa po standardu SIST EN 12697-46: preskus termične napetosti ob preprečeni deformaciji preskušanca (TSRST) in preskus enoosne natezne napetosti (UTST), ki simulirata nastanek razpok pri nizkih temperaturah. Vendar v Sloveniji že od leta 2004 preiskujemo lastnosti bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah. Preiskave so se izvajale v tem obdobju na tujih ustanovah, v Avstriji na Inštitutu za cestogradnjo in vzdrževanje cest ISTU (Christian Doppler Labor) pri TU Wien in v Nemčiji na Inštitutu za cestogradnjo (ISBS) pri TU Braunschweig. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 19 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Potek in postopek preskusov TSRST in UTST po standardu SIST EN 12697-46 sta podrobneje opisana v poglavju 3. Bitumenizirani preskušanec vpnemo v obremenilni okvir, ki je znotraj temperaturne komore. Pri preskusu TSRST se ves čas ohranja dolžina preskušanca in ohlaja z dT = −10 °C/h. Ko se preskušanec poruši, se določi natezna napetost ob porušitvi cry,f(T) in temperatura ob porušitvi Tf. Pri preskusu UTST pa se pri določeni temperaturi preskušanec razteguje s konstantno hitrostjo. Ob nastanku porušitve se določi natezna trdnost t(T). Na sliki 2.1.2.2 je prikazana natezna trdnost in izračunana natezna napetost, ki sta jo predstavila Hills in Brien (1966), v odvisnosti od nizke temperature. Slika 2.1.2.3 prikazuje mejno temperaturo za nastanek razpok ter opredeljuje potek nateznih trdnosti bitumenizirane zmesi t(T) in nateznih napetosti cry(T), ki v njej nastajajo. Z nižanjem temperature natezna trdnost bitumenizirane zmesi praviloma nekaj časa narašča, nato pa se zmanjšuje. Natezne napetosti cry(T) v bitumenizirani zmesi pa ves čas nižanja temperature naraščajo. Razlika med natezno trdnostjo vgrajene bitumenizirane zmesi t(T) in natezno napetostjo cry(T) predstavlja dopustne napetosti, ki jih pri določeni temperaturi lahko ustvarijo prometne obremenitve, ne da bi čezmerno škodljivo vplivale na vgrajeno bitumenizirano zmes. Razliki pravimo rezerva natezne trdnosti Δt(T) in se izračuna po naslednji enačbi: (2.1.2.3) (Read in sod., 2003, Spiegl, 2008, SIST EN 12697-46:2012). Pri določeni temperaturi, ko natezna napetost cry(T) postane enaka natezni trdnosti bitumenizirane zmesi t(T), je nevarnost za nastanek razpoke (Žmavc, 2010). Opazimo, da se krivulji preskusa UTST po SHRP A-400 (slika 2.1.2.2) in po SIST EN 12697-46 (slika 2.1.2.3) v nekaterih predelih razlikujeta, predvsem slednja je bistveno položnejša in bolj zaobljena. 20 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 2.1.2.2: Ocenjevanje temperature ob Slika 2.1.2.3: V diagramu temperatura – napetost ocenjujemo porušitvi za bitumenizirani beton po Hillsu in rezervo natezne trdnosti iz preskusa UTST in TSRST (EN Brienu (1966) (Kanerva in sod., 1994) 12697-46). Figure 2.1.2.2: Estimating the fracture Figure 2.1.2.3: Principle of evaluating the tensile strength temperature of asphalt concrete by Hills and reserve from the test graphs of the UTST and the TSRST in Brien (1966) (Kanerva et al., 1994) the temperature-stress diagram (EN 12697-46) 2.1.3 Hitrost ohlajanja pri preskusu TSRST Jung in sodelavci (1994) ugotavljajo, da vplivajo na temperaturo ob porušitvi Tf razlike v bitumeniziranih zmeseh, ki so pogojene z vrsto zmesi zrn, velikostjo preskušanca, s hitrostjo ohlajanja (slika 2.1.3.1a) in stopnjo staranja. Pri počasnejšem ohlajanju ima relaksacija toliko večji pomen, kar pomeni, da nižja hitrost ohlajanja pomeni manjšo termično inducirano napetost in obratno. Pri tej raziskavi SHRP so uporabili dve bitumenizirani zmesi AC. Glede na lastnosti bitumenizirane zmesi se pričakuje odpornost proti nizkim temperaturam v naslednjem zaporedju: AAK-2 (B160/220) > AAG1 (B50/70). Predstavljeni so parametri, ki lahko vplivajo na rezultate raziskave:  preskusni preskušanci so velikosti 5 ∙ 5 ∙ 25 cm,  vsebnost votlin v bitumenizirani zmesi 4,0 V.-% (AAG-1) in 8,0 V.-% (AAK-2),  hitrost ohlajanja 1, 2, 5 in 10 C/h,  tip zmesi zrn (okrogla ali drobljena zrna),  staranje (štiridnevno staranje v pečici pri temperaturi 110 C ali 135 C),  začetna temperatura preskusa T0 = 5 °C. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 21 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Rezultati so pokazali, da se natezna napetost povečuje, če raste hitrost ohlajanja. Podobno je ugotavljal tudi Büchler (2010) za bitumenizirano zmes AC 11 surf B70/100. Na sliki 2.1.3.1b so prikazani rezultati omenjene študije preskusov TSRST (v tem primeru je natezna napetost σz = σ cry) za štiri različne hitrost ohlajanja dT/dt = −10 °C/h (K/h), −5 °C/h, −2,5 °C/h in −1,25 °C/h. Vidimo, da najbolj odstopa krivulja TSRST pri hitrosti ohlajanja −1,25 °C/h, kjer se v spodnjem temperaturnem območju krivulja odmakne od preostalih za 3 °C. a b) Slika 2.1.3.1: TSRST: (a) Natezna napetost za različne hitrosti ohlajanja (Jung in Vinson, 1994), (b) Rezultati nateznih napetosti pri preskusu TSRST za AC 11 surf B70/100 pri različnih hitrostih ohlajanja dT/dt (Büchler, 2010) Figure 2.1.3.1: TSRST: (a) Tensile stress for various cooling rates (Jung and Vinson, 1994), (b) Results of tensile stress at TSRST test for mixture AC 11 surf B70/100 for various cooling rates dT/dt (Büchler, 2010) 22 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 2.1.4 Hitrost raztezka pri preskusu UTST Büchler (2010) je v svoji doktorski disertaciji raziskal vpliv hitrosti deformiranja ε na natezno trdnost (v tem primeru je natezna trdnost β t = σz) v odvisnosti od temperature T = 20 C, 5 C, −10 in −25 C (slika 2.1.4.1). Standard EN 12697-46 pravi, da je pri preskusu UTST zahtevana konstantna hitrost deformiranja preskušanca (L = 160 mm) dε = 1 mm/min ≈ 0,01666 mm/s ≈ (0,625 ± 0,025) %/min ≈ 0,10417 ‰/s. Pri T = 20 in 5 C so pri različnih hitrostih deformiranja razlike med diagrami napetost − deformacija. Z znižanjem temperature preskušanja pod −10 C so natezne trdnosti neodvisne od hitrosti deformiranja preskušanca. Pomembne razlike pa so v deformaciji, ki pripada natezni trdnosti materiala, saj je ta tem večja, čim nižja je hitrost deformiranja. Razlike so posledica lezenja materiala. Prispevek lezenja h končni deformaciji je tem večji, čim počasnejše je deformiranje preskušanca. Slika 2.1.4.1: UTST – povprečni potek nateznih napetosti glede na različne stopnje hitrosti raztezanja in temperature T = 20 C, 5 C, −10 C in −25 C za AC 11 surf B70/100 (Büchler, 2010) Figure 2.1.4.1: UTST – The average expiration of tensile stress in relation to different levels of strain speed and temperature T = 20 C, 5 C, −10 C and −25 C for AC 11 surf B70/100 (Büchler, 2010) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 23 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 2.1.5 Oblika preskušancev Jung in sod. (1994) v študiji SHRP-A-400 ugotavljajo, da ima dimenzija preskušanca (površina prečnega prereza) vpliv na natezno napetost ob porušitvi pri preskusu TSRST. S povečevanjem prečnega prereza preskušanca največja napetost ob porušitvi upada (slika 2.1.5.1). Študija tudi primerja dva preskušanca različnih velikosti (3,8 ∙ 3,8 ∙ 20,3 cm in 5 ∙ 5 ∙ 25 cm) pri štirih različnih bitumeniziranih zmeseh (AAG-1, AAG-2, AAK-1, AAK-2). Pokazalo se je, da dimenzije preskušan cev vplivajo na temperaturo ob porušitvi in zelo malo na natezno napetost ob porušitvi (slika 2.1.5.2). P = 4∙4 cm = 16 cm2 Slika 2.1.5.1: Vpliv površine prereza preskušanca na največjo natezno napetost po Janoo 1989 (Jung in sod., 1994) Figure 2.1.5.1: Effect of specimen size on peak tensile stress after Janoo 1989 (Jung et al., 1994) Slika 2.1.5.2: Vpliv dimenzije preskušanca na temperaturo ob porušitvi in na natezno napetost ob porušitvi (Jung in sod., 1994) Figure 2.1.5.2: Effect of specimen size on fracture temperature and fracture strength (Jung et al., 1994) V skladu s standardom SIST EN 12697-46 se lahko uporabijo pri preskusih TSRST in UTST prizmatični ali valjasti preskušanci v odvisnosti od maksimalnega zrna v zmesi zrn D [mm] 24 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (preglednica 2.1.5.1). Kot vidimo iz preglednice, je predpisana le najmanjša dolžina preskušanca, navzgor ni omejitev. Prav tako v trenutno veljavnem standardu ni predpisana toleranca odstopanja dolžine. Ugotavljamo, da bi bilo treba natančneje določiti dolžino presku šan ca, saj iz ugotovitev Junga in sodelavcev (1994) vidimo, da obstajajo nekatere razlike. V poglavju 5.1 doktorske disertacije obravnavamo to problematiko in predlagamo tolerančno odstopanje dolžine preskušan ca. Preglednica 2.1.5.1μ Dimenzije prizmatičnih in cilindričnih preskušancev (SIST EN 12697-46) Table 2.1.5.1: Dimensions of prismatic and cylindrical specimen (SIST EN 12697-46) Največje zrno v zmesi [mm] Oblika preskušanca Dimenzije D ≤ 11,2 11,2 < D < 22,4 D ≥ 22,4 Prizmatični preskušanec s Širina in višina [mm] 40 ± 2 50 ± 2 60 ± 2 kvadratnim prerezom Cilindrični preskušanec Premer [mm] 50 ± 2 50 ± 2 60 ± 2 Najmanjša dolžina Vsi preskušanci 160 160 160 preskušanca [mm] Marasteanu in sodelavci (2007) opisujejo, da je pri valjastih preskušancih opaziti nekoliko nižjo temperaturo ob porušitvi in večjo natezno napetost ob porušitvi kot pri prizmatičnih preskušancih (slika 2.1.5.3). Dimenzije prizmatičnega preskušanca soμ širina in višina 50 ± 5 mm, dolžina 250 ± 5 mm. Dimenzije cilindričnega preskušanca niso znane, vendar predvidevamo, da so v območju dimenzij prizmatičnega preskušanca. a) b) Slika 2.1.5.3: (a) Preskušanci TSRST z različnimi oblikami prereza, (b) Vpliv oblike preskušanca na rezultate TSRST (Marasteanu in sod., 2007) Figure 2.1.5.3: (a) TSRST specimens with different shapes, (b) Influence of specimen shape in TSRST results (Marasteanu et al., 2007) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 25 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 2.1.6 Natančnost preskusa in zahtevane mejne vrednosti V skladu s standardom SIST EN 12697-46 in na podlagi izkušenj v nemških laboratorijih so naslednje mejne vrednosti rezultatov:  rezultate natezne trdnosti pri preskusu UTST na treh preskušancih in pri enem operaterju se obravnava kot sumljive, če je razlika med njimi pri −25 °C 0,7 MPa, pri −10 °C je 0,7 MPa, pri 5 °C je 0,3 MPa in pri 20 °C je 0,1 MPa;  rezultate temperature ob porušitvi pri preskusu TSRST na treh preskušancih in pri enem operaterju se obravnava kot sumljive, če je razlika med njimi več kot 2 °C;  rezultate natezne napetosti ob porušitvi pri preskusu TSRST na treh preskušancih in pri enem operaterju se obravnava kot sumljive, če je razlika med njimi več kot 0,5 MPa. V standardu je zapisano, da je natančnost preskusa odvisna od vsebnosti votlin v preskušancu bitumenizirane zmesi. V sosednji Avstriji že imajo v nacionalnih tehničnih predpisih RVS 08.16.06μ2012 opredeljene mejne vrednosti za preskuse bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah. V preglednici 2.1.6.1 je prikazana zahtevana mejna temperatura pri porušitvi (Tc) pri preskusu TSRST v odvisnosti od zahtevane odpornosti proti nastanku razpok (R). Preglednica 2.1.6.1: Temeljne zahteve za obrabne bitumenizirane plasti (RVS 08.16.06:2012) Table 2.1.6.1: Fundamental requirements for HMA surface layers (RVS 08.16.06:2012) Zahteva/odpornost R1 R2 R3 R4 R5 Trajnostne deformacije (ciklični triaksialni tlačni preskus po EN fcmax0,2 fcmax0,4 12697-25) Nizkotemperaturne razpoke Tc-30 Tc-25 Tc-30 Tc-25 Tc-20 (EN 12697-46) 2.2 Obnašanje bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah 2.2.1 Napetosti in deformacije Tako kot večina drugih gradbenih materialov se tudi bitumenizirane zmesi, vgrajene v krovne plasti voziščnih konstrukcij, z nižanjem temperature krčijo (Arand, 1983, 1987, 2002). Film 26 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. bitumenskega veziva na kamnitih zrnih se tanjša, ustrezno pa je manjša natezna trdnost bitumenizirane zmesi (Žmavc, 2010). Pri ohlajevanju bitumenizirane zmesi nastajajo inducirane termične (natezne in tlačne) napetosti (Read in sod., 2003). V domači literaturi Žmavc (2010) navaja, da se lahko natezne napetosti, ki pri ohlajevanju do določene temperature nastanejo v bitumenizirani zmesi, vgrajeni v bitumenizirano plast, z notranjimi premiki v strukturi bitumenizirane zmesi zmanjšajo, ne da bi zato nastale na zunaj vidne spremembe oblike. Čim bolj se temperatura bitumenizirane zmesi niža, tem bolj se sposobnost relaksacije zmanjšujeμ viskoznost bitumenskega veziva narašča, s tem pa elastičnost in togost vgrajene bitumenizirane zmesi; premiki kamnitih zrn v skeletu so vse bolj ovirani (Žmavc, 2010). Arand (1983) ter Read in sodelavci (2003) omenjajo, da je to relaksacija, ki je posledica od temperature odvisnega visko-elastičnega stanja bitumenizirane zmesi. Na sliki 2.2.1.1 Arand (1983) prikazuje za bitumenski beton AC 11 relaksacijo (padec napetosti) v odvisnosti od časa in temperature. Pri temperaturi 20 °C inducirane napetosti padejo na vrednost nič v zelo kratkem času, relaksacija je popolna. Če si ogledamo krivuljo pri temperaturi −25 °C, vidimo, da še po 10 minutah trajanja relaksacije v bitumenizirani zmesi napetost ostaja večja kot 1,5 MPa. Bitumenizirana zmes se obnaša kot elastično telo. To zakasnelo, časovno odvisno zmanjšanje napetosti je tehnična prednost bitumeniziranih zmesi, ki omogoča gradnjo vozišč brez reg. Inducirana napetost (relaksacija je zelo majhna) Popolna relaksacija! Slika 2.2.1.1: Padec napetosti (relaksacija) bitumenizirane zmesi AC 11 surf v odvisnosti od časa in temperature (Arand, 1983) Figure 2.2.1.1: Stress drop (relaxation) of asphalt AC 11 surf as a function of time and temperature (Arand, 1983) Read in sodelavci (2003) navajajo, da je pri nastanku razpok pri nizkih temperaturah pomembna predvsem reologija bitumenizirane zmesi. Bitumenizirana plast je izpostavljena natezni napetosti, ki poteka po celotni debelini in je odvisna od temperaturnih sprememb in Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 27 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. lastnosti relaksacije (reoloških parametrov), modula elastičnosti − togosti in količnika raztezanja bitumenizirane zmesi. Tako omenjene natezne napetosti lahko povzročijo razpoke, ki se širijo po prerezu od zgoraj navzdol (slika 2.2.1.2). Slika 2.2.1.2μ Mehanizem termičnih razpok (Read in sod., 2003) Figure 2.2.1.2: Thermal cracking mechanism (Read et al., 2003) Žmavc (2010) navaja, da razpoke pri nizkih temperaturah nastanejo v prečni smeri vgrajene bitumenizirane zmesi zaradi nastale znatno večje termično inducirane natezne napetosti v vzdolžni smeri, kot v (sorazmerno kratki) prečni smeri vozišča, saj je v vzdolžni smeri vgrajena bitumenizirana zmes praktično popolnoma vpeta. Ker je velikost nateznih napetosti pretežno odvisna od viskoznosti uporabljenega tipa bitumenskega veziva, narašča nevarnost predčasnega nastanka razpok (poškodbe zaradi utrujanja) premo sorazmerno z naraščajočo trdoto bitumenskega veziva (Read in sod., 2003). Na sliki 2.2.1.3 je prikazan tipični graf funkcije napetost − raztezek za bitumenizirano zmes drobir z bitumenskim mastiksom (SMA). Pri nizki temperaturi okoli −25 °C in −10 °C napetost narašča praktično linearno vse do porušitve (krhki lom). Lahko govorimo o elastičnem obnašanju materiala. Prav tako iz slike vidimo, da se je pri temperaturi −25 °C preskušanec porušil prej kot pri temperaturi −10 °C. Pri temperaturi 5 °C vidimo, da krivulja poteka nelinearno, le na začetku je linearna. V tem primeru govorimo o visko-elastičnem obnašanju materiala, ki ima sposobnost lezenja. Pri višjih temperaturah (20 °C) napetost narašča počasi in bitumenizirana zmes izkazuje viskozno obnašanje. Preskušanec bitumenizirane zmesi se ne poruši spontano in lahko doseže visoko deformacijo (Karcher in Mollenhauer, 2009). 28 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. linearno obnašanje SMA (krhki lom) visko-elastično obnašanje viskozno obnašanje Slika 2.2.1.3: Primer odvisnosti napetost − raztezek pri nateznem preskusu pri štirih temperaturah (Karcher in Mollenhauer, 2009) Figure 2.2.1.3: Example for stress − strain diagram of tension tests at four test temperatures (Karcher and Mollenhauer, 2009) Pri preskusu enoosne natezne napetosti (UTST) nastalo napetost σ 0 zaradi delovanja sile F na kvadratno površino prereza A0 prizmatičnega preskušanca lahko izračunamo po naslednji enačbi: F    F   A . 0 0 0 (2.2.1.1) A0 Krhki prelomi bitumeniziranih plasti, nastali pri zelo nizkih temperaturah, se razlikujejo od prelomov pri višjih temperaturah v tem, da prelomna površina ne ostane omejena na bitumensko malto, ampak lahko poteka tudi skozi posamezna kamnita zrna. Zaradi delovanja nizke temperature se v bitumeniziranem preskušancu pojavijo oslabitve (razpoke) s površino AR. Osnovna površina A0 se tako zmanjša na površino AS (slika 2.2.1.4). Tako za prenos enake sile ostane zmanjšan prerez, zato je dejanska napetost (označimo s σ S) večja od teoretične σ 0. Enačba za izvrednotenje napetosti zaradi zmanjšanega prereza sodelujoče površine je naslednja (Mollenhauer, 2008): F    ; A  A . 0 S S 0 (2.2.1.2) AS Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 29 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 2.2.1.4: Osnovni prerez A0, poškodovana površina zaradi razpok AR in zmanjšan prerez zaradi oslabitev AS na preskušancu kvadratnega prereza (Mollenhauer, 2008) Figure 2.2.1.4: Original A0 and damaged by cracking the surface AR cross-sectional area AS a prismatic specimen (Mollenhauer, 2008) Mollenhauer (2008) ugotavlja, da pri nižjih temperaturah poteka razpoka tudi skozi kamnito zrno (slika 2.2.1.5a), pri višjih temperaturah pa predvsem skozi bitumensko malto (slika 2.1.1.5b). Na sliki 2.2.1.6 so prikazane mogoče porušitve (potek razpoke)μ (1) skozi kamnito zrno, (2) na stiku med kamnitim zrnom in bitumensko malto – adhezijska porušitev in (3) v sami bitumenski malti – kohezijska porušitev. a) b) Slika 2.2.1.5: Porušitvena površina dveh preskušancev (0/22) pri preskusu UTST: (a) T = −15 °C, (b) T = 10 °C (Mollenhauer, 2008) Figure 2.2.1.5: Fracture surfaces of two specimens (0/22) at UTST: (a) T = −15 °C, (b) T = 10 °C (Mollenhauer, 2008) 30 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Razpoka Slika 2.2.1.6: Shematični prikaz porušitve: (1) skozi kamnito zrno, (2) na stiku med kamnitim zrnom in bitumensko malto – adhezijska porušitev in (3) v sami bitumenski malti – kohezijska porušitev Figure 2.2.1.6: Schematic show of failure: (1) through a stone grain, (2) the contact between the grain and bitumen mortar – adhesive failure, and (3) in a bituminous mortar – cohesion failure 2.2.2 Vrste bitumeniziranih zmesi Iz doktorske disertacije Mollenhauerja (2008) so na sliki 2.2.2.1 prikazane krivulje rezerve natezne trdnosti za različne bitumenizirane zmesi z uporabljenim podobno trdim bitumnom in različnimi deleži bitumna in votlin v sestavi. Največjo rezervo natezne trdnosti ima AB 0/11 S (AC 11 surf) s cestogradbenim bitumnom B 50/70 in 6 m.-% deležem bitumna v sestavi, predvsem zaradi svoje enakomerne in goste sestave. Najnižjo rezervo natezne trdnosti ima drenažna (porozna) bitumenizirana zmes OPA 0/8 PmB 40/100-65 (PA 8 s polimernim bitumnom penetracije 40/100 (izražena v 0,1 mm) in temperaturo zmehčišča 65 °C) s 6,2 m.-% deležem bitumna, predvsem zaradi svoje neenakomerne sestave (velika vsebnost votlin). Z drugimi zmesmi ima primerljivo temperaturo pri največji rezervi natezne trdnosti, predvsem zaradi lastnosti uporabljenega polimernega bitumna, in možnost porazdelitve napetosti med posameznimi zrni, tudi če nanjo deluje obremenitev. Iz te slike vidimo, da vrsta bitumenizirane zmesi (v odvisnosti od vsebnosti votlin) bistveno vpliva na velikost rezerve natezne trdnosti in zelo malo na temperaturo pri največji rezervi, predvsem zaradi podobnih lastnosti bitumna. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 31 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 2.2.2.1: Primerjava rezerve natezne trdnosti za različne bitumenizirane zmesi (Mollenhauer, 2008) Figure 2.2.2.1: Comparison of the tensile strength reserve for different asphalts mixtures (Mollenhauer, 2008) 2.2.3 Lastnosti bitumna Trdota bitumna bistveno vpliva na potek obnašanja bitumeniziranih zmesi pri preskusu TSRST. Na sliki 2.1.3.1 vidimo, da se bitumenizirana zmes z mehkejšim bitumnom (160/220) poruši pri nižji temperaturi zaradi večje relaksacije. Slika 2.2.3.1: Primerjava rezultatov preskusa TSRST (Kumar Das, 2012) Figure 2.2.3.1: Comparison of TSRST test results (Kumar Das, 2012) Na sliki 2.2.3.2 je prikazano, kako lahko s termičnim utrujanjem (zmrzovanje in tajanje) nastanejo mikrorazpoke na površini tankega filma bitumna. Cikel zmrzovanja poteka pri temperaturi −20 °C (traja 24 ur) in tajanje pri +25 °C (traja 24 ur). Omenjeni cikel se ponovi 15-krat. Po vsakem ciklu se preskušanec še dodatno natezno obremenjuje. Vpogled v mikrostrukturo je mogoč z mikroskopom AFM (ang. atomic force microscope). 32 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Razpoka Slika 2.2.3.2: Videz mikrorazpok na podlagi AFM-skeniranja po termičnem utrujanju (Kumar Das, 2012) Figure 2.2.3.2: Evidence of micro-crack through AFM scanning after thermal fatigue loading (Kumar Das, 2012) V sklopu evropskega projekta BitVal so se izvedle različne raziskave bitumna v zvezi z obnašanjem bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah. Po podatkih Des Croixa (2004) je korelacija med temperaturo ob porušitvi pri preskusu TSRST Tf in mejno temperaturo pri preskusu upogibne togosti bitumnov pri nizkih temperaturah BBR (ang. bending beam rheometer), po SIST EN 14771, zelo dobra, pri čemer je korelacijski količnik na osnovi petih točk R2 = 0,99 (slika 2.2.3.3a). Mejna temperatura po BBR je temperatura, ko doseže togost S = 300 MPa in vrednost m (m-vrednost) = 0,3 (za lažje razumevanje glej poglavje 3.1.1). Hkrati je na sliki 2.2.3.3a prikazana primerjava med temperaturo ob porušitvi pri TSRST Tf in temperaturo pretrgališča po Fraassu (preskus se izvaja v skladu s standardom SIST EN 12593), v povezavi z značilnostmi bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah. V tem primeru je korelacijski količnik R2 za točko pretrgališča po Fraassu znašal le 0,50. Guericke in Höppel (2001) podajata korelacijo med temperaturo pretrgališča po Fraassu in temperaturo ob porušitvi pri TSRST, kot je prikazano na sliki 2.2.3.3b. Korelacija med temperaturo pretrgališča po Fraassu in značilnostmi bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah se je izkazala kot slaba (R2 = 0,42), zato ni priporočljivo uporabljati temperature pretrgališča po Fraassu za napovedovanje značilnosti bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 33 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. a) b) Slika 2.2.3.3: (a) Korelacija med bitumnom in parametri zmesi pri nizki temperaturi (Des Croix, 2004), (b) Korelacija med točko pretrgališča po Fraassu in temperaturo ob porušitvi pri TSRST (Guericke in Höppel, 2001) Figure 2.2.3.3: (a) Relationship between binder and mixture low temperature parameters (Des Croix, 2004), (b) Relationship between Fraass breaking point and TSRST failure temperature (Guericke and Höppel, 2001) Na sliki 2.2.3.4 (Lacomte in sod., 2000) je prikazana korelacija med togostjo S in vrednostjo m pri preskusu BBR v povezavi s temperaturo ob porušitvi pri preskusu TSRST. Korelacija ni najboljša, saj je v obeh primerih okoli R2 = 0,50. Togost S in vrednost m pri preskusu BBR ne odražata tako dobre napovedi obnašanja pri nizkih temperaturah kot pri mejni temperaturi bitumna po BBR (glej tudi predhodno sliko 2.2.3.3a). 34 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. a) b) Slika 2.2.3.4: (a) Togost S pri BBR in (b) m-vrednost v povezavi s temperaturo ob porušitvi pri preskusu TSRST (Lacomte in sod., 2000) Figure 2.2.3.4: (a) BBR stiffness S and (b) m-value against TSRST failure temperature (Lacomte et al., 2000) 2.2.4 Mehanske lastnosti bitumeniziranih zmesi Arand (1987, 2002) v svojih publikacijah navaja, da je najpomembnejša funkcija za vrednotenje zgoščene bitumenizirane zmesi temperatura ob porušitvi Tf pri preskusu TSRST. Na to pa najbolj vpliva sama struktura zmesi. Slika 2.2.4.1 prikazuje vpliv deležev polnila (zrna premera pod 0,125 mm), bitumna in drobljenega peska (zrna premera pod 2 mm) na temperaturo ob porušitvi za bitumenizirano zmes AC 0/11 (AC 11 surf). Omenjeni parametri imajo relativno majhen vpliv v primerjavi z viskoznostjo bitumna, ocenjeno prek zmehčišča po standardnem preskusu prstan in kroglica v C (Eulitz, 1987, in Arand, 2002). Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 35 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 2.2.4.1: Temperatura ob porušitvi za AC 0/11 v odvisnosti od deleža polnila in bitumna, drobljenih zrn peska in točke zmehčišča bitumna PK (r = 0,9014). Primer: bitumen = 6,0 m.-%, polnilo = 9,8 m.-%, drobljeni pesek = 75 %, točka zmehčišča = 54 C; rezultat: Tf = −23 C (Arand, 2002). Figure 2.2.4.1: Fracture temperature of an asphalt concrete 0/11 depending on filler content, binder content, content of crushed stone and softening point ring and ball (r = 0.9014). Example: bitumen = 6.0 m.-%, filler = 9.8 m.-%, crushed stone = 75 %, softening point = 54 C, Result: Tf = −23 C (Arand, 2002). Read in sodelavci (2003) pravijo, da lahko bistveno zmanjšamo tveganje za nastanek razpok pri nizkih temperaturah, če dobro poznamo lastnosti bitumna (predvsem viskoznost). Tveganje za nastanek razpok raste, če uporabljamo trši bitumen. Spremembe v sestavi in vrsti zmesi kamnitih zrn imajo zelo majhen vpliv na nastanek razpok. Povečevanje deleža bitumna v sestavi bitumenizirane zmesi rahlo zmanjšuje možnost nastanka termičnih razpok. Leutner in sodelavci (2000) so analizirali vpliv zgoščenosti preskušancev bitumeniziranih zmesi AC 11 surf, AC 16 surf, SMA 11 in PA 11 pri nizkih temperaturah. Analiza je pokazala, da je naraščanje natezne trdnosti in rezerve natezne trdnosti proporcionalno naraščanju zgoščenosti materiala. Po drugi strani pa stopnja zgoščenosti ne vpliva na temperaturo pri največji rezervi natezne trdnosti materiala. Spiegl (2008) je analiziral bitumenizirane zmesi AC 11 surf, SMA 11 S1 (največja prometna obremenitev), SMA 11 S3 (srednja prometna obremenitev) in PA 11, pri čemer je uporabil dve vrsti bitumna: polimerni PmB 45/80-65 in cestogradbeni B 70/100 (slika 2.2.4.2). 36 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. a) b) c) Slika 2.2.4.2: (a) Vpliv vsebnosti votlin na temperaturo ob porušitvi bitumenizirane zmesi v odvisnosti od vrste bitumna, (b) Vpliv deleža bitumna na temperaturo ob porušitvi bitumenizirane zmesi v odvisnosti od vrste bitumna, (c) Vpliv deleža bitumen – polnilo na temperaturo ob porušitvi in napetosti ob porušitvi bitumenizirane zmesi v odvisnosti od vrste bitumna (Spiegl, 2008) Figure 2.2.4.2: (a) The effect of voids content at failure temperature of asphalt mix depending on the bitumen type, (b) the impact of the share of bitumen at the failure temperature of the asphalt mixture as a function of the bitumen type, (c) the impact of the share of bitumen-filler on the temperature at fracture and stress at failure of asphalt mixtures as a function of the bitumen type (Spiegl, 2008) Natezne napetosti so bile največje pri AC 11 surf in najmanjše pri PA 11. Podobno je ugotovil Mollenhauer (2008). Nekoliko višje vrednosti kriogenskih napetosti imajo zmesi s polimernim bitumnom. Za temperaturo ob porušitvi velja, da izkazuje najnižje vrednosti AC 11 surf in najvišje PA 11 (slika 2.2.4.2). Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 37 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Spiegl (2008) je analiziral vpliv vsebnosti votlin in bitumna in ugotovil, da večja ko je vsebnost votlin, višja je temperatura in nižja napetost ob porušitvi (slika 2.2.4.2a). Polimerno vezivo PmB v bitumenizirani zmesi je omogočilo nižjo temperaturo in večjo napetosti ob porušitvi. Povečevanje deleža bitumna bistveno ne vpliva na temperaturo in napetost ob porušitvi. Razlika je v vrsti uporabljenega bitumna, pri čemer kaže boljšo odpornost proti nizkim temperaturam polimerni bitumen PmB. Razmerje bitumen : polnilo = 2 : 1 izkazuje najnižjo temperaturo in največjo natezno napetost ob porušitvi in obratno pri razmerju 1 : 1, pri čemer bitumenizirana zmes s polimeri modificiranega bitumna kaže boljšo odpornost pri nizkih temperaturah (slika 2.2.4.2c). Na bitumenizirani zmesi SMA je Spiegl (2008) ugotovil, da je največja rezerva natezne trdnosti in najnižja temperatura pri najvišji rezervi pri uporabi s polimeri modificiranega bitumna. Jung in sodelavci (1994) pravijo, da na napetost ob porušitvi bolj vpliva vsebnost votlin kot vrsta zmesi kamnitih zrn. Zmesi zrn z grobo teksturo površine in kubično obliko so odpornejše proti nastanku razpok pri nizkih temperaturah. Najpomembnejše pa so lastnosti bitumna. Rezultati preskusa penetracije bitumna pri 25 °C v kombinaciji z viskoznostjo pri 60 °C omogočajo napoved temperature ob porušitvi Tf bitumenizirane zmesi po TSRST. Na sliki 2.2.4.3 je prikazano razmerje med temperaturo ob porušitvi in penetracijo pri 25 °C. Od tod vidimo, da večja penetracija (mehkejši bitumen) pomeni nižjo temperaturo ob porušitvi, vendar razmerje ni linearno. V tej raziskavi so bili uporabljeni preskušanci dveh različnih velikosti, in sicer: 3,8 cm ∙ 3,8 cm ∙ 20,3 cm (20.3/3.8) in 5,0 cm ∙ 5,0 cm ∙ 25,0 cm (25.0/5.0) z zmesjo kamnitih zrn drobljenega granita (RB) in roženca (RL). Slika 2.2.4.3: Temperatura ob porušitvi v primerjavi s penetracijo pri 25 °C (Jung in sod., 1994) Figure 2.2.4.3: Fracture temperature versus penetration at 25 °C (Jung et al., 1994) 38 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 2.2.5 Staranje Büchler in sodelavci (2007), ki so preskušali zmesi drobirja z bitumenskim mastiksom (SMA), so ugotovili, da natezna trdnost bitumenizirane zmesi med staranjem narašča pri visokih in pada pri nizkih temperaturah. Opazovali so tudi obnašanje viskoznosti bitumna in ugotovili, da je pri manjši viskoznosti nižja tudi temperatura pri največji rezervi natezne trdnosti materiala. V raziskavi so uporabili sedem različnih tipov bitumna z različnimi modifikacijami, pri čemer se nista spreminjala sestava zmesi zrn in delež bitumna, da bi ugotovili pomen staranja bitumenizirane zmesi pri nizkih temperaturah. Bitumenizirane plošče so predhodno starali tako, da so jih položili na mrežo in jih izpostavili temperaturi 80 °C in zraku (oksidacijsko staranje) za štiri dni (po nestandardni metodi BAS). Na sliki 2.2.5.1 so prikazane natezne trdnosti, natezne napetosti in rezerve natezne trdnosti za bitumenizirane zmesi z različnimi tipi bitumna. Če podrobneje pogledamo cestogradbeni bitumen 50/70, vidimo, da je zaradi staranja največja rezerva natezne trdnosti manjša za okoli 0,5 MPa in temperatura pri največji rezervi višja za okoli 5 °C. Natezna napetost ob porušitvi je pri starani bitumenizirani zmesi nekoliko manjša (okoli 0,3 MPa) in temperatura ob porušitvi višja za okoli 3 °C. Staranje cestogradbenega bitumna 50/70 močno vpliva na odpornost bitumenizirane zmesi pri nizkih temperaturah. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 39 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 2.2.5.1: Vpliv s polimeri modificiranih veziv in staranja na značilnosti SMA pri nizkih temperaturah (Büchler in sod., 2007) Figure 2.2.5.1: Impact of polymer modified binders and aging on the low temperature properties of stone mastic asphalts (Büchler et al., 2007) 2.2.6 Vpliv temperaturnega raztezanja Boutin in sodelavci (2000) opisujejo, da temperatura z globino plasti linearno narašča, vendar je stopnja prodiranja temperature odvisna tudi od debeline bitumenizirane plasti: debelejša ko je bitumenizirana plast, počasneje se ohlaja. Wistuba (2012) je v svoji predstavitvi prikazal nov matematični model urnega prehoda temperature skozi voziščno konstrukcijo (po Fourierevem zakonu prevajanja toplote) glede na podatke iz večletnega opazovanja, kjer temperatura z globino nelinearno pada (slika 2.2.6.1, levo). Prav tako se s temperaturo in 40 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. časom spreminja modul elastičnosti E v vozišču glede na vrsto bitumenizirane plasti (slika 2.2.6.1, desno). Toplotni tok skozi bitumenizirano plast se izračuna po naslednji enačbiμ , (2.2.6.1) kjer je: q … toplotni tok [Wm−2], k … toplotna prevodnost [Wm−1 °C−1], grad T … gradient temperature [°Cm−1]. Slika 2.2.6.1: Časovno spreminjanje temperature in porazdelitev togosti v vozišču (Wistuba, 2012) Figure 2.2.6.1: Variation of temperature − time and stiffness distribution in the pavement (Wistuba, 2012) Količnik (koeficient) termičnega raztezanja bitumna je večji kot pri zmesi kamnitih zrn v bitumenizirani zmesi. Izračunamo ga lahko po naslednji enačbi (Read in sod., 2003): (2.2.6.2) kjer je: α T … količnik temperaturnega raztezanja bitumenizirane zmesi [⁰C-1], α B … količnik temperaturnega raztezanja bitumna [⁰C-1], α Z … količnik temperaturnega raztezanja zmesi kamnitih zrn [⁰C-1], VB … vsebnost bitumna v bitumenizirani zmesi [V.-%], VZ … prostornina zmesi kamnitih zrn v bitumenizirani zmesi [V.-%]. Količnik temperaturnega raztezanja bitumna α B je približno 6 ∙ 10−4 ⁰C−1. Običajno se giblje linearni količnik temperaturnega raztezanja bitumenizirane zmesi α T med 2 in 3 ∙ 10-5 ⁰C−1 (Read in sod., 2003). Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 41 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Če ima telo eno dimenzijo veliko večjo od drugih dveh, lahko povečanje dolžine teh dveh zanemarimo in govorimo o dolžinskem raztezanju. Sprememba dolžine telesa Δx pri dolžinskem temperaturnem raztezanju znaša: (2.2.6.3) pri tem je α T količnik temperaturnega dolžinskega raztezka, x začetna dolžina telesa in ΔT sprememba temperature. Slika 2.2.6.2 prikazuje rezultat testa deformiranja materiala AC 11 (AC 11 surf) s temperaturo. Količniki α T za tri različne preskušance iste sestave bitumenizirane zmesi so več ali manj konstantni skozi celoten preskus. Povprečna vrednost količnika linearnega temperaturnega raztezka v tem primeru je α T = 2,2 · 10−5 [°C−1] (Spiegl in sod., 2005). Slika 2.2.6.2: Rezultati testiranja AB 11 (AC 11 surf)μ test krčenja za izpeljavo α T (Spiegl in sod., 2005) Figure 2.2.6.2: Results from testing of AB 11(AC 11 surf): shrinkage test to derive α T (Spiegl et al., 2005) Ameriški raziskovalni program Strategic Highway Research Program (SHRP) vključuje modele razvrščanja bitumenskih veziv na podlagi raziskav stopnje učinka (ang. performance grade – PG) v povezavi s podnebnimi razmerami, ki veljajo za določeno območje v ZDA. Mohseni (1998) navaja, da je v sklopu SHRP in kanadskega C-SHRP pripravljen model določanja temperature vozišča. Omenjena modela slonita na dolgoletnih podnebnih raziskavah v ZDA in Kanadi na področju ugotavljanja temperature vozišča v odvisnosti od temperature zraka. Po modelu SHRP se najnižje temperature vozišča izračunajo po naslednji enačbiμ (2.2.6.4) kjer je: T(d) … temperatura vozišča v globini d [C], 42 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. T(air) … temperatura zraka [C], d … globina [mm]. V programu SHRP je pripravljen tudi model najnižje temperature (LTPP), ki temelji na rezultatih statistične analize podatkov za najnižje sezonske temperature bitumeniziranega vozišča − SAPT (ang. seasonal asphalt concrete pavement temperature). Temperatura vozišča T(pav) po modelu LTPP se izračuna po naslednji enačbi in velja samo za določeno območje (Mohseni, 1998): (2.2.6.5) kjer je: T(pav) … najnižja temperatura bitumeniziranega vozišča v globini H [C], T(air) … temperatura zraka [C], Lat … zemljepisna širina [], H … globina pod površjem [mm]. 2.3 Statistično vrednotenje 2.3.1 Splošno Statistika je znanost in veda, ki preučuje pojave, ki se kažejo v velikem številu v določenem času in prostoru (Košmelj, 2007a). V asfalterstvu je statistika orodje za ugotavljanje odstopanj kakovosti tako pri terenskih kot tudi pri laboratorijskih preskusih bitumeniziranih zmesi. V asfaltnem laboratoriju se testira kakovost samo manjše količine proizvedene bitumenizirane zmesi. V Ameriki uporabljajo za ugotavljanje kakovosti bitumeniziranih zmesi statistične metode – odstotek znotraj omejitev (ang. percent within limits – PWL). Lastniki cestnih podjetij si želijo kakovostne, homogene in zanesljive materiale. Statistično gledano, lastniki želijo:  da se statistični vzorec ujema s pričakovanji,  da ima najnižjo variabilnost in  da ima najvišjo stopnjo zaupanja. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 43 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. V Sloveniji je v tehničnih smernicah za ceste TSC 06.300/06.41μ2009 opredeljeno, da mora izvajalec istočasno predložiti nadzorniku vse podatke in poročilo notranje kontrole o skladnosti izvedenih del z zahtevami v teh tehničnih pogojih. Vse ugotovljene pomanjkljivosti po teh zahtevah mora izvajalec popraviti, preden nadaljuje delo, drugače se mu obračunajo odbitki za neustrezno kakovost opravljenih del. Odbitek je treba določiti bodisi glede na neustrezno povprečno vrednost za opravljeno delo ali glede na neustrezne posamične ugotovljene vrednosti. Merodajna je večja vrednost odbitka. Naročnik lahko zaradi:  premajhnega deleža bitumenskega veziva v bitumenizirani zmesi, določenega za sestavo bitumenizirane zmesi,  neustrezne vsebnosti votlin v vgrajeni bitumenizirani zmesi,  premajhne debeline vgrajene bitumenizirane plasti,  preslabe zlepljenosti vgrajenih bitumeniziranih plasti in  neustrezne ravnosti planuma zgrajene bitumenizirane plasti uveljavlja finančne odbitke FO. Skrajne mejne vrednosti, tj. še dopustna odstopanja p od mejnih vrednosti, so navedene v preglednici 2.3.1.1. Kar je nad največjo absolutno vrednostjo p, ni ustrezno. Preglednica 2.3.1.1: Odstopanja od mejne vrednosti lastnosti bitumeniziranih zmesi, vgrajenih v asfaltne krovne plasti (TSC 06.300/06.410:2009) Table 2.3.1.1: Limit values of the properties of bituminous mixtures built in the asphalt wearing course (TSC 06.300/06.410:2009) Značilne lastnosti bitumenizirane zmesi Odstopanje p od meje vrednosti Delež bitumenskega veziva (mb) Do −0,3 m.-% Lahko odstopa do največ 2 V.-% od zahtevane Vsebnost votlin v vgrajeni bitumenizirani zmesi (VV) zgornje ali spodnje vrednosti. Nosilne plasti: od −3 % do −15 % Debelina vgrajene bitumenizirane plasti Obrabne plasti: od −3 % do −25 % Zlepljenost vgrajene bitumenizirane plasti do −25 % Ravnost planuma vgrajene bitumenizirane plasti: +4 mm1)/+6 mm2) 4 m dolga letev ali +0,6 IRI Legenda: 1) nad mejno vednostjo za obrabne plasti 2) nad mejno vrednostjo za nosilne plasti V skladu s TSC 06.300/06.41:2009 se finančne odbitke FO izvrednoti po naslednji enačbi: 44 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (2.3.1.1) kjer je: FO … finančni odbitek [€], p … odstopanje od mejne vrednosti, C … cena za enoto količine opravljenega dela [€/m2], PD … obseg pomanjkljivo opravljenega dela, f … utežnostni količnik. Celotna populacija so vsi statistični vzorci. Del populacije pa se imenuje statistični vzorec. Ker se izbira v populaciji neusmerjeno, je največkrat izbran naključni vzorec. Za celotno populacijo in posamezne vzorce se uporabljajo različne oznake parametrov (preglednica 2.3.1.2). Preglednica 2.3.1.2: Parametri za celotno populacijo in ustrezni statistični parametri za posamezne statistične vzorce Table 2.3.1.2: Parameters for the entire population and statistical adequate parameters for statistical samples Statistični Parameter Populacija vzorec Velikost N n Aritmetična sredina (srednja vrednost) M x Varianca (disperzija) 2 s2 Standardni odklon  s Če imamo podatke iz vzorca, in ne iz celotne populacije, izračunamo varianco vzorca po enačbi ∑ ̅ (2.3.1.2) Vrednost vsakega parametra pomeni točkovno oceno parametra. Pri taki vrednosti niso poznane napake pri izračunu. Za ocenitev napake se uporablja intervalna ocena parametra. Intervalna ocena se imenuje interval zaupanja in ima podano zgornjo in spodnjo mejo zaupanja. Poznamo tudi enostranski interval zaupanja. Intervalna ocena je določena iz točkovne ocene, standardne napake in izbrane vrednosti stopnje zaupanja. Verjetnost 1 – α Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 45 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. imenujemo zaupanje. Najpogosteje se uporabljajo 90-, 95- in 99-odstotna stopnja zaupanja (Tušar in sod., 2000). 2.3.2 Intervali zaupanja V asfalterski industriji so praviloma privzete ameriške zahteve, da je izbrana 95-odstotna stopnja zaupanja (1 – α). Na podlagi tega določimo interval zaupanja za izbrani parameter. Če se predpostavi, da so rezultati preskusov normalno (ali Studentovo) razporejeni, se izračuna območje 95-odstotnega deleža rezultatov. V tem poglavju povzemamo iz literature Tušar in sod. (2000), Košmelj (2007a) in Turk (2012). 2.3.2.1 Normalna porazdelitev Najpogosteje uporabljana in morda najpomembnejša izmed vseh verjetnosti v statistiki je normalna porazdelitev. O njej je prvi razpravljal francoski matematik de Moivre leta 1733, teorijo pa je dalje razvil Laplace leta 1812. Danes se po dveh znanstvenikih imenuje de Moivre-Laplaceov izrek. Laplace je teorijo normalne porazdelitve uporabljal za preučevanje napak pri poskusih. Za nadaljnji razvoj je bila pomembna metoda najmanjših kvadratov, ki jo je uvedel Legendre leta 1805. Gauss si je nauk o normalni porazdelitvi lastil že od leta 1794 in ga utemeljil leta 1809 z razpravo o normalni porazdelitvi napak. Normalno porazdelitev dobimo, če seštejemo neskončno mnogo enako porazdeljenih neodvisnih slučajnih spremenljivk. V grafični predstavitvi je gostota verjetnosti f(x) normalne porazdelitve v obliki zvona. Normalna porazdelitev ima dva parametra, in σ. V naravi imajo spremenljivke populacije najpogosteje normalno porazdelitev. Gostota verjetnosti f(x) za normalno porazdeljeno slučajno spremenljivko X je določena z enačboμ [ ] (2.3.2.1.1) √ Pri vrednostih = 0 in  = 1 se normalna porazdelitev slučajne spremenljivke X: N(0,1) imenuje standardizirana normalna porazdelitev, ki je podana z enačboμ (2.3.2.1.2) √ 46 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Na sliki 2.3.2.1.2 so prikazane funkcije gostote verjetnosti za različne normalne porazdelitve. Slika 2.3.2.1.2: Funkcija gostote verjetnosti za normalno porazdelitev (Sl. Wikipedija, 2012) Figure 2.3.2.1.2: Probability density function for a normal distribution (Sl. Wikipedia, 2012) 2.3.2.2 Studentova porazdelitev t Studentova porazdelitev t (ali Študentova porazdelitev t) je zvezna verjetnostna porazdelitev. Utemeljil jo je William Sealy Gosset (1876–1937) leta 1908 in jo objavil pod psevdonimom Student (Študent). Pozneje je ameriški statistik in ekonomski teoretik Harold Hotelling (1895–1973) razvil porazdelitev t. Oblika in lastnosti Studentove porazdelitve t so zelo podobne standardizirani normalni porazdelitvi. Pri porazdelitvi t je s črko n označeno število enot v vzorcu. Vrednost (n − 1) pomeni število prostostnih stopenj. Za statistiko t velja enačba ̅ (2.3.2.2.1) √ ki je ob predpostavki, da je slučajna spremenljivka X porazdeljena normalno, porazdeljena po Studentovi porazdelitvi t z n – 1 prostostnimi stopnjami. S porazdelitvijo t lahko naredimo enovzorčni ali dvovzorčni test. V doktorski disertaciji se osredotočamo na dvovzorčnega, kjer s porazdelitvijo t preskušamo enakost sredin populacije, ki temeljijo na vsakem vzorcu. Za testiranje dvovzorčne porazdelitve t pri dveh različno velikih vzorcih, pri čemer se spremenljivka X pri obeh vzorcih normalno porazdeljuje z enakima variancama: N ( x1, σ) in N ( x2, σ), velja enačba ̅̅ ̅ √ (2.3.2.2.2) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 47 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. kjer je 2 * s ocena populacije variance, porazdeljena po porazdelitvi t s prostostnih stopenj x = n1 + n2 – 2, in ima obliko (2.3.2.2.3) Pri čemer analiziramo domnevo, ki jo zapišemo:  H0: razlika med sredinama je enaka 0 (ničelna domneva),  Ha: razlika med sredinama je različna od 0 (alternativna domneva). Če je | | > potem ničelno domnevo H0 zavrnemo in sprejmemo Ha. Če je verjetnost p večja od stopnje zaupanja α, potem domneve H0 ne moremo zavrniti. Slika 2.3.2.2.1 prikazuje gostoto verjetnosti f(x) (v tem primeru P(x)) Studentove porazdelitve t glede na različne prostostne stopnje. Slika 2.3.2.2.1: Funkcija gostote verjetnosti za Studentovo porazdelitev t (Sl. Wikipedija, 2012) Figure 2.3.2.2.1: Probability density function for Student's t distribution (Sl. Wikipedia, 2012) 2.3.3 Grubbsov test Grubbsov test (imenovan po Franku E. Grubbsu, 1969) je statistični test za odkrivanje osamelcev (ang. outlier), ki odstopajo od normalno porazdeljene populacije toliko, da jih je treba za nadaljnjo statistično obravnavo izločiti. Posamezna ekstremna vrednost vpliva tako na srednjo vrednost kot tudi na standardni odklon vzorca (Ulčar, 2006). Grubbsov test je uporaben le za normalno porazdeljene populacije. To pomeni, da je treba najprej preveriti, ali gre za normalno porazdelitev podatkov. S tem testom določimo ekstremno vrednost, ki ne 48 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. sodi v niz podatkov. S testom določamo le eno ekstremno vrednost naenkrat. Grubbsov test primerja razdaljo med ekstremno vrednostjo in povprečno vrednostjo s standardnim odmikom celotnega niza podatkov (Ulčar, 2006). Če s testom določimo ekstremno vrednost, jo izločimo iz niza podatkov. Test ponavljamo, dokler ne odkrijemo več nobene ekstremne vrednosti. Test se sme uporabljati le, če imamo več kot šest vrednosti v obravnavanem nizu podatkov. Osnova za Grubbsov test je ničelna hipoteza:  H0: ni ekstremne vrednosti v nizu podatkov,  Ha: obstaja vsaj ena ekstremna vrednost v nizu podatkov. | ̅| (2.3.3.1) kjer se ̅ označuje za srednjo vrednost. To je dvostranska različica Grubbsovega testa. Enostranski test za iskanje minimalne ekstremne vrednosti: ̅ (2.3.3.2) z Xmin je označena najmanjša vrednost. Enostranski test za iskanje maksimalne ekstremne vrednosti: ̅ (2.3.3.3) z Xmax je označena največja vrednost. Na koncu preverimo, ali je izračunana ekstremna vrednost zunaj meja kritičnih vrednosti. Grubbsove kritične vrednosti za enostranski test so prikazane v preglednici 2.3.3.1, pri čemer je n število podatkov (npr. meritev). Preglednica 2.3.3.1: Grubbsove kritične vrednosti za enostranski test (Grubbs, 1969) Table 2.3.3.1: Grubbs critical value for one-sided test (Grubbs, 1969) n α = 0,05 α = 0,01 n α = 0,05 α = 0,01 n α = 0,05 α = 0,01 3 1,1531 1,1546 15 2,409 2,7049 80 3,1319 3,5208 4 1,4625 1,4925 16 2,4433 2,747 90 3,1733 3,5632 5 1,6714 1,7489 17 2,4748 2,7854 100 3,2095 3,6002 6 1,8221 1,9442 18 2,504 2,8208 120 3,2706 3,6619 7 1,9381 2,0973 19 2,5312 2,8535 140 3,3208 3,7121 8 2,0317 2,2208 20 2,5566 2,8838 160 3,3633 3,7542 (se nadaljuje …) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 49 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (… nadaljevanje) 9 2,1096 2,3231 25 2,6629 3,0086 180 3,4001 3,7904 10 2,1761 2,4097 30 2,7451 3,1029 200 3,4324 3,822 11 2,2339 2,4843 40 2,8675 3,2395 300 3,5525 3,9385 12 2,285 2,5494 50 2,957 3,3366 400 3,6339 4,0166 13 2,3305 2,607 60 3,0269 3,4111 500 3,6952 4,0749 14 2,3717 2,6585 70 3,0839 3,471 600 3,7442 4,1214 2.3.4 Analiza variance (ANOVA) V tem poglavju povzemamo iz literature Turk (2012) in Drobne (2009). Metode analize variance je prvi uporabil statistik in genetik Ronald Fischer, zato so ponekod znane kot »Fisherjeva ANOVA« ali »Fisherjeva analiza variance«. Z ANOVO ugotavljamo, kako ena ali več neodvisnih spremenljivk vpliva na slučajno spremenljivko X. ANOVA uporablja enako konceptno zasnovo kot linearna regresija (XLSTAT, 2013). Neodvisni spremenljivki pogosto rečemo tudi faktor. Vzorec opazovanj je urejen tako, da so vrednosti neodvisnih spremenljivk razvrščene v razrede ali pa neodvisna spremenljivka (faktor) predstavlja opisni znak. ANOVA predpostavlja za varianco ostankov (ang. residuals): normalno razdelitev, neodvisnost in homogenost. V doktorski disertaciji se bomo osredotočili na enojno (enosmerno) analizo variance. Vrednosti neodvisne spremenljivke X lahko razvrstimo v a razredov in vzorec je pripravljen tako, da je v vsakem razredu enako število elementov n. Vzorec vsebuje a ∙ n elementov. Osnovni model enojne ANOVE (analiza variance enega faktorja) se zapiše z enačboμ (2.3.4.1) kjer je: Xij … vrednost slučajne spremenljivke X, … pričakovana vrednost, α i … vpliv posameznih razredov faktorja, ε ij … napaka oz. odstopanje od modela. Predpostavlja se, da napaka ε ij sledi normalni porazdelitvi z vrednostjo nič in standardno deviacijo σ. Pri analizi variance ugotavljamo, ali faktor ne vpliva na spremenljivko X, kar pomeni, da so vsi α i = 0. Pri enojni ANOVI ničelno in alternativno domnevo zapišemo: 50 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje.  H0: α i = 0, za vse i = 1, 2 ... a (faktor ne vpliva),  Ha: α i ≠ 0, za vsaj en i = 1, 2 ... a (faktor vpliva). Na podlagi ničelne domneve določimo statistiko F. Izračuna se povprečje za posamezne razrede in skupno povprečjeμ ̅ ∑ (2.3.4.2) ̅ (2.3.4.3) ∑ ∑ Enačba za vsote kvadratov razlik (SS): ∑ ∑ ̅ (2.3.4.4) Pri tem je SST celotna vsota kvadratov, SSA vsota kvadratov zaradi vpliva faktorja in SSE vsota kvadratov nepojasnjenih odstopanj. Za prostostne stopnje (DF) velja: , (2.3.4.5) , (2.3.4.6) (2.3.4.7) Povprečje kvadratov izračunamo: (2.3.4.8) (2.3.4.9) Na koncu se izračuna statistiko F po enačbi: Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 51 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (2.3.4.10) Če je statistika │F │> Fkrit, ničelno domnevo zavrnemo in sprejmemo domnevo, da je vpliv faktorja na spremenljivko X statistično značilen. 2.3.5 Metoda glavnih komponent (PCA) Metodo glavnih komponent oz. osi (angl. principal component analysis – PCA) je osnoval Karl Pearson (1901) in nadaljeval Hotelling (1933). V nadaljevanju povzemamo iz literature Ferligoj (2013). Osnovna zamisel metode je opisati razpršenost n enot v m razsežnem prostoru (določen z m merjenimi spremenljivkami) z množico nekoreliranih spremenljivk − komponent, ki so linearne kombinacije originalnih merjenih spremenljivk. Nove spremenljivke so urejene od najpomembnejše do najmanj pomembne, kjer pomembnost pomeni, da prva glavna komponenta pojasnjuje kar največ razpršenosti osnovnih podatkov. Običajni cilj te analize je poiskati nekaj prvih komponent, ki pojasnjujejo večji del razpršenosti analiziranih podatkov. Analiza glavnih komponent omogoča povzeti podatke s čim manjšo izgubo informacij tako, da zmanjša razsežnost podatkov. Metoda glavnih komponent je statistična metoda, ki analizira medsebojno soodvisnost spremenljivk, da bi se zmanjšalo število spremenljivk. Pri tem nabor spremenljivk preslikamo v množico novih spremenljivk, ki jih imenujemo glavne komponente. Glavnih komponent je toliko, kolikor je osnovnih spremenljivk, in so med seboj neodvisne. Zaporedne glavne komponente so urejene po padajoči velikosti variance. Uspešnejša ko bo redukcija, bolj bodo izhodiščne spremenljivke med seboj povezane (Košmelj, 2007b). Linearno kombinacijo Yj j-te komponente opazovanih spremenljivk X lahko v matrični obliki zapišemo z enačbo: (2.3.5.1) pri čemer je pogoj, da je varianca te linearne kombinacije največja 52 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. ∑ (2.3.5.2) in (2.3.5.3) kjer je: X … matrika podatkov, aj … matrika vektorjev uteži. Pri tem je pogoj, da je varianca te linearne kombinacije največja. Na sliki 2.3.5.1 je prikazan primer v dvorazsežnem prostoru izhodiščnih spremenljivk X1 in X2 ter pripadajoči glavni komponenti Y . Ker je povezanost med X 1 in Y2 1 in X2 velika, lahko Y1 uspešno nadomesti obe izhodiščni spremenljivki X . Dvorazsežni prostor spremenimo v 1 in X2 enorazsežnega, pri tem je izguba informacije minimalna. Slika 2.3.5.1: Primer v dvorazsežnem prostoru izhodiščnih spremenljivk X1 in X2 ter pripadajoči glavni komponenti Y1 in Y2. Dvorazsežni prostor lahko spremenimo v enorazsežnega, ki ga določa Y (Košmelj, 2007b, 1 slika povzeta po Ferligoj, A.). Figure 2.3.5.1: X1 and X2 are the original variable; the data are represented by points. Y1 and Y2 are the corresponding principal components. Two-dimensional space can be reduced to the one-dimensional space defined by Y1 (Košmelj, 2007b, Figure by Ferligoj, A.). 2.3.6 Metoda delnih najmanjših kvadratov (PLS) Metoda najmanjših delnih kvadratov (ang. partial least squares method – PLS) je multivariatna statistična metoda, ki posplošuje in združuje lastnosti PCA in večkratne Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 53 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. regresije. Priporočljivo jo je uporabiti v primerih, ko je vhodnih spremenljivk (ang. explanatory variables) Xi veliko in so povezane z izhodnimi spremenljivkami Yj. Naloga PLS je najti najboljšo mogočo korelacijo med matrikama X in Y (slika 2.3.6.1). Spremenljivki se transformirata (projicirata) v latentni prostor (strukturo) v tem ponavljajočem se procesu (Tušar, Novič, 2009ν Wold in sod., 2001). Metoda je hitra, učinkovita in optimalna za merilo, ki temelji na kovarianci (Košmelj, 2007). Nekateri programi razlikujejo PLS1 in PLS2. PLS1 je ustrezna, če je samo ena izhodna (odvisna) spremenljivka, in PLS2, ko je več izhodnih spremenljivk. Osnovna enačba linearnega modela regresije PLS je (XLSTAT, 2013): (2.3.6.1) kjer je: Y … matrika n ∙ p izhodnih (odvisnih) spremenljivk, X … matrika m ∙ n vhodnih spremenljivk, B … matrika regresijskih količnikov matrik Y in X, s h komponentami, ki jih generira algoritem regresije PLS, E … matrika ostankov. Slika 2.3.6.1: Geometrijski prikaz delovanja metode najmanjših delnih kvadratov (Bjerrum in sod., 2008) Figure 2.3.6.1: A geometric representation of partial least squares (PLS) regression (Bjerrum et al., 2008) 54 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 3 EKSPERIMENTALNI DEL 3.1 Laboratorijski preskusi 3.1.1 Preskušanje bitumna Preskušanje bitumna je bilo izvedeno v Laboratoriju za asfalte, bitumne in bitumenske proizvode na Zavodu za gradbeništvo (ZAG) in v Laboratoriju za asfalte na Gradbenem inštitutu ZRMK. V sklopu raziskav sta bila izvedena standardna preskusa bitumna, in sicer:  penetracija pri 25 C (SIST EN 1426),  zmehčišče po PK (SIST EN 1427) in izvrednoten  indeks penetracije (SIST EN 12591, tč. B4). Pri nizkih temperaturah sta bila izvedena dva preskusa bitumna:  pretrgališča po Fraassu (SIST EN 12593) in  preskus z reometrom z nosilcem, obremenjenim na upogib – BBR (SIST EN 14771). Preskus penetracije pri 25 C je bil izveden v skladu s standardom SIST EN 1426 in s penetrometrom Normalab analis P734. Globina penetracije je najstarejša preiskava bitumna in je merilo trdote bitumna. Postopek preskusa je star več kot sto let. Penetracija je izražena v 1/10 mm ter pove, do katere globine v določeno količino bitumna prodre igla točno določenih dimenzij z maso 100 g in v času 5 s. Pri preskusu določitve zmehčišča je bil uporabljen aparat Normalab analis NBA440 po standardu SIST EN 1427 – analiza, izvedena v vodi. Temperatura zmehčišča bitumna po postopku prstana in kroglice (PK) je temperatura, pri kateri plast bitumna v prstanu pod bremenom jeklene kroglice doseže določeno stopnjo deformacije. Zmehčišče je temperatura začetka tečenja bitumna in je izhodišče za oceno obnašanja bitumna pri visokih temperaturah. Temperatura pretrgališča po Fraassu je tista temperatura, pri kateri plast bitumna določene debeline poči oz. nastanejo razpoke na njej, ko se pod točno določenimi pogoji hladi (1 C/min) in upogiba. Preskus pretrgališča po Fraassu odraža začetek krhkega območja Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 55 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. bitumna pri nizkih temperaturah. Opravljen je bil v skladu s standardom SIST EN 12593 z avtomatskim aparatom proizvajalca Herzog Lauda (slika 3.1.1.1). Slika 3.1.1.1: Avtomatska oprema za preskušanje točke loma po Fraassu Figure 3.1.1.1: Automatic equipment for Fraass breaking point test Grass (2007) omenja, da je bitumen pri nizkih temperaturah zelo trd, zato je SHRP razvil BBR, ki omogoča ugotavljanje togosti bitumna pri nizkih temperaturah. Preskus BBR se uporablja za merjenje lezenja bitumna pri konstantni obtežbi in temperaturi. Temperatura BBR je neposredno povezana z najnižjo temperaturo uporabnosti vozišča, ko se bitumen obnaša bolj ali manj kot elastična trdna snov, in ne kot viskozna tekočina. Osnovni deli opreme za preskus BBR so ogrodje z obtežbo, kopel z nadzorovano temperaturo v kadi in računalniška kontrolna enota za spremljanje in zbiranje podatkov (slika 3.1.1.2). Slika 3.1.1.2: Shematični prikaz opreme za preskus BBR (Justin in sod., 2010) Figure 3.1.1.2: Equipment for Bending Beam Reometer test (Justin et al., 2010) Sila prek plastične osi pritisne na sredino prosto ležečega nosilca iz bitumna. Za izračun togosti lezenja in merjenje pomika na sredini nosilca se uporablja enačba kot za prosto ležeči nosilec, s predpostavko, da je točkovna sila P na sredini nosilca z razdaljo med podporama L. 56 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Pomik, sila, čas in temperatura, ki jih naprava spremlja, prek kontrolne enote podajo rezultat togost lezenja S(t). Poleg tega se določi vrednost m, ki je rezultat naklona tangente na grafu log S(t) v odvisnosti od log t (pri 60 sekundah). Vrednost m je merilo za odpornost veziva proti razpokam; višja ko je vrednost m, manjša je občutljivost za razpoke (Justin, 2010). Togosti Sm(t) se izračuna po enačbiμ (3.1.1.1) kjer je: Sm(t) … togost v času t [MPa], P … izmerjena sila [N], L … razdalja med podporama [mm], b … širina preskušanca bitumna [mm], h … debelina preskušanca bitumna [mm], (t) … pomik na sredini razpona v času t [mm]. Graf upogibka in togosti v odvisnosti od časa t pri preskusu BBR je prikazan na sliki 3.1.1.3. Slika 3.1.1.3: Graf podajnosti in togosti v odvisnosti od časa pri preskusu BBR (Grass, 2007) Figure 3.1.1.3: Deflection and stiffness graph of time at BBR test (Grass, 2007) Po standardu SIST EN 14771 se izračuna togost s prilagoditvijo polinoma druge stopnje soodvisnosti med logaritmom izmerjenih vrednosti togosti in logaritmom časa pod obremenitvijo po naslednji enačbi: [ ] (3.1.1.2) kjer je: SC(t) … upogibna togost pri času t [MPa], A, B in C … regresijski količniki, Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 57 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. t … čas pod obremenitvijo [s]. Togost se izračuna pri času obremenjevanja 8 s, 15 s, 30 s, 60 s, 120 s in 240 s po enačbi 3.1.1.2. Vrednost m se pri isti časovni obremenitvi izvrednoti po enačbi: [ ] | | | | (3.1.1.3) V Sloveniji še nimamo predpisanih meja pri standardnem preskusu BBR za togosti S60 in vrednost m60 (pri obremenitvi 60 s). V Avstriji in Ameriki sta v SUPERPAVE specifikacijah PG določeni naslednji mejni vrednosti:  S60 < 300 MPa,  vrednost m60 > 0,3. 3.1.2 Priprava bitumeniziranih zmesi in preskušancev Bitumenizirane zmesi in preskušanci za preskušanje so bili pripravljeni v Laboratoriju za asfalte, bitumne in bitumenske proizvode na Zavodu za gradbeništvo (ZAG). Osnovna oprema za pripravo bitumenizirane zmesi in preskušancev je:  sejalni stolp s siti,  laboratorijski mešalnik (slika 3.1.2.1a) in  valjasti zgoščevalnik (slika 3.1.2.1b); postopek se izvaja po standardu SIST EN 12697-33. a) b) Slika 3.1.2.1: (a) Laboratorijski mešalnik Rego, (b) Valjasti zgoščevalnik proizvajalca Cooper Figure 3.1.2.1: (a) The laboratory mixer Rego, (b) Roller compactor Cooper 58 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Najprej se je vsako frakcijo zmesi kamnitih zrn presejalo in v točno določenih deležih dodalo v laboratorijski mešalnik. Zatem se je dodal še določen delež bitumna. Temperaturno območje mešanja je od 25 C do 250 C. Maksimalni čas mešanja je od 2 do 3 minute. Valjčni zgoščevalnik je izdelal angleški proizvajalec Cooper. Največja obremenitev valjčnega zgoščevalnika za zgoščanje bitumeniziranih zmesi je 30 kN na 305 mm širine valja. Sestavljata ga kalup, velik 40 ∙ 30 ∙ 8 cm, za zgoščanje bitumenizirane zmesi z nastavkom za polnjenje in premični segmentni element, ki ima obliko odseka valjastega telesa. Bitumenizirano zmes se napolni v pravokotni kalup za zgoščanje, ob določenem naraščanju obremenitve in ob določeni temperaturi se najprej z reguliranim pomikom izvede predzgostitev. Temperatura zgoščanja je odvisna od vrste bitumenizirane zmesi (npr. za bitumen B 50/70 znaša T = 150 °C, za bitumen PmB, modificiran s polimeri, pa T = 165 °C). Nato se izvede glavno zgoščanje z regulirano silo. Med zgoščanjem se kalup za zgoščanje, ki je nameščen na saneh, pomika naprej in nazaj. Segmentni zgoščevalni element izvaja zgoščanje v štirih stopnjah po osem prehodov. Na sliki 3.1.2.2a je prikazana plošča iz bitumenizirane zmesi v kalupu po koncu zgoščevanja v valjčnem zgoščevalniku. Iz bitumeniziranih plošč, pripravljenih z valjastim zgoščevalnikom, se izrežejo prizme dimenzij (40 ± 2) ∙ (40 ± 2) ∙ (160 ± 2) mm3 (slika 3.1.2.2b), ki so posušene na zraku do konstantne mase. Iz vsake plošče je izrezanih 12 prizem, na katerih se določi gostota z votlinami preskušanca ρ Ap [kg/m3] po standardnem postopku SIST EN 12697-6 (Bitumenizirane zmesi – Preskusne metode za vzorčenje bitumenizirane zmesi – 6. del: Ugotavljanje gostote bitumenskih preskušancev), postopek Bμ SSD. a) b) Slika 3.1.2.2: (a) Plošča dimenzije 40 ∙ 30 ∙ 8 cm3 po končanem zgoščevanju v valjčnem zgoščevalniku, (b) Iz plošče izrezani prizmatični preskušanci 4 ∙ 4 ∙ 16 cm3 Figure 3.1.2.2: (a) Plate dimensions 40∙30∙8 cm3 after the compaction of the roller compactor, (b) Cuts plate of the prismatic samples 4∙4∙16 cm3 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 59 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preskusi TSRST in UTST so bili izvedeni v treh različnih laboratorijih, ZAG Ljubljana, ISTU (TU Wien) in Ramtech Zagreb. Pri lepljenju preskušancev na kovinski podstavek (vmesnik) omenjeni laboratoriji uporabljajo svoje lepilo, način in debelino nanosa lepila na preskušanec in kovinski podstavek. V standardu ni podrobno predpisano, kakšno lepilo naj se uporabi in koliko naj se ga nanese na preskušanec. Zagotovljeno pa mora biti, da med preskusom ne pride do porušitve v samem lepilu oz. na ploskvi med kovinskim podstavkom in lepilom. Slika 3.1.2.3a prikazuje nanos lepila na preskušanec v laboratoriju na ZAG-u. Lepilo se nanese le na skrajni osnovni ploskvi preskušanca in nato se centrično vpne med kovinskima podstavkoma (slika 3.1.2.3b). Pri tem je bilo uporabljeno lepilo iz dveh komponent: epoksid 573.8 A in poliamin B proizvajalca Kleiberit. Za boljšo kompaktnost se doda manjšo količino keroka. a) b) Slika 3.1.2.3: Priprava preskušanca v laboratoriju ZAG-a: (a) Nanos lepila na preskušanec, (b) Pripravljeni preskušanci po lepljenju Figure 3.1.2.3: Prepared samples on ZAG: (a) Application of glue on a sample, (b) Prepared samples after application of glue Tudi na TU Wien uporabljajo dvokomponentno lepilo iz komponent 573.8 A in B proizvajalca Kleiberit, vanj pa dodajo še kameno moko za boljšo kompaktnost. Razmerje za pripravo lepila (za tri prizmatične preskušance):  komponenta A = 120 g,  komponenta B = 40 g,  kamena moka (polnilo) = 80 g. Na sliki 3.1.2.4 je prikazan postopek priprave in nanos lepila, ki je uveljavljen na TU Wien. Lepilo je naneseno na osnovno ploskev med preskušancem in podstavkom in tudi vzdolž preskušanca, pod kotom 45°. 60 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. a) b) Slika 3.1.2.4: Priprava preskušanca na TU Wien: (a) Nanos lepila na preskušanec, (b) Pripravljeni preskušanec po lepljenju Figure 3.1.2.4: Prepared samples on TU Wien: (a) Application of glue on a sample, (b) Prepared samples after application of glue V laboratoriju Ramtech v Zagrebu pa uporabljajo lepilo proizvajalca Loctite 9466, ki je prav tako sestavljeno iz komponent A in B (slika 3.1.2.5a). Na sliki 3.1.2.5b je razvidno, da se lepilo nanese le na osnovno ploskev. a) b) Slika 3.1.2.5: Priprava preskušanca v Ramtechu: (a) Lepilo Loctite, (b) Pripravljeni preskušanci po lepljenju Figure 3.1.2.5: Prepared samples on Ramtech: (a) Glue Loctite, (b) Prepared samples after application of glue 3.1.3 Statični preskusi bitumeniziranih zmes pri nizkih temperaturah Na Zavodu za gradbeništvo (ZAG) se opravlja preskušanje pri nizkih temperaturah na stiskalno-trgalem stroju proizvajalca Frank (glej poglavje 2.2.2) v skladu s standardom SIST EN 12697-46. Sistem za merjenje sile ima merilno območje ±50 kN in spada v točnostni razred 1 po standardu ISO 7500-1. Deformiranje preskušancev merimo s senzorji LVDT z natančnostjo meritve ±0,5 m. Temperaturna komora ima temperaturno območje od −40 C do 100 C, z natančnostjo nastavitve 0,1 C in s stabilnostjo temperature < ±0,1 C. Omogoča padanje temperature s hitrostjo 10 ± 0,5 C/h. V skladu s standardom SIST EN 12697-46 sta mogoča dva primera opreme za preskuse TSRST in UTST. Na sliki 3.1.3.1 so shematično Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 61 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. prikazani sestavni deli opreme za preskušanje bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah (po EN 12697-46, primer 2). Omenjeno opremo uporabljajo v laboratorijih TU Wien in Ramtech. Legenda: 1 – obremenilna celica 6 – zaključna plošča 11 – slepi preskušanec s temperaturnim senzorjem 2 – obremenilni okvir 7 – obremenilna palica 12 – ventilator 3 – vrtljiva glava 8 – temperaturni senzor za merjenje tem. v komori 13 – senzorji LVDT 4 – vijačna objemka 9 – invar palica, ki je povezana s senzorji LVDT 14 – pogonski motor 5 – preskušanec 10 – temperaturna komora Slika 3.1.3.1: Primer aparature za preskušanje natega pri nizkih temperaturah (SIST EN 12697-46) Figure 3.1.3.1: Example of test device for tension test at low temperatures (SIST EN 12697-46) Slika 3.1.3.2 prikazuje posnetek z infrardečo (IR) kamero v temperaturni komori vsaj eno uro predhodno temperiranega preskušanca pri temperaturi T0 = 10 °C. Iz slike vidimo, da ima slepi preskušanec »dumy« (enaka sestava bitumenizirane zmesi kot preskušanec, ki se preskuša), v katerega je v sredino vstavljen temperaturni senzor za zaznavanje temperature v preskušancu (na sliki spodaj desno), temperaturo kot vstavljeni preskušanec za preskus. Preskušanec Slepi preskušanec Slika 3.1.3.2: IR-slika pred začetkom preskusa pri T0 = 10 °C Figure 3.1.3.2: IR photo before starting test at T0 = 10 °C 62 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 3.1.3.1 Preskus termične napetosti ob preprečeni deformaciji preskušanca (TSRST) Pri preskusu termične napetosti ob preprečeni deformaciji preskušanca potrebujemo najmanj 3 preskušance, ki jih togo vpnemo in ohlajamo pri nespremenjeni dolžini. V laboratorijih na ZAG-u in v Ramtechu se na začetku temperira preskušanec najmanj eno do dve uri v komori na temperaturi T = 20 ± 0,5 C. Na TU Wien se temperira preskušanec eno uro na temperaturi 10 C. V tem času nanj ne sme delovati nobena dodatna sila. V skladu s standardom SIST EN 12697-46, točka 8.2.1 (Note 1), je priporočljiva začetna temperatura T0 = 20 ⁰C, vendar na TU Wien že vrsto let preskus izvajajo pri T0 = 10 ⁰C. Na sliki 3.1.3.1.1 je shematično prikazan potek preskusa TSRST na TU Wien. Ohlajanje poteka s hitrostjo dT = 10 ± 0,5 C/h. Rezultat preskusa je termična napetost pri nizki temperaturi v odvisnosti od temperature σ cry(T) [MPa], napetost ob porušitvi σ cry,f (T) [MPa] in temperatura ob porušitvi Tf [C]. Za predstavitve termične napetosti pri nizki temperaturi se rezultati modelirajo s kubičnim modelomμ ∑ (3.1.3.1.1) kjer so: σ cry(T) … termična napetost v odvisnosti od temperature [MPa], α k … parametri polinoma krivulje TSRST, T … temperatura [C]. Slika 3.1.3.1.1: (a) Shema temperaturnega poteka pri preskusu TSRST (Spiegl, 2008), (b) Princip preskusa TSRST Figure 3.1.3.1.1: (a) The temperature scheme of the TSRST (Spiegl, 2008), (b) Test principle of TSRST Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 63 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 3.1.3.2 Preskus enoosne natezne napetosti (UTST) Za preskusu enoosne natezne napetosti potrebujemo najmanj 3 preskušance pri vsaki testni temperaturi, ki jih enakomerno raztegujemo pri konstantni temperaturi. Preskušanje poteka pri temperaturah Ti = 20 C, 5 C , −10 C in −25 C. Na začetku temperiramo preskušanec najmanj 1 do 2 uri v komori na temperaturi T = Ti ± 0,5 C. V tem času na preskušanec ne sme delovati nobena dodatna sila. Raztezanje poteka s hitrostjo dε = (0,625 ± 0,025) %/min. Rezultata sta natezna trdnost β t [MPa] in raztezek pri porušitvi ε f [‰]. Relativni raztezek pri porušitvi ε f je razmerje med spremembo dolžine in začetno dolžino preskušanca in se izračuna po enačbi: (3.1.3.2.1) kjer je: Δ L … raztezek preskušanca ob porušitvi [mm], L … dolžina preskušanca [mm]. V standardu SIST EN 12697-46 ni jasno zapisane enačbe raztezka pri porušitvi. Ugotavljamo, da bi bilo za nedvoumnost rezultata raztezka pri porušitvi εf v omenjeni standard treba zapisati zgornjo enačbo (3.1.3.2.1). Sedaj namreč nekateri laboratoriji uporabljajo dejansko dolžino preskušanca L, drugi pa predpisano najmanjšo dolžino, tj. 160 mm. Razlika je zaradi te nedoslednosti lahko očitno velika. Slika 3.1.3.2.1 predstavlja potek preskusa UTST. Za predstavitev poteka natezne trdnosti v odvisnosti od temperature β t(T) se rezultati modelirajo s kubičnim modelomμ ∑ (3.1.3.2.2) kjer so: β t(T) … natezna trdnost v odvisnosti od temperature T [MPa], α j … parametri polinoma krivulje UTST, T … temperatura [C]. 64 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 3.1.3.2.1: (a) Shema temperaturnega poteka pri preskusu UTST (Spiegl, 2008), (b) Princip preskusa UTST Figure 3.1.3.2.1: (a) The temperature scheme of test UTST (Spiegl, 2008), (b) Principle of test UTST 3.1.4 Posredna natezna trdnost (ITS) Preskus posredne (indirektne ali razcepne) natezne trdnosti se izvaja po standardu SIST EN 12697-23 (Ugotavljanje posredne natezne trdnosti bitumenskih preskušancev). Postopek opisuje določanje posredne natezne trdnosti valjastih preskušancev. Preskušanci so lahko pripravljeni v laboratoriju ali so izvrtani iz vozišča in imajo premer 100 mm, 150 mm ali 160 mm. Preskušance je treba predhodno skladiščiti vsaj 4 ure pri izbrani temperaturi okolice 5 C. Cilindrični preskušanec se vpne v napravo (slika 3.1.4.1) ter obremeni s konstantno hitrostjo stiskanja 50 mm/min do porušitve. Vertikalna sila povzroči natezno napetost. Za izračun deformacije so potrebne predpostavke:  preskušanec obravnavamo v ravninskem napetostnem stanju,  material se obnaša linearno elastično,  material je izotropen,  material je homogen,  znan je Poissonov količnik ,  poznana je točkovna sila P (Read, 2003). Končni rezultat ITS je povprečna vrednost trdnosti najmanj treh preskušancev. Ob porušitvi se zabeleži še tip porušitve, ki je lahko kot čista natezna porušitev, deformacija ali kombinacija obeh. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 65 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 3.1.4.1: Oprema za ITS, ki jo uporabljajo na ZAG-u. Figure 3.1.4.1: Apparatus for ITS at ZAG 3.2 Material Za raziskovalno delo je uporabljen material, ki je bil skladiščen v asfaltni bazi Drnovo pri Krškem (CGP, d. d., Novo mesto). Za pripravo bitumenizirane zmesi so uporabljeni kamena moka – polnilo (Stahovica – SLO), frakcije zmesi kamnitih zrn 0/2 mm, 2/4 mm, 4/8 mm in 8/11 mm (Ljubešćica – HR) ter bitumen B50/70 (madžarski MOL). V laboratoriju se je pripravilo za dve osnovni bitumenizirani zmesi AC 11 surf B50/70 in AC 8 surf B50/70 po pet sestav z različnim deležem bitumna. Osnova za pripravo posameznih sestav (predhodna sestava) je pridobljena v asfaltnem obratu Drnovo. Za bitumenizirano zmes AC 11 surf B50/70 se je pripravilo pet ciljnih sestav z deležem veziva: 4,0 m.-%, 5,0 m.-%, 5,4 m.-%, 5,8 m.-% in 6,0 m.-%, in za AC 8 surf B50/70 tudi pet ciljnih sestav z deležem veziva 4,0 m.-%, 5,0 m.-%, 5,4 m.-%, 5,8 m.-% in 6,2 m.-% (preglednica 3.2.1). Preglednica 3.2.1: Ciljne sestave bitumeniziranih zmesi Table 3.2.1: Target compositions of asphalt mixtures Sestava 1 Sestava 2 Sestava 3 Sestava 4 Sestava 5 Vrsta bit. zmesi Predviden delež bitumna v sestavi [m.-%] AC 11 surf 4,0 5,0 5,4 5,8 6,0 AC 8 surf 4,0 5,0 5,4 5,8 6,2 66 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 3.2.1 Bitumen V raziskovalni nalogi je uporabljen cestogradbeni bitumen B50/70 proizvajalca MOL iz Madžarske. Preskušanec je bil ves čas ustrezno skladiščen. Na njem so bili izvedeni preskusi v skladu z zahtevami standarda SIST EN 12591 za cestogradbena bitumenska veziva. Priprava preskušancev in preskusi bitumna so bili izvedeni v laboratoriju na ZAG-u. V preglednici 3.2.1.1 so prikazane lastnosti vhodnega cestogradbenega bitumna B50/70, ki je uporabljen v bitumeniziranih zmeseh AC 11 surf in AC 8 surf. Iz rezultatov (v preglednici 3.2.1.1) vidimo, da so lastnosti vhodnega bitumna skladne z zahtevami standarda SIST EN 12591. Preglednica 3.2.1.1: Lastnosti vhodnega cestogradbenega bitumna B50/70 Table 3.2.1.1: Properties of bitumen B50/70 Ugotovljena vrednost Zahteve po SIST Lastnosti Enota Postopek za preskus Laboratorijska oznaka preskušanca EN 12591:2009 AC 11 surf AC 8 surf H53/10B H2/12B Penetracija pri 25 ºC mm/10 SIST EN 1426 56 58 od 50 do 70 Zmehčišče po PK ºC SIST EN 1427 52 50 od 46 do 54 Indeks penetracije - SIST EN 12591, tč. B4 −0,4 −0,4 od −1,5 do 0,7 Pretrgališče po Fraassu ºC SIST EN 12593 −15 −8  −8 Gostota z votlinami (analiza kg/m3 SIST EN ISO 3838 1,0142 n. d. - izvedena v vodi) Mejna temperatura −15,61 - ºC SIST EN 14771 n. d. BBR −17,62 - Opomba: 1temperatura, izmerjena pri togosti S60 = 300 MPa, 2temperatura izmerjena pri vrednosti m60 = 0,3. V preglednici 3.2.1.2 so predstavljeni rezultati preskusov lastnosti ekstrahiranega bitumna B50/70 iz bitumenizirane zmesi AC 11 surf in v preglednici 3.2.1.3 rezultati preskusov lastnosti ekstrahiranega bitumna B50/70 iz bitumenizirane zmesi AC 8 surf. Ekstrakcija bitumna je izvedena v skladu s standardom SIST EN 12697-1 z avtomatsko ekstrakcijsko napravo INFRATEST. Vsebnost bitumna v bitumenizirani zmesi se določi po naslednji enačbi: (3.2.1.1) kjer je: Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 67 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. VB … vsebnost bitumna v bitumenizirani zmesi [V.-%], mB … masni delež bitumna v preskušancu [m.-%], ρ A … gostota z votlinami bitumenizirane zmesi [kg/m3], B … gostota bitumna [kg/m3]. Preglednica 3.2.1.2: Lastnosti cestogradbenega bitumna B50/70, ekstrahiranega iz zmesi AC 11 surf Table 3.2.1.2: Properties of bitumen B50/70 extracted from mixture AC 11 surf Ugotovljena vrednost Laboratorijska oznaka preskušanca Zahteve po Lastnosti Enota Postopek za preskus SIST EN 12591 1006 3893 3894 3898 1115 H H H H H B Delež bitumna min4,41 m.-% SIST EN 12697-1 3,9 4,9 5,3 5,6 6,0 Bmin3,02 Penetracija pri 25 ºC mm/10 SIST EN 1426 39 od 50 do 70 Zmehčišče po PK ºC SIST EN 1427 56,6 od 46 do 54 n. p. n. p. n. p. n. p. Indeks penetracije - SIST EN 12591, tč. B4 −0,25 od −1,5 do 0,7 Pretrgališče po Fraassu ºC SIST EN 12593 −13  −8 Opomba: 1velja v skladu z zahtevami po SIST EN 13108-20 (začetni preskus), 2velja v skladu z zahtevami po SIST EN 13108-1 (tj. po TSC 06.300/06.410). Preglednica 3.2.1.3: Lastnosti cestogradbenega bitumna B50/70, ekstrahiranega iz zmesi AC 8 surf Table 3.2.1.3: Properties of bitumen B50/70 extracted from mixture AC 8 surf Ugotovljena vrednost Laboratorijska oznaka preskušanca Zahteve po Lastnosti Enota Postopek za preskus SIST EN 12591 1042 54-12a 1029 55-12a 1057 H H H LA LA B Delež bitumna min4,41 m.-% SIST EN 12697-1 4,0 4,9 5,4 5,8 6,2 Bmin3,02 Penetracija pri 25 ºC mm/10 SIST EN 1426 37 od 50 do 70 Zmehčišče po PK ºC SIST EN 1427 55,6 od 46 do 54 n. p. n. p. n. p. n. p. Indeks penetracije - SIST EN 12591, tč. B4 −0,57 od −1,5 do 0,7 Pretrgališče po Fraassu ºC SIST EN 12593 −7  −8 Opomba: 1velja v skladu z zahtevami po SIST EN 13108-20 (začetni preskus), 2velja v skladu z zahtevami po SIST EN 13108-1 (tj. po TSC 06.300/06.410). 3.2.2 Zmes kamnitih zrn Posamezne frakcije zmesi kamnitih zrn so bile ponovno presejane v skladu s standardom SIST EN 933-1. Za polnilo je bila uporabljena zmes zrn apnenca ( 0,125 mm) iz kamnoloma 68 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Stahovica in za frakcije 0/2, 2/4, 4/8 in 8/11 mm zmes zrn drobljenega diabaza iz kamnoloma Ljubešćica na Hrvaškem. Na sliki 3.2.2.1 so prikazane deponije frakcije 0/2, 2/4, 4/8 in 8/11 mm Ljubešćica v asfaltnem obratu Drnovo pri Krškem. Slika 3.2.2.1: Deponije frakcij kamnitih zrn v asfaltnem obratu Drnovo pri Krškem Figure 3.2.2.1: Landfill with stone aggregate fraction in asphalt plant in Krško Drnovo Lastnosti kamene moke, pridobljene z mletjem (polnilo), z nazivom Calcit VP, iz separacije Stahovica podjetja Calcit (SLO), so prikazane v preglednici 3.2.2.1. Polnilo ima izjavo CE št. 1404-CPD-814 podjetja Calcit, d. o. o., Stahovica, v skladu s standardom SIST EN 13043. V preglednici 3.2.2.2 so predstavljene lastnosti posameznih frakcij 0/2, 2/4, 4/8 in 8/11 mm drobljene zmesi kamnitih zrn za bitumenizirane zmesi iz nahajališča Ljubešćica, Hruškovec na Hrvaškem. Material ima izjavo CE št. 1404-CPD-988 po standardu SIST EN 13043 podjetja Kaming, d. d., Ljubešćica (HR). Preglednica 3.2.2.1: Lastnosti drobljene kamene moke Calcit VP iz separacije Stahovica Table 3.2.2.1: Properties of filler Calcit VP of separation Stahovica Sito z odprtino [mm] Postopek Vsota presejka [V.-%] 2,0 100 0,125 SIST EN 933-1 98 0,063 89 Druge lastnosti Postopek Vrednosti Delež vlage v polnilu SIST EN 1097-7 0,09 % Zmehčišče polnila »delta prstan-kroglica« SIST EN 13179-1 ΔR&B8/25 Votline v suho zgoščenem polnilu SIST EN 1097-4 V28/38 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 69 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 3.2.2.2: Lastnosti posameznih frakcij drobljenih kamnitih zrn Ljubešćica iz nahajališča Hruškovec Table 3.2.2.2: Properties of aggregate mixture Ljubešćica from location Hruškovec Velikost frakcije Lastnosti Postopek 0/2 mm 2/4 mm 4/8 mm 8/11 mm Zrnavost SIST EN 933-1 GF85 GC90/15 GC90/15 GC90/15 Oblika grobih zrn SIST EN 933-4 n. d. n. d. SI15 SI15 Delež finih delcev SIST EN 933-1 f10 f1 f1 f1 Gostota zrn [Mg/m3] SIST EN 1097-7 2,77 2,87 2,88 2,87 Vpijanje vode v groba zrna SIST EN 1097-6 WA242 WA242 WA241 WA242 Petrografska analiza JUS.B.B8.0048 diabaz diabaz diabaz diabaz Kakovost finih delcev SIST EN 933-9 MBF10 n. d. n. d. n. d. Presejki že pripravljene sestave zmesi kamnitih zrn 0/11 mm so prikazani v preglednici 3.2.2.3. Rezultati presejkov so skladni z zahtevami standardov SIST EN 13108-1 in SIST 1038-1. Iz statistične obdelave podatkov je razvidno, da so rezultati znotraj dovoljenih odstopanj od srednje vrednosti x ± 3 ∙ s. Grubbsov enostranski test pa je pokazal, da je na situ odprtine 2 mm preskušanca H3898-10 osamelec minimalne vrednosti (Gmin= 1,716 > 1,6714;  = 0,05); kljub temu preskušanec ni izločen iz nadaljnjih analiz, ker ni bilo mogoče ponavljati preskusa. Preglednica 3.2.2.3: Sejalna analiza zmesi kamnitih zrn 0/11 mm Table 3.2.2.3: Sieve analysis of mineral aggregate for 0/11 mm Sito kvadratne odprtine [mm] Oznaka sestave Oznaka preskušanca 0,063 0,25 0,71 2,0 4,0 8,0 11,2 16,0 Vsota presejkov [m.-%] Sestava 1 H1006-12 9,3 13,8 21,3 37,6 54,9 78,5 97,0 100 Sestava 2 H3893-10 9,1 13,2 20,5 37,5 54,7 79,4 98,9 100 Sestava 3 H3894-10 9,0 13,8 20,9 37,6 54,5 79,4 96,7 100 Sestava 4 H3898-10 8,6 13,0 20,5 36,8 53,5 78,3 98,0 100 Sestava 5 H1115-11 9,0 13,6 21,1 37,8 55,4 78,6 97,0 100 ZAHTEVE Sp. mejna vrednost po SIST EN 13108-1 2 - - 10 - - 90 100 Zg. mejna vrednost po SIST EN 13108-1 12 - - 60 - - 100 100 Sp. priporočena vrednost po SIST 1038-1 6 10 - 30 45 70 90 100 Zg. priporočena vrednost po SIST 1038-1 12 25 - 55 70 90 100 100 STATISTIKA Število meritev – n 5 5 5 5 5 5 5 5 Povprečna vrednost – x 9,0 13,5 20,9 37,5 54,6 78,8 97,5 100,0 Standardna deviacija – s 0,3 0,4 0,4 0,4 0,7 0,5 0,9 0,0 Največja vrednost – xmax 9,3 13,8 21,3 37,8 55,4 79,4 98,9 100,0 Najmanjša vrednost – xmin 8,6 13,0 20,5 36,8 53,5 78,3 96,7 100,0 Razpon – R 0,7 0,8 0,8 1,0 1,9 1,1 2,2 0,0 (se nadaljuje …) 70 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (… nadaljevanje) x + 3 ∙ s 9,8 14,6 21,9 38,6 56,7 80,4 100,3 100,0 x – 3 ∙ s 8,2 12,4 19,8 36,3 52,5 77,3 94,8 100,0 Gmin (< 1,6714;  = 0,05) 1,569 1,321 1,006 1,716 1,571 1,034 0,896 - Gmax (< 1,6714;  = 0,05) 1,177 0,881 1,230 0,884 1,143 1,072 1,508 - V preglednici 3.2.2.4 so prikazani presejki že pripravljene sestave zmesi kamnitih zrn 0/8 mm. Rezultati presejkov so znotraj zahtev. Iz statistične obdelave podatkov je razvidno, da so rezultati znotraj dovoljenih odstopanj. Preglednica 3.2.2.4: Sejalna analiza zmesi kamnitih zrn 0/8 mm Table 3.2.2.4: Sieve analysis of mineral aggregate 0/8 mm Sito kvadratne odprtine [mm] Oznaka sestave Oznaka preskušanca 0,063 0,25 0,71 2,0 4,0 8,0 11,2 Vsota presejkov [m.-%] Sestava 1 H1042-12 9,1 16,3 26,1 47,0 65,7 98,4 100,0 Sestava 2 A49-12 9,0 16,1 25,9 47,3 67,3 98,5 100,0 Sestava 3 H1029-12 8,6 15,7 25,8 48,0 68,7 98,8 100,0 Sestava 4 A 51-12 9,1 15,9 26,0 47,7 66,9 98,7 100,0 Sestava 5 H1057-12 8,7 16,5 26,0 48,5 67,2 97,9 100,0 ZAHTEVE Sp. mejna vrednost po SIST 1038-1 2,0 - - 10,0 - 90,0 100,0 Zg. mejna vrednost po SIST 1038-1 13,0 - - 72,0 - 100,0 100,0 Sp. priporočena vrednost po SIST 1038-1 6,0 11,0 18,6 40,0 60,0 90,0 100,0 Zg. priporočena vrednost po SIST 1038-1 13,0 27,0 37,8 68,0 85,0 100,0 100,0 STATISTIKA Število meritev – n 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 Povprečna vrednost – x 8,9 16,1 26,0 47,7 67,2 98,5 100,0 Standardna deviacija – s 0,2 0,3 0,1 0,6 1,1 0,4 0,0 Največja vrednost – xmax 9,1 16,5 26,1 48,5 68,7 98,8 100,0 Najmanjša vrednost – xmin 8,6 15,7 25,8 47,0 65,7 97,9 100,0 Razpon – R 0,5 0,8 0,3 1,5 3,0 0,9 0,0 x + 3 ∙ s 9,6 17,0 26,3 49,5 70,4 99,5 100,0 x – 3 ∙ s 8,2 15,2 25,6 45,9 63,9 97,4 100,0 Gmin (< 1,6714;  = 0,05) 1,279 1,265 1,403 1,192 1,363 1,597 - Gmax (< 1,6714;  = 0,05) 0,853 1,265 1,228 1,362 1,437 0,969 - Slika 3.2.2.2 predstavlja presejne krivulje zrnavosti 0/11 mm za posamezno sestavo (H1006, H3893, H3894, H3898, H1115). Iz slike je razvidno, da se presejne krivulje med seboj prekrivajo, kar dokazuje, da se sestava zmesi kamnitih zrn praktično ni spreminjala. Tudi delež polnila (zrna pod 0,125 mm) se ne spreminja. Pri spreminjanju deleža bitumna se ob Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 71 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. nespremenjeni presejni krivulji spreminja vsebnost votlin. Največja gostota zmesi kamnitih zrn (2814 kg/m3) se je prevzela iz začetnega preskusa št. CGP 06-2009. 100 90 80 SIST 1038-1 .-%] 70 H1006-12 [mo 60 sit H3893-10 zi 50 o H3894-10 sk 40 ek H3898-10 sej 30 H1115-11 reP 20 SIST EN 13108-1 10 0 0 0,063 0,71 2,0 4,0 8,0 11,2 16,0 22,4 31,5 45 Dolžina stranice kvadratne odprtine sita [mm] Slika 3.2.2.2: Presejne krivulje zmesi kamnitih zrn 0/11 mm Figure 3.2.2.2: Grading curve of mineral aggregate 0/11 mm Na sliki 3.2.2.3 so prikazane presejne krivulje zrnavosti 0/8 mm za posamezno sestavo. Presejne krivulje se med seboj prekrivajo podobno kot pri 0/11 mm. 100 90 80 SIST 1038-1 .-%] 70 H1042-12 [mo 60 A49-12 sit zi 50 H1029-12 o sk 40 A 51-12 ek 30 sej H1057-12 reP 20 SIST EN 13108-1 10 0 0 0,063 0,71 2,0 4,0 8,0 11,2 16,0 22,4 31,5 45 Dolžina stranice kvadratne odprtine sita [mm] Slika 3.2.2.3: Presejne krivulje zmesi kamnitih zrn 0/8 mm Figure 3.2.2.3: Grading curve of mineral aggregate 0/8 mm V preglednicah 3.2.2.5 in 3.2.2.6 so prikazani podatki o masnih deležih zmesi zrn mz [m.-%] in prostornini zmesi zrn v bitumeniziranih zmeseh Vz [V.-%] ter največjih gostotah zmesi zrn 72 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. z [kg/m3] za zrnavostni sestavi 0/11 mm in 0/8 mm. Rezultati so znotraj dovoljenih odstopanj. Preglednica 3.2.2.5: Podatki o lastnostih zmesi kamnitih zrn 0/11 mm Table 3.2.2.5: Properties of mineral aggregate 0/11 mm Prostornina Največja Masni delež zmesi kam. zrn gostota zmesi kam. zrn Oznaka sestave Oznaka preskušanca v bit. zmesi zmesi kam. zrn mz Vz z [m.-%] [V.-%] [kg/m3] Sestava 1 H1006-12 96,1 82,8 2790 Sestava 2 H3893-10 95,1 83,0 2798 Sestava 3 H3894-10 94,7 83,3 2798 Sestava 4 H3898-10 94,4 83,8 2780 Sestava 5 H1115-11 94,0 83,6 2794 STATISTIKA Število meritev – n 5 5 5 Povprečna vrednost – x 94,9 83,3 2792,0 Standardna deviacija – s 0,8 0,4 7,5 Največja vrednost – xmax 96,1 83,8 2798,0 Najmanjša vrednost – xmin 94,0 82,8 2780,0 Razpon – R 2,1 1,0 18,0 x + 3 ∙ s 97,3 84,5 2814,4 x – 3 ∙ s 92,5 82,1 2769,6 Gmin (< 1,6714;  = 0,05) 1,072 1,182 1,604 Gmax (< 1,6714;  = 0,05) 1,546 1,215 0,802 Preglednica 3.2.2.6: Podatki o lastnostih zmesi kamnitih zrn 0/8 mm Table 3.2.2.6: Properties of mineral aggregate 0/8 mm Prostornina Največja Masni delež zmesi kam. zrn gostota zmesi kam. zrn Oznaka sestave Oznaka preskušanca v bit. zmesi zmesi kam. zrn mz Vz z [m.-%] [V.-%] [kg/m3] Sestava 1 H1042-12 96,0 82,1 2818 Sestava 2 A49-12 95,1 81,6 2820 Sestava 3 H1029-12 94,6 82,4 2822 Sestava 4 A51-12 94,2 81,6 2820 Sestava 5 H1057-12 93,8 82,6 2820 STATISTIKA Število meritev – n 5 5 5 Povprečna vrednost – x 94,7 82,1 2820,0 Standardna deviacija – s 0,9 0,5 1,4 Največja vrednost – xmax 96,0 82,6 2822,0 (se nadaljuje …) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 73 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (… nadaljevanje) Najmanjša vrednost – xmin 93,8 81,6 2818,0 Razpon – R 2,2 1,0 4,0 x + 3 ∙ s 97,3 83,4 2824,2 x – 3 ∙ s 92,2 80,7 2815,8 Gmin (< 1,6714;  = 0,05) 1,102 1,064 1,414 Gmax (< 1,6714;  = 0,05) 1,477 1,185 1,414 Masni delež zmesi zrn se izračuna po enačbiμ (3.2.2.1) kjer je: mz … masni delež zmesi zrn [m.-%], mB … masni delež bitumna [m.-%], mv  0 (predpostavka) … masni delež votlin [m.-%]. Masa votlin je zanemarljiva, zato v enačbi (3.2.2.1) predpostavljamo, da je 0. Delež bitumna mB je pridobljen z ekstrakcijo iz bitumenizirane zmesi po standardu SIST EN 12697-1:2006, 1. delμ Topni delež veziva. Prostornina zmesi zrn v bitumenizirani zmesi VZ [V.-%] se izračuna po naslednji enačbiμ (3.2.2.2) kjer je: ρ A … gostota z votlinami bitumenizirane zmesi [kg/m3], z … gostota zmesi zrn [kg/m3]. Gostota z votlinami bitumenizirane zmesi ρ A se določi po standardnem postopku SIST EN 12697-6 (Ugotavljanje gostote bitumenskih preskušancev – površinsko zasičen postopek). Po standardu SIST EN 1097-6 (Preskusi mehanskih in fizikalnih lastnosti agregatov – 6. del: Določanje prostorske mase zrn in vpijanja vode) pa se določi gostota zmesi zrn z. 3.2.3 Bitumenizirana zmes Na podlagi predhodne sestave so pripravljene sestave bitumeniziranih zmesi v odvisnosti od deleža bitumna, pri čemer se sestave zmesi kamnitih zrn niso spreminjale (glej poglavje 3.2.2). V sestavah bitumeniziranih zmesi (BZ) se je spreminjala le vsebnost votlin. Od podjetja CGP, d. d., Novo mesto smo pridobili rezultate lastnosti bitumeniziranih zmesi, ki so 74 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. bile vgrajene v državne ceste v letih 2008 in 2009. Na podlagi teh podatkov je izveden statistični izračun, ki je določil spodnjo in zgornjo mejno vrednost deleža bitumna v sestavi bitumenizirane zmesi AC 11 surf v odvisnosti od zahtevanih mejnih vsebnosti votlin po SIST 1038-1 (najmanjša 3,0 V.-% in največja 6,5 V.-%). Izračun je pokazal, da je spodnji mejni delež bitumna v sestavi 4,0 m.-% in zgornji mejni delež bitumna 6,0 m.-%. V preglednicah 3.2.3.1 in 3.2.3.2 so rezultati lastnosti bitumeniziranih zmesi AC 11 in AC 8. V skladu s SIST EN 12697-34 (Preskus po Marshallu) so bili določeni stabilnost, tečenje in količnik togosti, ki je razmerje med stabilnostjo in tečenjem. Preglednica 3.2.3.1: Lastnosti bitumeniziranih zmesi AC 11 surf Table 3.2.3.1: Properties of asphalt mixture AC 11 surf nom ota BZ gost Oznaka ost nost votlin v BZ nost votlin v ZZ tabilnostS Tečenje To Oznaka sestave G ajvečja gostota BZ seb seb apolnjenost z bitum preskušanca Z N V V A 'A VV VMA VFB S - T [kg/m3] [kg/m3] [V.-%] [V.-%] [%] [kN] [mm] [kN/mm] Sestava 1 H1006-12 2404 2613 8,0 17,2 53,5 11,0 4,1 2,7 Sestava 2 H3893-10 2441 2569 5,0 16,8 70,3 10,9 4,7 2,3 Sestava 3 H3894-10 2461 2559 3,8 16,7 77,1 11,1 5,3 2,1 Sestava 4 H3898-10 2467 2533 2,6 16,2 83,9 12,3 4,5 2,7 Sestava 5 H1115-11 2484 2530 1,8 16,5 88,9 10,7 6,0 1,8 ZAHTEVE po SIST 1038-1 - - 3-6,5 - 65-80 - - - STATISTIKA Število meritev – n 5 5 5 5 5 5 5 5 Povprečna vrednost – x 2451,4 2560,8 4,2 16,7 74,7 11,2 4,9 2,3 Standardna deviacija – s 30,6 33,6 2,4 0,4 13,8 0,6 0,7 0,4 Največja vrednost – xmax 2484,0 2613,0 8,0 17,2 88,9 12,3 6,0 2,7 Najmanjša vrednost – xmin 2404,0 2530,0 1,8 16,2 53,5 10,7 4,1 1,8 Razpon – R 80,0 83,0 6,2 1,0 35,4 1,6 1,9 1,0 x + 3 ∙ s 2543,3 2661,6 11,5 17,8 116,1 13,1 7,1 3,5 x – 3 ∙ s 2359,5 2460,0 -3,0 15,6 33,4 9,3 2,7 1,1 Gmin (< 1,6714;  = 0,05) 1,547 0,917 1,006 1,239 1,540 0,791 1,104 1,347 Gmax (< 1,6714;  = 0,05) 1,064 1,553 1,550 1,480 1,027 1,739 1,454 1,026 Iz preglednic 3.2.3.1 in 3.2.3.2 vidimo odstopanja pri vsebnosti votlin v bitumenizirani zmesi VV in pri stopnji zapolnjenosti votlin v zmesi kamnitih zrn z bitumnom VFB po standardu SIST 1038-1 na preskušancih z najmanjšim in največjim deležem bitumna, kar je logično, glede na različno vsebnost bitumna. Rezultati so znotraj dovoljenih odstopanj. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 75 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 3.2.3.2: Lastnosti bitumeniziranih zmesi AC 8 surf Table 3.2.3.2: Properties of asphalt mixture AC 8 surf Z nom ota B ost nost votlin v BZ nost votlin v ZZ edna natezna trdnost Oznaka sestave Oznaka preskušanca G ajvečja gostota BZ apolnjenost z bitum N seb seb Z osr V V P A 'A VV VMA VFB ITS [kg/m3] [kg/m3] [V.-%] [V.-%] [%] [kN] [kPa] Sestava 1 H1042-12 2411,0 2632,0 8,4 17,9 53,0 12,1 1245,0 Sestava 2 A49-12 2420,0 2591,0 6,5 18,2 56,7 n. p. n. p. Sestava 3 H1029-12 2457,0 2576,2 4,6 17,6 73,8 12,6 1186,0 Sestava 4 A51-12 2442 2558,164 3,0 18,4 76,1 n. p. n. p. Sestava 5 H1057-12 2483 2541,888 2,3 17,4 86,7 10,3 1036,0 ZAHTEVE po SIST 1038-1 - - 3-6,5 - 65-80 - - STATISTIKA Število meritev – n 5 5 5 5 5 3 3 Povprečna vrednost – x 2442,6 2579,9 5,0 17,9 69,3 11,7 1155,7 Standardna deviacija – s 28,9 34,5 2,5 0,4 14,1 1,2 107,8 Največja vrednost – xmax 2483,0 2632,0 8,4 18,4 86,7 12,6 1245,0 Najmanjša vrednost – xmin 2411,0 2541,9 2,3 17,4 53,0 10,3 1036,0 Razpon – R 72,0 90,1 6,1 1,0 33,7 2,2 209,0 x + 3 ∙ s 2529,4 2683,4 12,5 19,2 111,5 15,2 1478,9 x – 3 ∙ s 2355,8 2476,3 -2,6 16,7 27,0 8,1 832,4 Gmin (< 1,6714;  = 0,05) 1,092 1,100 1,059 1,189 1,155 - - Gmax (< 1,6714;  = 0,05) 1,396 1,510 1,369 1,235 1,237 - - Gostota z votlinami bitumeniziranega preskušanca A se izračuna v skladu s standardom SIST EN 12697-6 (Ugotavljanje gostote bitumenskih preskušancev – površinsko zasičen postopek). Predhodno se preskušanec ustrezno pripravi z Marshallovim zgoščevalnikom. Gostota A se določi s tehtanjem preskušanca na zraku (m1) in nato pod vodo – zasičen (m2); na koncu se preskušanec obriše s krpo, da je na površini suh, in ponovno stehta na zraku (m3), A [kg/m3] pa se izvrednoti po enačbiμ (3.2.3.1) kjer je: m1 … masa suhega preskušanca [g], m2 … masa preskušanca, potopljenega v vodi [g], m3 … masa zasičenega preskušanca, površinsko suhega [g], w … gostota vode pri testni temperaturi (pri 25 C) [Mg/m3]. 76 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Največja gostota bitumenizirane zmesi 'A se določi po standardnem postopku SIST EN 12697-5 (Ugotavljanje največje gostote – prostorski postopek). Prostornina bitumenizirane zmesi se določi z izpodrivanjem tekočine v piknometru. Enačba za izračun največje gostote bitumenizirane zmesi 'A [Mg/m3] je: (3.2.3.2) kjer je: m1 … masa piknometra s pulpo [g], m2 … masa piknometra s pulpo, napolnjenega z bitumenizirano zmesjo [g], m3 … masa piknometra s pulpo, napolnjenega z bitumenizirano zmesjo in z destilirano vodo [g], VP … prostornina piknometra do označbe [m3], w … gostota vode pri testni temperaturi (25 ± 0,2 °C) [Mg/m3]. Votline v zgoščeni bitumenizirani zmesi so majhni zračni prostori v zmesi kamnitih zrn, obvitih z vezivom. Vsebnost votlin VV [V.-%] določimo po standardu SIST EN 12697-8 (Ugotavljanje značilnosti votlin v bitumenskih preskušancih), izračuna se po naslednji enačbi: ( ) (3.2.3.3) kjer je: ρ A … gostota z votlinami bitumenizirane zmesi [kg/m3], 'A … največja gostota bitumenizirane zmesi [kg/m3]. Vsebnost votlin v zmesi kamnitih zrn VMA se določi po standardnem postopku SIST EN 12697-8 (Ugotavljanje značilnosti votlin v bitumenskih preskušancih) in je definirana kot medzrnski prostor med zmesjo zrn v zgoščeni zmesi, ki vsebuje zračne votline Vv in vsebnost bitumna VB, izraženega v odstotku prostornine (slika 3.2.3.1). VMA [V.-%] se izračuna po naslednji enačbi: (3.2.3.4) kjer je: VV … prostornina votlin v bitumenizirani zmesi [V.-%], mB … masni delež bitumna v preskušancu [m.-%], B … gostota bitumna [kg/m3]. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 77 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 3.2.3.1μ Shematični prikaz volumskega deleža votlin, bitumna in zmesi zrn Figure 3.2.3.1: Schematic volumetric presentation of voids, bitumen and mineral aggregate Vsebnost votlin zmesi kamnitih zrn, zapolnjenih z bitumnom, (VFB) se določi po standardnem postopku SIST EN 12697-8. VFB [V.-%] se izračuna po enačbi: (( ) ) (3.2.3.5) kjer je: mB … masni delež bitumna v preskušancu [m.-%], ρ A … gostota z votlinami bitumenizirane zmesi [kg/m3], B … gostota bitumna [kg/m3], VMA … vsebnost votlin v zmesi kamnitih zrn v 0,1 [V.-%]. 78 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 4 REZULTATI IN ANALIZE PRESKUSOV V eksperimentalnem delu doktorske disertacije smo izvedli statične preskuse pri nizkih temperaturah TSRST in UTST na bitumeniziranih zmeseh:  AC 11 surf (B50/70) in  AC 8 surf (B50/70). Za ti dve osnovni bitumenizirani zmesi smo po navodilih pripravili pet različnih sestav v odvisnosti od deleža bitumna (glej poglavje 3.2.3). V nadaljevanju so predstavljeni rezultati statičnih preskusov omenjenih bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah, ki so bili izvedeni v treh različnih laboratorijihμ  ZAG Ljubljana (SLO),  ISTU na TU Wien (A),  Ramtech Zagreb (HR). 4.1 Rezultati preskusov bitumenizirane zmesi AC 11 surf pri nizkih temperaturah Za bitumenizirano zmes AC 11 surf so bili vsi preskusi pri nizkih temperaturah izvedeni v laboratoriju ZAG Ljubljana. Ker je podatkov veliko, so v prilogi A zbrani vsi rezultati preskusov pri nizkih temperaturah za AC 11 surf. V preglednici A.4.1.1 (priloga A) so predstavljeni rezultati preskusa TSRST (temperatura ob porušitvi, napetost ob porušitvi) ter največja rezerva natezne trdnosti in temperatura pri največji rezervi bitumenizirane zmesi AC 11 surf B50/70. V preglednicah A.4.1.2 – 6 (priloga A) so predstavljeni rezultati preskusa UTST za sestave bitumeniziranih zmesi od 1 do 5. Na sliki 4.1.1 so grafično prikazani rezultati preskusov TSRST in UTST ter rezerve natezne trdnosti Δβ t v odvisnosti od temperature. Modre regresijske krivulje predstavljajo rezultate preskusa TSRST, črne regresijske krivulje predstavljajo rezultate preskusa UTST in rdeče razliko med regresijskimi krivuljami oz. rezervo nateznih trdnosti. Iz slik preskusa TSRST (modre krivulje) se vidi, da pri manjšem deležu bitumna (4 m.-%) krivulje najbolj nihajo in obratno, da so krivulje preskusa TSRST bolj zvezne in umirjene pri večjem deležu bitumna (6 m.-%). Nemirni del krivulje z izrazitimi skoki je izrazitejši v elastičnem območju krivulje Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 79 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. oz. po zaključeni relaksaciji in traja vse do temperature porušitve Tf. Ugotavljamo, da je nihanje krivulje pri nižji temperaturi posledica oblikovanja razpok v strukturi in s tem povezanega prerazporejanja obremenitev na še nepoškodovan del materiala v preskušan cu (glej poglavje 2.1.1, slika 2.1.1.4). Iz diagramov deformacija – sila pri preskusih UTST −10 in −25 °C vidimo, da so krivulje povsem linearne (elastično obnašanje materiala) in potekajo praktično po isti liniji. Pri tej temperaturi iz krivulj vidimo, da je na koncu nastal krhki lom. V vseh primerih pri preskusu UTST −10 °C so sile večje kot pri UTST −25 °C. Pri temperaturi 5 °C vidimo, da krivulja v začetku poteka linearno in potem nelinearno (visko-elastično obnašanje). Pri višjih temperaturah ugotavljamo, da se z večanjem deleža bitumna (viskozne komponente) v sestavi bitumenizirane zmesi AC 11 surf bistveno povečuje deformacija in nekoliko zmanjšuje največja sila. 10,0 H1006/12N 20°C 20 H1006/12N 20°C 21 AC 11 surf B50/70 9,0 H1006/12N 20°C 22 H1006/12N 5°C 15 (4,0 m.-% bit.) 8,0 H1006/12N 5°C 16 7,0 H1006/12N 5°C 17 H1006/12N -10°C 12 ] 6,0 H1006/12N -10°C 13 [kN H1006/12N -10°C 14 5,0 F H1006/121N -25°C 8 ila 4,0 S H1006/121N -25°C 9 H1006/12N -25°C 10 3,0 UTST (4,0 m.-%) 2,0 1,0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Deformacija ɛ [mm] 10,0 H3893-10 20°C 17 H3893-10 20°C 19 AC 11 surf B50/70 9,0 H3893-10 20°C 20 H3893-10 5°C 3 (5,0 m.-% bit.) 8,0 H3893-10 5°C 6 7,0 H3893-10 5°C 7 H3893-10 -10°C 9 ] 6,0 H3893-10 -10°C 12 [kN 5,0 H3893-10 -10°C 16 F H3893-10 -25°C 13 ila 4,0 S H3893-10 -25°C 14 H3893-10 -25°C 15 3,0 UTST (5,0 m.-%) 2,0 1,0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Deformacija ɛ [mm] (se nadaljuje …) 80 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (… nadaljevanje) 10,0 H3874-10 20°C 8 H3874-10 20°C 23 AC 11 surf B50/70 9,0 H3874-10 20°C 24 (5,4 m.-% bit.) H3874-10 5°C 1 8,0 H3874-10 5°C 4 7,0 H3874-10 5°C 13 H3874-10 -10°C 18 ] 6,0 H3874-10 -10°C 19 [kN H3874-10 -10°C 21 5,0 F H3874-10 -25°C 14 ila 4,0 S H3874-10 -25°C 15 H3874-10 -25°C 17 3,0 UTST (5,4 m.-%) 2,0 1,0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Deformacija ɛ [mm] 10,0 H3898-10 20°C 11 H3898-10 20°C 17 9,0 AC 11 surf B50/70 H3898-10 20°C 20 8,0 H3898-10 5°C 16 (5,8 m.-% bit.) H3898-10 5°C 19 7,0 H3898-10 5°C 23 ] H3898-10 -10°C 5 6,0 H3898-10 -10°C 8 [kN 5,0 H3898-10 -10°C 9 F H3898-10 -25°C 2 ila 4,0 S H3898-10 -25°C 3 H3898-10 -25°C 4 3,0 UTST (5,8 m.-%) 2,0 1,0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Deformacija ɛ [mm] 10,0 H1115/11N 20°C 4 H1115/11N 20°C 5 9,0 H1115/11N 20°C 6 AC 11 surf B50/70 H1115/11N 5°C 8 8,0 (6,0 m.-% bit.) H1115/11N 5°C 9 7,0 H1115/11N 5°C 10 ] H1115/11N -10°C 12 6,0 H1115/11N -10°C 13 [kN 5,0 H1115/11N -10°C 15 F H1115/11N -25°C 16 ila 4,0 S H1115/11N -25°C 18 H1115/11N -25°C 19 3,0 UTST (6,0 m.-%) 2,0 1,0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Deformacija ɛ [mm] Slika 4.1.1: Rezultati preskusov TSRST in UTST ter rezerve nateznih napetosti (levo) in diagram sila – deformacija pri preskusu UTST (desno) za bitumenizirano zmes AC 11 surf Figure 4.1.1: Results of tests TSRST, UTST and tensile strength reserve (left) and diagram force – strain at UTST test (right) for AC 11 surf Vse krivulje preskusov TSRST in UTST za bitumenizirano zmes AC 11 surf so prikazane na sliki 4.1.2. Krivulje TSRST AC 11 surf potekajo praktično po isti liniji, od nje odstopa le krivulja za AC 11 surf 6,0 m.-% bit. Ta dlje poteka v relaksacijskem območju, v elastičnem območju pa vzporedno sledi preostalim linijam. Ugotavljamo, da je sestava z večjim deležem Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 81 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. bitumna bolj odporna proti nastanku termičnih razpok pri nizkih temperaturah. Pri krivuljah UTST ugotavljamo, da delež bitumna predvsem vpliva na velikost največje natezn e trdnosti in manj na njeno pripadajočo temperaturo. Iz diagrama rezerva natezne trdnosti Δβ t – temperatura (slika 4.1.3) opazimo, da imata podobno linijo AC 11 surf 4,0 m.-% bit. in 5,0 m.-% bit. ter AC 11 surf 5,4 m.-% bit. in 5,8 m.-% bitumna. Krivulja AC 11 surf 6,0 m.-% bit. tudi v tem primeru odstopa in izkazuje največjo rezervo natezne trdnosti in najnižjo pripadajočo temperaturo. Ugotavljamo, da delež bitumna vpliva na velikost največje rezerve natezne trdnosti in njeno pripadajočo temperaturo. Mollenhauer (2008) navaja, da pri nižjih temperaturah poteka razpoka (porušitev) tudi skozi kamnito zrno v preskušancu bitumenizirane zmesi, pri višjih temperaturah pa predvsem skozi bitumensko malto (glej poglavje 2.1.1, slika 2.1.1.5). Na sliki 4.1.4 je vidna porušena površina preskušanca bitumenizirane zmesi AC 11 surf B 50/70 pri preskusu UTST. Ugotavljamo , da porušitev ne poteka zgolj v bitumenski malti (kohezijska porušitev), ampak tudi skozi kakšno kamnito zrno ali na stiku med zrnom in malto (adhezijska porušitev), tudi pri višjih temperaturah. Če natančno pogledamo, to opazimo tudi na sliki 2.1.1.5, pri temperaturi 10 °C. Porušitev skozi zrno pri višjih temperaturah si razlagamo kot posledico predhodno nastale notranje poškodbe (manjše razpoke) zrna – ali med drobljenjem zrn in/ali med zgoščevanjem bitumenizirane zmesi. 82 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 7 6 AC 11 4,0% bit AC 11 5,0% bit AC 11 5,4% bit 5 AC 11 5,8% bit ] a AC 11 6,0% bit P ] aP [M 4 [M st σ cry st β t o 3 toe n p rd a T N 2 1 0 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Temperatura T [°C] Slika 4.1.2: Skupni diagram napetost/trdnost − temperatura pri preskusih TSRST in UTST za AC 11 surf (ZAG) Figure 4.1.2: Joint diagram stress/strength − temperature of TSRST and UTST tests for AC 11 surf (ZAG) 7 ] a AC 11 4,0% bit 6 P AC 11 5,0% bit [M AC 11 5,4% bit 5 AC 11 5,8% bit sti Δβ t AC 11 6,0% bit on 4 trde 3 zntea n 2arvzee1R 0 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Temperatura T [°C] Slika 4.1.3: Diagram rezerva natezne trdnosti − temperatura za AC 11 surf (ZAG) Figure 4.1.3: Diagram tensile strength reserve − temperature for AC 11 surf (ZAG) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 83 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. UTST 20 °C UTST –10 °C 4 m.-% bit. 5,4 m.-% bit. Porušitev skozi zrno Slika 4.1.4: Porušna površina preskušanca AC 11 surf B 50/70 pri preskusu UTST Figure 4.1.4: Cracked area of the sample asphalt mixture AC 11 surf B 50/70 at UTST 4.2 Rezultati preskusa bitumenizirane zmesi AC 8 surf pri nizkih temperaturah V nasprotju z bitumenizirano zmesjo AC 11 surf so bili za AC 8 surf B50/70 preskusi pri nizkih temperaturah izvedeni v treh laboratorijih:  ZAG Ljubljana (SLO),  ISTU na TU Wien (A),  Ramtech Zagreb (HR). V preglednici 4.2.1 je prikazan program preskusov pri nizkih temperaturah, ki so bili izvedeni v različnih laboratorijih v odvisnosti od sestave bitumenizirane zmesi. V preglednicah B.4.2.3 do 9 (priloga B) so prikazani rezultati preskusov UTST glede na sestavo od 1 do 5. Preglednica 4.2.1: Program preskusov TSRST in UTST bitumenizirane zmesi AC 8 surf Table 4.2.1: Program of TSRST and UTST test of the asphalt mixture AC 8 surf Sestava bitumenizirane zmesi Laboratorij Sestava 1 Sestava 2 Sestava 3 Sestava 4 Sestava 5 (4 m.-%) (5 m.-%) (5,4 m.-%) (5,8 m.-%) (6,2 m.-%) ZAG Ljubljana (SLO) x x x ISTU – TU Wien (A) x x x (TSRST) Ramtech Zagreb (HR) x x Na sliki 4.2.1 so grafično prikazani rezultati preskusov TSRST in UTST ter rezerve natezne trdnosti Δβ t v odvisnosti od temperature, ki so bili izvedeni v laboratoriju na ZAG-u. Modre regresijske krivulje predstavljajo rezultate preskusov TSRST, črne regresijske krivulje 84 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. predstavljajo rezultate UTST in rdeče krivulje razliko med regresijskimi krivuljami oz. rezerve nateznih trdnosti. Pri preskusu TSRST (modre krivulje) smo ugotovili, da pri manjšem deležu bitumna (4 m. -%) krivulje najbolj nihajo in obratno, da so krivulje TSRST bolj zvezne in umirjene pri večjem deležu bitumna (6 m. -%). Iz diagramov sila – deformacija pri nižjih temperaturah (UTST −10 in −25 °C) vidimo, da so krivulje v celoti linearne, kar kaže na povsem elastično obnašanje materiala, pri čemer so vrednosti sil pri UTST večje pri −10 °C. Pri višjih temperaturah so krivulje nelinearne, kar kaže na visko-elastično obnašanje materiala in pri UTST 20 °C je to obnašanje najbolj izrazito. Iz diagramov sila − deformacija 5 °C in 20 °C za različne sestave ugotavljamo, da se z večanjem deleža bitumna povečuje deformacija ob porušitvi in zmanjšuje natezna trdnost. Pri preskusu UTST 5 °C najbolj izstopata sestavi s 4 in 6 m.-% bitumna. Sestava s 4 m.-% bitumna ima najmanjšo deformacijo ob pretrgu oz. porušitvi, sestava z večjim deležem bitumna pa najmanjšo natezno trdnost in največjo deformacijo ob pretrgu, kar je posledica vpliva večjega deleža viskozne komponente v sestavi. Krivulje UTST pri nižjih temperaturah preskusa potekajo linearno in po istih linijah. UTST −10 °C ima v nasprotju z UTST −25 °C večjo deformacijo in zato večjo natezno trdnost, ker obstaja pri tej temperaturi še vedno omejena zmožnost lezenja. Iz diagramov sila − deformacija pri nižjih temperaturah vidimo, da je nastala porušitev v obliki krhkega loma. Porušna ploskev preskušancev bitumenizirane zmesi AC 8 surf B50/70 za sestavo 1 (4 m,-% bitumna) = H1042 in sestavo 3 (5,4 m,-% bitumna) = H1029 je prikazana na sliki 4.2.2. Iz slik vidimo, da je porušitev pri preskusu UTST (T = 20 °C) potekala večinoma skozi bitumensko malto. Če podrobneje pogledamo porušno površino pri preskušancih H1029 (21) in H1042 (23), opazimo, da je površina prvega preskušanca enakomerno temna, torej je porušitev potekala le skozi bitumensko malto (kohezijska porušitev). Pri preskušancu, ki ima manjši delež bitumna, je površina na nekaterih mestih opazno svetlejša. Ugotavljamo, da je na teh mestih porušitev potekala med kamnitim zrnom in bitumensko malto (adhezijska porušitev). Pri nižjih temperaturah (T < 0 °C) pa vidimo, da poteka porušitev skozi bitumensko malto in skozi kamnita zrna. Pri višjih temperaturah, T = 20 in 5 °C, pri stranskem pogledu preskušancev vidimo, da porušitev poteka poševno in bolj razgibano kot pri nižjih temperaturah, kjer so porušitve vodoravne – krhki lom (slika 4.2.3). Na preskušancih TSRST sta površina in prerez podobna kot pri preskušancih UTST pri temperaturi preskusa −25 °C. Torej pri nizkih temperaturah ugotavljamo, da porušitve potekajo vodoravno (krhki lom), skozi bitumensko malto in kamnita zrna. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 85 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 10,0 H1042-12 20°C 1 H1042-12 20°C 3 AC 8 surf 50/70 9,0 H1042-12 20°C 4 (4 m.-% bit.) 8,0 H1042-12 5°C 5 H1042-12 5°C 9 7,0 H1042-12 5°C 10 6,0 ] H1042-12 -10°C 11 [kN H1042-12 -10°C 15 5,0 F H1042-12 -10°C 13 ilaS 4,0 H1042-12 -25°C 14 H1042-12 -25°C 16 3,0 H1042-12 -25°C 17 2,0 UTST (4 m.-% bit.) 1,0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Deformacija ɛ [mm] 10,0 H1029-12 20°C 13 H1029-12 20°C 14 AC 8 surf B50/70 9,0 H1029-12 20°C 15 1029-12 5°C 1 (5,4 m.-% bit.) 8,0 1029-12 5°C 2 7,0 1029-12 5°C 3 1029-12 -10°C:60 6,0 ] 1029-12 -10°C:70 [kN 1029-12 -10°C:9 5,0 F h1029n -25°C 10 ilaS 4,0 h1029n -25°C 11 h1029n -25°C 12 3,0 UTST (5,4 m.-% bit.) 2,0 1,0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Deformacija ɛ [mm] 10,0 H1057-12 20°C 10 H1057-12 20°C 11 AC 8 surf B50/70 9,0 H1057-12 20°C 9 H1057-12 5°C 8 (6,2 m.-% bit.) 8,0 H1057-12 5°C 12 7,0 H1057-12 5°C 13 H1057-12 -10°C 14 6,0 ] H1057-12 -10°C 16 [kN H1057-12 -10°C 17 5,0 F ila H1057-12 -25°C 18 S 4,0 H1057-12 -25°C 19 H1057-12 -25°C 20 3,0 UTST (6,2 m.-% bit.) 2,0 1,0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Deformacija ɛ [mm] Slika 4.2.1: Rezultati preskusov TSRST in UTST ter rezerve nateznih napetosti (levo) in diagram sila – deformacija pri preskusu UTST (desno) za AC 8 surf (ZAG) Figure 4.2.1: Results of test TSRST, UTST and tensile strength reserve (left) and diagram force – strain at UTST test (right) for AC 8 surf (ZAG) 86 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. H1029 (21) UTST T = 20 °C H1029 (23) UTST T = −10 °C H1029 (24) UTST T = −25 °C H1042 (23) UTST T = 20 °C H1042 (6) UTST T = −10 °C H1042 (7) UTST T = −25 °C H1042 (24) UTST T = 5 °C H1029 (20) UTST T = 5 °C H1042 (22) TSRST H1042 (21) TSRST H1042 (19) TSRST Slika 4.2.2μ Porušna površina preskušancev H1029 (sestava 3; 5,4 m.-%) in H1042 (sestava 1; 4 m.-%) bitumenizirane zmesi AC 8 surf Figure 4.2.2: Cracked area of the samples H1029 (Mixture 3, 5.4 m.-%) and H1042 (Mixture 1, 4 m.-%) of asphalt mixture AC 8 surf Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 87 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. poševno vodoravno KRHKI LOM H1029 (21) UTST T = 20 °C H1029 (23) UTST T = −10 °C H1029 (24) UTST T = −25 °C H1042 (23) UTST T = 20 °C H1042 (6) UTST T = −10 °C H1042 (7) UTST T = −25 °C H1042 (24) UTST T = 5 °C H1029 (20) UTST T = 5 °C vodoravno KRHKI LOM H1042 (22) TSRST H1042 (21) TSRST H1042 (19) TSRST Slika 4.2.3: Prerez porušitve preskušancev H1029 (sestava 3; 5,4 m.-%) in H1042 (sestava 1; 4 m.-%) bitumenizirane zmesi AC 8 surf Figure 4.2.3: Cross section crack of the sample H1029 (Mixture 3, 5.4 m.-%) and H1042 (Mixture 1, 4 m.-%) of asphalt mixture AC 8 surf Naslednji rezultati TSRST in UTST ter rezerva nateznih trdnosti v odvisnosti od temperature za bitumenizirane zmesi AC 8 surf (z deležem bitumna 5,0 in 5,8 m.-%) so grafično prikazani 88 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. na sliki 4.2.4. Preskusi so bili izvedeni v laboratoriju ISTU na TU Wien. Pričakovano so pri sestavi 2 (5 m.-% bitumna) rezultati rezerve natezne trdnosti manjši in pripadajoča temperatura višja kot pri sestavi 4 (5,8 m.-% bitumna). Iz teh rezultatov ugotavljamo, da ima večji delež bitumna v bitumenizirani zmesi AC 8 surf vpliv na večjo odpornost proti nastanku razpok zaradi nizkih temperatur. Iz diagramov sila − deformacija opazimo, da krivulje potekajo linearno (elastično obnašanje) vse do porušitve (krhki lom) pri nižjih temperaturah in nelinearno (visko-elastično obnašanje) pri višjih temperaturah. Pri temperaturi preskusa – 10 in −25 °C so porušne sile podobne, čes ar pri drugih laboratorijih nismo ugotovili. Pri višjih temperaturah vidimo, da je manjša deformacija pri pretrgu pri sestavi z manjšim deležem bitumna. UTST (5 m.-% bit.) UTST (5,8 m.-% bit.) Slika 4.2.4: Rezultati preskusov TSRST in UTST ter rezerve natezne napetosti (levo) in diagram sila – deformacija pri preskusu UTST (desno) za AC 8 surf (TU Wien) Figure 4.2.4: Results of test TSRST, UTST and tensile strength reserve (left) and diagram force – strain at UTST test (right) for AC 8 surf (TU Wien) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 89 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slike od 4.2.5 do 4.2.8 prikazujejo porušno površino preskušancev za sestavo 2 (5 m.-% bitumna) pri preskusu UTST pri temperaturah preskusa 5 °C, −10 °C in −25 °C ter preskusu TSRST. Na navedenih slikah opazimo, da je porušna površina pri preskusu UTST pri nižji temperaturi preskusa (−25 °C) bolj ali manj vodoravna (krhki lom). To je opaziti tudi na preskušancih pri preskusu TSRST. Pri višjih temperaturah preskusa UTST (5 °C) opazimo, da je površina bolj razgibana in poševna (žilavi lom). Ugotavljamo, da je razlog za to zmožnost lezenja in visko- elastičn o obnašanj e bitumenizirane malte. Pri nižjih temperaturah, pod −10 °C, visko- elastično obnašanje materiala prehaja v elastično obnašanje, zato je porušna površina manj razvejana. poševno K327A (1) K327C (3) K327I (9) Slika 4.2.5: Porušna površina preskušanca AC 8 surf, sestava 2 (5 m.-%), pri preskusu UTST 5 °C Figure 4.2.5: Cracked area of the sample asphalt mixture AC 8 surf, Mixture 2 (5 m.-%), at UTST 5 °C 90 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. poševno K327E (5) K327G (7) K327K (11) Slika 4.2.6: Porušna površina preskušanca AC 8 surf, sestava 2 (5 m.-%), pri preskusu UTST −10 °C Figure 4.2.6: Cracked area of the sample asphalt mixture AC 8 surf, Mixture 2 (5 m.-%), at UTST −10 °C vodoravno KRHKI LOM K327H (8) K327J (10) K327L (12) Slika 4.2.7: Porušna površina preskušanca AC 8 surf, sestava 2 (5 m.-%), pri preskusu UTST −25 °C Figure 4.2.7: Cracked area of the sample asphalt mixture AC 8 surf, Mixture 2 (5 m.-%), at UTST −25 °C Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 91 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. vodoravno K327B (2) K327B (4) K327B (6) Slika 4.2.8: Porušna površina preskušanca AC 8 surf, sestava 2 (5 m.-%), pri preskusu TSRST Figure 4.2.8: Cracked area of the sample asphalt mixture AC 8 surf, Mixture 2 (5 m.-%), at TSRST test Na sliki 4.2.9 so grafično prikazani rezultati preskusov TSRST in UTST ter rezerve nateznih napetosti za AC 8 surf, ki so bili izvedeni v Ramtechu. Na sliki 4.2.9 je prikazan diagram sila − deformacija preskusa UTST za sestavo 2 (5 m.-% bit.) in sestavo 4 (5,8 m.-% bit.). Na diagramu je vidno, da je pri temperaturi preskusa UTST T = 20 °C krivulja z manjšim deležem bitumna v sestavi (5 m.-%) bistveno krajša (manjša deformacija), kot je to vidno pri sestavi z večjim deležem bitumna (5,8 m.-%). Pri temperaturi T = 5 °C ima krivulja pri sestavi z manjšim deležem bitumna daljši elastični in krajši visko-elastični del kot pri sestavi s 5,8 m.-% bitumna. Pri temperaturah −10 °C in −25 °C je pri obeh sestavah celotna krivulja linearna (elastično obnašanje). Krivulji potekata po podobni liniji, razlikujeta se le po dolžini. Pri sestavi s 5,8 m.-% bitumna je pri obeh temperaturah krivulja daljša, ker je v sestavi večji delež viskozne komponente. 92 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 7 10,0 5% 1,vzor 20°C 5% 2,vzor 20°C AC 8 surf B50/70 9,0 5% 1,vzor 5°C 6 ] 5% 2,vzor 5°C a (5 m.-% bitumna) P 8,0 5% 3,vzor 5°C ] [M 5 5% 1,vzor -10°C a 7,0 ] P 5% 2,vzor -10°C a Δβt P ti ] 5% 3,vzor -10°C s 6,0 4 [M 5% 1,vzor -25°C t βt [M o ry s n [kN 5% 2,vzor -25°C o rd 5,0 t σ c n t F s e 5% 3,vzor -25°C 3 rd ila to t 4,0 S e a znte UTST (5 m.-% bit.) zn a Nap e 2 n 3,0 a Nat rv 2,0 1 Reze 1,0 0 0,0 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Temperatura T [°C] Deformacija ɛ [mm] 7 10,0 5,8% 1,vzor 20°C AC 8 surf B50/70 5,8% 2,vzor 20°C 9,0 5,8% 1,vzor 5°C ] 6 a (5,8 m.-% bitumna) 5,8% 2,vzor 5°C P 8,0 ] [M 5,8% 1,vzor -10°C a 5 7,0 ] P 5,8% 2,vzor -10°C a Δβt P ti ] 5,8% 3,vzor -10°C s 6,0 [M o 4 t βt [M 5,8% 1,vzor -25°C ry s n [kN o rd 5,0 5,8% 2,vzor -25°C t σ c n t F s rd e 3 ila 5,8% 3,vzor -25°C to t 4,0 e S a znte zn a UTST (5,8 m.-% bit.) Nap e n 3,0 2 a Nat rv 2,0 1 Reze 1,0 0 0,0 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 Temperatura T [°C] Deformacija ɛ [mm] Slika 4.2.9: Rezultat preskusov TSRST in UTST ter rezerva natezne napetosti (levo) in diagram sila – deformacija pri preskusu UTST (desno) za AC 8 surf (Ramtech) Figure 4.2.9: Results of test TSRST, UTST and tensile strength reserve (left) and diagram force – strain at UTST test (right) for AC 8 surf (Ramtech) Na sliki 4.2.10 je prikazan skupni diagram preskusa TSRST, ki se je izvajal na ZAG-u, TU Wien in v Ramtechu. Na sliki vidimo dve glavni liniji poteka krivulj. V prvi liniji potekajo krivulje ZAG (4 m.-%, 5,4 m.-%, 6,2 m.-%) in Ramtech (5 m.-%). Nekoliko v levo odstopa od prve linije krivulja Ramtech (5,8 m.-%). V drugi liniji so krivulje TU Wien, ki potekajo v bolj razširjenem območju. Nekoliko izstopa le krivulja TU Wien 6,2 m.-%. Slednja ima v elastičnem območju strmejši nagib in večjo natezno napetost pri porušitvi kot preostali dve. Temperatura pri porušitvi je v vseh treh primerih pod −30 °C, česar krivulje iz prve linije ne dosegajo; imajo le nekoliko večjo natezno napetost od TU Wien (5 m.-% in 5,8 m.-%). V diagramu UTST na sliki 4.2.11 ponovno opazimo, da ima najvišji krivulji TU Wien in najnižji Ramtech. Pri temperaturi 5 °C ima TU Wien najmanjšo vrednost natezne trdnosti. Na sliki 4.2.12 so predstavljene krivulje rezerve natezne trdnosti. Krivulje TU Wien ležijo v grafu višje in so strmejše kot krivulje ZAG in Ramtech. Krivulja TU Wien s sestavo 4 (5,8 m.-% bitumna) izkazuje največjo rezervo natezne trdnosti in najnižjo pripadajočo temperaturo Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 93 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. največji rezervi. Najmanjšo rezervo natezne trdnosti in najvišjo temperaturo ima krivulja Ramtech sestave 2 (5 m.-% bitumna). Iz slike vidimo, da so si krivulje ZAG zelo blizu. Krivulja ZAG sestave 1, z najmanj bitumna v sestavi (4 m.-% bitumna), je daljša od krivulje ZAG sestave 3 (5,4 m.-% bitumna) in krivulje ZAG sestave 5, z največ bitumna v sestavi (6,2 m.-% bitumna). 7 ZAG 4% 6 ZAG 5,4% ZAG 6,2% TU WIEN 5% ] 5 a TU WIEN 5,8% P TU WIEN 6,2% 1. linija [M 4 RAMTECH 5% RAMTECH 5,8% st σ cry 3 toepaN 2 2. linija 1 0 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Temperatura T [°C] Slika 4.2.10: Diagram preskusa TSRST za AC 8 surf Figure 4.2.10: Diagram TSRST test for AC 8 surf 7 ZAG 4% 6 ZAG 5,4% ] ZAG 6,2% aP 5 TU WIEN 5% [M TU WIEN 5,8% RAMTECH 5% 4 st β t o RAMTECH 5,8% n 3 trda znte 2 aN 1 0 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Temperatura T [°C] Slika 4.2.11: Diagram preskusa UTST za AC 8 surf Figure 4.2.11: Diagram UTST test for AC 8 surf 94 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 7 ZAG 4% 6 ZAG 5,4% ] aP ZAG 6,2% [M 5 TU WIEN 5% TU WIEN 5,8% sti Δβ to 4 RAMTECH 5% n RAMTECH 5,8% trde zn 3 tea na 2rvzeeR 1 0 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Temperatura T [°C] Slika 4.2.12: Diagram rezerve natezne trdnosti za AC 8 surf Figure 4.2.12: Diagram tensile strength reserve for AC 8 surf 4.3 Vpliv deleža bitumna pri nizkih temperaturah 4.3.1 Bitumenizirana zmes AC 11 surf V preglednici 4.3.1.1 so predstavljeni rezultati temperature ob porušitvi Tf in natezne napetosti ob porušitvi σ cry,f pri ohlajevalnem preskusu TSRST za bitumenizirano zmes AC 11 surf, ki je bil izveden na ZAG-u. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 95 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 4.3.1.1: Rezultati preskusa TSRST bitumenizirane zmesi AC 11 surf (ZAG) Table 4.3.1.1: Results of TSRST test of the asphalt mixture AC 11 surf (ZAG) Delež Povprečna gostota z Temp. Napetost bitumna Vsebnost votlin votlinami ob ob v BZ po v preskušancu preskušanca porušitvi porušitvi Oznaka sestave Lab. oznaka ekstrakciji mb VAp ρ Ap Tf σ cry,f [m.-%] [V.-%] [kg/m3] [⁰C] [MPa] Sestava 1 (4 m.-%) H1006-12 3,9 6,9 2433,3 −25,5 4,2 Sestava 2 (5 m.-%) H3893-10 4,9 4,8 2446,0 −25,1 4,2 Sestava 3 (5,4 m.-%) H3894-10 5,3 3,7 2463,3 −26,2 4,6 Sestava 4 (5,8 m.-%) H3898-10 5,6 2,3 2474,7 −24,5 4,2 Sestava 5 (6,0 m.-%) H1115-11 6,0 0,4 2518,7 −28,4 4,6 STATISTIKA Število meritev – n 5 5 5 5 5 Povprečna vrednost – x 5,1 3,6 2467,2 −26,0 4,4 Standardna deviacija – s 0,8 2,4 32,8 1,5 0,2 Maksimalna vrednost – xmax 6,0 6,9 2518,7 −24,5 4,6 Minimalna vrednost – xmin 3,9 0,4 2433,3 −28,4 4,2 Razpon – R 2,1 6,4 85,3 4,0 0,4 x + 3 ∙ s 7,5 10,9 2565,7 −21,4 5,0 x – 3 ∙ s 2,7 -3,7 2368,7 −30,5 3,7 Gmin (< 1,6714;  = 0,05) 1,546 1,305 1,031 1,623 0,876 Gmax (< 1,6714;  = 0,05) 1,072 1,331 1,567 0,973 1,117 Če pogledamo rezultate v preglednici 4.3.1.1 za sestave 1, 3 in 5, vidimo, da ima sestava 5 s 6,0 m.-% bitumna nižjo temperaturo ob porušitvi Tf in enako napetost ob porušitvi σ cry,f kot sestava 3 s 5,3 m.-% bitumna in sestava 1 s 4,0 m.-% bitumna. Torej je priporočljivo imeti za boljšo odpornost proti razpokam pri nizkih temperaturah v sestavi večji delež bitumna. Če pa pogledamo vrednosti rezultatov, opazimo, da je večja razlika med rezultati pri temperaturi ob porušitvi Tf kot pri napetosti ob porušitvi σ cry,f. Arand (1987, 2002) sicer navaja, da je najpomembnejša funkcija za vrednotenje zgoščene bitumenizirane zmesi temperatura ob porušitvi Tf in da delež bitumna [m.-%] relativno malo vpliva na temperaturo ob porušitvi. Ugotavljamo, da se material pri tako nizki temperaturi (okoli − 25 ⁰C) obnaša kot elastično telo in togost bitumna je bistveno večja oz. bitumen postaja vse bolj podoben preostalemu materialu v bitumenizirani zmesi. Ta fenomen je mo goče opaziti pri preskusu UTST pri 96 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. temperaturi − 25 ⁰C pri rezultatih raztezka ob porušitvi ε f, ki se ne glede na delež bitumna v sestavi bitumenizirane zmesi praktično ne spreminja (Hribar, 2012). V preglednici 4.3.1.1 tudi ni opaziti posebnih statističnih odstopanj. Rezultati preskusa TSRST za bitumenizirano zmes AC 11 surf v odvisnosti od deleža bitumna so prikazani na sliki 4.3.1.1. Iz slike vidimo, da je v obeh primerih korelacija slaba (R2 = 0,28 in R2 = 0,22). Pri napetosti ob porušitvi je opazen trend zmernega naraščanja s povečevanjem deleža bitumna (slika 4.3.1.1a), pri temperaturi ob porušitvi pa je nekoliko izrazitejši trend padanja temperature z večanjem deleža bitumna v sestavi bitumenizirane zmesi (slika 4.3.1.1b). 6 -21 a) b) ] 5,5 a y = 0,1332x + 3,6713 -23 -24,5 P -25,1 -25,5 R² = 0,276 [⁰C] -25 -26,2 5 [M T f ,f 4,571 4,583 ra -27 -28,4 4,5 4,243 4,178 4,204 tu st σ cry ra -29 e to y = -0,8717x - 21,459 4 e p p -31 m R² = 0,215 a e 3,5 N T -33 3 -35 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Delež bitu a m [m.-%] Delež bitu a m [m.-%] b b Slika 4.3.1.1: Rezultat preskusa TSRST za bitumenizirano zmes AC 11 surf v odvisnosti od deleža bitumnaμ (a) Največja natezna napetost, (b) Temperatura pri porušitvi Figure 4.3.1.1: Results of TSRST test at AC 11 surf depending of the content of bitumen: (a) Maximum tensile stress, (b) Failure temperature Če vstavimo v Arandov diagram (glej poglavje 2.1.4, slika 2.1.4.1) naše podatke, in sicer: delež polnila 10 m.-%, zmehčišče bitumna 52 ⁰C in 100-odstotno drobljena zrna frakcije pod 2 mm (peska), odčitamo, da je temperatura ob porušitvi Tf = −24 ⁰C, ne glede na delež bitumna v sestavi (delež polnila je pri vseh sestavah več ali manj enak – ohranjamo enako zrnavostno sestavo). Ugotavljamo, da Arandov diagram ni najprimern ejši za napovedovanje temperature ob porušitvi za našo bitumenizirano zmes, še posebej pri večjem deležu bitumenskega veziva. Rezultati natezne trdnosti in raztezka ob porušitvi preskusa UTST bitumenizirane zmesi AC 11 surf so prikazani v preglednicah 4.3.1.2 in 4.3.1.3. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 97 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 4.3.1.2: Rezultati preskusa UTST bitumenizirane zmesi AC 11 surf – natezna trdnost Table 4.3.1.2: Results of UTST test of the asphalt mixture AC 11 surf – tensile strength Delež Povprečna bitumna gostota z Natezna trdnost v BZ po votlinami β t [MPa] Oznaka sestave Lab. oznaka ekstrakciji preskušanca mb ρ Ap Temperatura pri preskusu UTST [⁰C] [m.-%] [kg/m3] 20 5 −10 −25 Sestava 1 (4 m.-%) H1006-12 3,9 2438 0,910 3,152 5,025 4,503 Sestava 2 (5 m.-%) H3893-10 4,9 2452 0,834 3,269 4,999 4,579 Sestava 3 (5,4 m.-%) H3894-10 5,3 2463 0,717 3,184 5,397 4,323 Sestava 4 (5,8 m.-%) H3898-10 5,6 2476 0,656 3,198 5,413 4,510 Sestava 5 (6,0 m.-%) H1115-11 6,0 2518 0,521 2,687 5,213 4,690 STATISTIKA Število meritev – n 5 5 5 5 5 5 Povprečna vrednost – x 5,1 2469,4 0,728 3,098 5,209 4,521 Standardna deviacija – s 0,8 30,5 0,152 0,234 0,197 0,134 Maksimalna vrednost – xmax 6,0 2517,6 0,910 3,269 5,413 4,690 Minimalna vrednost – xmin 3,9 2437,8 0,521 2,687 4,999 4,323 Razpon – R 2,1 79,8 0,389 0,583 0,414 0,367 x + 3 ∙ s 7,5 2560,8 1,184 3,800 5,800 4,922 x – 3 ∙ s 2,7 2377,9 0,272 2,396 4,618 4,120 Gmin (< 1,6714;  = 0,05) 1,546 1,034 1,358 1,759 1,069 1,478 Gmax (< 1,6714;  = 0,05) 1,072 1,583 1,199 0,732 1,033 1,265 Preglednica 4.3.1.3: Rezultati preskusa UTST bitumenizirane zmesi AC 11 surf – raztezek ob porušitvi Table 4.3.1.3: Results of UTST test of the asphalt mixture AC 11 surf – failure strain Delež Povprečna bitumna gostota z Raztezek ob porušitvi Lab. oznaka v BZ po votlinami ε f [%] Oznaka sestave ekstrakciji preskušanca mb ρ Ap Temperatura pri preskusu UTST [⁰C] [m.-%] [kg/m3] 20 5 −10 −25 Sestava 1 (4 m.-%) H1006-12 3,9 2438 0,630 0,542 0,502 0,408 Sestava 2 (5 m.-%) H3893-10 4,9 2452 0,880 0,705 0,485 0,468 Sestava 3 (5,4 m.-%) H3894-10 5,3 2463 1,063 0,758 0,577 0,468 (se nadaljuje …) 98 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (… nadaljevanje) Sestava 4 (5,8 m.-%) H3898-10 5,6 2476 1,223 0,675 0,580 0,457 Sestava 5 (6,0 m.-%) H1115-11 6,0 2518 1,377 0,795 0,518 0,415 STATISTIKA Število meritev – n 5 5 5 5 5 5 Povprečna vrednost – x 5,1 2469,4 1,035 0,695 0,532 0,443 Standardna deviacija – s 0,8 30,5 0,292 0,097 0,044 0,029 Maksimalna vrednost – xmax 6,0 2517,6 1,377 0,795 0,580 0,468 Minimalna vrednost – xmin 3,9 2437,8 0,630 0,542 0,485 0,408 Razpon – R 2,1 79,8 0,747 0,253 0,095 0,060 x + 3 ∙ s 7,5 2560,8 1,911 0,987 0,663 0,532 x – 3 ∙ s 2,7 2377,9 0,159 0,403 0,401 0,355 Gmin (< 1,6714;  = 0,05) 1,546 1,034 1,386 1,573 1,085 1,191 Gmax (< 1,6714;  = 0,05) 1,072 1,583 1,171 1,026 1,093 0,851 Z Grubbsovim testom je zaznan pri temperaturi preskusa UTST 5 ⁰C ekstrem minimalne vrednosti pri rezultatu natezne trdosti (preglednica 4.3.1.2), kar pomeni, da v tem naboru rezultatov obstajajo ekstremne vrednosti, ki odstopajo od normalno porazdeljene populacije. V preglednici 4.3.1.3 ni zaznati posebnih statističnih odstopanj. Iz rezultatov preskusa UTST je razvidno, da ima temperatura, pri kateri je bil preskus izveden, vpliv na rezultate natezne trdnosti v odvisnosti od delež a bitumna (slika 4.3.1.2). Slika 4.3.1.2a kaže, da obstaja dobra korelacija med β t/mb pri temperaturi 20 C (R2 = 0,994) in pri temperaturi 5 C (R2 = 0,8681), pri temperaturah −10 C in −25 C pa je slabša. Pri temperaturi preskusa UTST 20 C se z večanjem deleža bitumna nekoliko znižuje natezna trdnost β t (slika 4.3.2) in zelo povečuje raztezek pri porušitvi ε f (slika 4.3.1.2b), kar je posledica vpliva viskozne komponente (viskozni del je izrazitejši od elastičnega) v bitumenizirani zmesi pri tej temperaturi. Pri temperaturi 5 C natezna trdnost z večanjem deleža bitumna pada, vendar manj kot pri temperaturi 20 C. Raztezek ε t pri temperaturi 5 C je manjši kot pri temperaturi 20 C, vendar gre še vedno za visko-elastično obnašanje. Pri temperaturah preskusa UTST −10 C in −25 C se natezna trdnost in raztezek pri porušitvi v odvisnosti od deleža bitumna zelo malo spreminjata, kar j e verjetno posledica povsem elastičnega obnašanja bitumenizirane zmesi. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 99 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 6,0 y = 0,158x + 4,3973 a) R² = 0,4136 5,0 ] aP y = 0,0458x + 4,2857 4,0 [M R² = 0,0753 st β to y = -0,1563x + 3,9013 n 3,0 R² = 0,2869 trda zn 2,0 tea N y = -0,1803x + 1,6544 1,0 R² = 0,9047 0,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Delež bitu a m [m.-%] b 20 °C 5 °C -10 °C -25 °C 1,6 b) y = 0,3594x - 0,8127 1,4 R² = 0,9741 1,2 ] 1,0 ε [% f y = 0,1068x + 0,1461 k 0,8 R² = 0,7714 ze ztea y = 0,0258x + 0,3997 0,6 R R² = 0,2249 0,4 y = 0,009x + 0,397 R² = 0,0604 0,2 0,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Delež bitu a m [m.-%] b 20 °C 5 °C -10 °C -25 °C Slika 4.3.1.2: Preskus UTST bitumenizirane zmesi AC 11 surf: (a) Natezna trdnost β t in (b) Raztezek ob porušitvi ε t v odvisnosti od deleža bitumna Figure 4.3.1.2: UTST test of AC 11 surf: (a) Tensile strength β t depending and (b) Tensile failure strain ε t depending of the content of bitumen 100 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 4.3.1.4: Rezultati rezerve natezne trdnosti bitumenizirane zmesi AC 11 surf Table 4.3.1.4: Results of tensile strength reserve of the asphalt mixture AC 11 surf Delež Povprečna Zapolnjenost Največja Temp. bitumna gostota z votlin rezerva pri v BZ po votlinami v zmesi zrn natezne največji rezervi Oznaka sestave Lab. oznaka ekstrakciji preskušanca z bitumnom trdnosti nat. trdnosti mb ρ Ap VFB Δβ tmax T Δβtmax [m.-%] [kg/m3] [%] [MPa] [°C] Sestava 1 (4 m.-%) H1006-12 3,9 2438 53,5 3,991 −7,3 Sestava 2 (5 m.-%) H3893-10 4,9 2452 70,3 4,037 −6,8 Sestava 3 (5,4 m.-%) H3894-10 5,3 2463 77,1 4,379 −7,8 Sestava 4 (5,8 m.-%) H3898-10 5,6 2476 83,9 4,435 −7,6 Sestava 5 (6,0 m.-%) H1115-11 6,0 2518 88,9 4,591 −10,5 STATISTIKA Število meritev – n 5 5 5 5 5 Povprečna vrednost – x 5,1 2469,4 74,7 4,287 −8,000 Standardna deviacija – s 0,8 30,5 13,8 0,261 1,447 Maksimalna vrednost – xmax 6,0 2517,6 88,9 4,591 −6,800 Minimalna vrednost – xmin 3,9 2437,8 53,5 3,991 −10,500 Razpon – R 2,1 79,8 35,4 0,600 3,700 x + 3 ∙ s 7,5 2560,8 116,1 5,070 −3,658 x – 3 ∙ s 2,7 2377,9 33,4 3,503 −12,342 Gmin (< 1,6714;  = 0,05) 1,546 1,034 1,540 1,132 1,727 Gmax (< 1,6714;  = 0,05) 1,072 1,583 1,027 1,165 0,829 Rezultati največje rezerve natezne trdnosti Δβ tmax in temperature pri največji rezervi natezne trdnosti T Δβtmax v odvisnosti od deleža bitumna kažejo dobro korelacijo in nelinearno odvisnost (sliki 4.3.1.3a in 4.3.1.3b). V primerjavi z zgoraj navedenimi korelacijami izhaja, da vpliv deleža bitumna pri nizkih temperaturah najbolje opisuje največja rezerva natezne trdnosti in temperatura pri njej. Slika 4.3.1.3a prikazuje, da se s povečevanjem deleža bitumna s 4,9 m.-% na 6,0 m.-% največja rezerva natezne trdnosti Δβ tmax bistveno poveča in temperatura pri največji rezervi natezne trdnosti T Δβ tmax zniža z −6,8 C na −10,5 C (slika 4.3.1.3b). Pri deležih bitumna 4 in 5 m.-% opazimo, da se obe vrednosti zelo malo spreminjata. Od tod sklepamo, da ima delež bitumna v tej raziskavi pomembno vlogo, kajti s povečevanjem deleža bitumna nad 5 m.- % bistveno izboljšamo lastnosti bitumenizirane zmesi AC 11 surf pri nizkih Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 101 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. temperaturah, vendar je ta odvisnost nelinearna. Iz slik 4.3.1.3a in 4.3.1.3b smo ugotovili, da je najmanjši delež bitumna Bmin za obravnavano bitumenizirano zmes AC 11 surf v območju 4,6 m.-% in je bistveno večji od trenutno najmanjšega zahtevanega deleža veziva po TSC 06.300/06.410, tč. 5.2.2, opredeljen ega po standardu SIST EN 13108-1, tj. kategorijo Bmin3,0. 4,7 ] aP 4,6 y = 0,1325x2 - 1,0008x + 5,8633 4,591 [M x R² = 0,9178 a 4,5 4,435 4,4 osti Δβ tm 4,379 4,3 4,2 4,1 4,037 ajvečja rezerva trd 4 N 3,991 3,9 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Delež bitu a m [m.-%] b Slika 4.3.1.3a: Največja rezerva natezne trdnosti v odvisnosti od deleža bitumna za bitumenizirano zmes AC 11 surf Figure 4.3.1.3a: Maximum tensile strength reserve depending of the content of bitumen for AC 11 surf 0 osti -2 -4 y = -1,8621x2 + 17,085x - 45,661 ] R² = 0,8952 [C x-6 ajvečji rezervi trd a -6,8 Δβtm -7,3 T -7,6 -7,8 -8 -10 peratura pri Bmin = 4,6 m.-% -10,5 Te -12 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Delež bitu a m [m.-%] b Slika 4.3.1.3b: Temperatura pri največji rezervi natezne trdnosti v odvisnosti od deleža bitumna za bitumenizirano zmes AC 11 surf Figure 4.3.1.3b: Temperature at maximum tensile strength reserve depending of the content of bitumen for AC 11 surf 102 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Slika 4.3.1.4a za bitumenizirano zmes AC 11 surf prikazuje slabo korelacijo med največjo rezervo natezne trdnosti Δβ tmax in natezno napetostjo ob porušitvi σ cry,f (R2 = 0,47). Dobro korelacijo (R2 = 0,85) pa kaže odvisnost med temperaturo pri največji rezervi natezne trdnosti T Δβ tmax in temperaturo pri porušitvi Tf (slika 4.3.1.4b). Gostota z votlinami bitumenizirane zmesi AC 11 surf in povprečna gostota z votlinami preskušancev (povprečje treh) za TSRST in UTST sta prikazani na sliki 4.3.1.5. Vidimo, da vrednosti gostote z votlinami preskušancev TSRST in UTST praktično sovpadajo pri vseh sestavah. Gostota z votlinami bitumenizirane zmesi odstopa pri sestavi 1 (4 m.-% bitumna) in sestavi 5 (6 m.-% bitumna) v primerjavi s preostalima. Razlika je za okoli 40 kg/m3, zato so v nadaljevanju pri prikazu gostote z votlinami z rezultati pri nizkih temperaturah uporabljene gostote z votlinami preskušancev TSRST in UTST. 5 -24 4,9 y = 0,6285x2 - 4,8384x + 13,514 -24,5 -24,5 4,8 R² = 0,4742 ] -25 -25,1 4,7 ] [C -25,5 -25,5 aP 4,6 T f 4,571 4,583 -26 -26,2 4,5 [M -26,5 ,f 4,4 σ cry -27 y = 0,9535x - 18,312 4,3 -27,5 R² = 0,8379 4,243 4,2 4,178 4,204 -28 4,1 -28,4 -28,5 4 -29 3,5 3,7 3,9 4,1 4,3 4,5 4,7 4,9 5,1 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 Δβ [MPa] tmax TΔβ [ C] tmax Slika 4.3.1.4aμ Največja rezerva natezne trdnosti v Slika 4.3.1.4bμ Temperatura pri največji rezervi odvisnosti od natezne napetosti ob porušitvi trdnosti v odvisnosti od temperature pri porušitvi Figure 4.3.1.4a: Maximum tensile strength reserve Figure 4.3.1.4b: Temperature at maximum tensile depending of tensile stress of failure strength reserve depending of failure temperature 2540 ] 3 2520 /m 2500 [kg 2480 ρ Ap 2460 ρ A, 2440 ta 2420 sto 2400 oG 2380 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 Delež bitu a m [m.-%] b gost. BZ gost. TSRST gost. UTST Slika 4.3.1.5: Gostote z votlinami bitumenizirane zmesi ter preskušancev TSRST in UTST v odvisnosti od deleža bitumna za bitumenizirano zmes AC 11 surf Figure 4.3.1.5: Bulk density of asphalt mixture and samples TSRST and UTST depending of the content of bitumen for AC 11 surf Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 103 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 4.3.2 Bitumenizirana zmes AC 8 surf V preglednici 4.3.2.1 so predstavljeni rezultati temperature ob porušitvi Tf in napetosti ob porušitvi σ cry,f pri preskusih TSRST za bitumenizirano zmes AC 8 surf, ki so bili izvedeni v laboratorijih na ZAG-u (H1024, H1029, H1057), TU Wien (K327, K328, K348) in v Ramtechu (074, 075). Iz rezultatov z ZAG-a je razvidno, da so natezne napetosti ob porušitvi med seboj zelo podobne, kar za temperaturo ob porušitvi ne velja. Posredna natezna trdnost z deležem bitumna pada. Preglednica 4.3.2.1: Rezultati preskusa TSRST bitumenizirane zmesi AC 8 surf Table 4.3.2.1: Results of TSRST test of the asphalt mixture AC 8 surf Delež Povprečna Vsebnost Temp. Napetost Posredna bitumna gostota z votlin v ob ob natezna v BZ po votlinami Oznaka sestave Lab. oznaka preskušancu porušitvi porušitvi trdnost ekstrakciji preskušanca mb VAp ρ Ap Tf σ cry,f ITS [m.-%] [V.-%] [kg/m3] [⁰C] [MPa] [kPa] Sestava 1 (4 m.-%) H1042-13 4,0 8,4 2411 −27,4 4,73 1245 Sestava 3 (5,4 m.-%) H1029-13 5,4 4,6 2457 −25,5 4,74 1186 Sestava 5 (6,2 m.-%) H1057-13 6,2 2,3 2483 −26,0 4,62 1036 Sestava 2 (5,0 m.-%) K327 4,9 6,5 2455 −30,5 4,28 n. p. Sestava 4 (5,8 m.-%) K328 5,8 3,0 2469 −31,7 4,09 n. p. Sestava 5 (6,2 m.-%) K348 6,2 2,3 2505 −31,2 5,10 n. p. Sestava 2 (5,0 m.-%) 074 4,9 6,5 2449 −26,0 4,39 n. p. Sestava 4 (5,8 m.-%) 075 5,8 3,0 2475 −30,7 4,69 n. p. STATISTIKA Število meritev – n 8 8 8 8 8 - Povprečna vrednost – x 5,4 4,6 2468,8 −28,6 4,6 - Standardna deviacija – s 0,8 2,3 25,5 2,6 0,3 - Maksimalna vrednost – xmax 6,2 8,4 2505,0 −25,5 5,1 - Minimalna vrednost – xmin 4,0 2,3 2434,0 −31,7 4,1 - Razpon – R 2,2 6,1 71,0 6,2 1,0 - x + 3 ∙ s 7,7 11,5 2545,4 −20,7 5,5 - x – 3 ∙ s 3,1 −2,4 2392,3 −36,5 3,6 - Gmin (< 2,0317;  = 0,05) 1,838 0,986 1,365 1,165 1,550 - Gmax (< 2,0317;  = 0,05) 1,050 1,654 1,418 1,174 1,649 - Slika 4.3.2.1 prikazuje natezno napetost ob porušitvi in temperaturo ob porušitvi v odvisnosti od deleža bitumna. Kljub različnim rezultatom različnih laboratorijev opazimo rahel trend, da z naraščanjem deleža bitumna narašča natezna napetost ob porušitvi in pada temperatura ob 104 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. porušitvi. Podobno kot pri bitumenizirani zmesi AC 11 surf tudi pri AC 8 surf iz rezultatov UTST (podatki iz preglednic 4.2.3, 6 in 9 za ZAG) vidimo, da se natezna trdnost v odvisnosti od deleža bitumna zelo malo spreminja (slika 4.3.2.2). Raztezek ob porušitvi se pri višjih temperaturah v odvisnosti od deleža bitumna v sestavi bistveno razlikuje (z večanjem deleža se povečuje), dosežene vrednosti pa so praktično enake pri nižjih temperaturah. Rezultati bitumeniziranih zmesi AC 8 surf v vseh treh laboratorijih kažejo, da se s povečevanjem deleža bitumna v sestavi povečuje vrednost največje rezerve natezne trdnosti in zmanjšuje temperatura pri največji rezervi trdnosti. Rezultati so med laboratoriji različni tudi pri enaki sestavi bitumenizirane zmesi. 7,0 0,0 ZAG 6,0 -5,0 ] TU WIEN a ] P RAMTECH 4,74 5,10 5,0 -10,0 4,69 Linearna (TU WIEN) 4,73 4,39 [°C 4,62 [M ,f T f -15,0 4,09 4,0 4,28 ratu -20,0 st σ cry 3,0 ra -26,0 -25,5 to e e ZAG -25,0 p -26,0 2,0 p -27,4 -30,7 a TU WIEN me N -30,0 -30,5 RAMTECH T -31,2 1,0 Linearna (TU WIEN) -31,7 -35,0 0,0 -40,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Delež bitu a m [m.-%] b Delež bitu a [m.-%] mb (a) (b) Slika 4.3.2.1: Preskus TSRST za bitumenizirano zmes AC 8 surf v odvisnosti od deleža bitumnaμ (a) Največje natezne napetosti, (b) Temperatura pri porušitvi Figure 4.3.2.1: TSRST test at AC 8 surf depending of the content of bitumen: (a) Maximum tensile stress, (b) Failure temperature 7,0 1,8 20stC 20stC ] 1,6 6,0 5stC P 5stC -10stC -10stC 1,4 [M 5,0 -25stC ] -25stC 1,2 st β t [% 4,0 o ɛ f 1,0 n k ze 3,0 0,8 trda ztea 0,6 zn 2,0 R tea 0,4 N 1,0 0,2 0,0 0,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Delež bitu a m [m.-%] Delež bitu a [m.-%] b m b (a) (b) Slika 4.3.2.2: (a) Natezna trdnost in (b) Raztezek v odvisnosti od deleža bitumna pri bitumenizirani zmesi AC 8 surf (ZAG) Figure 4.3.2.2: (a) Tensile strength and (b) Strain depending of the content of bitumen for AC 8 surf (ZAG) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 105 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 7 0 -4,6 -7,6 y = 0,3728x2 - 3,6498x + 13,071 6 -5 -5,6 R² = 0,0951 -7,4 5,4352 -9 5 -10 5,013 ] -10,4 a 4,609 -12,6 4,448 P ] y = -1,0218x2 + 9,2444x - 28 -15 4 R² = 0,1399 3,878 [M [°C 3,905 x x 3,311 a a -20 3 Δβ tm ZAG Δβtm -25 T 2 TU WIEN ZAG RAMTECH -30 TU WIEN 1 skupaj RAMTECH skupaj Polinomska (skupaj) -35 Polinomska (skupaj) 0 -40 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Delež bitu a m [m.-%] b Delež bitu a [m.-%] mb (a) (b) Slika 4.3.2.3: (a) Največje rezerve natezne trdnosti in (b) Temperature pri največji rezervi natezne trdnosti v odvisnosti od deleža bitumna Figure 4.3.2.3: (a) Maximum tensile strength reserve and (b) Temperature at maximum tensile strength reserve depending of the content of bitumen Povprečna gostota z votlinami prizmatičnih preskušancev UTST in TSRST se dobro ujema pri 4 m.-% in 6,2 m.-% bitumna v sestavi bitumenizirane zmesi AC 8 surf. Pri 5,4 m.-% bitumna se nekoliko bolj ujemata gostoti z votlinami bitumenizirane zmesi in gostota z votlinami preskušancev UTST (slika 4.3.2.4). Podobno je pri sestavi AC 11 surf. 2520 TSRST y = 33,34x + 2294,6 ] 3 2500 UTST R² = 0,9902 /m gost. BZ Linearna (UTST) 2480 [kg Linearna (gost. BZ) ρ Ap 2460 y = 32,742x + 2280,1 2440 ostota ρ A, 2420 G 2400 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Delež bitu a m [m.-%] b Slika 4.3.2.4: Diagram gostote z votlinami bitumenizirane zmesi ter preskušancev TSRST in UTST v odvisnosti od deleža bitumna Figure 4.3.2.4: Diagram of bulk density of asphalt mixture and sample TSRST and UTST depending of the content of bitumen 4.3.3 Primerjava bitumeniziranih zmesi AC 11 surf in AC 8 surf (ZAG) V tem poglavju so primerjani rezultati preskusov TSRST in UTST v odvisnosti od deleža bitumna v bitumenizirani sestavi na preskušancih bitumeniziranih zmesi AC 11 surf in AC 8 106 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. surf, ki so bili izvedeni na ZAG-u. S tem želimo izključiti druge vplive na rezultate (npr. opreme, priprave ipd.). Na sliki 4.3.3.1a je opaziti nekoliko večje vrednosti natezne napetosti ob porušitvi pri bitumenizirani zmesi AC 8 surf v primerjavi z AC 11 surf pri manjših deležih bitumna. Temperatura pri natezni napetosti pokaže velik raztros rezultatov (slika 4.3.3.1b). 7,0 -20,0 ] a 6,0 y = -0,0454x + 4,9281 ] -21,0 P R² = 0,4879 -22,0 [°C 5,0 y = -1,4163x2 + 13,383x - 56,481 [M -23,0 T f ,f R² = 0,3269 4,0 -24,0 ra y = 0,1213x + 3,7205 tu -25,0 3,0 st σ cry R² = 0,223 ra -26,0 to e 2,0 e p -27,0 p m a -28,0 1,0 e N T -29,0 y = -0,8712x2 + 9,5227x - 51,552 0,0 -30,0 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 m [m.-%] m [m.-%] b b AC 11 surf AC 8 surf AC 11 surf AC 8 surf Slika 4.3.3.1: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surf v odvisnosti od deleža bitumna: (levo) natezne napetosti ob porušitvi, (desno) temperatura pri porušitvi Figure 4.3.3.1: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf depending of the content of bitumen: (left) tensile stress of failure, (right) failure temperature Natezna trdnost β t bitumeniziranih zmesi AC 11 surf in AC 8 surf v odvisnosti od deleža bitumna ne kaže bistvenih razlik oz. so te zelo majhne (slika 4.3.3.2). Vrednosti natezne trdnosti so za AC 8 surf in AC 11 surf, ne glede na temperaturo, pri kateri je bil izveden preskus, podobne. Povsem drugače se to odraža pri raztezku ε t (slika 4.3.3.3): pri višji temperaturi preskusa UTST 20 °C je razlika med AC 8 surf in AC 11 surf očitna. Bitumenizirana zmes AC 8 surf izkazuje večji raztezek in enakomernejši odmik glede na AC 11 surf. Z nižanjem temperature se odmik zmanjšuje in pri temperaturah preskusa −10 °C in −25 °C ni opaziti razlike. To pomeni, da se oba materiala pri tako nizki temperaturi obnašata podobno. Obnašanje je elastično, ne glede na delež bitumna v sestavi je raztezek enak. Tudi pri rezultatih največje rezerve natezne trdnosti Δβ tmax v odvisnosti od deleža bitumna pri bitumeniziranih zmeseh AC 8 surf in AC 11 surf je opaziti majhno razliko, predvsem pri večjem deležu bitumna AC 11 surf izkazuje višje vrednosti (slika 4.3.3.4a). Iz rezultatov temperature pri največji rezervi natezne trdnosti v odvisnosti od deleža bitumna vidimo, da ima AC 11 surf nižje vrednosti kot AC 8 surf, kar je ugodnejše (slika 4.3.3.4b). Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 107 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 20 °C 5 °C 7,0 7,0 6,0 6,0 y = -0,1641x + 4,0864 5,0 ] 5,0 R² = 0,9973 ] a a P 4,0 P 4,0 3,0 [M [M 3,0 y = -0,1792x + 1,6669 y = -0,1617x + 1,5421 β t β t 2,0 R² = 0,8732 2,0 R² = 0,9095 y = -0,1396x + 3,8297 1,0 1,0 R² = 0,2237 0,0 0,0 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 m [m.-%] m [m.-%] b b AC 11 surf AC 8 surf AC 11 surf AC 8 surf −10 °C −25 °C 7,0 y = 0,1697x + 4,3201 7,0 R² = 0,4661 y = 0,1083x + 4,2474 6,0 6,0 R² = 0,1358 5,0 ] 5,0 aP 4,0 4,0 y = 0,0178x + 5,0847 ] [M 3,0 y = 0,0397x + 4,3131 R² = 0,0016 a 3,0 β t P R² = 0,0553 2,0 2,0 [M 1,0 β t 1,0 0,0 0,0 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 m [m.-%] m [m.-%] b b AC 11 surf AC 8 surf AC 11 surf AC 8 surf Slika 4.3.3.2: Diagram funkcije natezna trdnost − delež bitumna pri bitumenizirani zmesi AC 11 surf Figure 4.3.3.2: Diagram function of tensile strength depending – bitumen content at AC 11 surf 108 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 20 °C 5 °C 2,0 2,0 y = 0,3623x - 0,5637 1,5 1,5 R² = 0,9997 ] ] 1,0 [% 1,0 y = 0,1125x + 0,1927 ε [% f ε f y = 0,3619x - 0,8616 R² = 0,9439 R² = 0,9646 0,5 0,5 y = 0,1046x + 0,1471 R² = 0,7224 0,0 0,0 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 m [m.-%] m [m.-%] b b AC 11 surf AC 8 surf AC 11 surf AC 8 surf −10 °C −25 °C 2,0 2,0 1,5 1,5 ] ] y = -0,0194x + 0,6216 y = 0,0289x + 0,381 [% y = 0,0109x + 0,3863 1,0 [% y = -0,0183x + 0,5472 1,0 ε f R² = 0,1562 R² = 0,2751 ε f R² = 0,0861 R² = 0,3727 0,5 0,5 0,0 0,0 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 m [m.-%] m [m.-%] b b AC 11 surf AC 8 surf AC 11 surf AC 8 surf Slika 4.3.3.3: Diagram funkcije raztezek ob porušitvi − delež bitumna pri bitumenizirani zmesi AC 11 surf Figure 4.3.3.3: Diagram function of failure strain depending − bitumen content at AC 11 surf 7,0 0,0 y = 0,1707x2 - 1,4x + 6,849 6,0 -2,0 R² = 0,9253 ] 5,0 y = -2,5162x2 + 24,938x - 66,894 a -4,0 ] P 4,0 [°C -6,0 [M x x a a 3,0 y = 0,5763x2 - 5,8051x + 18,447 -8,0 Δβtm Δβ tm T 2,0 -10,0 y = -1,8749x2 + 17,562x - 47,606 1,0 R² = 0,7347 -12,0 0,0 -14,0 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 m [m.-%] m [m.-%] b b AC 11 surf AC 8 surf AC 11 surf AC 8 surf Slika 4.3.3.4a: Diagram funkcije največje rezerve Slika 4.3.3.4b: Diagram funkcije temperature pri natezne trdnosti in deleža bitumna največji rezervi natezne trdnosti in deleža bitumna Figure 4.3.3.4a: Diagram depending of maximum Figure 4.3.3.4b: Diagram depending of temperature at tensile strength reserve and of the bitumen content maximum tensile strength reserve and bitumen content Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 109 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 4.4 Vpliv mehanskih lastnosti bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah 4.4.1 Bitumenizirana zmes AC 11 surf V tem poglavju so analizirani rezultati raziskav lastnosti bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah glede na vsebnost votlin, gostoto z votlinami, VFB in togost po Marshallu. V sestavah bitumeniziranih zmesi sta se spreminjala delež bitumna in vsebnost votlin, sestava zmesi kamnitih zrn pa se ni spreminjala, le polnilo je minimalno variiralo, vendar v mejah pričakovanega (glej poglavje 3.2.2). Vsebnost votlin se je spreminjala zaradi različnega deleža bitumna, zato so si odvisnosti podobne ali komplementarne. Variiranje vsebnosti polnila je povzročilo, da ni popolne korelacije med deležem bitumna in vsebnostjo votlin (R2 = 0,996). Praktično sta v korelaciji z deležem bitumna tudi stopnja zapolnjenosti votlin VFB (R2 = 0,997) in gostota z votlinami (R2 = 0,995). Na sliki C.4.4.1.1 (priloga C) so predstavljeni rezultati preskusa TSRST v odvisnosti od vsebnosti votlin v preskušancu VAp. Vidimo, da ima vsebnost votlin v preskušancu manjši vpliv na natezno napetost kot na temperaturo ob porušitvi. Preskušanec pri vsebnosti votlin 2,3 V.-% je vprašljiv, saj bistveno odstopa od pričakovanj, kar je lepo vidno tudi na sliki C.4.4.1.1b (priloga C). Pri rezultatih največje rezerve natezne trdnosti in temperatur pri največji rezervi trdnosti v odvisnosti od vsebnosti votlin v bitumenizirani zmesi VV je vidna dobra korelacija (slika C.4.4.1.2a in slika C.4.4.1.2b – priloga C). Pri obeh slikah vidimo zrcalno oz. podobno sliko kot pri sliki v odvisnosti od deleža bitumna (glej sliki C.4.3.1.3a in b – priloga C). Z manjšanjem vsebnosti votlin se največja rezerva natezne trdnosti nelinearno povečuje in temperatura pri največji rezervi natezne trdnosti T Δβ tmax zmanjšuje. Preskok (VVmax) je opaziti v območju pri vsebnosti votlin okoli 5,9 V.-%, kar je nižje od predpisane zgornje meje po TSC. Z naraščanjem gostote z votlinami preskušancev oz. z večanjem deleža bitumna v sestavi narašča natezna napetost ob potrušitvi (slika 4.4.1.3a – priloga C) in pada temperatura ob porušitvi pri preskusu TSRST. S povečevanjem gostote z votlinami preskušanca Av z 2450 kg/m3 na 2520 kg/m3 se temperatura pri porušitvi Tf zniža z −25 C na −28 C ( ΔT f = 3 C). Oznake S na slikah pomenijo sestavo bitumeniziranih zmesi. Na sliki 4.4.1.4a so prikazani rezultati gostote z votlinami preskušanca in natezne trdnosti glede na različno sestavo. Vidno je, da so se pri isti sestavi bitumenizirane zmesi gostote z votlinami preskušancev spremenile za več kot 15 kg/m3 (sestava 4). Tudi to je lahko vzrok za 110 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. manjša odstopanja pri rezultatih UTST glede na druge lastnosti. Na sliki 4.4.1.4b je vidno, kako je raztezek ob porušitvi pri višji temperaturi odvisen od sestave in obratno, pri nižjih temperaturah pa je skorajda enak. Pri temperaturi 20 °C je razmik praktično enak, razen med 4 m.-% in 5 m.-% bitumna, kjer je nekoliko večji. Iz slike 4.4.1.4b tudi vidimo, da se s povečevanjem raztezka ob porušitvi natezna trdnost zelo malo spreminja. Podobno je tudi pri 5 °C. Pri nižjih temperaturah pa je opazno, da so vrednosti med seboj bolj zgoščene in brez urejenega zaporedja. Na slikah C.4.4.1.5a in C.4.4.1.5b (priloga C) je prikazana odvisnost med rezervo natezne trdnosti, temperaturo pri največji rezervi natezne trdnosti in gostoto z votlinami bitumenizirane zmesi A. Korelacija je v obeh primerih zelo dobra in vidimo podobnost s sliko v odvisnosti od deleža bitumna. Tudi tu vidimo, da se z večanjem gostote z votlinami nelinearno povečuje največja rezerva natezne trdnosti Δβ tmax in niža temperatura pri največji rezervi natezne trdnosti T Δβ tmax. 6 6 5,5 5,5 5 5 4,5 4,5 4 ] 4 a ] 3,5 3,5 P a 3 P 3 [M 2,5 2,5 β t [M 2 β t 2 1,5 1,5 1 1 0,5 0,5 0 0 2420 2440 2460 2480 2500 2520 2540 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6  ɛ [kg/m3] [%] f Ap S1 4 % bit. S2 5 % bit. S3 5,4 % bit. S4 5,8 % bit. S5 6 % bit. 20 °C 5 °C -10 °C -25 °C Slika 4.4.1.4a: Diagram v odvisnosti med natezno Slika 4.4.1.4b: Diagram v odvisnosti med natezno trdnostjo in gostoto preskušancev za AC 11 surf trdnostjo in raztezkov ob porušitvi za AC 11 surf Figure 4.4.1.4a: Diagram depending of tensile strength Figure 4.4.1.4b: Diagram depending of tensile and the bulk density of specimen at AC 11 surf strength and failure strain at AC 11 surf Sliki C.4.4.1.6a in C.4.4.1.6b (priloga C) prikazujeta razmerja med natezno napetostjo ob porušitvi in temperaturo ob porušitvi v odvisnosti od zapolnjenosti votlin v zmesi zrn z bitumnom (VFB). Korelacija je pri rezultatih TSRST slaba (R2 < 0,25), vendar je trend rasti napetosti in temperature še vedno usmerjen enako kot pri slikah C.4.4.1.3a in C.4.4.1.3b (priloga C) v kombinaciji s TSRST. Na slikah C.4.4.1.7a in C.4.4.1.7b vidimo dobro korelacijo (R2 > 0,8) med rezervo natezne trdnosti, temperaturo pri največji rezervi trdnosti in zapolnjenostjo votlin v zmesi zrn z bitumnom (VFB) ter znova vidimo podobnost s slikama Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 111 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. C.4.4.1.5a in C.4.4.1.5b v odvisnosti od gostote z votlinami. Večji ko je VFB, večja je rezerva natezne trdnosti Δβ tmax in nižja je temperatura T Δβ tmax. Vertikalne modre črtkane linije ponazarjajo meje, ki so predpisane v trenutno veljavnem standardu SIST 1038-1. Na sliki C.4.4.1.7b (priloga C) vidimo, da je v našem primeru preskok (vrh krivulje) ravno na spodnji dovoljeni meji (VFBmin65), to pomeni, da je meja VFBmin65 na optimalnem mestu, vezano na temperaturo pri največji rezervi natezne trdnosti. Nekatere osnovne mehanske lastnosti (stabilnost, tečenje in togost po Marshallu) pa se v novih tehničnih smernicah ne analizirajo več zaradi vpliva sestave bitumenizirane zmesi. Korelacija med stabilnostjo in tečenjem po Marshallu ter rezulatati preskusov TSRST (sliki 4.4.1.8a in 4.4.1.8b) in temperaturo pri največji rezervi natezne trdnosti je zadovoljiva (slika 4.4.1.9b). Na sliki 4.4.1.8b vidimo tudi presenetljivo dobro korelacijo med temperaturo ob porušitvi in togostjo po Marshallu. Ugotavljamo, da potekajo krivulje nelinearno in manjša ko je togost po Marshallu, večja je natezna napetost ob porušitvi σ cry,f in nižja je temperatura ob porušitvi T f. Med rezultati rezerve natezne trdnosti in togostjo po Marshallu vidimo slabo korelacijo; le trend kaže, da če je manjša togost, je večja rezerva natezne trdnosti (slika 4.4.1.9a). Na sliki 4.4.1.9b pa je nepričakovano dobra korelacija med togostjo po Marshallu in temperaturo pri največji rezervi napetosti, kjer je R2 = 0,999. Regresijska kvadratna krivulja ima dno pri togosti 2,4 kN/mm in temperaturi pri največji rezervi natezne trdnosti T Δβ tmax = −7 C. Manjša ko je togost (sestave z več bituminoznega veziva), nižja je temperatura pri največji rezervi natezne trdnosti T Δβ tmax. 5 -24 S1 4,9 -24,5 -24,5 y = 0,3161x2 - 1,8695x + 6,9523 4,8 R² = 0,7359 -25 -25,1 y = -5,5187x2 + 28,508x - 61,674 4,7 ] -25,5 -25,5 a R² = 0,9342 P 4,6 ] -26 4,583 4,571 -26,2 4,5 -26,5 [M [C ,f S1 S5 T f 4,4 -27 σ cry 4,3 -27,5 4,243 4,2 -28 4,178 4,204 S5 -28,4 4,1 -28,5 -29 4 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 Togost [kN/mm] Togost [kN/mm] Slika 4.4.1.8a: Diagram funkcije natezne napetosti ob Slika 4.4.1.8b: Diagram funkcije temperature ob porušitvi in togosti po Marshallu za AC 11 surf porušitvi in togosti po Marshallu za AC 11 surf Figure 4.4.1.8a: Diagram function of tensile stress and Figure 4.4.1.8b: Diagram function of temperature of Marshall stiffness at AC 11 surf failure and Marshall stiffness at AC 11 surf 112 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 5 0 4,8 S1 4,6 -2 S5 4,591 ] a 4,4 4,379 4,435 ] y = -9,078x2 + 44,097x - 60,285 P -4 4,2 R² = 0,9993 [C [M 4,037 4 x x 3,991 a -6 a 3,8 y = -0,3585x + 5,1192 -6,8 -7,3 Δβtm -8 -7,8 -7,6 3,6 R² = 0,302 Δβ tm T 3,4 -10 3,2 -10,5 S5 S1 3 -12 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 Togost [kN/mm] Togost [kN/mm] Slika 4.4.1.9a: Diagram funkcije največje rezerve Slika 4.4.1.9b: Diagram funkcije temperature pri natezne trdnosti in togosti po Marshallu za AC 11 surf največji rezervi in togosti po Marshallu za AC 11 surf Figure 4.4.1.9a: Diagram function of max. tensile Figure 4.4.1.9b: Diagram function of temperature at strength reserve and Marshall stiffness at AC 11 surf maximum reserve and Marshall stiffness at AC 11 surf 4.4.2 Primerjava bitumeniziranih zmesi AC 11 surf in AC 8 surf V tem poglavju bomo primerjali rezultate preskusov TSRST in UTST ter rezerve natezne trdnosti v odvisnosti od prostorskih lastnosti bitumeniziranih zmesi AC 11 surf in AC 8 surf. Preskusi so bili opravljeni na ZAG-u. Pri raziskavah smo se odločili, da poskušamo obdržati konstantno vsebnost polnila in sestavo zmesi kamnitih zrn v bitumeniziranih zmeseh ter spreminjati delež bitumna in vsebnost votlin. Vsebnost votlin se je spreminjala v odvisnosti od variiranja deleža bitumna v sestavi bitumenizirane zmesi, zato so odvisnosti podobne ali komplementarne. Iz grafa, ki prikazuje natezno napetost ob porušitvi in vsebnost votlin v preskušancu (slika C.4.4.2.1a – priloga C) vidimo, da je natezna napetost pri AC 8 surf nekoliko večja kot pri AC 11 surf, temperatura ob porušitvi pri AC 8 surf pa malenkostno nižja kot pri AC 11 (slika C.4.4.2.1b – priloga C). Skratka, gre za majhne razlike, vendar iz tega ugotavljamo, da je v našem primeru bitumenizirana zmes AC 8 surf nekoliko bolj odporna proti nastanku razpok pri nizkih temperaturah kot AC 11 surf, čeprav smo uporabili nekoliko slabše vezivo. Rezerva natezne trdnosti v primerjavi z vsebnostjo votlin v bitumenizirani zmesi ne kaže, da so rezultati pri AC 11 surf in AC 8 surf podobni (slika 4.4.2.2a – priloga C). Pri temperaturi pri največji rezervi trdnosti pa kaže, da obstajajo razlike, in sicer tokrat v prid AC 11 surf, ki izkazuje nižjo temperaturo pri največji rezervi trdnosti, kot jo izkazuje AC 8 surf (slika 4.4.2.2b – priloga C). Zelo podobno obnašanje, kot je opisano zgoraj, je mogoče opaziti na slikah C.4.4.2.3, C.4.4.2.4 in C.4.4.2.5 (priloga C), kjer so prikazani rezultati TSRST, največje rezerve natezne Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 113 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. trdnosti in temperature pri največji rezervi v odvisnosti od povprečne gostote z votlinami preskušancev ρ Ap, gostote z votlinami bitumenizirane zmesi ρ A in VFB. Graf natezne trdnosti v odvisnosti od raztezka ob porušitvi za bitumenizirani zmesi AC 11 surf in AC 8 surf je prikazan na sliki 4.4.2.6. Ugotavljamo, da pri temperaturah 20 °C in 5 °C obstaja med AC 11 surf in AC 8 surf zamik (označen s puščico), pri AC 8 surf pa nekoliko večje natezne trdnosti. Pri temperaturi 20 °C ima AC 8 surf večje raztezke ob porušitvi kot AC 11 surf pri isti sestavi. Zamik je večji pri višji temperaturi, ker ta vpliva na viskozno obnašanje bitumenske malte v sestavi AC 8 surf. Pri nižjih temperaturah (< −10 °C) so raztezki majhni (elastično obnašanje materiala) in ni opaziti takšnih zamikov, le natezne trdnosti so nekoliko večje pri AC 8 surf. 7 6 -10 °C 6 -10 °C in -25 °C 5,5 ] aP 5 5 ] [M a β f P 4,5 [M 4 st β f -25 °C o 4 n 0,2 0,4 0,6 0,8 3 trd 5 °C ɛ a [%] f zntea 2 N razlika 1 20 °C 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 Raztezek ɛ [%] f Slika 4.4.2.6: Diagram primerjave med AC 11 surf in AC 8 surf – graf natezne trdnosti v odvisnosti od raztezka ob porušitvi Figure 4.4.2.6: Diagram of comparison between AC 11 surf and AC 8 surf – graph of tensile strength depending of the failure strain 114 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 4.5 Vpliv različne začetne temperature pri preskusu TSRST V raziskovalni nalogi je preverjen tudi vpliv začetne temperature preskusa T0 na rezultate pri preskusu TSRST na preskušancih AC 8 surf s 6,2 m.-% bitumna. Preskusi so bili opravljeni v skladu s standardom EN 12697-46 v laboratoriju ISTU na TU Wien. Izbrana je začetna temperatura T0 = 10 in 20 °C. Slednja začetna temperatura, T0 = 20 °C, je priporočena v standardu SIST EN 12697-46. V laboratoriju ISTU na TU Wien pa obstaja dolgoletna tradicija izvajanja preskusa TSRST pri začetni temperaturi T0 = 10 °C. V preglednici 4.5.1 so predstavljeni rezultati gostote z votlinami in vsebnostjo votlin preskušanca, povprečna širina in dolžina preskušanca, natezna napetost ob porušitvi σ cry,f in temperatura ob porušitvi Tf pri preskusu TSRST. Na treh preskušancih (od K348A do C) je bil izveden preskus TSRST pri začetni temperaturi T0 = 10 °C in na treh preskušancih (od K348D do G) pri začetni temperaturi preskusa T0 = 20 °C. Statistično gledano, rezultati natezne napetosti ob porušitvi kažejo, da je njihov razpon nekoliko nad dovoljeno mejo 0,5 MPa. Pri temperaturi ob porušitvi pa so rezultati znotraj zahtev (< 2 °C). Če rezultate razvrstimo po začetni temperaturi, vidimo, da v obeh primerih ne presegamo omenjenih zahtev. Na slikah 4.5.1a in 4.5.2a je prikazan graf funkcije napetost − temperatura preskusa TSRST pri začetnih temperaturah T0 = 10 in 20 °C. Vse krivulje so zvezne. Sliki 4.5.1b in 4.5.2b grafično ponazarjata rezultate natezne napetosti ob porušitvi in temperature ob porušitvi pri preskusu TSRST. Iz poteka krivulje napetost − temperatura pri začetnih temperaturah T0 = 10 in 20 °C ni mogoče opaziti razlike. Krivulji v relaksacijskem območju praktično potekata po isti krivulji, v elastičnem območju pa se nekoliko razcepita, vendar znotraj pričakovanj (slika 4.5.3a). Rezultati natezne napetosti in temperature ob porušitvi so prikazani na sliki 4.5.3b, kjer vidimo, da so rezultati povsem primerljivi. Na podlagi te raziskave ugotavljamo, da za bitumenizirano zmes AC 8 surf B50/70 (6,2 m.- % bit.) začetna temperatura preskusa (T0 = 10 °C ali 20 °C) ne vpliva na končni rezultat preskus a TSRST. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 115 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 4.5.1μ Rezultati preskusa TSRST pri različni začetni temperaturi preskusa Table 4.5.1: Results of some basic tests on rectangular specimen and TSRST test Začetna Gostota z Vsebnost Povprečna Povprečna Natezna Temperatura ob Lab. številka temperatura votlinami votlin širina dolžina napetost ob porušitvi preskušanca preskusa preskušanca preskušanca preskušanca preskušanca porušitvi T0 ρ Ap Vvp Š L σ cry,f Tf [ºC] [kg/m3] [V.-%] [mm] [mm] [MPa] [ºC] K348A 10 2507 1,4 40,40 161 5,44 −31,5 K348B 10 2505 1,5 40,59 161 4,82 −31,7 K348C 10 2503 1,5 40,29 161 5,05 −30,5 K348D 20 2513 1,1 40,64 161 5,07 −31,4 K348F 20 2497 1,8 40,44 161 5,5 −31,4 K348G 20 2512 1,2 40,27 161 4,99 −30,5 STATISTIKA Število meritev – n 6 6 6 6 6 6 Povprečna vrednost – x 2506,167 1,417 40,438 161,000 5,145 −31,167 Standardna deviacija – s 5,947 0,248 0,152 0,000 0,267 0,528 Maksimalna vrednost – xmax 2513,000 1,800 40,640 161,000 5,500 −30,500 Minimalna vrednost – xmin 2497,000 1,100 40,270 161,000 4,820 −31,700 Razpon – R 16,000 0,700 0,370 0,000 0,680 1,200 x + 3 ∙ s 2524,008 2,162 40,894 161,000 5,947 −29,583 x – 3 ∙ s 2488,326 0,672 39,982 161,000 4,343 −32,750 Gmin (< 1,8221; α = 0,05) 1,541 1,275 1,108 - 1,216 1,010 Gmax (<1,8221; α = 0,05) 1,149 1,544 1,327 - 1,328 1,263 7,0 10 Pa] 6,0 K348A 5 ] ] a 5,44 4,82 5,05 P K348B 0 5,0 [M K348C -5 SKUPAJ T0=10°C 4,0 -10 st σ crytoe -15 -31,48 -31,73 -30,49 p 3,0 a -20 na zn -25 apetost ob porušitvi [M 2,0 te a peratura ob porušitvi [°C a -30 N 1,0 Te -35 atezN K348A K348B K348C 0,0 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Te peratura ob porušitvi [°C] Natezna napetost [MPa] Temperatura T [°C] (a) (b) Slika 4.5.1: Preskusa TSRST pri začetni temperaturi T0 = 10 °C: (a) Natezna napetost σ cry(T), (b) Napetost ob porušitvi σ cry,f in temperatura ob porušitvi Tf Figure 4.5.1 TSRST test at start temperature T0 = 10 °C: (a) Tensile stress σ cry(T), (b) Failure stress σ cry,f and the failure temperature Tf 116 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 7,0 10 K348D 6,0 5 ] K348F Pa] / ] 5,07 5,53 4,99 aP K348G 0 5,0 [M SKUPAJ T0=20°C -5 -10 4,0 st σ crytoe -15 -31,43 -31,37 -30,48 p 3,0 a -20 na -25 zn 2,0 apetost ob porušitvi [M te peratura ob porušitvi [°C a -30 a N 1,0 Te -35 atez K348D K348F K348G N 0,0 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Te peratura ob porušitvi [°C] Natezna napetost [MPa] Temperatura T [°C] (a) (b) Slika 4.5.2: Preskusa TSRST pri začetni temperaturi T0 = 20 °C: (a) Natezna napetost σ cry(T), (b) Napetost ob porušitvi σ cry,f in temperatura ob porušitvi Tf Figure 4.5.2 TSRST test at start temperature T0 = 20 °C: (a) Tensile stress σ cry(T), (b) Failure stress σ cry,f and the failure temperature Tf 7,0 SKUPAJ T0=10°C 6,0 SKUPAJ T0=20°C ] a 5,0 P [M 4,0 st σ crytoe 3,0 pa na 2,0 znteaN 1,0 0,0 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Temperatura T [°C] 10,0 5,0 5,11 5,19 Pa] ] 0,0 -5,0 -10,0 -15,0 -31,2 -31,1 -20,0 -25,0 apetost ob porušitvi [M peratura ob porušitvi [°C -30,0 a -35,0 Te atez AC 8 surf T0 = 10 °C AC 8 surf T0 = 20 °C N Te peratura ob porušitvi [°C] Natezna napetost [MPa] Slika 4.5.3: Rezultati preskusa TSRST pri začetni temperaturi T0 = 10 in 20 °C: (a) Natezna napetost σ cry(T), (b) Napetost ob porušitvi σ cry,f in temperatura ob porušitvi Tf Figure 4.5.3 Results of TSRST test at start temperature T0 = 10 and 20 °C: (a) Tensile stress σ cry(T), (b) Failure stress σ cry,f and the failure temperature Tf Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 117 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 4.6 Primerjalna analiza rezultatov med laboratoriji Opravljeni sta bili dve primerjalni analizi preskusov pri nizkih temperaturah v različnih laboratorijih. Prva analiza je bila zasnovana tako, da se izvedeta preskusa TSRST in UTST na povsem enaki bitumenizirani zmesi AC 8 surf B50/70, in sicer na dveh sestavah, s 5,0 m.-% in 5,8 m.-% bitumna. Preskusi so bili izvedeni v laboratorijih ISTU na TU Wien (A) in Ramtech v Zagrebu (HR). Oba laboratorija uporabljata za preskuse pri nizkih temperaturah povsem enako opremo proizvajalca Wille Geotechnik iz Nemčije, kar zmanjšuje vpliv opreme na zanesljivost standardiziranega postopka EN 12697-46. Omenjena raziskava je predvsem pomembna za odpravljanje pomankljivosti omenjenega standarda oz. ugotavljanje, kaj lahko poleg opreme še vpliva na standardizirani postopek. Hkrati želimo ugotoviti, ali so rezultati primerljivi med laboratorijema. Za drugo medlaboratorijsko analizo je bil izveden preskus TSRST na bitumenizirani zmesi AC 8 surf B50/70, sestava 5 (6,2 m.-% bit.), v laboratorijih TU Wien in ZAG. S to raziskavo pa smo želeli preveriti morebiten vpliv opreme na preskus. 4.6.1 Primerjava rezultatov iz laboratorijev Ramtech in TU Wien Primerjali smo preskus TSRST na enakih preskušancih bitumenizirane zmesi AC 8 surf B50/70, sestave 2 (5 m.-% bit.) in sestave 4 (5,8 m.-% bit.). Na sliki 4.6.1.1 je prikazan graf funkcije napetost – temperatura preskusa TSRST preksušancev sestave 2 (5 m.-%), ki je bil izveden v laboratorijih Ramtech (rdeča krivulja) in TU Wien (modra krivulja). Preskus TSRST je bil v Ramtechu izveden pri začetni temperaturi T0 = 20 °C, na TU Wien pa pri T0 = 10 °C. Ugotavljamo, da se krivulji pri temperaturi pod 3 °C razdvojita. Pri natezni napetosti 1,0 MPa je temperaturna razlika med krivuljama okoli 6 °C in ostajata nespremenjeni vse do porušitve. Dolžina relaksacijskega območja je različna. TU Wien ima bistveno daljšo relaksacijsko območje. Tudi pri rezultatih UTST opazimo, da sta krivulji povsem različni. Krivulja TU Wien ima večje natezne trdnosti β t pri −10 in −25 °C in manjše pri 5 °C. Krivulja rezerve natezne trdnosti Δβ t pri TU Wien je višja in nekoliko premaknjena v levo. Tudi krivulji rezerve natezne trdnosti nista primerljivi. Podobno se razlikujejo rezultati in krivulje TSRST, UTST in rezerve natezne trdnosti pri sestavi bitumenizirane zmesi 4 s 5,8 m.-% bitumna (slika 4.6.1.2). 118 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 7 TU WIEN RAMTECH 6 a]P y = -0,0116x2 - 0,2423x + 3,7479 [M 5 a]P a] Δβ t P [M 4 sti [M β t o st y = 1E-04x3 - 0,0056x2 - 0,0577x + 3,1733 o 3 σ cry n st e trdn o trd n a 2 n atez RELAKSACIJA Napet ez na 1 Nat ver 0 Rez -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Temperatura T [°C] Slika 4.6.1.1: Primerjava rezultatov preskusov TSRST in UTST ter rezerve natezne trdnosti v laboratorijih Ramtech in TU Wien na preskušancih sestave 2 (5 m.-% bit.) Figure 4.6.1.1: Comparison between results of TSRST, UTST test and tensile strength reserve between Ramtech and TU Wien on samples of Mixture 2 (5 m.-% bit.) 7 TU WIEN 6 RAMTECH a]P y = -0,0113x2 - 0,2847x + 3,642 [M 5 a]P a] Δβ t P [M 4 sti [M β t o st σ cry o 3 y = 0,0001x3 - 0,0047x2 - 0,0894x + 3,5139 n st e trdn o trd n a 2 n atez Napet ez na RELAKSACIJA v 1 Nat er 0 Rez -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Temperatura T [°C] Slika 4.6.1.2: Primerjava rezultatov preskusov TSRST v laboratorijih Ramtech in TU Wien na preskušancu sestave 4 (5,8 m.-% bit.) Figure 4.6.1.2: Comparison between results of TSRST test between Ramtech and TU Wien on samples of Mixture 4 (5.8 m.-% bit.) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 119 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Graf funkcije raztezek − temperatura pri preskusu UTST v laboratorijih Ramtech in TU Wien za sestavo 2 (5 m.-%) in sestavo 4 (5,8 m.-%) je prikazan na slikah 4.6.1.3 in 4.6.1.4. Iz slik vidimo, da se pri nizki temperaturi raztezki med laboratorijema ne razlikujejo toliko, kot je to opazno pri višjih temperaturah (5 °C in 20 °C). 2,0 2,0 1,8 1,8 y = 0,0011x2 + 0,0427x + 0,4187 1,6 R² = 0,9812 1,6 1,4 1,4 ] 1,2 y = 0,0007x2 + 0,0283x + 0,2876 ] 1,2 R² = 0,9923 1,0 1,0 ε [% f [% 0,8 ε f 0,8 0,6 y = 0,0002x2 + 0,0122x + 0,1792 0,6 0,4 R² = 0,9507 0,4 0,2 0,2 0,0 y = 0,0006x2 + 0,0175x + 0,1513 0,0 R² = 0,6761 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Temperatura T [°C] Temperatura T [°C] TU WIEN RAMTECH TU WIEN RAMTECH Slika 4.6.1.3: Graf funkcije raztezek – temperatura pri Slika 4.6.1.4: Graf funkcije raztezek – temperatura pri preskusu UTST v laboratorijih Ramtech in TU Wien preskusu UTST v laboratorijih Ramtech in TU Wien preskušanca sestave 2 (5 m.-% bit.) preskušanca sestave 4 (5,8 m.-% bit.) Figure 4.6.1.3: Comparison between results of TSRST Figure 4.6.1.4: Comparison between results of TSRST and UTST test between Ramtech and TU Wien on and UTST test between Ramtech and TU Wien on samples of Mixture 2 (5 m.-% bit.) samples of Mixture 4 (5.8 m.-% bit.) 4.6.2 Primerjava rezultatov TSRST med laboratorijema ZAG in TU Wien Preskuse smo izvedli v laboratoriju ZAG Ljubljana (SLO), ki uporablja stiskalno-trgalni stroj proizvajalca Frank, in rezultate primerjali z rezultati TU Wien (A). Slednji pa uporabljajo za preskus TSRST opremo proizvajalca Wille Geotechnik iz Nemčije. Na sliki 4.6.2 v diagramu funkcije napetost – temperatura sta prikazani krivulji preskusa TSRST, ki je bil izveden na bitumeniziranih prizmatičnih preskušancih sestave 5 (glej poglavje 4.2) v laboratorijih ZAG Ljubljana (rdeča krivulja) in TU Wien (modra krivulja). Iz slike vidimo, da krivulji sovpadata do temperature okoli 0 °C, nato se ločita. Če odvedemo polinom krivulje šeste stopnje y'(x) in upoštevamo začetno točko V1 za krivuljo TU Wien in V2 za krivuljo ZAG, dobimo tangento na krivuljo. Enačbi tangente sta prikazani na sliki 4.6.2.1. Točka razcepa krivulj in tangente predstavlja temperaturo prehoda Tu. Če primerjamo relaksacijsko območje, je pri TU Wien daljše in temperatura Tu1 nižja. Pri napetosti 1,0 MPa je temperaturna razlika med krivuljama 5−6 °C in ostajata nespremenjeni vse do porušitve. 120 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Razlika med temperaturama ob porušitvi je zunaj dovoljenega območja odstopanja po standardu EN 12697-46 ( ΔT f < 2 °C). Prav tako je razlika pri natezni napetosti ob porušitvi med obema laboratorijema ( Δσ cry,f < 0,5MPa) izven dovoljenega. Porušitev pri preskusu TSRST na TU Wien se zgodi pri nižji temperaturi in večji natezni napetosti kot na preskušancih, ki so bili preskušani v laboratoriju ZAG Ljubljana. Rezultati TSRST na preskušancih, ki so bili preskušani v laboratoriju TU Wien, izkazujejo večjo odpornost proti razpokam pri nizkih temperaturah. Iz rezultatov lastnosti bitumeniziranih zmesi (poglavje 4.2, preglednica 4.2.2) vidimo, da so med seboj primerljive. Vsi preskušanci so pripravljeni enako in po enakem postopku. Prav tako se je preskus v obeh primerih izvajal pri enaki začetni temperaturi T0 = 20 °C. Ugotavljamo, da rezultata preskusa TSRST med laboratorijema ZAG Ljubljana in TU Wien nista primerljiva, čeprav se na obeh ustanovah izvaja preskus TSRST po enotnem standardu EN 12697-46. Gotovo je eden od mo gočih vzrokov za tolikšno razhajanje v različni opremi ali n ačinu lepljenja preskušancev. 7 E ačba krivulje TU Wie 001 y = -3E-09x6 - 6E-08x5 + 4E-06x4 - 4E-05x3 + 0,0006x2 - 0,0119x + 0,1133 002 R² = 1 003 6 K348D K348F E ačba krivulje ZAG K348G V1 (-31.09,5.19) y = -2E-09x6 - 8E-09x5 + 1E-06x4 - 8E-05x3 + 0,0029x2 - 0,0365x + 0,1962 Mean ZAG 5 V2 (-26,4,26) R² = 1 Mean TU Wien tang2 ] a tang1 P tu2 4 tu1 [M E ačba ta ge te ZAG Polinomska (Mean ZAG) y = -0,2955x - 3,0642 Polinomska (Mean TU Wien) R² = 1 st σ cry E ačba ta ge te TU Wie Linearna (tang2) y = -0,4035x - 7,3535 to 3 e R² = 1 paN Relaksacija ZAG 2 Relaksacija TU Wien 1 Tu1 =-28,3 °C Tu2 = - 24,6 °C 0 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 Temperatura T [°C] Slika 4.6.2.1: Primerjava rezultatov preskusov TSRST na ZAG-u in TU Wien na preskušancu sestave 5 (6,2 m. % bit.) Figure 4.6.2.1: Comparison between results of TSRST test between ZAG and TU Wien on samples of Mixture 5 (6.2 m.-% bit.) Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 121 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 5 STATISTIČNA ANALIZA 5.1 Statistična analiza dolžin preskušancev V tem sklopu želimo ugotoviti toleranco odstopanja izmerjenih dolžin prizmatičnih preskušancev s statistično obdelavo rezultatov in podati predlog za dopolnitev standarda SIST EN 12697-46. Prizmatični preskušanci bitumenizirane zmesi AC 8 surf s sestavo 2 (5 m.-%), sestavo 4 (5,8 m.-%) in sestavo 5 (6,2 m.-%) so bili uporabljeni za preskuse TSRST in UTST. Standard predpisuje, da je dolžina prizmatičnega preskušanca kvadratnega prereza (40 ∙ 40 mm2) L = 160 mm, ki pa je praktično ni mogoče zagotoviti zaradi robustne opreme (samostoječa krožna žaga), ki se uporablja za razrez preskušancev (slika 5.1.1). Debelina diamantnega krožnega rezila, ki se uporablja na ZAG-u, je 4 mm. Dolžina vseh preskušancev je bila izmerjena s kljunastim merilom z natančnostjo ±0,01 mm (slika 5.1.2). Prva meritev dolžine preskušanca je izmerjena na prednji strani, kjer je laboratorijska oznaka preskušanca, nato se preskušanec zasuče za 90° in se izvede druga meritev. Rezultati na ZAG-u so zapisani z natančnostjo 1 mm. Slika 5.1.1μ Krožna žaga z diamantnim rezilom za razrez preskušancev Figure 5.1.1: Circular saw with diamond blade for cutting samples Slika 5.1.2μ Meritev dolžine prizmatičnega preskušanca Figure 5.1.2: Measurement of the length of prismatic sample 122 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. V preglednici D.5.1.1 (priloga D) so prikazani rezultati meritev izmerjenih dolžin z natančnostjo 1 mm. Iz statistične obdelave rezultatov meritev populacije (24 ∙ 6 = 144) vidimo, da je povprečna vrednost med 160,79 mm in 161,46 mm, minimalna vrednost pri vseh preskušancih je 160 mm in največji razpon 2 mm. Na podlagi teh statističnih rezultatov ugotavljamo, da je mo goče s to opremo zagotoviti dolžino prizmatičnega preskušan ca 160 mm s toleranco ±2 mm. Za večjo natančnost bi potrebovali povsem drug način rezanja preskušan cev (npr. laserski). Izračunali smo še obojestranski interval zaupanja pri 95-odstotni stopnji zaupanja. Izračunali smo povprečje vseh šestih statističnih preskušancev (n = 144) ̅ = 161,1042, varianco s = 0,5384 in t 0,95,143 = 1,656. Od tod dobimo, da je = 0,074, ki √ ga zaokrožimo na 0,1 mm. Za povprečno dolžino preskušanca torej lahko s 95-odstotno verjetnostjo trdimo, da je v območju 161,10 ± 0,1 mm, kar je znotraj predlaganega območja tolerance. V Ramtechu so za preskuse pripravili bitumenizirani zmesi s sestavama 2 in 4, izvedli zgoščevanje in izrezali iz plošče prizmatične preskušance širine 40 ± 2 mm, višine 40 ± 2 mm in dolžine 160 ± 2 mm. V preglednici D.5.1.2 (priloga D) so prikazane izmerjene dimenzije izrezanih prizmatičnih preskušancev z natančnostjo 0,1 mm. Izračunali smo obojestranski interval zaupanja pri 95-odstotni stopnji zaupanja. Izračunali smo tudi povprečje dveh statističnih preskušancev (n = 28) ̅ = 160,029, varianco s = 0,136 in t0,95,27 = 1,703. Od tod dobimo, da je = 0,043, ki ga zaokrožimo na 0,1 mm. Za povprečno dolžino √ preskušanca se torej lahko s 95-odstotno verjetnostjo trdi, da je v območju 160,029 ± 0,1 mm, kar je znotraj predlaganega območja tolerance. Ugotavljamo, da je mo goče s trenutno razpoložljivo opremo na ZAG-u in v Ramtechu zadostiti predlagani toleranci odstopanja dolžine prizmatičnega preskušan ca (L ± 2 mm). 5.2 Statistična obdelava rezultatov SMA pri nizkih temperaturah V tem sklopu so statistično analizirani rezultati preskusov TSRST in UTST ter največjih rezerv trdnosti in temperature pri največji rezervi glede na laboratorij, kjer se je preskus izvedel. Podatki za bitumenizirane zmesi SMA so pridobljeni iz že objavljenih strokovnih revij (Ljubič, 2006, Spiegl, 2008) in posredovani iz laboratorijev, kjer so se izvajali preskusi:  TU Braunschweig (D),  TU Wien (A), Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 123 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje.  Ramtech (HR) in  ZAG (SLO). 5.2.1 Podatki V preglednici 5.2.1.1 so prikazani rezultati preskusov TSRST in UTST ter rezerve nateznih trdnosti in pripadajoče temperature pridobljenih podatkov v omenjenih štirih laboratorijih. Na podlagi osnovnih parametrov statistike vidimo, da so vsi preskušanci v območju x ± 3 ∙ s. Grubbsov test je pokazal v stolpcu REZERVA Δβ tmax, da obstaja vsaj ena minimalna ekstremna vrednost, ki odstopa od normalno porazdeljene populacije. Ker vrednost Gmin v stolpcu REZERVA Δβ tmax ne odstopa veliko od zahtevane Gmin (< 2,9033), ta ekstrem iz populacije ni odstranjen. Preglednica 5.2.1.1: Rezultati preskusa pri nizkih temperaturah za SMA Table 5.2.1.1: Results of test at low temperatures for SMA TSRST TSRST UTST UTST UTST REZERVA REZERVA Zap. Lab. Vrsta BZ σ cry,f Tf 5 °C −10 °C −25 °C Δβ tmax T Δβtmax št. [MPa] [°C] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [°C] 1 SMA 11s vilabit 65 3,94 -32,9 1,41 4,87 4,13 4,66 -11,5 2 SMA 11s bitupol c 4,65 -33,3 1,99 6,03 5,45 5,62 -11,5 3 SMA 11s zalaplast II 4,57 -32,3 1,84 5,4 4,83 5,01 -11,2 4 SMA 11s bitupol c 4,51 -31,3 2,5 5,56 5,14 4,95 -10,6 5 SMA 8s bitupol b 4,79 -30,6 2,49 6,62 5,07 6,07 -10,3 G 6 SMA 11s (Polyplast A1) 4,28 -28,2 2,59 6,33 5,26 5,51 -10 EIW 7 H SMA 8s VILABIT 65 4,67 -32,8 1,85 5,04 5,46 4,61 -12,5 CS 8 N SMA 8s Olexobit 45 3,68 -23,9 3,19 4,68 3,53 3,77 -4,9 U 9 AR SMA 8s Olexobit 45 2,57 -24 1,96 2,93 2,83 2,09 -5,2 B 10 SMA 8s Olexobit 45 2,77 -25,1 2,42 3,9 3,37 3,13 -6,9 TU 11 SMA 8s Olexobit 45 4,29 -26 3,27 5,34 3,73 4,44 -6,5 12 SMA 11 3,585 -31,4 1,373 3,865 4,423 3,47 -12,9 13 SMA 11 PmB 45/80-65 A2 4,959 -31 2,295 6,56 5,125 5,839 -10,3 14 SMA 11 S I Pmb 45A 4,053 -25,5 2,795 4,569 3,983 3,697 -6,5 15 SMA 11 S II Pmb 45A 3,848 -25,567 2,757 3,87 3,715 3,103 -3,7 16 SMA 11s vilabit 65 4,09 -34,9 1,77 4,14 4,91 3,89 -15,1 17 SMA 11s bitupol c 5,11 -33,5 2,85 5,78 5,64 5,07 -11,1 18 SMA 11s zalaplast II 4,01 -34,1 2,01 4,75 4,25 4,48 -11,4 IEN 19 SMA 11s bitupol c 4,25 -31,7 2,48 4,61 4,69 4,02 -10,3 W 20 TU SMA 8s bitupol b 4,28 -32,1 2,08 4,41 4,36 3,81 -10,2 21 SMA 11s (Polyplast A1) 3,58 -29,5 2,06 4,99 5,16 4,19 -11,2 22 SMA 11 70/100 3,5 -30,5 2,54 4,47 4,43 3,87 -13 (se nadaljuje …) 124 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (… nadaljevanje) 23 SMA 8 PmB 45/80-65 A1, 008 4,61 -27,77 2,44 6,21 4,37 5,28 -11,2 24 SMA 11s -004 4,39 -26,53 2,14 5,8 3,99 5,08 -11,1 25 SMA 11s-PmB III-46A-001 5,25 -24,53 2,91 4,88 3,95 3,72 -6,2 26 SMA 11s-003 3,46 -30,27 2,31 5,86 3,53 5,51 -11,8 27 SMA 11 PmB 45/80-65 A2 -13 3,9 -32,57 2,07 6,31 5,29 6,12 -13,9 28 SMA 11 PmB 45/80-65 A1-015 4,41 -29,8 2,12 5,84 4,36 5,15 -11,9 29 SMA 11 PmB 45/80-65 A1, A2-16 4,43 -30,37 2,12 6,09 5,03 5,72 -13,1 H 30 EC SMA 11 PmB 45/80-65 A1, 017 4,87 -28,1 2,66 6,06 5,19 5,39 -11,3 T 31 M SMA 11 PmB 45/80-65 A1, 018 3,26 -33,4 2,37 5,17 4,39 5,13 -13,7 AR 32 SMA 11 PmB 45/80-65 A1, 019 6,15 -29,6 2,83 6,79 5,22 5,38 -10,9 33 SMA 8 PmB 45/80-65 A1, 014 6,03 -25,83 1,97 6,68 4,3 5,58 -11,1 34 SMA 11 PmB 45/80-65 A1, A2 3,31 -29 2,19 5,7 3,21 5,33 -11,6 35 SMA 11 PmB 45/80-65 A1, A2 4,6 -26,8 1,92 5,82 4,42 5,24 -11,8 36 SMA 11 PmB 45/80-65 A1, A2 4,86 -30,7 2,63 6,77 5,65 6,06 -12,6 37 SMA 8 PmB 45/80-65 A2-006 3,35 -31,43 2,14 5,8 3,99 4,66 -10,1 38 SMA 8 PmB 45/80-65 A2 Z4 -007 2,68 -24,93 2,28 5,13 4,37 4,17 -12,3 39 SMA 8 PmB 45/80-65 A2 5,018 -33,4 2,045 6,341 5,87 6,001 -13,9 40 SMA 11 PmB 45/80-65 A1, (LJ) 5,131 -29,7 2,978 6,504 6,365 5,654 -12,4 41 SMA 8 PmB 45/80-65 A1,A2 (LJ) 4,45 -32,8 1,917 5,468 4,911 4,859 -13,2 G 42 ZA SMA 11 PmB 45/80-65 A1,A2 2,852 -29,8 3,759 6,578 5,961 5,121 -13,9 43 SMA 11 PmB 45/80-65 A1 3,022 -29,9 3,554 5,9 5,457 4,392 -12,2 44 SMA 11 PmB 45/80-65 A2 2,862 -31,1 3,393 6,398 6,398 5,149 -15,6 STATISTIKA Število meritev – n 44 44 44 44 44 44 44 Povprečna vrednost – x 4,156 -29,739 2,392 5,473 4,675 4,773 -10,968 Standardna deviacija – s 0,840 3,044 0,529 0,932 0,834 0,916 2,681 Maksimalna vrednost – xmax 6,15 -23,9 3,759 6,79 6,398 6,12 -3,7 Minimalna vrednost – xmin 2,57 -34,9 1,373 2,93 2,83 2,09 -15,6 Razpon – R 3,580 11,000 2,386 3,860 3,568 4,030 11,900 x + 3 ∙ s 6,678 -20,607 3,980 8,268 7,176 7,522 -2,924 x – 3 ∙ s 1,635 -38,870 0,805 2,678 2,175 2,023 -19,012 Gmin (< 2,9033; α = 0,05) 1,888 1,696 1,926 2,730 2,214 2,927 1,727 Gmax (< 2,9033; α = 0,05) 2,372 1,918 2,582 1,414 2,067 1,470 2,711 5.2.2 Normalna porazdelitev Za nadaljnjo statistično obdelavo podatkov smo uporabili programsko orodje Excel, dodatek XLSTAT. Na sliki 5.2.2.1 so prikazani histogrami za vrednosti iz preglednice 5.2.1.1 po posameznih rezultatih preskusov TSRST in UTST ter rezerve natezne trdnosti in pripadajoče temperature. Iz slik je razbrati, da nekateri podatki za popolno normalno porazdelitev ali manjkajo (npr. pri grafu TSRST σ cry,f ni podatkov med 5,5 in 6 MPa) ali izstopajo (npr. na grafu UTST 5 °C izstopa stolpec vrednosti 2). Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 125 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 0,5 0,4 0,15 ta 0,3 ta 0,1 sto sto o 0,2 o g g 0,05 0,1 0 0 2 3 4 5 6 7 -40 -35 -30 -25 -20 TSRST σ TSRST T cry,f f TSRST σcry,f Normal(4,156;0,840) TSRST Tf Normal(-29,739;3,044) 1,2 0,5 1 0,4 0,8 ta ta 0,3 0,6 sto sto o o g 0,2 0,4 g 0,2 0,1 0 0 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 2 3 4 5 6 7 UTST 5 °C UTST -10 °C UTST 5°C Normal(2,392;0,529) UTST -10°C Normal(5,473;0,932) 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 ta 0,4 ta 0,3 sto 0,3 sto o o g 0,2 g 0,2 0,1 0,1 0 0 2 3 4 5 6 7 2 3 4 5 6 7 UTST -25 °C Δβtmax UTST -25°C Normal(4,675;0,834) Δβtmax Normal(4,773;0,916) 0,2 1 0,8 0,15 ta ta 0,6 sto 0,1 sto o o g g a 0,4 n 0,05 p 0,2 sku 0 0 -20 -15 -10 -5 0 -20 -15 -10 -5 0 TΔβ T tmax Δβtmax TΔβtmax Normal(-10,968;2,681) TΔβtmax Normal(-10,968;2,681) Slika 5.2.2.1: Histogrami rezultatov preskusov pri nizkih temperaturah za SMA Figure 5.2.2.1: Histograms of the tests at low temperature for SMA 126 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 5.2.3 Studentova porazdelitev t S programom XLSTAT so analizirani podatki za SMA iz preglednice 5.2.1.1 z dvovzorčno Studentovo porazdelitvijo t pri domnevi, da so variance populacij enake. Osnovna statistika analiziranih podatkov je prikazana v preglednici 5.2.3.1. Med laboratoriji je bila opravljena analiza porazdelitve t za spremenljivki TSRST σ cry,f in TSRST Tf. Rezultati dvovzorčne statistike t za spremenljivko TSRST σ cry,f so prikazani v preglednici 5.2.3.2. Pri vseh primerjalnih analizah je bila prevzeta alternativna hipoteza: sredina1 – sredina2 ≠ 0, razlika hipoteze je 0. Preglednica 5.2.3.1: Osnovna statistika Table 5.2.3.1: Basic statistic Sredina Spremenljivki Opazovanja Minimum Maksimum Std. deviacija (povprečje) TSRST σ cry,f 44 2,570 6,150 4,156 0,840 TSRST Tf 44 -34,900 -23,900 -29,739 3,044 Preglednica 5.2.3.2: Rezultati dvovzorčne porazdelitve t (TSRST σ cry,f ) Table 5.2.3.2: Results of two sample t-distribution (TSRST σ cry,f ) TU Braunschweig TU Braunschweig TU Braunschweig Ramtech Ramtech TU Wien Laboratorij Ramtech TU Wien ZAG TU Wien ZAG ZAG Razlika -0,270 -0,039 0,189 0,230 0,458 0,228 tizra -0,871 -0,131 0,473 0,577 0,943 0,489 tkrit 2,045 2,086 2,093 2,080 2,086 2,201 nps (DF) 29 20 19 21 20 11 Vrednost p 0,391 0,897 0,642 0,570 0,357 0,634 Tveganje α 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 Interpretacija rezultatov v preglednici 5.2.3.2:  H0: razlika med sredino je enaka 0;  Ha: razlika med sredino je večja od 0;  če je vrednost p večja od α = 0,05, potem ne moremo zavrniti ničelne hipoteze H0;  tveganje zavrnitve ničelne hipoteze H0 je vrednost p [%]. Ugotavljamo, da sta si statistično najbolj oddaljeni srednji vrednosti rezultatov pri TSRST σ cry,f med TU Braunschweig in Ramtechom (p = 39,1 %) ter Ramtechom in ZAG-om (p = 35,7 %). Najbližji sta si med TU Braunschweig in TU Wien z verjetnostjo p = 89,7 %. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 127 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Rezultati dvovzorčne statistike t med laboratoriji pri TSRST Tf so prikazani v preglednici 5.2.3.3. Pri vseh analiziranih primerjavah smo vzeli alternativno hipotezo: sredina1 – sredina2 ≠ 0, razlika hipoteze je 0. Tukaj ugotavljamo, da sta si vzorca pri TSRST Tf statistično najbolj oddaljena (velja hipoteza Ha) med Ramtechom in TU Wien ter TU Braunschweig in TU Wien, saj je v obeh primerih tkrit < │tizra │. Najbližji sta si sredini vzorcev TU Braunschweig in Ramtech z verjetnostjo zaupanja p = 94,9 %. Preglednica 5.2.3.3: Rezultati dvovzorčne porazdelitve t (TSRST Tf ) Table 5.2.3.3: Results of two sample t-distribution (TSRST Tf ) TU Braunschweig TU Braunschweig TU Braunschweig Ramtech Ramtech TU Wien Laboratorij Ramtech TU Wien ZAG TU Wien ZAG ZAG Razlika -0,073 3,404 2,192 3,477 2,265 -1,212 tizra -0,065 2,355 1,436 3,110 1,946 -1,201 tkrit 2,045 2,086 2,093 2,080 2,086 2,201 nps (DF) 29 20 19 21 20 11 Vrednost p 0,949 0,029 0,167 0,005 0,066 0,255 Tveganje α 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 5.2.4 Analiza variance (ANOVA) Z enojno oz. enosmerno (ang. one-way) statistično analizo ANOVA, ki je vgrajena v Excel, ugotavljamo, ali se aritmetične sredine rezultatov (preglednica 5.2.1.1) različnih laboratorijev (TU Braunschweig, TU Wien, Ramtech in ZAG) razlikujejo glede na rezultate pri nizkih temperaturah (TSRST σ cry,f, TSRST Tf, UTST 5 °C, UTST −10 °C, UTST −25 °C, Δβ tmax in T Δβtmax), in če je tako, katera vrednost najbolj izstopa. V preglednici 5.2.4.1 so prikazani skupine, število v populaciji, vsota, povprečje in varianca glede na posamezen preskušanec. Vzorca iz Ramtecha in s TU Braunschweig obsegata 2/3 populacije. Preglednica 5.2.4.1: Osnovna statistika Table 5.2.4.1: Basic statistic Skupine Število Vsota Povprečje Varianca TSRST σ cry,f TU Braunschweig 15 61,165 4,077667 0,495296 TU Wien 7 28,82 4,117143 0,285257 Ramtech 16 69,56 4,3475 0,97318 ZAG 6 23,335 3,889167 1,202743 TSRST Tf (se nadaljuje …) 128 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (… nadaljevanje) TU Braunschweig 15 −433,867 −28,9245 12,60356 TU Wien 7 −226,3 −32,3286 3,819048 Ramtech 16 −461,63 −28,8519 6,993136 ZAG 6 −186,7 −31,1167 2,653667 UTST 5 °C TU Braunschweig 15 34,73 2,315333 0,331086 TU Wien 7 15,79 2,255714 0,141629 Ramtech 16 37,1 2,31875 0,089678 ZAG 6 17,646 2,941 0,620392 UTST −10 °C TU Braunschweig 15 75,564 5,0376 1,201606 TU Wien 7 33,15 4,735714 0,283795 Ramtech 16 94,91 5,931875 0,313656 ZAG 6 37,189 6,198167 0,184038 UTST −25 °C TU Braunschweig 15 66,046 4,403067 0,722909 TU Wien 7 33,44 4,777143 0,248124 Ramtech 16 71,26 4,45375 0,448492 ZAG 6 34,962 5,827 0,322249 Δβ tmax TU Braunschweig 15 65,969 4,397933 1,339655 TU Wien 7 29,33 4,19 0,204033 Ramtech 16 83,52 5,22 0,38324 ZAG 6 31,176 5,196 0,325122 T Δβtmax TU Braunschweig 15 −134,5 −8,96667 9,140952 TU WIEN 7 −82,3 −11,7571 3,022857 Ramtech 16 −184,6 −11,5375 3,079833 ZAG 6 −81,2 −13,5333 1,542667 Rezultati enojne analize variance so prikazani v preglednici 5.2.4.2. Pri spremenljivki TSRST σ cry,f je vrednost statistike F < Fkrit, zato ničelne domneve ne moremo zavrniti. Z verjetnostjo 68 % laboratorij ne vpliva na rezultat TSRST σ cry,f. Pri vseh preostalih spremenljivkah je vrednost statistike F > Fkrit, kar pomeni, da ničelno domnevo zavrnemo in sprejmemo alternativno. Pri vseh preostalih spremenljivkah obstaja 5-odstotna verjetnost tveganja, da vsaj eden od laboratorijev vpliva na rezultat. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 129 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 5.2.4.2: Rezultati analize variance Table 5.2.4.2: Results of analysis of variance Povprečni Vsota kvadratov Prostostne stopnje Vrednost Statistika Vir odstopanj kvadrati Statistika F p Fkrit SS nps MS TSRST σ cry,f Faktor 1,116561 3 0,372187 0,50885 0,67844 2,838745 Napaka 29,25709 40 0,731427 Skupaj 30,37365 43 TSRST Tf Faktor 80,87277 3 26,95759 3,395915 0,02692 2,838745 Napaka 317,5296 40 7,938239 Skupaj 398,4023 43 UTST 5 °C Faktor 2,112431 3 0,704144 2,835828 0,050164 2,838745 Napaka 9,932106 40 0,248303 Skupaj 12,04454 43 UTST −10 °C Faktor 13,17299 3 4,390996 7,272787 0,000527 2,838745 Napaka 24,15028 40 0,603757 Skupaj 37,32327 43 UTST −25 °C Faktor 9,928096 3 3,309365 6,635954 0,000961 2,838745 Napaka 19,94809 40 0,498702 Skupaj 29,87619 43 Δβ tmax Faktor 8,759859 3 2,919953 4,269939 0,010463 2,838745 Napaka 27,35358 40 0,68384 Skupaj 36,11344 43 T Δβtmax Faktor 109,1141 3 36,37138 7,273501 0,000526 2,838745 Napaka 200,0213 40 5,000533 Skupaj 309,1355 43 V programu XLSTAT je bila izvedena analiza variance, kjer se je primerjalo odstopanje preostalih spremenljivk in Ramtecha. Rezultat te analize je diagram standardiziranih količnikov v odvisnosti od spremenljivk (slika 5.2.4.1). Pri spremenljivki TSRST σ cry,f laboratoriji podobno odstopajo in so vrednosti v razponu standardne deviacije posameznega laboratorija. Pri TSRST Tf je najbližji TU Braunschweig in najbolj oddaljen TU Wien, pri UTST 5 °C najbolj izstopa ZAG. Pri UTST −10 °C najbolj izstopata TU Braunschweig in TU Wien ter najmanj ZAG, vrednost Ramtecha je v razponu standardne variacije. Pri UTST 130 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. −25 °C najbolj izstopa ZAG, pri Δβ tmax pa TU Braunschweig in TU Wien. Pri T Δβtmax najbolj izstopa TU Braunschweig. Ob analizi ANOVA ugotavljamo, da ne moremo primerjati spremenljivk TSRST Tf , UTST 5 °C, UTST – 10 °C, UTST −25 °C, T Δβtmax in Δβ tmax med laboratoriji, saj vsaj enkrat kateri od njih izstopa, razen pri TSRST σ cry,f. TSRST σ TSRST T cry,f f (zanesljivost 95 %) (zanesljivost 95 %) 0,4 0,4 iki iki Laboratorij- 0,2 Laboratorij- 0,2 lič RAMTECH lič RAMTECH 0 0 i ko i ko n Laboratorij-TU n -0,2 Braunschweig -0,2 Laboratorij- izira Laboratorij-TU izira -0,4 Laboratorij- rd Braunschweig TU WIEN Laboratorij - rd a -0,4 ZAG a Laboratorij-TU ZAG d -0,6 d n WIEN n -0,6 ta -0,8 sta Spremenljivke S Spremenljivke UTST 5 °C UTST −10 °C 0,8 0,6 Laboratorij- iki iki 0,6 0,4 Laboratorij- ZAG lič Laboratorij- ZAG lič 0,4 0,2 RAMTECH i ko Laboratorij- i ko 0 n 0,2 n RAMTECH -0,2 0 izira izira -0,4 rd Laboratorij-TU rd a -0,2 Laboratorij- a Braunschweig d d -0,6 Laboratorij-TU n TU WIEN Laboratorij- n -0,4 Braunschweig ta -0,8 TU WIEN sta S -0,6 -1 Spremenljivke Spremenljivke UTST −25 °C Δβ tmax 1 0,4 iki Laboratorij- iki 0,8 Laboratorij- 0,2 ZAG lič lič RAMTECH 0,6 i ko 0 i ko n 0,4 Laboratorij- n Laboratorij- Laboratorij- TU WIEN -0,2 izira 0,2 ZAG RAMTECH izira rd rd -0,4 a 0 a d d n Laboratorij-TU Laboratorij-TU Laboratorij-TU n -0,2 -0,6 ta Braunschweig WIEN Braunschweig S sta -0,4 -0,8 Spremenljivke Spremenljivke TΔβtmax 1 Laboratorij-TU iki Braunschweig 0,5 lič Laboratorij- RAMTECH i kon 0 Laboratorij- izira -0,5 TU WIEN Laboratorij- rda ZAG dn -1 taS Spremenljivke Slika 5.2.4.1: Diagram standardiziranih količnikov po spremenljivkah Figure 5.2.4.1: Diagram of standardized coefficients by variables Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 131 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 5.2.5 Metoda glavnih komponent (PCA) Opravljena je bila multivariatna statistična analiza po metodi glavnih komponent − PCA (ang. principal component analysis), s katero želimo ugotoviti medsebojno odvisnost spremenljivk TSRST σ cry,f, TSRST Tf, UTST 5 °C, UTST −10 °C, UTST −25 °C, Δβ tmax in T Δβtmax. Analiza PCA je izvedena s programsko opremo XLSTAT. V preglednici 5.2.5.1 so podani rezultati analize: lastne vrednosti (ang. eigenvalues), variabilnost in kumulativa glede na posamezne faktorje F. Če izberemo dvorazsežen prostor z dvema osema (F1 in F2), vidimo, da je kumulativna variabilnost 71,24 %, kar je zadovoljivo. Rezultati korelacije med spremenljivkami in faktorji so prikazani v preglednici 5.2.5.2 in na slikah 5.2.5.1a in 5.2.5.1b. Na podlagi slike 5.2.5.1b ugotavljamo, da so spremenljivke razdeljene v tri osnovne skupine. V prvi skupini sta TSRST Tf in T Δβtmax, v drugi so TSRST σ cry,f, UTST −10 °C, UTST −25 °C in Δβ tmax, med njima je UTST 5 °C. Preglednica 5.2.5.1: Lastne vrednosti Table 5.3.5.1: Eigenvalues Faktorji F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 Lastne vrednosti 3,451 1,536 1,066 0,554 0,243 0,125 0,025 Variabilnost [%] 49,298 21,941 15,230 7,912 3,475 1,787 0,357 Kumulativa [%] 49,298 71,239 86,469 94,381 97,856 99,643 100,000 Preglednica 5.2.5.2: Korelacije med spremenljivkami in faktorji Table 5.2.5.2: Correlations between variables and factors Spremenljivka F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 TSRST σ cry,f 0,493 0,280 0,732 0,352 0,046 −0,134 −0,005 TSRST Tf −0,637 0,634 0,110 −0,255 0,337 0,007 −0,024 UTST 5 °C 0,018 0,788 −0,556 0,177 −0,142 −0,136 −0,022 UTST −10 °C 0,845 0,439 0,055 −0,273 −0,035 0,032 0,114 UTST −25 °C 0,829 0,076 −0,305 0,365 0,217 0,184 −0,010 Δβtmax 0,898 0,184 0,169 −0,315 −0,127 0,070 −0,104 TΔβtmax −0,771 0,450 0,292 0,165 −0,206 0,221 0,009 132 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 4 100 Spremenljivke (osi F1 in F2: 71,24 %) 3,451 1 ) 3,5 elu UTST 5°C 80 0,75 a 3 v st (%) TSRST Tf n o e UTST -10°C 0,5 iln TΔβtmax ig 2,5 TSRST σcry,f 60 b Δβ ria tmax 0,25 %) sti (e 2 a 4 o v 1,536 n a ,9 0 d 40 n 1 UTST -25°C 1,5 re (2 1,066 tiv v la -0,25 e F2 1 u 0,554 20 m stn u -0,5 La 0,5 0,243 K 0,125 0,025 -0,75 0 0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 -1 osi -1 -0,75 -0,5 -0,25 0 0,25 0,5 0,75 1 F1 (49,30 %) Slika 5.2.5.1a: Diagram lastnih vrednosti in Slika 5.2.5.1bμ Dvorazsežni prostor spremenljivk kumulativne variabilnosti Figure 5.2.5.1a: Diagram of eigenvalue and cumulative Figure 5.2.5.1b: 2D space of variables variability Po analizi PCA smo pridobljene vrednosti faktorjev razdelili še po laboratorijih (preglednica E.5.2.5.3 – priloga E). Omenjeni rezultati opazovanja so grafično prikazani po laboratorijih v dvorazsežnem prostoru za osi F1 in F2 (slika 5.2.5.2). Rezultati so omejeni z elipsoidnimi klastri (skupki), ki imajo težišče v sredini opazovanj oz. vrednosti meritev. Iz omenjene slike ugotavljamo, da se skupki med seboj prekrivajo in da ni mo goče opaziti sistemske napake. Še največje odstopanje je med ZAG-om in TU Wien, saj je tu prekrivanje med skupki manjše kot med pre ostalimi. Največj i skupek je pri TU Braunschweig , kar kaže na največjo variabilnost med meritvami. Razlog za tako odstopanje je lahko v različnih materialih (npr. tip b itumna, zmes kamnitih zrn) ali v manjši natančnosti meritev. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 133 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Opazovanje (osi F1 in F2: 71,24 %) TU Braunschweig TU WIEN RAMTECH ZAG Elipsa TU Braunschweig Elipsa TU WIEN Elipsa RAMTECH Elipsa ZAG 5 4 3 2 1 %)4,9 0 1 (2 F2 -1 -2 -3 -4 -5 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 F1 (49,30 %) Slika 5.2.5.2: Opazovanje (osi F1 in F2) po laboratorijih Figure 5.2.5.2: Observation (axle F1 and F2) by the laboratory 5.2.6 Metoda delnih najmanjših kvadratov (PLS) Z multivariatno statistično metodo delnih najmanjših kvadratov (PLS) želimo preveriti vpliv vhodnih spremenljivk X (TSRST σ cry,f, TSRST Tf, UTST 5 °C, UTST −10 °C, UTST −25 °C) in izhodnih spremenljivk Y ( Δβ tmax, T Δβtmax), ki so prikazane v preglednici 5.2.1.1. V preglednici 5.2.6.1 so tabelarično prikazani rezultati kakovostnega modela po metodi PLS. Slika 5.2.6.1a grafično prikazuje kakovostni model po posameznih komponentah. Pri drugi komponenti Komp2 je Q2 = 67,4 % in povprečje R2Y in R2X je R2 = 69,7 %, kar je zadovoljivo. V preglednici 5.2.6.2 je tabelarično prikazana matrika korelacij spremenljivk s komponentami t glede na spremenljivki X in Y. To pa je grafično prikazano na sliki 5.2.6.1b. Tukaj ugotavljamo, da je UTST −10 °C in UTST −25 °C najbližja Δβ tmax ter TSRST Tf je najbližj a T Δβtmax, kar se ujema s PCA. 134 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 5.2.6.1: Kakovostni model Table 5.2.6.1: Model quality Indeks Komp1 Komp2 Komp3 Komp4 Komp5 Q2 kum 0,565 0,674 0,788 0,792 0,791 R2Y kum 0,599 0,729 0,841 0,849 0,855 R2X kum 0,431 0,665 0,738 0,953 1,000 Preglednica 5.2.6.2: Matrika korelacij spremenljivk s komponentami t Table 5.2.6.2: Correlation matrix of the variables with the t components Spremenljivke t1 t2 t3 t4 t5 TSRST σ cry,f 0,555 0,528 −0,213 0,602 −0,072 TSRST Tf −0,657 0,668 0,132 −0,182 −0,266 UTST 5 °C 0,042 0,526 −0,278 −0,733 0,327 UTST −10 °C 0,812 0,402 0,384 −0,168 0,056 UTST −25 °C 0,868 −0,067 −0,280 −0,337 −0,224 Δβtmax 0,848 0,192 0,428 0,026 0,073 TΔβtmax −0,692 0,471 −0,201 0,129 0,081 Kakovostni model po komponentah Korelacija s t na oseh t1 in t2 1 1 0,75 0,9 TSRST Tf 0,8 UTST 5°C TSRST σcry,f 0,5 TΔβtmax 0,7 UTST -10°C 0,6 ks 0,25 e Δβtmax 0,5 d In 0,4 0 t2 UTST -25°C 0,3 X 0,2 -0,25 Y 0,1 0 -0,5 1 2 3 4 5 -0,75 Komponente -1 -1 -0,75 -0,5 -0,25 0 0,25 0,5 0,75 1 Q2 cum R2Y cum R2X cum t1 Slika 5.2.6.1a: Kakovostni model po komponentah Slika 5.2.6.1b: Korelacije s t na oseh t1 in t2 Figure 5.2.6.1a: Model quality by number of Figure 5.2.6.1b: Correlations with t on axes t1 and t2 components Predstavljeni so grafi VIP (ang. variable importance in projection) funkcije pojasnjevalne spremenljivke – vrednost VIP po posameznih komponentah pri 95-odstotnem zaupanju (slika 5.2.6.2). Iz grafov na sliki 5.2.6.2 ugotavljamo, da so pri vseh komponentah najpomem bnejš e spremenljivke projekcije (nad 1,0) UTST − 10 °C, UTST − 25 °C, TSRST Tf in manj pomembna UTST 5 °C , ki je dober kandidat, da jo izključi mo iz modela. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 135 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. VIP (Komp1/zaupanje 95 %) VIP (Komp2/zaupanje 95 %) 1,8 1,6 1,6 1,4 1,4 1,2 1,2 1 1 IP IP 0,8 0,8 V V 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0 0 -0,2 UTST -10°C UTST -25°C TSRST Tf TSRST UTST 5°C σcry,f UTST -10°C UTST -25°C TSRST Tf TSRST σcry,f UTST 5°C spremenljivka spremenljivka VIP (Komp3/zaupanje 95 %) VIP (Komp4/zaupanje 95 %) 1,6 1,6 1,4 1,4 1,2 1,2 1 1 IP 0,8 IP V 0,8 V 0,6 0,6 0,4 0,4 0,2 0,2 0 0 UTST -10°C UTST -25°C TSRST Tf TSRST σcry,f UTST 5°C UTST -10°C UTST -25°C TSRST Tf TSRST σcry,f UTST 5°C spremenljivka spremenljivka VIP (Komp5/zaupanje 95 %) 1,6 1,4 1,2 1 IP 0,8 V 0,6 0,4 0,2 0 UTST -10°C UTST -25°C TSRST Tf TSRST σcry,f UTST 5°C spremenljivka Slika 5.2.6.2: Najpomembnejša spremenljivka v projekciji (VIP) Figure 5.2.6.2: Variable importance in the projection (VIP) Končni rezultat analize PLS sta enačbi modela za odvisni spremenljivki Δβ tmax in T Δβtmax v odvisnosti od pojasnjevalnih spremenljivk. Enačbi modela za največjo rezervo natezne trdnosti Δβ tmax in temperaturo pri največji rezervi napetosti T Δβtmax imata obliko: 136 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (5.2.6.1) (R2 = 0,945) (5.2.6.2) (R2 = 0,765) Analiza je pokazala zelo dobro ujemanje modela (R2 = 0,945) za izhodno spremenljivko Δβ tmax in nekoliko slabše (R2 = 0,765) za T Δβtmax, vendar še vedno zadovoljivo. Napovedi (ang. predictions) spremenljivk Δβ tmax in T Δβtmax so grafično prikazane na sliki 5.2.6.3. Na grafu funkcije Δβ tmax − pred( Δβ tmax) vidimo, da so več ali manj vsa opazovanja znotraj območja, kar kaže na dobro ujemanje modela. Bistveno slabše ujemanje modela je prikazano na grafu funkcije T Δβtmax – pred(T Δβtmax), kjer vidimo večji raztros opazovanj. Pred( Δβ ) / Δβ Pred( T ) / T tmax tmax Δβtmax Δβtmax 6,5 -2 6 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 -4 5,5 5 -6 xa 4,5 ax -8 4 Δβ tm Δβtm 3,5 T -10 3 -12 2,5 2 -14 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 -16 Pred( Δβ ) Pred( T ) tmax Δβtmax Slika 5.2.6.3: Napovedi (pred) spremenljivke Δβ tmax in T Δβtmax Figure 5.2.6.3: Predictions (pred) of variable Δβ tmax and T Δβtmax Na podlagi predhodnih ugotovitev, da na rezultat Δβ tmax najbolj vplivajo UTST −10 °C, UTST −25 °C in TSRST Tf, na rezultat T Δβtmax pa TSRST Tf in UTST 5 °C, je bil pripravljen nov, racionalnejši model s samo temi spremenljivkami. Za novi model predpostavljamo, da zaradi racionalnosti preskusov (stroškov) izvedemo samo dva preskusa (UTST −10 °C in Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 137 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. TSRST) namesto petih. Ponovna analiza PLS je pokazala, da za izhodno spremenljivko Δβ tmax še vedno obstaja zelo dobro ujemanje modela (R2 = 0,914), za spremenljivko T Δβtmax je ujemanje nekoliko slabše (R2 = 0,665), vendar še vedno zadovoljivo. Tako sta enačbi za novi model s tremi spremenljivkami naslednji: (5.2.6.1) (R2 = 0,914) (5.2.6.2) (R2 = 0,665) 5.3 Statistična določitev največjega razpona gostote z votlinami preskušanca V tem poglavju želimo s statistično analizo podatkov določiti največji dovoljeni razpon gostote z votlinami ρ Ap med tremi paralelnimi prizmatičnimi preskušanci. Iz eksperimentalnega dela doktorske disertacije (glej poglavji 4.1 in 4.2) smo analizirali podatke preskušancev preskusov UTST bitumeniziranih zmesi AC 8 surf in AC 11 surf, ki so se izvajali na ZAG-u (preglednica F.5.3.1 – priloga F). Prikazan je graf funkcije natezne trdnosti ob porušitvi in gostote z votlinami preskušancev (slika 5.3.1a) ter graf funkcije raztezka ob porušitvi in gostote z votlinami preskušancev (slika 5.3.1b). Pri natezni trdnosti ob porušitvi so z nižanjem temperature rezultati bolj raztreseni. Nasprotno je pri raztezku ob porušitvi. Na sliki 5.3.2 je prikazan 3D-graf funkcije gostote z votlinami preskušancev, natezne trdnosti in raztezka ob porušitvi. Iz slike vidimo, da obstaja ekstrem v območju gostote z votlinami 2500 kg/m3. 138 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 7 2,5 ] 6 y = 0,0021x + 0,0565 a R² = 0,0331 P 2 ] 5 [M y = 0,0085x - 19,932 y = 0,0032x - 3,225 [% R² = 0,5745 R² = 0,1009 4 1,5 ɛ f st β f k o y = -0,0048x + 14,998 n ze 3 y = 0,0028x - 6,1454 R² = 0,4135 1 R² = 0,5991 zte trd a a 2 y = -9E-05x + 0,739 R zn R² = 0,003 0,5 te 1 y = -0,0042x + 11,052 a R² = 0,7415 y = -0,0003x + 1,0986 N R² = 0,0516 0 0 2350 2400 2450 2500 2550 2350 2400 2450 2500 2550 Gostota z votlinami ρ [kg/m3] Gostota z votlinami ρ [kg/m3] Ap Ap Slika 5.3.1a: UTST − funkcija natezne trdnosti in Slika 5.3.1b: UTST − funkcija raztezka ob porušitvi in prostorske gostote preskušanca prostorske gostote preskušanca Figure 5.3.1a: UTST − function of the bulk density of Figure 5.3.1b: UTST − function of the bulk density of sample and tensile strength sample and strain at failure Slika 5.3.2: 3D-graf funkcije gostote z votlinami preskušanca, natezne trdnosti in raztezka ob porušitvi Figure 5.3.2: 3D chart function of the bulk density of sample, tensile strength and strain at failure V preglednici 5.3.2 sta prikazana izračunani standardni odklon (STDEV) in razpon (R) za gostoto z votlinami preskušanca, natezno trdnost ob porušitvi in raztezek ob porušitvi v odvisnosti od UTST 20 °C. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 139 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 5.3.2: Standardni odklon in razpon za UTST 20 °C (ZAG) Table 5.3.2: Standard deviation and range for UTST 20 °C (ZAG) Gostota z Gostota z Natezna Natezna votlinami Raztezek ε f votlinami Raztezek ε f Preskus Vrsta BZ trdnost β trdnost β preskušanca t t preskušanca STDEV – s STDEV – s STDEV – s Razpon – R Razpon – R Razpon – R AC 11 surf (4 m.-%) 3,055 0,005 0,074 6 0,009 0,135 AC 11 surf (5 m.-%) 4,359 0,016 0,053 8 0,029 0,1 AC 11 surf (5,4 m.-%) 14,364 0,042 0,150 27 0,075 0,3 UTST AC 11 surf (5,8 m.-%) 15,011 0,025 0,063 26 0,043 0,125 20 °C AC 11 surf (6,0 m.-%) 7,024 0,021 0,092 14 0,039 0,18 AC 8 surf (4,0 m.-%) 22,053 0,033 0,024 43 0,065 0,045 AC 8 surf (5,4 m.-%) 10,817 0,012 0,156 21 0,023 0,28 AC 8 surf (6,2 m.-%) 8,185 0,005 0,236 16 0,008 0,445 Povprečna vrednost – x 10,609 0,020 0,106 20,125 0,036 0,201 Standardna deviacija – s 6,317 0,013 0,070 11,993 0,024 0,131 Razpon – R 18,998 0,0376 0,213 37 0,067 0,4 R( β t) ≤ 0,1 ZAHTEVA MPa Na podlagi linearne interpolacije razpona gostote z votlinami in natezne trdnosti smo izračunali največjo dovoljeno gostoto z votlinami med tremi preskušanci za UTST 20 °C. Ob upoštevanju, da je največji dovoljeni razpon 0,1 MPa, dobimo, da je največji dovoljeni razpon gostote z votlinami med tremi paralelnimi preskušanci ≤ 44 kg (y = 367,39 ∙ x + 6,7612; R2 = 0,56). Pri preostalih preskusih UTST ni bilo mogoče določiti razpona gostote z votlinami, ker je raztros rezultatov velik. Korelacija med razponom natezne trdnosti in raztezkom ob porušitvi je slaba pri vseh preskusih UTST. Rezultat izračuna je predstavljen v preglednici 5.3.3. Pri izbiri treh preskušancev in ob upoštevanju največjega dovolje nega razpona gostote z votlinami med preskušanci zmanjšamo tveganje za neuspeh pri preskusu UTST 20 °C. Preglednica 5.3.3: Izračun največjega dovoljenega razpona gostote z votlinami preskušancev za UTST 20 °C Table 5.3.3: Calculated maximum range of specimens bulk density for UTST 20 °C Izračun največjega razpona gostote z votlinami Največji dovoljeni razpon napetosti ob porušitvi β t po Preskus treh preskušancev ρ Ap [kg] standardu EN 12697-46 [MPa] UTST 20 °C (ZAG) ≤ 44 (R2 = 0,56) ≤ 0,1 140 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 5.4 Analiza mesta nastanka razpoke v preskušancu (TU Wien) V poročilih TU Wien za preskusa UTST in TSRST je označeno mesto nastanka porušitve (razpoke) na preskušancu. Po višini je preskušanec razdeljen na tri območja, omejena s štirimi linijami, kjer predhodno izmerimo širino preskušanca (slika 5.4.1). Želimo, da nastane porušitev v II. območju (v srednji tretjini), kjer je čisti nateg. Območja porušitev za sestavo 2 (5 m.-% bit.), sestavo 4 (5,8 m.-% bit.) in sestavo 5 (6,2 m.-% bit.) so tabelarično prikazana v preglednicah od 5.4.1 do 5.4.3. Iz preglednice 5.4.1 (skupaj za preskusa TSRST in UTST) vidimo, da je pri sestavi 2 (5 m.-% bit.) največ porušitev (42 %) nastalo v I. območju, v II. območju jih je nastalo 36 % in v III. območju 23 %. Prav tako je iz preglednice 5.4.1 razvidno, da so pri preskusu UTST različno razporejena območja nastanka razpoke, pri preskusu TSRST pa je razpoka največkrat nastala v I. območju (50 %). Iz preglednic od 5.4.1 do 5.4.3 za preskusa TSRST in UTST ugotavljamo, da je v na šem primeru v skrajnem I. (zgornjem) in III. (spodnjem) o bmočju nastalo 77,5 % vseh evidentiranih razpok. Menimo, da na porušitev, ki nastane v zgornji in spodnji tretjini preskušanca, vplivajo poleg nateznih še strižne napetosti, ki nastanejo med jekleno ploščo, lepilom in preskušancem. I. OBMOČJE Dolžina preskušanca II. OBMOČJE III. OBMOČJE Slika 5.4.1μ Območje porušitve preskušanca pri preskusih TSRST in UTST Figure 5.4.1: Cracked area of the sample at TSRST and UTST test Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 141 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 5.4.1μ Območja porušitev pri AC 8 surf − sestava 2 (5 m.-%) Table 5.4.1: Cracked area at AC 8 surf − Mixture 2 (5 m.-%) UTST TSRST Številka preskušanca 5 °C −10 °C −25 °C 10 °C K327A 1 2 K327B 2 3 K327C 3 1 K327D 4 1 K327E 5 3 K327F 6 1 K327G 7 3 K327H 8 2 K327I 9 1 K327J 10 1 K327K 11 1 K327L 12 2 K327M 13 2 K327N 14 2 STATISTIKA Število – n 14 4 3 3 4 Povprečje I 50 % 33 % 33 % 50 % 42 % Območje II 50 % 0 % 67 % 25 % 36 % III 0 % 67 % 0 % 25 % 23 % Preglednica 5.4.2μ Območja porušitev pri AC 8 surf − sestava 4 (5,8 m.-%) Table 5.4.2: Cracked area at AC 8 surf − Mixture 4 (5.8 m.-%) UTST TSRST Številka preskušanca 5 °C −10 °C −25 °C T0 = 10 °C K328A 1 3 K328B 2 2 K328C 3 1 K328D 4 3 K328E 5 3 K328F 6 2 K328G 7 1 K328H 8 3 K328I 9 3 K328J 10 3 K328K 11 1 K328L 12 2 K328M 13 1 STATISTIKA Število – n 13 3 3 3 4 Povprečje I 33 % 33 % 33 % 25 % 31 % Območje II 33 % 0 % 0 % 50 % 21 % III 33 % 67 % 67 % 25 % 48 % 142 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica 5.4.3μ Območja porušitev pri AC 8 surf − sestava 5 (6,2 m.-%) Table 5.4.3: Cracked area at AC 8 surf − Mixture 5 (6.2 m.-%) TSRST TSRST Številka preskušanca T0 = 10 °C T0 = 20 °C K348A 1 1 K348B 2 1 K348C 3 1 K348D 4 1 K348E 5 1 K348F 6 3 K348G 7 3 STATISTIKA Število – n 7 3 4 Povprečje I 100 % 50 % 75 % Območje II 0 % 0 % 0 % III 0 % 50 % 25 % Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 143 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 6 SKUPNI ZAKLJUČKI IN DISKUSIJA 6.1 Rezultati in ugotovitve preskusov in analiz Rezultati preskusov TSRST in UTST ter rezerve nateznih trdnosti pri nizkih temperaturah pri bitumeniziranih zmeseh AC 11 surf, ki so bili izvedeni v laboratoriju na ZAG-u, kažejo, da se z večanjem deleža bitumna v sestavi bitumenizirane zmesi izboljšuje odpornost proti nastanku razpok pri nizkih temperaturah. Do podobnih ugotovitev, le da pri drugačnih bitumeniziranih zmeseh, so prišli tudi Arand (1987), Read in sodelavci (2003) ter Spiegl (2008). Vendar so analize pokazale, da se rezultati pri nizkih temperaturah z deležem bitumna nelinearno spreminjajo. Krivulje TSRST pri manjšem deležu bitumna (4 m.-%) bolj nihajo kot krivulje z večjim deležem (6 m.-%), predvsem v elastičnem območju. Vzrok za to je v nenehnih notranjih prerazporeditvah napetosti in nastanku oslabitev (razpok) v preskušancu. Vse krivulje TSRST potekajo vzporedno, razen krivulje bitumenizirane zmesi s 6 m.-% bitumna, ki ima daljše relaksacijsko območje. Največjo rezervo natezne trdnosti in najnižjo temperaturo pri največji rezervi ima sestava bitumenizirane zmesi z največjim deležem bitumna (6 m.-%). Ugotovljeno je, da porušitev pri preskušancih z manjšim deležem bitumna (4 m.-%) tudi pri višjih temperaturah preskusa UTST ne poteka le skozi bitumensko malto, ampak tudi skozi posamezna kamnita zrna. Iz diagramov sila – deformacija pri preskusih UTST pri 20 °C za različne sestave je ugotovljeno, da se z večanjem deleža bitumna povečuje deformacija ob porušitvi in zmanjšuje natezna trdnost. Pri preskusu UTST pri temperaturi 5 °C najbolj izstopata sestavi s 4 in 6 m.-% bitumna. Sestava s 4 m.-% bitumna ima najmanjšo deformacijo ob porušitvi, sestava z večjim deležem bitumna pa najmanjšo natezno napetost in največjo deformacijo ob porušitvi, kar je posledica vpliva večjega deleža viskozne komponente v sestavi. Krivulje UTST pri nižjih temperaturah preskusa praktično potekajo linearno in po podobnih linijah. Krivulja UTST pri −10 °C ima v nasprotju z UTST pri −25 °C večjo deformacijo in zato večjo natezno trdnost, ker obstaja pri višji temperaturi (−10 °C) še vedno zmožnost lezenja. Na podlagi analize ugotavljamo, da če vstavimo v Arandov diagram naše podatke za AC 11 surf, ta diagram ni najprimernejši za napovedovanje temperature ob porušitvi pri večjem deležu bitumna v sestavi bitumenizirane zmesi. Vpliv deleža bitumna najbolje opisujeta največja rezerva natezne trdnosti in temperatura pri največji rezervi, pri čemer ugotavljamo, da s povečanjem deleža bitumna v sestavi nad 5 m.-% bistveno izboljšamo odpornost 144 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. bitumenizirane zmesi proti nizkim temperaturam. Glede na preskuse pri nizkih temperaturah smo ugotovili, da je najmanjši delež bitumna Bmin za obravnavano bitumenizirano zmes AC 11 surf okoli 4,6 m.-%, kar je bistveno večji delež bitumna od trenutno veljavnih zahtev. Od leta 2009 veljavni TSC 06.300/06.410:2009 se sklicuje na standard SIST EN 13108-1, točko 5.3.1.3, kjer ni s številko navedenega najmanjšega deleža veziva, le v točki 5.4.1.2 standarda SIST EN 13108-1 je zahtevano, da mora biti najmanjši delež veziva vsaj 3,0 m.-%. Prav tako je ugotovljena vrednost večja od zahtev po standardu SIST EN 13108-20 oz. od umaknjenega predloga TSC 06.300/06.410 (marec, 2008), ki za AC surf zahteva, da mora biti najmanjši delež veziva Bmin4,4 vsaj 4,4 m.-%. V sestavi bitumenizirane zmesi se pri spreminjanju deleža bitumna spreminjata vsebnost votlin in vsebnost polnila, pri čemer se sestava zmesi kamnitih zrn ne spreminja. Od tod sledi, da so si odvisnosti med temi lastnostmi podobne ali komplementarne. Podobna je ugotovitev, da obstaja dobra korelacija med največjo rezervo natezne trdnosti in temperaturo pri največji rezervi z vsebnostjo votlin v bitumenizirani zmesi Vv, s povprečno gostoto z votlinami preskušanca ρ Ap in z zapolnjenostjo votlin v zmesi zrn z bitumnom VFB. Iz opravljenih poskusov smo ugotovili, da je priporočena največja vsebnost votlin VVmax = 5,9 V.-%, kar je nižje od zahtevane zgornje meje po TSC 06.300/06.410μ2009, kjer je določeno, da mora biti največja vsebnost votlin manjša ali enaka 6,5 V.-%. Opazili pa smo tudi preskok (VFBmin) ravno na spodnji dovoljeni meji po TSC (≥ 60 %). Natezna trdnost pri preskusu UTST se s povečevanjem deleža bitumna v sestavi malo spreminja. Obratno je pri raztezku ob porušitvi, kjer se pri UTST 20 °C z večanjem deleža bitumna ta raztezek bistveno povečuje, ker večji delež viskozne komponente (bitumna) vpliva na visko-elastično obnašanje bitumenizirane zmesi. Pri nižjih temperaturah je raztezek praktično enak, ne glede na količino bitumna, ki je v sestavi, ker viskozna komponenta preide v elastično. Od tod sklepamo, da je pri napovedovanju obnašanja pri nizkih temperaturah pomemben raztezek ob porušitvi, vsaj v temperaturnem območju med 20 in −10 °C. Za bitumenizirano zmes AC 8 surf so bili preskusi izvedeni pri nizkih temperaturah v treh različnih laboratorijih, ZAG, ISTU – TU Wien (A) in Ramtech (HR). Rezultati kažejo, da so razlike med laboratoriji bistvene tudi pri enaki sestavi bitumenizirane zmesi. Krivulje TSRST potekajo v dveh osnovnih linijah. V prvi liniji potekajo krivulje ZAG-a in v drugi krivulje TU Wien. Med njima sta krivulji Ramtecha. Največje razlike pri TSRST med laboratoriji so pri temperaturi ob porušitvi, kjer so vrednosti TU Wien bistveno nižje od vrednosti ZAG-a. Tudi Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 145 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. pri preskusih UTST izkazujejo najboljše lastnosti rezultati TU Wien in najslabše rezultati Ramtecha. Posledično so temu primerni rezultati rezerve natezne trdnosti. Posebnost smo opazili pri rezultatih UTST pri 5 °C, kjer so najmanjše vrednosti natezne trdnosti pri TU Wien. Porušitev pri višjih temperaturah preskusa UTST (20 °C) je potekala večinoma skozi bitumensko malto (površina enakomerno temna). Pri nižjih temperaturah preskusov UTST in TSRST smo opazili, da poteka porušitev skozi bitumensko malto in kamnita zrna. Porušitev preskušancev pri višjih temperaturah preskusa UTST je pokazala, da je linija porušitve poševna in bolj razgibana, kot je to opaziti pri nižjih temperaturah UTST in TSRST, kjer je linija porušitve praktično vodoravna. Tudi v diagramih sila – deformacija pri preskusu UTST so opazne razlike med laboratoriji. Najočitnejša je pri rezultatih UTST pri −10 °C in pri −25 °C (TU Wien), kjer so krivulje praktično enake, pri preostalih dveh laboratorijih je vedno večja vrednost sile pri UTST pri −10 °C. Vpliv deleža bitumna je v tem primeru nekoliko težje določljiv zaradi razlik v rezultatih med laboratoriji. Kljub temu obstaja tendenca, da se z večanjem deleža bitumna veča največja rezerva natezne trdnosti in niža temperatura pri največji rezervi. Ni pa mogoče iz teh rezultatov določiti minimalnega deleža bitumna, kot je to pri AC 11 surf. Podobno kot pri AC 11 surf se tudi pri AC 8 surf pri višjih temperaturah preskusa UTST natezna trdnost v odvisnosti od deleža bitumna malo spreminja, v primerjavi z raztezkom ob porušitvi, ki je tem večji, čim večji je delež bitumna. Primerjava rezultatov med AC 11 surf in AC 8 surf pri preskusu TSRST je pokazala, da so rezultati slednjega pri natezni napetosti ob porušitvi nekoliko večji in pri temperaturi ob porušitvi med seboj primerljivi, v odvisnosti od deleža bitumna, vsebnosti votlin, prostorske gostote preskušanca in zapolnjenosti votlin v zmesi zrn z bitumnom VFB. Ob tem je bil bitumen, uporabljen za AC 8 surf, celo nekoliko slabše kakovosti. Natezne trdnosti pri preskusu UTST so med AC 11 surf in AC 8 surf podobne. Razlike so opazne pri raztezkih ob porušitvi, kjer je očitna razlika pri višjih temperaturah in zelo majhna pri nižjih temperaturah. Pri bitumenizirani zmesi AC 8 surf je predvsem pri višji temperaturi opaziti večji raztezek ob porušitvi (natezna trdnost se praktično ne spreminja) kot pri AC 11 surf. Domnevamo, da večja zrna v sestavi ustvarjajo primeren skelet, ki vpliva na manjšo deformabilnost bitumenizirane zmesi pri višjih temperaturah. Primerjava med AC 8 surf in AC 11 surf pri rezervi natezne trdnosti in temperaturi pri največji rezervi je pokazala manjšo razliko. Na podlagi analiz in rezultatov ugotavljamo, da bitumenizirana zmes AC 8 surf izkazuje večjo odpornost proti nastanku razpok pri nizkih temperaturah kot AC 11 surf. Domnevamo, da bi bili rezultati za AC 8 surf še nekoliko boljši, če bi imel uporabljeni bitumen podobne lastnosti, 146 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. kot jih ima pri AC 11 surf. Spiegl (2008) je ugotovil, da izmed bitumeniziranih zmesi AC 11 surf, SMA 11 in PA 11 izkazuje najboljšo odpornost proti nizkim temperaturam AC 11 surf. Torej enakomerna sestava bitumenizirane zmesi z manjšim deležem votlin dobro vpliva na odpornost pri nizkih temperaturah. Pri rezultatih preskusov na TU Wien smo analizirali vpliv začetne temperature pri preskusu TSRST za bitumenizirano zmes AC 8 surf s 6,2 m.-% bitumna in na tej podlagi ugotavljamo, da ni bistvene razlike med rezultati TSRST med začetnima temperaturama T0 = 20 °C in 10 °C. Na univerzi Nevada Reno so izvajali preskuse pri začetnih temperaturah T0 = 5 °C in 20 °C ter ugotovili, da rezultati nekoliko odstopajo, vendar na rezultate TSRST bistveno bolj vpliva hitrost ohlajanja (Hajj, 2010). Opravljeni sta bili dve primerjalni analizi rezultatov med domačimi in tujimi priznanimi laboratoriji pri preskusih pri nizkih temperaturah. Ugotovili smo, da obstajajo bistvene razlike med laboratoriji, ki izvajajo preskuse po istem standardu SIST EN 12697-46. Prva primerjava rezultatov preskusov TSRST in UTST je bila izvedena na povsem enakih preskušancih bitumenizirane zmesi AC 8 surf, in sicer na dveh sestavah, z deležem bitumna 5 in 5,8 m.-%. Preskusi so bili izvedeni na TU Wien in v Ramtechu, ki uporabljata enako opremo za preskušanje. Analiza je pokazala, da med njima obstajajo razlike tako pri preskusu TSRST kot tudi pri preskusu UTST. Iz rezultatov TU Wien je opaziti, da je relaksacijsko območje pri TSRST bistveno daljše, natezna trdnost pri preskusu UTST −10 °C in −25 °C precej večja in pri UTST 5 °C nerazumljivo manjša. Največja rezerva napetosti je pri TU Wien v obeh primerih bistveno večja (za okoli 1,5 MPa) in temperatura pri največji rezervi nižja (za okoli 5 °C). Druga primerjalna analiza je bila izvedena med laboratorijema ZAG in TU Wien, ki uporabljata pri preskusu TSRST opremo različnih proizvajalcev, na povsem enakih preskušancih bitumenizirane zmesi AC 8 surf s 6,2 m.-% bitumna. Tudi v tem primeru ima krivulja TU Wien bistveno daljše relaksacijsko območje in večjo odpornost proti razpokam pri nizkih temperaturah. Domnevamo, da je vzrok za tolikšno razhajanje v načinu lepljenja preskušancev, zato bi bilo treba standard SIST EN 12697-46 dopolniti, predvsem v delu o pripravi preskušancev. Da bi ugotovili toleranco odstopanja, je bila opravljena statistična analiza dolžin preskušancev. V standardu EN 12697-46 je predpisana minimalna dolžina preskušanca 160 mm. Ker ni omejitve navzgor, je lahko dolžina tudi bistveno večja. Jung in sodelavci Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 147 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (1994) so ugotovili, da dimenzija preskušanca vpliva na temperaturo ob porušitvi. Na podlagi statistične analize rezultatov meritev dolžin preskušancev, ki so se pripravljali na ZAG-u in v Ramtechu, smo ugotovili, da bi bila primerna toleranca odstopanja dolžine preskušanca (za zdajšnjo opremo) ±2 mm (L = 160 ± 2 mm). Z različnimi statističnimi univariatnimi in multivariatnimi analizami je bila opravljena obširnejša analiza rezultatov SMA pri nizkih temperaturah, pridobljenih iz štirih različnih laboratorijev: TU Braunschweig, TU Wien, Ramtech in ZAG. Z dvovzorčnim Studentovim t-testom je bilo ugotovljeno, da sta si statistično najbolj oddaljeni srednji vrednosti rezultatov pri TSRST σ cry,f med TU Braunschweig in Ramtechom ter Ramtechom in ZAG-om. Najbližji pa sta si med TU Braunschweig in TU Wien. Z enostransko analizo variance (ANOVA) ugotavljamo, da ne moremo primerjati rezultatov pri nizkih temperaturah (TSRST Tf, UTST 5 °C, UTST −10 °C, UTST −25 °C, T Δβtmax in Δβ tmax) med laboratoriji, saj vsaj enkrat kateri od njih izstopa, razen pri rezultatih TSRST σ cry,f. Statistična analiza po metodi glavnih komponent (PCA) je pokazala, da so spremenljivke razdeljene v tri osnovne skupine. V prvi skupini sta TSRST Tf in T Δβtmax, v drugi so TSRST σ cry,f, UTST −10 °C, UTST −25 °C in Δβ tmax, med njima je UTST 5 °C. Z multivariatno analizo PCA smo pridobljene vrednosti faktorjev razdelili še po laboratorijih in jih omejili z elipsoidnimi klastri. Ugotavljamo, da se elipsoidni klastri (skupki) med seboj prekrivajo in da ni mogoče opaziti sistemske napake. Še največje odstopanje je med ZAG-om in TU Wien, saj se ti skupki prekrivajo manj kot drugi. Največji skupek je pri TU Braunschweig, kar kaže na največjo variabilnost med rezultati meritev. Razlog za tako odstopanje je lahko v različnih materialih (npr. tip bitumna, zmes kamnitih zrn) ali v manjši natančnosti rezultatov. Z multivariatno statistično metodo delnih najmanjših kvadratov (PLS) ugotavljamo, da sta UTST −10 °C in UTST −25 °C najbližja Δβ tmax ter TSRST Tf je najbližji T Δβtmax. Iz grafov VIP ugotavljamo, da so najpomembnejše spremenljivke projekcije UTST −10 °C, UTST −25 °C, TSRST Tf in manj pomembna UTST 5 °C, ki je dober kandidat za izključitev iz modela. Z analizo PLS smo dobili empirično enačbo (model) za odvisnost spremenljivk Δβ tmax in T Δβtmax od sestave bitumenizirane zmesi. Omenjeni empirični model smo zaradi stroškov preskusov (dva preskusa namesto petih) še racionalizirali in dobili še vedno dobro ujemanje modela. S statistično analizo rezultatov gostot z votlinami preskušancev je bil določen največji razpon gostote z votlinami med tremi paralelnimi prizmatičnimi preskušanci, ob predpostavki, da 148 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. želimo doseči zahteve iz standarda SIST EN 12697-46. Za analizo so bili uporabljeni rezultati preskusov UTST in TSRST (ZAG) za bitumenizirani zmesi AC 11 surf in AC 8 surf. Analiza je pokazala, da je mogoče določiti največji dovoljeni razpon gostote z votlinami treh preskušancev v odvisnosti od zahtevanega razpona natezne trdnosti po standardu. Samo za preskus UTST pri temperaturi 20 °C je dovoljeni razpon gostote z votlinami treh preskušancev R( ρ Ap) ≤ 44 kg pri zahtevanem razponu natezne trdnosti (R( β t) ≤ 0,1 MPa). Pri preostalih preskusih UTST je raztros rezultatov prevelik. Na preskušancih bitumeniziranih zmesi velikosti 4 ∙ 4 ∙ 16 cm3 (TU Wien) smo analizirali mesto nastanka porušitve (razpoke) pri preskusih TSRST in UTST. Želeno je, da nastane porušitev v osrednji tretjini višine prizmatičnega preskušanca, kjer je čisti nateg. Z analizo je ugotovljeno, da najmanj (22,5 %) razpok nastane ravno v osrednjem delu preskušanca (II. območje). Menimo, da je vzrok v neprimerni pripravi (načinu lepljenja) preskušancev in obliki preskušanca, zato bi bilo treba obstoječi standard SIST EN 12697-46 dopolniti tudi v tem delu. 6.2 Prispevek doktorske disertacije Med prispevke k znanosti lahko prištevamo analizo vpliva deleža bitumna B50/70, vsebnosti votlin, prostorske gostote preskušanca in zapolnjenosti votlin v zmesi zrn z bitumnom (VFB) v sestavi bitumeniziranih zmesi AC 8 surf in AC 11 surf na rezultate preskusov pri nizkih temperaturah ter primerjavo med njimi. V dostopni znanstveni literaturi lahko zasledimo le analize bitumenizirane zmesi AC 11 surf pri nizkih temperaturah, vendar z drugačnimi osnovnimi materiali. Prispevek k znanosti je tudi ugotovitev, da se s povečanjem deleža bitumna nad 5 m.-% bistveno izboljša odpornost bitumenskega betona AC 11 surf proti nizkim temperaturam. Pomembna ugotovitev na tem področju je, da izkazujejo najboljšo korelacijo mehanskih lastnosti bitumenizirane zmesi z največjo rezervo natezne trdnosti in temperaturo pri največji rezervi. Podrobneje smo pri bitumeniziranih zmeseh AC 8 surf in AC 11 surf pregledali odnos med natezno trdnostjo (silo) in raztezkom (deformacijo), ki v znanstveni literaturi ni tako podrobno razložen in analiziran. Prispevek k znanosti je gotovo ugotovitev, da se pri preskusih UTST pri temperaturi 20 °C natezna trdnost, glede na delež bitumna v sestavi, malo spreminja. Pri višjih temperaturah pa se raztezek, glede na delež bitumna, bistveno spreminja, predvsem Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 149 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. zaradi lezenja viskozne komponente v sestavi. Pri nižjih temperaturah preskusa UTST je tudi deformacija enaka, ne glede na to, koliko bitumna je v sestavi. Prav tako ugotavljamo, da je v standardu EN 12697-46 pri preskusu UTST kot merilo ustreznosti preveč poudarjena natezna trdnost in premalo raztezek. Dostopna znanstvena literatura predvsem proučuje vpliv različnih dodatkov in različnih vrst bitumna na odpornost pri nizkih temperaturah. Za prispevek k znanosti lahko štejemo tudi obsežno mednarodno primerjalno analizo rezultatov med priznanimi inštituti TU Wien (A), ZAG (SLO) in Ramtech (HR) pri nizkih temperaturah na enakih bitumeniziranih zmeseh, kjer ugotavljamo, da obstajajo razlike med rezultati kljub enotnemu standardu EN 12697-46, po katerem se izvajajo preskusi pri nizkih temperaturah. V dostopni znanstveni literaturi to spoznanje še ni bilo objavljeno. Ugotovitve pomenijo, da bi bilo v prihodnje smiselno izboljšati zdajšnji standard EN 12697-46, predvsem:  natančneje določiti pripravo (tolerance dolžine preskušanca?) in lepljenje preskušancev (način, vrsta, količina itd.);  natančneje predpisati enačbo za izračun relativnega raztezka ob porušitvi ε f, predvsem dolžino preskušanca L, saj nekateri inštituti v izračunu upoštevajo dejansko dolžino preskušanca, drugi pa predpisano dolžino preskušanca (npr. 160 mm);  natančneje predpisati začetno temperaturo preskusa TSRST in  določiti največji razpon med tremi posameznimi gostotami z votlinami preskušanca, saj s tem bistveno povečamo verjetnost, da bodo rezultati znotraj zahtevanih toleranc (ponavljanje preskusa zahteva dodaten čas in strošek). Pri prečnem prikazu porušitve preskušancev je ugotovljeno, da je pri višjih temperaturah porušitev poševna in razgibana, pri nižjih pa praktično vodoravna, kar pomeni, da je porušitev nenadna (brez zmožnosti relaksacije) in poteka skozi bitumensko malto in kamnita zrna. Slednje je že predstavil v svoji doktorski disertaciji Mullenhauer (2008), vendar je uporabil drugačne osnovne materiale za bitumenizirane zmesi. Prispevek k znanosti je celovita statistična analiza pridobljenih podatkov bitumenizirane zmesi SMA štirih mednarodno uveljavljenih in priznanih laboratorijev iz Evrope, med katerimi sta tudi dva, ki sta na tem področju vodilna na svetu. Ugotovitev z multivariatno statistično analizo po metodi glavnih komponent (PCA) je pokazala medsebojno odvisnost 150 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. med rezultati TSRST, UTST in največjo rezervo natezne trdnosti ter temperaturo pri največji rezervi, prav tako tudi, statistično gledano, primerljivost rezultatov pri nizkih temperaturah med laboratoriji. Z metodo delnih najmanjših kvadratov (PLS) je predstavljena enačba modela za empirično določitev največje rezerve natezne trdnosti in temperature pri največji rezervi. 6.3 Priporočila in napotki za nadaljnje delo Ob kolesni sledi deluje poleg natezne tudi strižna sila. S preskusom UTST, ki se trenutno izvaja za ugotavljanje enoosne natezne trdnosti pri nizkih temperaturah, se določi predvsem natezna komponenta v odvisnosti od temperature. To je koncept, ki ga je razvil Arand že leta 1987. Smiselno bi ga bilo nadgraditi s strižno komponento. Osnovna ideja, da bi določili tudi strižno komponento v odvisnosti od temperature ob kolesnici, je prikazana na sliki 6.3.1. V prerezu 2-2 ob kolesnici deluje poleg natezne sile Nyy tudi strižna sila Nzx (slika 6.3.1a). Rezultanta obeh sil je R. Tako bi dobili dopolnjen graf funkcije natezna trdnost − temperatura. Primer je prikazan na sliki 6.3.1b, kjer rdeča krivulja predstavlja rezultanto natezne in strižne sile R, modra krivulja pa sedaj spremenjeno rezervo trdnosti. Da bi določili strižno komponento, je treba razviti povsem novo laboratorijsko opremo, s katero bi lahko izvajali preskuse na enakih preskušancih in pod enakimi pogoji kot pri nateznem preskusu UTST. Prav gotovo bi bilo, predvsem zaradi stroškov, prej smiselno razviti model s sodobno računalniško opremo, kot je npr. ABAQUS, s katerim lahko modeliramo tudi visko-elastično obnašanje bitumenizirane zmesi (slika 6.3.1c). Prototip takšne enostavne strižne naprave je prikazan na sliki 6.3.1d, z njo je mogoče določiti strig na bitumeniziranem preskušancu 4 ∙ 4 ∙ 16 cm3 pri določeni temperaturi. Ker vemo, da promet ciklično obremenjuje vozišče, bi bilo treba to še nadalje razvijati. S tem bi bistveno prispevali k še boljšemu razumevanju obnašanja razpok na voziščih pri nizkih temperaturah. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 151 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. a) b) c) d) sila F togo vpetje preskušanec Slika 6.3.1: Ideja in prototip naprave za določitev striga prizmatičnih preskušancev bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah Figure 6.3.1: Idea and prototype of shear device for prismatic asphalt samples at low temperatures 152 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 7 POVZETEK Razpoke različnih oblik in velikosti sodijo med najbolj razširjene poškodbe na bitumeniziranih voziščih. Osnovni vzrok za nastanek razpok v bitumenizirani plasti je naraščanje nateznih in strižnih napetosti in deformacije vse do točke prekoračitve trdnosti materiala. Takšna prekoračitev je predvsem posledica temperaturnih sprememb, sprememb bitumenskega veziva, čezmernih prometnih obremenitev in/ali pomanjkljivosti pri graditvi in vzdrževanju. Zato je poznavanje obnašanja razpok bistvenega pomena za raziskovalce, načrtovalce, graditelje in vzdrževalce. Izhodišče in jedro naloge je ugotoviti obnašanje bitumeniziranih zmesi AC 8 surf in AC 11 surf pri nizkih temperaturah, simuliranih v laboratoriju. V poglavju Pregled literature so zbrana zadnja znanstvena spoznanja o obnašanju bitumeniziranih zmesi pri nizkih temperaturah. Eksperimentalni del disertacije začenjamo z laboratorijskimi preskusi bitumeniziranih zmesi AC 8 surf in AC 11 surf pri nizkih temperaturah, da bi ugotovili vpliv deleža bitumna in mehanskih lastnosti na rezultate preskusov TSRST in UTST ter največje rezerve natezne trdnosti in temperature pri največji rezervi. Laboratorijske preskuse nadaljujemo z analiziranjem vpliva različne začetne temperature pri preskusu TSRST na bitumenizirano zmes AC 8 surf pri 6,2 m.-% bitumna, izvedenem na TU Wien. Predstavljeni sta dve mednarodni primerjalni analizi rezultatov med TU Wien in Ramtechom ter med TU Wien in ZAG-om. Na podlagi ugotovitev analize podajamo predlog za izboljšavo standarda EN 12697-46, predvsem z natančnejšo navedbo priprave in lepljenja preskušancev, določitvijo enačbe za izračun raztezka in napetosti, upoštevanjem raztezka, ne samo napetosti in trdnosti, določitvijo začetne temperature preskusa TSRST. Med statističnimi analizami predstavljamo analizo tolerance, statistično analizo bitumeniziranih zmesi SMA, analizo največjega razpona prostorske gostote med tremi preskušanci za posamezen preskus in analizo mesta nastanka razpoke na preskušancu. Pri statistični analizi bitumenizirane zmesi SMA predstavljamo normalno porazdelitev, Studentov t-test, interval zaupanja, analizo variance (ANOVA), metodo glavnih komponent (PCA) in metodo najmanjših delnih kvadratov (PLS). Ob koncu dela podamo priporočila za nadaljnje raziskovalno delo, ob upoštevanju natezne in strižne napetosti ob kolesni sledi, v povezavi z nizkimi temperaturami na bitumeniziranih voznih površinah. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 153 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 8 SUMMARY Cracks of various shapes and sizes are among the most widespread damage to road surfaces. The main reason for the formation of cracks in the asphalt layer is increasing tensile and shear stress and strain to the point when the strength of the material exceeds. These damages are primarily due to temperature changes, changes in bituminous binder, excessive traffic load and/or deficiencies in construction and maintenance. So, the knowledge of the behaviour of cracks is essential both for researchers, planners and civil engineers. In the dissertation we focus on the behaviour of asphalt mixtures AC 8 surf and AC 11 surf at low temperatures, simulated in the laboratory. The latest scientific findings of behaviour of the asphalt mixtures at low temperatures are collected in the chapter Literature review. Experimental part of the dissertation begins with the laboratory tests of the asphalt mixture AC 8 surf and AC 11 surf at low temperatures to establish the influence of bitumen content and mechanical properties on the results of the TSRST and UTST tests as well as the maximum tensile strength reserve and the temperatures at maximum reserve. Laboratory tests continue with analyzing the influence of different start temperature at TSRST test on the asphalt mixture AC 8 surf at 6.2 m.-% content of bitumen. These tests were carried out at the TU Wien. The paper presents two international comparison analyses at low temperatures, one between TU Wien and Ramtech and the other between TU Wien and ZAG. Based on these findings we present a proposal to improve the standard EN 12697-46, especially with more accurate indication of preparation and gluing specimens, determining the formula for calculating strain and tension, taking into account the strain not only tension and strength, determining the start test temperature at TSRST. In the part of statistical analyses we present the analysis of tolerance, the statistical analysis of stone mastic asphalt (SMA) mixtures, the analysis of large scale bulk density of three samples for each test and the analysis where the crack occurred in the specimen. Within the statistical analysis of the SMA mixture we present the normal distribution, Student's t-test, the trust interval, the analysis of variance (ANOVA), the principal components method (PCA) and the partial least squares method (PLS). At the end of the work there are recommendations for further researches based on tensile and shear stress at low temperatures on the asphalt pavements. 154 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. VIRI Arand, W. 1983. Zum Einfluβ tiefer Temperaturen auf das Ermüdungsverhalten von Asphalten. Straße und Autobahn, Heft 10: 424–430. Arand, W. 1987a. Kälteverhalten von Asphalt; Teil 1: Bewertungshintergrund zur Beurteilung des Verhaltens von Walzasphalten bei Kälte. Die Asphaltstraße, Heft 3: 5–16. Arand, W. 1987b. Influence of Bitumen hardness on the Fatigue Behavior of Asphalt Pavements of Different Thickness due to Bearing Capacity of Subbase, Traffic Loading and Temperature. Proceedings, 6th International Conference on Structural Behavior of Asphalt Pavements, Michigan, ISAP: 65–71. Arand, W. 1996. Funktionelle Anforderungen an Bitumen und Asphalt – Prüftechnische Ansprache des Verformungswiderstandes der Riss Resistenz und der Ermüdungsbeständigkeit von Asphalten, Hamburg, ARBIT, Heft 3: 116 str. Arand, W. 2000. Ermüdungsbeständigkeit von Asphalten. Forschungsergebnisse und Schlussfolgerungen, Asphalt, Heft 1: 15–25. Arand, W. 2002. On the crack resistance and the fatigue behavior of asphalts for pavements: 7. kolokvij o bitumnih. Gozd Martuljek, Združenje asfalterjev Slovenije: 3–15. ARSO, Absolutna najnižja temperatura zraka s povratno dobo 50 let obdobjeμ 1952–2005, http://www.arso.gov.si/vreme/podnebje/karte/karta4020.html (pridobljeno 10. 2. 2012). Bjerrum, J. T., Nielsen, O. H., Wang, Y. L., Olsen J. 2008. Technology Insight: metabonomics in gastroenterology – basic principles and potential clinical applications, Nature Clinical Practice Gastroenterology & Hepatology 5: 332–343. http://www.nature.com/nrgastro/journal/v5/n6/fig_tab/ncpgasthep1125_F6.html (pridobljeno 20. 11. 2012). Büchler, S., Mollenhauer, K., Renken, P. 2007. Einfluss von modifizierten Bitumen auf die Kälte – und Ermüdungseigenschaften von Asphalt und deren Veränderung während der Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 155 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Nutzungsdauer. Wirtschaftsverlag N. W. Verlag für neue Wissenschaft, Forschungsbericht FE 07.208/2004/BGB: 102–105. Büchler, S. 2010. Rheologisches Modell zur Beschreibung des Kälteverhaltens von Asphalten. Doktorat Dissertation. Braunschweig, Fakultät Architektur, Bauingenieurwesen und Umweltwissenschaften der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig: 22–26, 32–33. http://rzbl04.biblio.etc.tu-bs.de:8080/docportal/servlets/MCRFileNodeServlet/DocPortal_ derivate_00 011077/Dissertation_Buechler.pdf (pridobljeno 20. 1. 2012). Boutin, G., Lupien C. 2000. Thermal cracking of asphalt pavement, 2nd Euroasphalt & Eurobitume Congress, Barcelona 2000 – Proc.0267.uk, Book II. Barcelona, Eurobitume: 46– 50. Croarkin, C., Tobias, P. 2012. NIST/SEMATECH e-Handbook of Statistical Methods. Gaithersburg (USA), National Institute of Standards and Technology. http://www.itl.nist.gov/div898/handbook/index.htm (pridobljeno 20. 10. 2012). Des Croix, P. 2004. Mechanical fatigue and thermal cracking test to evaluate pavement performance and comparison with binder properties, Eurobitume & Eurasphalt Congress, Vienna (database ID 641). In: Blab, R., Eberhardsteiner, J. 2005. Methoden der Strukturoptimerung flexibler Straβenbefestigungen, Vienna, TU Wien (ISTU), Heft 17: 341– 361. Drobne, S. 2009. Statistika z elementi informatike. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo: 143–145, 192–200. http://www.fgg.uni-lj.si/sdrobne/Pouk/STAT/SEI_TUN_2prosojnici.pdf (pridobljeno 25. 1. 2013). Eulitz, H. 1987. Kälteverhalten von Walzasphalten; Prüftechnische Ansprache und Einfluss kompositioneller Merkmale (Low temperature performance of hot rolled asphalt: Laboratory testing and impact of compository characteristics), Braunschweig, Schriftenreihe des Instituts für Straßenwesen der Technischen Universität Braunschweig; Heft 7. 156 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Ferligoj, A. 2013. Multivariatna analiza: Metoda glavnih komponent, Podiplomski študij statistike (predavanja). Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko: 1– 10. http://vlado.fmf.uni-lj.si/vlado/podstat/Mva/PCA.pdf (pridobljeno 18. 10. 2013). Grass, T. P., Hanson, D., Anderson, R. M., Wylie, K., Hansen, L., Duval, J., Humer, B., Young, T. J., Skinner, T., Warren, J., Phillips, J. A., Zimmerman, K., Compbell, R. 2007. The Asphalt Handbook (7th ed.) MS-4. Lexington, Asphalt Institute, Chapter 2, 11: 56–58, 506– 545. Grubbs, F. E. 1969. Procedures for Detecting Outlying Observations in Samples. American Statistical Association and American Society for Quality, Technometrics, Vol. 11, No. 1: 1– 21. http://web.ipac.caltech.edu/staff/fmasci/home/statistics_refs/OutlierProc_1969.pdf (pridobljeno 18. 10. 2013). Guericke, R., Höppel, H.-E. 2001. ARBIT-Untersuchungsprogramm 1998/99 an 36 Bindemitteln, Bitumen 1/2001, (database ID 700), In: Blab, R., Eberhardsteiner, J. 2005. Methoden der Strukturoptimerung flexibler Straβenbefestigungen. Vienna, TU Wien (ISTU), Heft 17: 341–361. Hajj, E. Y. 2010. Updates on ARC Work Element E2d: Thermal Cracking Testing of Asphalt Mixtures, Asphalt Mixture & Construction Expert Task Group. Wisconsin – Madison, University of Nevada Reno: 25–27. http://www.arc.unr.edu/Presentations/EYHajj_ARC_Update_Thermal_Cracking.pdf (pridobljeno 18. 10. 2013). Henigman, S. 2010. Voziščne konstrukcije na avtocestah in v predorih – asfalt ali beton? 14. od skupščine do skupščine, Strokovni prispevki. Ljubljana, Združenje asfalterjev Slovenije: 24–27. Henigman, S., Bašelj, R., Britovšek, Z., Cotič, Z., Donko, D., Fortuna, I., Jurgele, M., Lamut, T., Ljubič, A., Naglič, O., Prešeren, M., Prosen, J., Tušar, M., Žmavc, J. 2011. Asfalt, 2. izd. Ljubljana, Združenje asfalterjev Slovenije: 262–279, 315–333. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 157 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Hribar, D. 2010. Asfalt in nastanek razpok pri nizkih temperaturah. Gradbenik, okt. 2010, priloga 2 (Ceste 2010): 17–18. Hribar, D. 2011. Fenomen polkrožno oblikovanih razpok in model širjenja razpoke na voziščuμ 13. kolokvij o asfaltih in bitumnih. Bled, Združenje asfalterjev Slovenije, Sklop 3: 177–185. Hribar, D., Tušar, M. 2012. Vpliv deleža bitumna v sestavi bitumenskega betona na rezultate preskusov pri nizkih temperaturah (Properties of asphalt concrete at low temperatures). Gradbeni vestnik 61, 10: 241–246. Jäger, A., Lackner, R., Eisenmenger-Sittner, Ch., Blab, R. 2004. Identification of four material phases in bitumen by atomic force microscopy. Road Materials and Pavement Design, Vol. 5, No. 1: 5–24. Jung, D. H., in Vinson, T. S. 1994. SHRP-A-400, Low temperature cracking: test selection. Washington DC, SHRP, National Research Council: 5–93. Justin, D., Bohinc, D. 2010. Vpliv staranja na reološke lastnosti bitumnov, 10. slovenski kongres o cestah in prometu. Portorož, Družba za raziskave v cestni in prometni stroki Slovenije: 136–138. Karcher, C., Mollenhauer, K. 2009. Measuring and evaluating the characteristics of asphalt at low temperatures. The International Journal of Pavement Engineering & Asphalt Technology: 21–32. http://www.ljmu.ac.uk/BLT/BUE_Docs/CompleteJournalMay2009FINAL.pdf (pridobljeno 10. 12. 2012). Kononenko, I. 2005. Strojno učenje, 1. izd.. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za računalništvo in informatiko: 21−267. Košmelj, K. 2007a. Uporabna statistika − 2., dopolnjena izd.. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta: 9–10. 158 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. http://www.bf.uni-lj.si/fileadmin/groups/2721/Uporabna_statistika_okt_2007/Uporabna_ statistika_01.pdf (pridobljeno 6. 10. 2013). Košmelj, K. 2007b. Metoda glavnih komponent: osnove in primer. Acta agriculturae Slovenica: 159–160. http://www.dlib.si/stream/URN:NBN:SI:doc-5HPSAL4U/3c55701d-91d6-4c4d-9e42- 0880ea89aee5/PDF (pridobljeno 22. 2. 2013). Kumar Das, P. 2012. Thermally Induced Fracture Performance of Asphalt Mixtures. Division of Highway and Railway Engineering, KTH, Royal Institute of Technology; ISBN 978-91- 85539-91-8: 12–15. ftp://ftp.mdt.mt.gov/research/LIBRARY/MN2007-43.PDF (pridobljeno 10. 12. 2012). Lecomte, M. J., Durand, G., Robert, M., Phillips M. C. 2000. Examination of the capability of SUPERPAVE test to predict the low-temperature performance of polymer-modified binders, Eurobitume & Eurasphalt congress, Barcelona, (database ID 514), In: Blab, R. Eberhardsteiner, J. 2005. Methoden der Strukturoptimerung flexibler Straβenbefestigungen. Vienna, TU Wien (ISTU), Heft 17: 341–361. Lackner, R., Spiegl, M., Blab, R. 2005. Is low-temperature creep of asphalt mastic independent of filler shape and mineralogy? Arguments from multiscale analysis. Journal of materials in civil engineering, Vol. 17, Issue 5: 485–491. DOI: 10.1061/(ASCE)0899-1561(2005)17:5(485). Leutner, R., Renken, P., Lüthje, U. 2000. Nutzungsdauer von Asphaltbefestigungen in Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad. Braunschweig, AiF-Forschungsvorhaben, Nr. 11239, In: Mollenhauer, K., Karcher, C. 2009. Prüfung und Bewertung des Tieftemperaturverhaltens von Asphalt. Gestrata Jurnal 124: 21–28. http://www.gestrata.at/archiv/journal/Journal_124.pdf (pridobljeno 2. 10. 2013). Ljubič, A. 2006. Rezultati preiskav asfaltnih zmesi pri nizkih temperaturah, 8. slovenski kongres o cestah in prometu. Portorož, Družba za raziskave v cestni in prometni stroki Slovenije: 1–13. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 159 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Marasteanu, M., Zofka, A., Turos, M., Li, X., Velasquez, R., Li, X., Buttlar, W., Paulino, G., Braham, A., Dave, E., Ojo, J., Bahia, H., Williams, C., Bausano, J., Kvasnak, A., Gallistel, A., McGraw, J. 2007. Investigation of Low Temperature Cracking in Asphalt, Pavements-A Transportation Pooled Fund Study, MN/RC 2007-43. Minnesota, Department of Civil Engineering, University of Minnesota: 105–106, 155–156. http://www.lrrb.org/PDF/200743.pdf (pridobljeno 2. 2. 2012). Mohseni, A. 1998. FHWA-RD-97-103, LTPP Seasonal asphalt concrete (AC) pavement temperature models. McLean, Federal Highway Administration: 5–11, 17–27. http://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/pavements/ltpp/97103/97103.pd f (pridobljeno 20. 10. 2012). Mollenhauer, K. 2008. Dimensionierungsrelevante Prognose des Ermüdungsverhaltens von Asphalt mittels einaxialer Zug-Schwellversuche, Doktorat Dissertation. Braunschweig, TU Braunschweig: 35–38, 44–46, 61–63. http://d-nb.info/990703789/34 (pridobljeno 20. 10. 2012). Part, M. N., Vinso T. S. 1998. Abkühlverhalten von Splittmastix und Gussasphalt. Zürich, Straße und Verkehr Nr. 3: 86–92. http://www.empa.ch/plugin/template/empa/*/17442/---/l= (pridobljeno 20. 12. 2012). Read, J., Whiteoak, D. 2003. The Shell Bitumen Handbook, 5th edition. London, Tomas Telford Publishing: 195–200. SIST EN 12697-1:2012 – Bitumenske zmesi – Preskusne metode za vroče asfaltne zmesi – 1. delμ Topni delež veziva. SIST EN 12697-6:2004+A1:2007 (Bitumenske zmesi – Preskusne metode za vzorčenje asfaltne zmesi – 6. delμ Ugotavljanje gostote bitumenskih preskušancev), postopek Bμ SSD. SIST EN 12697-33:2004+A1:2007 (Bitumenske zmesi – Preskusne metode za vzorčenje asfaltne zmesi – 33. delμ Preskušanci, pripravljeni z valjastim zgoščevalnikom). 160 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. SIST EN 12697-46:2012 Bitumenske zmesi – Preskusne metode za vroče asfaltne zmesi – 46. del: Odpornost asfaltne plasti proti razpokam pri nizkih temperaturah z enoosnimi nateznimi preskusi; Bituminous mixtures – Test methods for hot mix asphalt – Part 46: Low temperature cracking and properties by uniaxial tension tests. SIST EN 1426:2007 – Bitumen in bitumenska veziva – Določevanje penetracije igle. SIST EN 1427:2007 – Bitumen in bitumenska veziva – Določevanje zmehčišča – Metoda prstana in kroglice. SIST EN 12591:2009 – Bitumen in bitumenska veziva – Specifikacije za cestogradbene bitumne. SIST EN 12593:2007 – Bitumen in bitumenska veziva – Določevanje pretrgališča po Fraassu. SIST EN 14771:2012 – Bitumen in bitumenska veziva – Ugotavljanje upogibne togosti – Reometer z nosilcem, obremenjenim na upogib (BBR). SIST EN 12697-23:2004 Bitumenske zmesi – Preskusne metode za vroče asfaltne zmesi – 23. delμ Ugotavljanje posredne natezne trdnosti bitumenskih preskušancev. SIST EN ISO 3838:2004 – Surova nafta in tekoči ali trdni naftni proizvodi – Določanje gostote ali relativne gostote – Metoda s piknometrom s kapilarnim zamaškom in metoda z graduiranim bikapilarnim piknometrom (ISO 3838:2004). SIST EN 933-1:2012 – Preskusi geometričnih lastnosti agregatov – 1. del: Ugotavljanje zrnavosti – Metoda sejanja. SIST EN 13043:2002/AC:2004 – Agregati za bitumenske zmesi in površinske prevleke za ceste, letališča in druge prometne površine. SIST EN 13108-1:2006 – Bitumenske zmesi – Specifikacije materialov – 1. del: Bitumenski beton. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 161 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. SIST EN 13108-20:2006 – Bitumenske zmesi – Specifikacije materialov – 20. del: Začetni preskus. SIST 1038-1:2008/AC101:2009 – Bituminizirane zmesi – Specifikacije materialov – 1. del: Bitumenski beton – Zahteve – Pravila za uporabo SIST EN 13108-1 – Popravek AC101. SIST EN 1097-3:1999 – Preskusi mehanskih in fizikalnih lastnosti agregatov – 3. del: Določevanje prostorninske mase in votlin v nasutem stanju. SIST EN 12697-5:2010/AC:2012 – Bitumenske zmesi – Preskusne metode za vroče asfaltne zmesi – 5. delμ Ugotavljanje največje gostote. SIST EN 12697-8:2004 – Bitumenske zmesi – Preskusne metode za vroče asfaltne zmesi – 8. delμ Ugotavljanje značilnosti votlin v bitumenskih preskušancih. Spiegl, M., Wistuba, M., Lackner, R., Blab, R. 2005. Risk assessment of low-temperature cracking of asphalt – an experimental study, 11th International Conference on Fracture. Turin, Curran Associates, Vol. 3: 2376– 2382. http://www.icf11.com/proceeding/EXTENDED/4546.pdf (pridobljeno 15. 3. 2012). Spiegl, M., Wistuba, M., Lackner, R., Blab, R. 2005. Evaluation of Temperature Associated cracking in Asphalt mixtures by means of performance – based laboratory testing, Procedings of the 7th International Conference on the Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfields, Trondheim, Norway, In: Blab, R., Eberhardsteiner, J. 2005. Methoden der Strukturoptimerung flexibler Straβenbefestigungen. Vienna, TU Wien (ISTU), Heft 17: 195–211. Spiegl, M. 2008. Tieftemperaturverhalten von bituminösen Baustoffen – Labortechnische Ansprache und numerische Simulation des Gebrauchsverhaltens, Dissertation. Vienna, TU Wien (ISTU), Heft 19: 13–41, 140–150. Stangl, K, Blab, R. 2005. Bitumen test validation Project (BiTVal), In: Blab, R., Eberhardsteiner, J. 2005. Methoden der Strukturoptimerung flexibler Straβenbefestigungen, Bitumen test validation Project (BiTVal). Vienna, TU Wien (ISTU), Heft 17: 341–356. 162 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Šajn Slak, A., Čarman, S., Kršmanc, R., Ivačič, M., Černivec, R., Herga, L. 2010. Vidiki razvoja cestnovremenskega informacijskega sistema, 10. slovenski kongres o cestah in prometu. Portorož, Družba za raziskave v cestni in prometni stroki Slovenije: 497 str. TSC 06.300/06.410:2009 – Smernice in tehnični pogoji za graditev asfaltnih plasti. Ljubljana, Direkcija Republike Slovenije za ceste: 16–22. http://www.dc.gov.si/fileadmin/dc.gov.si/pageuploads/pdf_datoteke/TSC/TSC_06-300_410- 2009.pdf (pridobljeno 12. 2. 2013). TSC 06.300/06.410 (predlog, marec 2008) – Smernice in tehnični pogoji za graditev asfaltnih plasti, Ljubljana, Direkcija Republike Slovenije za ceste: 16–22. Turk, G., Güttes, S., Jurišić, A., Zupan, D. 2012. Verjetnosti račun in statistika. Ljubljana, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo: 203–209. Tušar, M., Žorga, M. 2000. Asfalt 4μ Statistika v asfalterstvu. Ljubljana, Združenje asfalterjev Slovenije: 5–50. Tušar, M., Novič, M. 2009. Data exploration on standard asphalt mix analyses. Journal of chemometrics, Volume: 23, Issue: 5–6, DOI: 10.1002/cem.1229: 283–293. Ulčar, M. 2006. Meritve na vodovodnih sistemih in ocena merilne negotovosti, diplomsko delo. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo: 13–14. http://drugg.fgg.uni-lj.si/807/1/VKI_0050_Ulcar.pdf (pridobljeno 12. 2. 2013). Wistuba, M. 2002. Klimaeinflüsse auf Asphaltstraßen – Maßgebende Temperatur für die analytische Oberbaubemessung in Österreich, Dissertation. Vienna, TU Wien (ISTU): 29– 151. Wistuba, M. 2012. Innovations in asphalt pavement analysis: Mechanistic design using hourly time-increments, Delavnica o projektiranju voziščnih konstrukcij. Ljubljana, Združenje asfalterjev Slovenije: 1–19. http://www.zdruzenje-zas.si/Razno/Delavnica_Projektiranje_Voziscnih_Konstrukcij/Michael _Wistuba.pdf (pridobljeno 25. 2. 2013). Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih 163 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Wistuba, Michael P., Walther, A. 2013. Consideration of climate change in the mechanistic pavement design. Road materials and pavement design, Volume: 14, Special Issue: SI, Supplement: 1, DOI: 10.1080/14680629.2013.774759: 227–241. Wold, S; Sjöström, M.; Eriksson, L. 2001. PLS-regression: a basic tool of chemometrics. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 58 (2): 109–130. XLSTAT, the leading data analysis and statistical solution for Microsoft Excel. http://www.xlstat.com/en/home/ (pridobljeno 25. 1. 2013). Žmavc, J. 2010. Vzdrževanje cest, 1. izd.. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo in Družba za raziskave v cestni in prometni stroki Slovenije: 38–41. 164 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. PRILOGE Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih A1 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. PRILOGA A: REZULTATI PRESKUSOV ZA AC 11 SURF Preglednica A.4.1.1: Rezultati preskusov TSRST in rezerve natezne trdnosti bitumeniziranih zmesi AC 11 surf Table A.4.1.1: Results of TSRST test and tensile strength reserve of the asphalt mixtures AC 11 surf Temp. Napetost Temperatura pri Gostota z votlinami Vsebnost votlin Največja rezerva natezne ob ob največji rezervi Oznaka preskušanca v preskušancu trdnosti porušitvi porušitvi trdnosti prizme ρ Ap VAp Tf σ cry,f T Δβtmax Δβ tmax [kg/m3] [V.-%] [⁰C] [MPa] [°C] [MPa] Sestava 1 (4 m.-% bitumna) 002 2430 7,0 −24,8 3,842 T Δβtmax Δβ tmax 003 2434 6,9 −26,3 4,282 005 2436 6,8 −25,5 4,606 [°C] [MPa] x = 2433 6,9 −25,5 4,243 −7,3 3,991 s = 3,1 0,1 0,8 0,4 Sestava 2 (5 m.-% bitumna) 001 2432 5,3 −26,1 4,348 T Δβtmax Δβ tmax 002 2449 4,7 −24,6 4,141 003 2457 4,4 −24,6 4,044 [°C] [MPa] x = 2446 4,8 −25,1 4,178 −6,8 4,037 s = 12,8 0,5 0,9 0,2 Sestava 3 (5,4 m.-% bitumna) 001 2469 3,5 −25,4 4,537 T Δβtmax Δβ tmax 004 2460 3,9 −26,5 4,679 005 2461 3,8 −26,8 4,498 [°C] [MPa] x = 2463 3,7 −26,2 4,571 −7,8 4,379 s = 4,9 0,2 0,7 0,1 Sestava 4 (5,8 m.-% bitumna) 002 2474 2,3 −23,9 3,887 T Δβtmax Δβ tmax 003 2475 2,3 −25,7 4,676 004 2475 2,3 −23,8 4,049 [°C] [MPa] x = 2475 2,3 −24,5 4,204 −7,6 4,435 s = 0,6 0,0 1,1 0,4 Sestava 5 (6 m.-% bitumna) 001 2524 0,2 −28,9 4,583 T Δβtmax Δβ tmax 002 2514 0,6 −27,5 4,399 003 2518 0,5 −28,9 4,768 [°C] [MPa] x = 2519 0,4 −28,4 4,583 −10,5 4,591 s = 5,0 0,2 0,8 0,2 A2 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica A.4.1.2: Rezultati preskusov UTST – sestava 1 (4 m.-%) Table A.4.1.2: Results of UTST test – Mixture 1 (4 m.-%) Temperatura Gostota z votlinami preskušanca Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Oznaka pri preskusu ρ Ap β t ε t prizme Ti [°C] [kg/m3] [MPa] [%] 003 2432 0,913 0,58 x = 2431 x = 0,910 x = 0,630 +20 004 2434 0,904 0,595 s = 3,055 s = 0,005 s = 0,074 005 2428 0,913 0,715 001 2434 3,327 0,57 x = 3,152 x = 0,542 +5 002 2432 x = 2434 2,937 0,52 s = 0,198 s = 0,026 s 003 2435 = 1,528 3,192 0,535 002 2441 4,702 0,475 x = 5,025 x = 0,502 −10 003 2441 x = 2441 5,535 0,55 s = 0,447 s = 0,042 s 004 2440 = 0,577 4,837 0,48 001 2447 4,761 0,435 x = 4,503 x = 0,408 −25 002 2444 x = 2446 4,278 0,39 s = 0,243 s = 0,024 s 003 2446 = 1,528 4,469 0,4 Preglednica A.4.1.3: Rezultati preskusov UTST – sestava 2 (5 m.-%) Table A.4.1.3: Results of UTST test – Mixture 2 (5 m.-%) Gostota z votlinami preskušanca Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Temperatura pri Oznaka ρ Ap β t ε t preskusu Ti [°C] prizme [kg/m3] [MPa] [%] 001 2460 0,842 0,82 x = 2458 x = 0,834 x = 0,880 +20 003 2453 0,816 0,92 s = 4,359 s = 0,016 s = 0,053 004 2461 0,845 0,9 001 2446 3,104 0,655 x = 2446 x = 3,269 x = 0,705 +5 003 2444 3,294 0,75 s = 1,528 s = 0,154 s = 0,048 004 2447 3,41 0,71 001 2452 4,819 0,46 x = 2455 x = 4,999 x = 0,485 −10 003 2455 4,969 0,475 s = 3,000 s = 0,196 s = 0,031 004 2458 5,208 0,52 001 2445 4,472 0,47 x = 448 x = 4,579 x = 0,468 −25 002 2454 4,716 0,485 s = 4,933 s = 0,125 s = 0,018 003 2446 4,549 0,45 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih A3 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica A.4.1.4: Rezultati preskusov UTST – sestava 3 (5,4 m.-%) Table A.4.1.4: Results of UTST test – Mixture 3 (5,4 m.-%) Temperatura Gostota z votlinami preskušanca Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Oznaka pri preskusu Ti ρ Ap β t ε t prizme [°C] [kg/m3] [MPa] [%] 002 2482 0,739 1,06 x = 2471 x = 0,717 x = 1,063 +20 003 2477 0,743 0,915 s = 14,364 s = 0,042 s = 0,150 004 2455 0,668 1,215 001 2454 3,008 0,735 x = 2458 x = 3,184 x = 0,758 +5 002 2456 3,296 0,745 s = 5,292 s = 0,154 s = 0,032 004 2464 3,248 0,795 001 2468 5,267 0,565 x = 2462 x = 5,397 x = 0,577 −10 002 2462 5,577 0,595 s = 5,508 s = 0,161 s = 0,016 004 2457 5,348 0,57 001 2458 4,134 0,465 x = 2461 x = 4,323 x = 0,468 −25 002 2461 4,415 0,47 s = 3,512 s = 0,164 s = 0,003 004 2465 4,421 0,47 Preglednica A.4.1.5: Rezultati preskusov UTST – sestava 4 (5,8 m.-%) Table A.4.1.5: Results of UTST test – Mixture 4 (5.8 m.-%) Temperatura Gostota z votlinami preskušanca Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Oznaka pri preskusu Ti ρ Ap β t ε t prizme [°C] [kg/m3] [MPa] [%] 001 2490 0,671 1,285 x = 2473 x = 0,656 x = 1,223 +20 002 2464 0,67 1,16 s = 15,011 s = 0,025 s = 0,063 003 2464 0,628 1,225 001 2466 3,201 0,65 x = 2467 x = 3,198 x = 0,675 +5 002 2466 3,249 0,615 s = 2,309 s = 0,052 s = 0,076 004 2470 3,145 0,76 001 2479 5,142 0,535 x = 2482 x = 5,413 x = 0,580 −10 003 2479 5,445 0,595 s = 4,619 s = 0,256 s = 0,040 004 2487 5,651 0,61 002 2483 4,385 0,435 x = 2484 x = 4,510 x = 0,457 −25 003 2487 4,449 0,46 s = 3,055 s = 0,164 s = 0,020 004 2481 4,696 0,475 A4 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica A.4.1.6: Rezultati preskusov UTST – sestava 5 (6 m.-%) Table A.4.1.6: Results of UTST test – Mixture 5 (6 m.-%) Temperatura Gostota z votlinami preskušanca Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Oznaka pri preskusu Ti ρ Ap β t ε t prizme [°C] [kg/m3] [MPa] [%] 001 2523 0,537 1,4 x = 2516 x = 0,521 x = 1,377 +20 002 2515 0,498 1,275 s = 7,024 s = 0,021 s = 0,092 003 2509 0,529 1,455 001 2512 2,566 0,84 x = 2512 x = 2,687 x = 0,795 +5 002 2507 2,661 0,79 s = 4,509 s = 0,135 s = 0,043 003 2516 2,833 0,755 002 2520 5,302 0,525 x = 2521 x = 5,213 x = 0,518 −10 003 2525 5,022 0,485 s = 3,215 s = 0,166 s = 0,031 004 2519 5,315 0,545 001 2526 4,513 0,385 x = 2522 x = 4,690 x = 0,415 −25 003 2521 4,77 0,41 s = 4,041 s = 0,154 s = 0,033 004 2518 4,788 0,45 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih B1 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. PRILOGA B: REZULTATI PRESKUSOV ZA AC 8 SURF Preglednica B.4.2.2: Rezultati preskusov TSRST in rezerve natezne trdnosti bitumeniziranih zmesi AC 8 surf Table B.4.2.2: Results of TSRST test and tensile strength reserve of the asphalt mixtures AC 8 surf Gostota z Temp. Napetost Vsebnost votlin v votlinami ob ob Oznaka preskušancu preskušanca porušitvi porušitvi REZERVA prizme ρ Ap VAp Tf σ cry,f [kg/m3] [V.-%] [⁰C] [MPa] Sestava 1 (4 m.-%) ZAG (začetna temperatura T0 = 20 °C) 002 2436 6,0 −26,4 4,73 T Δβtmax Δβ tmax 003 2432 6,1 −28,2 4,70 004 2433 6,1 −27,5 4,75 [°C] [MPa] x = 2434 6,1 −27,4 4,73 −7,4 4,448 s = 2,1 0,1 0,9 0,0 Sestava 2 (5 m.-%) TU WIEN (začetna temperatura T0 = 10 °C) K327D 2464 4,9 −32,3 4,25 T Δβtmax Δβ tmax K327F 2445 5,6 −29,3 4,42 K327M 2457 5,2 −30,0 4,17 [°C] [MPa] x = 2455 5,2 −30,5 4,28 −10,4 5,013 s = 9,6 0,4 1,6 0,1 Sestava 2 (5 m.-%) RAMTECH (začetna temperatura T0 = 20 °C) 074-1 2445 5,6 −26,2 4,54 T Δβtmax Δβ tmax 074-2 2449 5,5 −25,5 4,33 074-3 2453 5,3 −26,2 4,31 [°C] [MPa] x = 2449 5,5 −26,0 4,39 −4,6 3,311 s = 4,0 0,2 0,4 0,1 Sestava 3 (5,4 m.-%) ZAG (začetna temperatura T0 = 20 °C) 001 2440 5,3 −25,4 4,86 T Δβtmax Δβ tmax 002 2455 4,7 −26,2 4,87 003 2481 3,7 −25,0 4,50 [°C] [MPa] x = 2459 4,6 −25,5 4,74 −5,6 3,905 s = 20,7 0,8 0,6 0,2 Sestava 4 (5,8 m.-%) TU WIEN (začetna temperatura T0 = 10 °C) K328F 2464 3,7 −32,1 4,26 T Δβtmax Δβ tmax K328L 2476 3,2 −31,4 3,78 K328M 2466 3,6 −31,6 4,23 [°C] [MPa] x = 2469 3,5 −31,7 4,09 −12,6 5,435 s = 6,4 0,3 0,4 0,3 Sestava 4 (5,8 m.-%) RAMTECH (začetna temperatura T0 = 20 °C) 075-1 2489 2,7 −30,0 4,52 T Δβtmax Δβ tmax 075-2 2469 3,5 −30,6 4,81 075-3 2468 3,5 −31,5 4,75 [°C] [MPa] x = 2475 3,2 −30,7 4,69 −7,6 3,878 (se nadaljuje …) B2 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. (… nadaljevanje) s = 11,8 0,5 0,8 0,2 Sestava 5 (6,2 m.-%) ZAG (začetna temperatura T0 = 20 °C) 001 2509 1,3 −27,0 4,58 T Δβtmax Δβ tmax 002 2504 1,5 −24,3 4,45 003 2501 1,6 −26,8 4,83 [°C] [MPa] x = 2505 1,5 −26,0 4,62 −9,0 4,609 s = 4,0 0,2 1,5 0,2 Sestava 5 (6,2 m.-%) TU WIEN (začetna temperatura T0 = 10 °C) K348A 2507 1,4 −31,5 5,44 T Δβtmax Δβ tmax K348B 2505 1,5 −31,7 4,82 K348C 2503 1,5 −30,5 5,05 [°C] [MPa] x = 2505 1,5 −31,2 5,10 n. p. n. p. s = 2,0 0,1 0,6 0,3 Sestava 5 (6,2 m.-%) TU WIEN (začetna temperatura T0 = 20 °C) K348D 2513 1,1 −31,4 5,07 T Δβtmax Δβ tmax K348F 2497 1,8 −31,4 5,5 K348G 2512 1,2 −30,5 4,99 [°C] [MPa] x = 2507 1,4 −31,1 5,19 n. p. n. p. s = 8,9 0,4 0,5 0,3 Preglednica B.4.2.3: Rezultati preskusov UTST – sestava 1 (4 m.-%), ZAG Table B.4.2.3: Results of UTST test – Mixture 1 (4 m.-%), ZAG Gostota z votlinami Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Temperatura pri Oznaka preskušanca preskusu T ρ i [°C] prizme Ap β t ε t [kg/m3] [MPa] [%] 001 2450 0,914 0,915 x = 2431 x = 0,919 x = 0,888 +20 003 2437 0,954 0,87 s = 22,053 s = 0,033 s = 0,024 004 2407 0,889 0,88 001 2414 3,275 0,61 x = 2427 x = 3,426 x = 0,630 +5 003 2445 3,553 0,675 s = 16,258 s = 0,140 s = 0,039 004 2421 3,449 0,605 001 2439 5,661 0,565 x = 2426 x = 5,361 x = 0,565 −10 003 2403 5,205 0,59 s = 20,232 s = 0,260 s = 0,025 004 2437 5,218 0,54 001 2440 5,009 0,485 x = 2434 x = 4,807 x = 0,485 −25 002 2415 4,446 0,465 s = 16,442 s = 0,313 s = 0,020 003 2446 4,965 0,505 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih B3 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica B.4.2.4: Rezultati preskusov UTST – sestava 2 (5 m.-%), TU WIEN Table B.4.2.4: Results of UTST test – Mixture 2 (5 m.-%), TU WIEN Gostota z votlinami Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Temperatura pri Oznaka preskušanca preskusu T ρ i [°C] prizme Ap β t ε t [kg/m3] [MPa] [%] K327A 2444 2,44 0,434 x =2458 x =2,307 x =0,447 +5 K327I 2467 2,11 0,4851 s = 12,503 s = 0,174 s = 0,033 K327N 2464 2,37 0,4225 K327E 2471 5,47 0,0795 x =2457 x =5,360 x =0,077 −10 K327G 2439 5,23 0,0671 s = 16,371 s = 0,121 s = 0,008 K327K 2461 5,38 0,0829 K327H 2464 4,59 0,0235 x =2459 x =5,067 x =0,030 −25 K327J 2458 5,44 0,0348 s = 5,033 s = 0,434 s = 0,006 K327L 2454 5,17 0,0328 Preglednica B.4.2.5: Rezultati preskusov UTST – sestava 2 (5 m.-%), RAMTECH Table B.4.2.5: Results of UTST test – Mixture 2 (5 m.-%), RAMTECH Gostota z votlinami Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Temperatura pri Oznaka preskušanca preskusu T ρ i [°C] prizme Ap β t ε t [kg/m3] [MPa] [%] 074-3 2446 0,611 0,283 x = 2443 x = 0,579 x = 0,307 +20 074-4 2440 0,515 0,331 s = 4,243 s = 0,055 s = 0,034 074-5 n.p. 0,611 n.p. 074-6 2442 2,857 0,183 x = 2438 x = 2,833 x = 0,182 +5 074-7 2437 2,816 0,179 s = 3,606 s = 0,022 s = 0,003 074-8 2435 2,825 0,184 074-9 2439 4,014 0,021 x = 2441 x = 4,004 x = 0,022 −10 074-10 2438 3,944 0,021 s = 4,933 s = 0,055 s = 0,002 074-11 2447 4,053 0,024 074-12 2449 3,798 0,015 x = 2447 x = 3,769 x = 0,021 −25 074-13 2443 3,711 0,015 s = 3,464 s = 0,051 s = 0,011 074-14 2449 3,799 0,034 B4 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica B.4.2.6: Rezultati preskusov UTST – sestava 3 (5,4 m.-%), ZAG Table B.4.2.6: Results of UTST test – Mixture 3 (5.4 m.-%), ZAG Gostota z votlinami Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Temperatura pri Oznaka preskušanca preskusu T ρ i [°C] prizme Ap β t ε t [kg/m3] [MPa] [%] 001 2470 0,617 1,205 x =2473 x =0,604 x =1,385 +20 002 2464 0,594 1,485 s =10,817 s =0,012 s =0,156 003 2485 0,602 1,465 001 2470 3,191 0,885 x =2479 x =3,211 x =0,835 +5 002 2479 3,201 0,86 s =8,505 s =0,026 s =0,066 003 2487 3,241 0,76 002 2479 4,544 0,455 x =2476 x =4,616 x =0,460 −10 003 2471 4,597 0,46 s =4,359 s =0,084 s =0,005 005 2478 4,708 0,465 001 2435 4,611 0,415 x =2454 x =4,485 x =0,418 −25 002 2466 4,43 0,405 s =16,643 s =0,109 s =0,015 003 2461 4,415 0,435 Preglednica B.4.2.7: Rezultati preskusov UTST – sestava 4 (5,8 m.-%), TU WIEN Table B.4.2.7: Results of UTST test – Mixture 4 (5.8 m.-%), TU WIEN Gostota z votlinami Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Temperatura pri Oznaka preskušanca preskusu T ρ i [°C] prizme Ap β t ε t [kg/m3] [MPa] [%] K328A 2476 1,84 0,6700 x = 2476 x = 1,987 x = 0,659 +5 K328B 2476 2,04 0,7325 s = 0,577 s = 0,129 s = 0,079 K328C 2477 2,08 0,5758 K328D 2479 5,77 0,1264 x = 2475 x = 5,647 x = 0,102 −10 K328E 2481 5,65 0,0942 s = 9,292 s = 0,125 s = 0,021 K328G 2464 5,52 0,0857 K328H 2491 5,44 0,0335 x = 2489 x = 5,803 x = 0,040 −25 K328J 2490 5,89 0,0417 s = 2,646 s = 0,329 s = 0,005 K328K 2486 6,08 0,0433 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih B5 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica B.4.2.8: Rezultati preskusov UTST – sestava 4 (5,8 m.-%), RAMTECH Table B.4.2.8: Results of UTST test – Mixture 4 (5.8 m.-%), RAMTECH Gostota z votlinami Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Temperatura pri Oznaka preskušanca preskusu T ρ i [°C] prizme Ap β t ε t [kg/m3] [MPa] [%] 075-3 2484 0,835 0,81625 x = 2486 x = 0,784 x = 0,723 +20 075-4 2496 0,707 1,1275 s = 8,737 s = 0,068 s = 0,459 075-5 2479 0,81 0,224375 075-6 2489 2,9 0,31 x = 2477 x = 2,997 x = 0,263 +5 075-7 2465 3,074 0,215 s = 16,971 s = 0,089 s = 0,063 075-8 n.p. 3,018 n.p. 075-9 2493 4,481 0,028 x = 2478 x = 4,497 x = 0,026 −10 075-10 2471 4,496 0,029 s = 13,000 s = 0,016 s = 0,005 075-11 2470 4,513 0,020 075-12 2491 4,146 0,016 x = 2478 x = 4,156 x = 0,065 −25 075-13 2477 4,195 0,014 s = 12,530 s = 0,035 s = 0,086 075-14 2466 4,127 0,164 Preglednica B.4.2.9: Rezultati preskusov UTST – sestava 5 (6,2 m.-%), ZAG Table B.4.2.9: Results of UTST test – Mixture 5 (6.2 m.-%), ZAG Gostota z votlinami Natezna trdnost ob porušitvi Raztezek ob porušitvi Temperatura pri Oznaka preskušanca preskusu T ρ i [°C] prizme Ap β t ε t [kg/m3] [MPa] [%] 001 2496 0,586 1,955 x = 2503 x =0,581 x =1,687 +20 002 2501 0,578 1,595 s = 8,185 s = 0,005 s = 0,236 003 2512 0,578 1,51 001 2505 3,041 0,87 x = 2509 x =3,062 x =0,868 +5 002 2512 2,963 0,85 s = 3,512 s = 0,111 s = 0,018 003 2509 3,182 0,885 001 2505 5,476 0,525 x = 2504 x =5,554 x =0,538 −10 003 2514 5,818 0,56 s = 10,017 s = 0,235 s = 0,019 004 2494 5,369 0,53 001 2497 5,471 0,505 x = 2500 x =5,140 x =0,453 −25 002 2497 4,824 0,415 s = 4,619 s = 0,324 s = 0,046 004 2505 5,124 0,44 C1 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. PRILOGA C: VPLIV MEHANSKIH LASTNOSTI BITUMENIZIRANIH ZMESI PRI NIZKIH TEMPERATURAH 5,5 -24,0 5,3 -24,5 -24,5 ] 5,1 ] a -25,0 -25,1 P 4,9 [C -25,5 -25,5 4,6 [M 4,6 4,7 T f ,f -26,0 ra -26,2 4,5 -26,5 tu 4,2 4,2 4,2 st σ cry 4,3 ra -27,0 y = 0,3466x - 27,212 e to p e 4,1 R² = 0,3056 -27,5 p m a e 3,9 y = -0,045x + 4,5194 N T -28,0 R² = 0,291 3,7 -28,5 -28,4 3,5 -29,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 V [V.-%] Ap V [V.-%] Ap Slika C.4.4.1.1a: Diagram soodvisnosti med natezno Slika C.4.4.1.1b: Diagram soodvisnosti med napetostjo ob porušitvi in vsebnostjo votlin v temperaturo ob porušitvi in vsebnostjo votlin v preskušancu za AC 11 surf preskušancu za AC 11 surf Figure C.4.4.1.1a: Diagram depending of tensile stress Figure C.4.4.1.1b: Diagram depending of failure of failure and voids in sample at AC 11 surf temperature and voids in sample at AC 11 surf 4,7 0 4,591 4,6 y = 0,0163x2 - 0,2609x + 5,0232 -2 y = -0,2x2 + 2,3673x - 13,5 4,5 4,435 R² = 0,9222 ] R² = 0,789 4,379 a ] -4 P 4,4 [C [M x -6,8 4,3 a -6 x -7,3 a -7,6 -7,8 4,2 Δβtm Δβ tm T -8 4,037 4,1 3,991 -10,5 VVmax = 5,9 V.-% -10 4 3,9 -12 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 V [V.-%] V [V.-%] v v Slika C.4.4.1.2a: Diagram soodvisnosti med največjo Slika C.4.4.1.2b: Diagram soodvisnosti med rezervo natezne trdnosti in vsebnostjo votlin v temperaturo pri največji rezervi natezne trdnosti in bitumenizirani zmesi za AC 11 surf vsebnostjo votlin v bitumenizirani zmesi za AC 11 surf Figure C.4.4.1.2a: Diagram depending of maximum Figure C.4.4.1.2b: Diagram depending of temperature tensile strength reserve and voids in asphalt mixture at maximum tensile strength reserve and voids in AC 11 surf asphalt mixture AC 11 surf Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih C2 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 5,5 -24,0 -24,5 5,3 -24,5 ] -25,1 a 5,1 ] P -25,0 -25,5 S5 S3 4,9 [C -25,5 [M ,f S1 4,6 4,6 -26,2 4,7 T f -26,0 ra S1 4,5 -26,5 tu 4,2 st σ cry S5 4,2 4,2 4,3 ra to -27,0 e e p p y = -0,0342x + 58,519 4,1 y = 0,004x - 5,5501 -27,5 a m R² = 0,42 R² = 0,5415 N e 3,9 T -28,0 -28,4 3,7 -28,5 3,5 -29,0 2420 2440 2460 2480 2500 2520 2540 2420 2440 2460 2480 2500 2520 2540 Povp. gostota  [kg/m3] Povp. gostota  [kg/m3] Ap Ap Slika C.4.4.1.3a: Diagram soodvisnosti med natezno Slika C.4.4.1.3b: Diagram soodvisnosti med napetostjo ob porušitvi in povprečno gostoto z temperaturo ob porušitvi in povprečno gostoto z votlinami preskušanca za AC 11 surf votlinami preskušanca za AC 11 surf Figure C.4.4.1.3a: Diagram depending of tensile stress Figure C.4.4.1.3b: Diagram depending of temperature of failure and average bulk density of specimen at AC at failure and average bulk density of specimen at AC 11 surf 11 surf 4,7 S5 0 4,6 4,591 -2 y = -0,0014x2 + 6,6476x - 8085,6 4,5 y = 1E-04x2 - 0,4768x + 576,76 ] a R² = 0,9404 R² = 0,9424 4,435 ] P -4 4,4 4,379 [M [C 4,3 x x a -6 a -6,8 4,2 -7,3 Δβtm Δβ tm S1 -7,8- 7,6 T -8 S5 4,1 S1 4,037 4 -10 3,991 -10,5 3,9 -12 2400 2420 2440 2460 2480 2500 2400 2420 2440 2460 2480 2500  [kg/m3] A  [kg/m3] A Slika C.4.4.1.5a: Diagram funkcije največje rezerve Slika C.4.4.1.5b: Diagram funkcije temperature pri natezne trdnosti in gostote bitumenizirane zmesi za največji rezervi in gostote bitumenizirane zmesi za AC 11 surf AC 11 surf Figure C.4.4.1.5a: Diagram depending of maximum Figure C:4.4.1.5b: Diagram depending of temperature tensile strength reserve and bulk density at AC 11 surf at maximum tensile strength reserve and bulk density at AC 11 surf C3 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 5 -24 4,9 -24,5 -24,5 4,8 -25 -25,1 S5 4,7 y = 0,0073x + 3,8136 -25,5 ] -25,5 a R² = 0,2422 4,6 P ] -26 4,571 4,583 S1 -26,2 4,5 -26,5 [M [C ,f T f 4,4 -27 σ cry S1 y = -0,0464x - 22,469 4,3 -27,5 R² = 0,1805 S5 4,243 4,2 -28 4,178 4,204 -28,4 -28,5 4,1 -29 4 50,0 55,0 60,0 65,0 70,0 75,0 80,0 85,0 90,0 95,0 50,0 55,0 60,0 65,0 70,0 75,0 80,0 85,0 90,0 95,0 VFB [%] VFB [%] Slika C.4.4.1.6a: Diagram funkcije natezne napetosti Slika C.4.4.1.6b: Diagram funkcije temperature ob ob porušitvi in VFB za AC 11 surf porušitvi in VFB za AC 11 surf Figure C.4.4.1.6a: Diagram function of tensile stress Figure C.4.4.1.6b: Diagram function of temperature of and VFB at AC 11 surf failure and VFB at AC 11 surf 4,7 0 y = 0,0005x2 - 0,0494x + 5,2692 4,6 4,591 R² = 0,9201 -2 4,5 ] a 4,435 ] -4 y = -0,0061x2 + 0,8015x - 32,665 P 4,4 4,379 R² = 0,8083 [C [M 4,3 xa -6 xa -6,8 4,2 Δβt m -7,3 Δβ tm T -7,8 -7,6 -8 4,1 VFBmin = 65 % 4,037 -10 4 3,991 -10,5 3,9 -12 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 VFB [%] VFB [%] Slika C.4.4.1.7a: Diagram funkcije največje rezerve Slika C.4.4.1.7 b: Diagram funkcije temperature pri natezne trdnosti in VFB za AC 11 surf največji rezervi in VFB za AC 11 surf Figure C.4.4.1.7a: Diagram function of max. tensile Figure C.4.4.1.7b: Diagram function of temperature at strength reserve and VFB at AC 11 surf maximum reserve and VFB at AC 11 surf Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih C4 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 7,0 0,0 ] AC 11 AC 8 AC 11 AC 8 6,0 a ] -5,0 y = 0,0156x + 4,6152 P [°C -10,0 5,0 R² = 0,5038 [M T f ,f y = -0,1646x2 + 1,5498x - 28,628 -15,0 4,0 ra R² = 0,611 tu -20,0 y = -0,045x + 4,5194 3,0 st σ cry ra R² = 0,291 e -25,0 toe p 2,0 p -30,0 m a y = -0,115x2 + 1,0111x - 27,751 e 1,0 N T -35,0 0,0 -40,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 V [V.-%] V [V.-%] Ap Ap Slika C.4.4.2.1a: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 Slika C.4.4.2.1b: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surf: natezne napetosti ob porušitvi v odvisnosti od surfμ temperature ob porušitvi v odvisnosti od vsebnosti votlin v preskušancu vsebnosti votlin v preskušancu Figure C.4.4.2.1a: Comparison between AC 11 surf Figure C.4.4.2.1b: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: tensile stress at failure depending of and AC 8 surf: temperature at failure depending of voids in asphalt sample voids in asphalt sample 7 0 AC 11 AC 8 AC 11 AC 8 6 -2 ] y = -0,32x2 + 3,6862x - 15,786 5 a y = 0,0736x2 - 0,814x + 6,0917 -4 ] P 4 [C -6 [M x x a a 3 y = 0,0163x2 - 0,2609x + 5,0232 -8 y = -0,2x2 + 2,3673x - 13,5 Δβtm R² = 0,9222 Δβ tm T 2 -10 R² = 0,789 1 -12 0 -14 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 V [V.-%] V [V.-%] v v Slika C.4.4.2.2a: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 Slika C.4.4.2.2b: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ največja rezerva natezne trdnosti v odvisnosti od surfμ temperature pri največji rezervi v odvisnosti od vsebnosti votlin bitumenizirane zmesi vsebnosti votlin bitumenizirane zmesi Figure C.4.4.2.2a: Comparison between AC 11 surf Figure C.4.4.2.2b: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: maximum tensile strength reserve and AC 8 surf: temperature at maximum reserve depending of voids in asphalt mixture depending of voids in asphalt mixture C5 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 7,0 0,0 y = -0,0017x + 8,8274 AC 11 AC 8 ] AC 11 AC 8 6,0 -5,0 a R² = 0,7949 ] P 5,0 -10,0 [C [M ,f T f -15,0 4,0 y = -0,0009x2 + 4,2558x - 5254,8 ra y = 0,004x - 5,5501 R² = 0,7825 -20,0 tu 3,0 st σ cry R² = 0,42 ra to e -25,0 e 2,0 p pa m -30,0 e N 1,0 T y = -0,0012x2 + 5,9397x - 7382,4 -35,0 0,0 -40,0 2420 2440 2460 2480 2500 2520 2540 2420 2440 2460 2480 2500 2520 2540 Povpreč a  [kg/m3] Povpreč a  [kg/m3] Ap Ap Slika C.4.4.2.3a: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 Slika C.4.4.2.3b: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surf: natezne napetosti ob porušitvi v odvisnosti od surfμ temperature ob porušitvi v odvisnosti od povprečne gostote z votlinami preskušancev povprečne gostote z votlinami preskušancev Figure C.4.4.2.3a: Comparison between AC 11 surf Figure C.4.4.2.3b: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: tensile stress at failure depending of and AC 8 surf: temperature at failure depending of bulk density of samples bulk density of samples 7 0 AC 11 AC 8 AC 11 AC 8 6 -2 y = 0,0005x2 - 2,6406x + 3231,9 y = -0,0024x2 + 11,526x - 14080 ] 5 -4 a ] P 4 [C -6 [M xa xa y = 1E-04x2 - 0,4768x + 576,76 3 -8 Δβtm y = -0,0014x2 + 6,6476x - 8085,6 R² = 0,9424 Δβ tm T -10 2 R² = 0,9404 -12 1 -14 0 2400 2420 2440 2460 2480 2500 2400 2420 2440 2460 2480 2500  [kg/m3]  [kg/m3] A A Slika C.4.4.2.4a: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 Slika C.4.4.2.4b: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ največja rezerva trdnosti v odvisnosti od gostote surf: temperature pri največji rezervi v odvisnosti od bitumeniziranih zmesi za AC 11 surf in AC 8 surf prostorske gostote bitumeniziranih zmesi za AC 11 surf in AC 8 surf Figure C.4.4.2.4a: Comparison between AC 11 surf Figure C.4.4.2.4b: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: max. strength reserve depending of the and AC 8 surf: temperature at max. strength reserve bulk density of asphalt mixture depending of the bulk density of asphalt mixture Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih C6 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. 7 0,0 ] AC 11 AC 8 y = -0,0028x + 4,8968 AC 11 AC 8 a 6 ] -5,0 R² = 0,5064 P [C -10,0 5 y = -0,0051x2 + 0,6754x - 47,19 [M T f R² = 0,4137 ,f -15,0 4 ra y = 0,0073x + 3,8137 -20,0 tu 3 st σ cry R² = 0,2417 ra -25,0 to e e 2 p p -30,0 m a e 1 N T -35,0 y = -0,0038x2 + 0,5656x - 46,767 0 -40,0 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 VFB [%] VFB [%] 7 0 AC 11 AC 8 AC 11 AC 8 6 -2 y = 0,0024x2 - 0,3297x + 15,196 ] y = -0,0104x2 + 1,4038x - 52,621 5 a ] -4 P 4 [C -6 [M x x y = 0,0005x2 - 0,0494x + 5,2692 a a 3 -8 R² = 0,9201 ΔβtmT y = -0,0061x2 + 0,8015x - 32,665 2 Δβ tm -10 R² = 0,8083 1 -12 0 -14 50 60 70 80 90 100 50 60 70 80 90 100 VFB [%] VFB [%] Slika C.4.4.2.5a: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 Slika C.4.4.2.5b: Primerjava med AC 11 surf in AC 8 surfμ rezultat TSRST in največja rezerva trdnosti v surfμ rezultat TSRST in temperature pri največji odvisnosti od VFB rezervi v odvisnosti od VFB Figure C.4.4.2.5a: Comparison between AC 11 surf Figure C.4.4.2.5b: Comparison between AC 11 surf and AC 8 surf: results of TSRST and max. strength and AC 8 surf: results of TSRST and temperature at reserve depending of VFB max. reserve depending of VFB D1 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. PRILOGA D: REZULTATI STATISTIČNE ANALIZE DOLŽIN PRESKUŠANCEV Preglednica D.5.1.1: Rezultati izmerjenih dolžin prizmatičnega preskušanca (ZAG) Table D.5.1.1: Results of measurement of the length of prismatic sample (ZAG) Sestava 2 (5 % m.-bit.) Sestava 4 (5,8 % m.-bit.) Sestava 5 (6,2 % m.-bit.) Dolžina preskušanca Dolžina preskušanca Dolžina preskušanca Preskušanec št. 1. meritev 2. meritev 1. meritev 2. meritev 1. meritev 2. meritev [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] 1 161 161 161 161 161 161 2 161 161 161 161 161 161 3 161 160 161 161 161 161 4 161 161 161 161 161 161 5 160 161 160 160 161 161 6 160 161 160 160 161 161 7 161 161 162 162 161 161 8 161 161 162 162 161 161 9 160 161 162 162 161 161 10 160 161 162 162 161 160 11 161 161 162 162 160 160 12 161 161 162 162 161 160 13 161 161 162 162 161 161 14 161 161 161 162 162 161 15 161 161 162 162 162 162 16 161 161 161 161 161 161 17 161 161 161 161 161 161 18 161 161 161 161 161 161 19 161 161 162 162 161 161 20 161 161 162 162 161 161 21 161 161 162 162 161 161 22 160 161 161 161 161 161 23 161 161 161 161 161 161 24 161 161 161 162 162 162 STATISTIKA Povprečna vrednost – x 160,8 161,0 161,4 161,5 161,1 161,0 Standardna deviacija – s 0,4 0,2 0,7 0,7 0,4 0,5 Največja vrednost – xmax 161,0 161,0 162,0 162,0 162,0 162,0 Najmanjša vrednost – xmin 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 160,0 Razpon – R 1,0 1,0 2,0 2,0 2,0 2,0 x + 3 ∙ s 162,0 161,6 163,4 163,4 162,3 162,4 x – 3 ∙ s 159,6 160,4 159,4 159,5 159,9 159,6 Gmin (< 2,64164; α = 0,05) 1,9 *4,7 2,1 2,2 2,7 2,1 Gmax (< 2,64164; α = 0,05) 0,5 0,2 1,0 0,8 2,3 2,2 *V celotnem vzorcu je samo ena meritev z vrednostjo 160, preostale so 161, zato Gmin ni merodajen podatek. Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih D2 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. Preglednica D.5.1.2: Rezultati izmerjenih dolžin prizmatičnega preskušanca (RAMTECH) Table D.5.1.2: Results of measurement of the length of prismatic sample (RAMTECH) Preskušanec Širina Višina Dolžina Opis št. [mm] [mm] [mm] 1 39,7 40,3 160,2 2 39,8 40,2 160,2 3 39,9 40,1 160,2 4 40,1 39,8 160,2 5 40,1 39,9 160,1 6 40,2 39,9 160,1 7 40,1 39,9 160,0 Sestava 2 (5 m.-%. bit.) 8 40,1 39,8 160,0 9 40,3 39,7 160,0 10 40,1 39,8 159,9 11 40,0 40,1 159,8 12 40,0 40,0 159,9 13 39,8 40,2 159,9 14 39,9 40,2 159,9 1 39,8 40,2 160,2 2 40,0 39,9 160,2 3 40,1 39,8 160,2 4 40,0 40,0 160,2 5 40,0 39,9 160,1 6 40,0 40,1 160,1 7 39,9 40,1 160,0 Sestava 4 (5,8 m.-%. bit.) 8 39,9 40,1 160,0 9 39,8 40,2 160,0 10 39,8 40,1 159,9 11 40,1 40,0 159,8 12 40,0 40,0 159,9 13 39,9 40,2 159,9 14 39,7 40,3 159,9 STATISTIKA Število meritev – n 28 28 28 Povprečna vrednost – x 39,97 40,03 160,03 Standardna deviacija – s 0,15 0,17 0,14 Največja vrednost – xmax 40,30 40,30 160,20 Najmanjša vrednost – xmin 39,70 39,70 159,80 Razpon – R 0,60 0,60 0,40 x + 3 ∙ s 40,42 40,53 160,44 x – 3 ∙ s 39,52 39,53 159,62 Gmin (< 2,7122; α = 0,05) 1,76 1,96 1,68 Gmax (< 2,7122; α = 0,05) 2,23 1,62 1,26 E1 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG. Odd. za gradbeništvo. Grajeno okolje. PRILOGA E: REZULTATI STATISTIČNE ANALIZE PCA Preglednica E.5.2.5.3: Vrednosti faktorjev po laboratorijih Table E.5.2.5.3: Factor scores by laboratory Laboratorij Opazovanje F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 Obs1 −0,297 −2,154 0,798 −0,284 −0,332 0,247 0,069 Obs2 1,786 −0,623 0,558 0,303 −0,319 0,653 0,016 Obs3 0,625 −1,004 0,788 0,267 −0,175 0,289 0,013 Obs4 0,624 0,109 0,045 0,618 −0,241 0,177 −0,052 IG Obs5 1,671 0,919 0,639 −0,269 −0,531 0,437 −0,071 Obs6 0,850 1,162 0,032 −0,272 0,139 0,652 −0,026 Obs7 0,867 −1,385 0,388 0,982 0,401 0,202 −0,034 NSCHWE Obs8 −3,299 2,110 −0,188 0,038 −0,387 0,075 −0,163 Obs9 −5,758 −0,744 −0,056 −0,100 0,429 0,432 0,112 BRAU Obs10 −3,968 0,032 −0,530 −0,346 0,134 0,260 −0,037 TU Obs11 −1,822 2,175 0,092 0,069 −0,722 −0,314 −0,122 Obs12 −1,336 −2,791 0,060 0,339 0,784 −0,058 0,046 Obs13 1,643 0,603 0,904 −0,051 −0,396 0,480 0,111 Obs14 −2,603 1,219 0,127 0,466 0,033 0,068 −0,094 Obs15 −3,908 1,103 0,237 0,971 −0,346 0,480 −0,108 Obs16 0,200 −2,858 −0,360 1,004 0,293 −0,694 −0,075 Obs17 1,595 0,396 −0,080 1,480 −0,571 −0,121 −0,020 EN Obs18 −0,233 −1,663 0,126 0,376 −0,817 −0,186 −0,001 WI Obs19 −0,670 −0,564 −0,199 1,076 −0,300 −0,203 −0,041 TU Obs20 −1,027 −1,232 0,303 0,948 −0,284 −0,176 0,107 Obs21 −0,468 −0,797 −0,472 0,228 0,671 0,586 0,102 Obs22 −0,912 −0,959 −1,088 0,285 0,196 −0,744 −0,125 Obs23 0,427 0,828 0,626 −0,676 0,144 −0,293 0,095 Obs24 −0,320 0,410 0,879 −1,039 0,436 −0,265 −0,024 Obs25 −2,229 2,011 1,130 0,960 0,229 −0,471 0,015 Obs26 −0,068 −0,309 −0,051 −1,622 −0,875 −0,346 −0,088 Obs27 2,159 −0,756 −0,230 −0,812 −0,153 0,411 −0,196 Obs28 0,441 −0,221 0,597 −0,560 0,007 −0,216 0,082 Obs29 1,491 −0,237 0,343 −0,552 0,245 0,062 −0,186 ECH Obs30 0,996 1,117 0,316 0,097 0,412 −0,072 −0,218 Obs31 0,445 −1,347 −1,013 −0,548 −0,721 −0,374 −0,305 RAMT Obs32 1,888 1,752 1,252 0,838 0,021 −0,606 0,346 Obs33 0,990 1,211 2,507 −0,663 0,828 −0,491 0,222 Obs34 −0,643 −0,367 0,085 −1,932 −0,676 −0,392 −0,080 Obs35 0,211 0,124 1,076 −0,874 0,812 −0,057 −0,108 Obs36 2,450 0,875 0,104 −0,058 0,041 0,140 −0,073 Obs37 −0,475 −0,638 −0,151 −0,793 −0,833 0,322 0,591 Obs38 −1,469 −0,155 −1,133 −1,313 1,234 0,115 0,009 Obs39 2,876 −0,589 0,492 0,295 0,140 0,258 −0,125 Obs40 2,436 1,453 −0,311 0,878 0,595 0,151 −0,189 Obs41 0,955 −1,295 0,323 0,215 0,052 −0,162 0,137 ZAG Obs42 1,502 1,471 −3,168 −0,200 0,052 −0,102 0,143 Obs43 0,301 1,067 −2,624 0,269 −0,116 −0,174 0,270 Obs44 2,076 0,543 −3,173 −0,036 0,467 0,019 0,075 Hribar, D. 2014. Analiza vpliva nizkih temperatur na značilnosti bitumeniziranih zmesi za obrabne plasti na voziščih F1 Dokt. dis. Ljubljana, UL, FGG., Doktorski študijski program Grajeno okolje. PRILOGA F: REZULTATI STATISTIČNE ANALIZE RAZPONA GOSTOTE PRESKUŠANCEV Preglednica F.5.3.1: Podatki o gostoti presku. in rezultati preskusa UTST za AC 11 surf in AC 8 surf (ZAG) Table F.5.3.1: Data of bulk density of samples and results of UTST test for AC 11 surf and AC 8 surf (ZAG) UTST 20 °C UTST 5 °C UTST -10 °C UTST -25 °C Vrsta BZ ρ Ap β t ɛf ρ Ap β t ɛf ρ Ap β t ɛf ρ Ap β t ɛf [kg/m3] [MPa] [%] [kg/m3] [MPa] [%] [kg/m3] [MPa] [%] [kg/m3] [MPa] [%] 2432 0,913 0,58 2434 3,327 0,57 2441 4,702 0,475 2447 4,761 0,435 AC 11 surf (4 m.-% bit.) 2434 0,904 0,595 2432 2,937 0,52 2441 5,535 0,55 2444 4,278 0,39 2428 0,913 0,715 2435 3,192 0,535 2440 4,837 0,48 2446 4,469 0,4 2460 0,842 0,82 2446 3,104 0,655 2452 4,819 0,46 2445 4,472 0,47 AC 11 surf (5 m.-% bit.) 2453 0,816 0,92 2444 3,294 0,75 2455 4,969 0,475 2454 4,716 0,485 2461 0,845 0,9 2447 3,41 0,71 2458 5,208 0,52 2446 4,549 0,45 2482 0,739 1,06 2454 3,008 0,735 2468 5,267 0,565 2458 4,134 0,465 AC 11 surf (5,4 m.-% bit.) 2477 0,743 0,915 2456 3,296 0,745 2462 5,577 0,595 2461 4,415 0,47 2455 0,668 1,215 2464 3,248 0,795 2457 5,348 0,57 2465 4,421 0,47 2490 0,671 1,285 2466 3,201 0,65 2479 5,142 0,535 2483 4,385 0,435 AC 11 surf (5,8 m.-% bit.) 2464 0,67 1,16 2466 3,249 0,615 2479 5,445 0,595 2487 4,449 0,46 2464 0,628 1,225 2470 3,145 0,76 2487 5,651 0,61 2481 4,696 0,475 2523 0,537 1,4 2512 2,566 0,84 2520 5,302 0,525 2526 4,513 0,385 AC 11 surf (6 m.-% bit.) 2515 0,498 1,275 2507 2,661 0,79 2525 5,022 0,485 2521 4,77 0,41 2509 0,529 1,455 2516 2,833 0,755 2519 5,315 0,545 2518 4,788 0,45 2450 0,914 0,915 2414 3,275 0,61 2439 5,661 0,565 2440 5,009 0,485 AC 8 surf (4 m.-% bit.) 2437 0,954 0,87 2445 3,553 0,675 2403 5,205 0,59 2415 4,446 0,465 2407 0,889 0,88 2421 3,449 0,605 2437 5,218 0,54 2446 4,965 0,505 2470 0,617 1,205 2470 3,191 0,885 2479 4,544 0,455 2435 4,611 0,415 AC 8 surf (5,4 m.-% bit.) 2464 0,594 1,485 2479 3,201 0,86 2471 4,597 0,46 2466 4,43 0,405 2485 0,602 1,465 2487 3,241 0,76 2478 4,708 0,465 2461 4,415 0,435 2496 0,586 1,955 2505 3,041 0,87 2505 5,476 0,525 2497 5,471 0,505 AC 8 surf (6,2 m.-% bit.) 2501 0,578 1,595 2512 2,963 0,85 2514 5,818 0,56 2497 4,824 0,415 2512 0,578 1,51 2509 3,182 0,885 2494 5,369 0,53 2505 5,124 0,44 ZAHTEVA (EN 12697-46) R( β t) ≤ 0,1 MPa R( β t) ≤ 0,3 MPa R( β t) ≤ 0,7 MPa R( β t) ≤ 0,7 MPa Število meritev – n 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 Povprečna vrednost – x 2469,54 0,718 1,142 2466,29 3,149 0,726 2470,96 5,197 0,528 2468,50 4,630 0,447 Standardna deviacija – s 30,456 0,148 0,343 31,087 0,232 0,112 31,130 0,356 0,049 29,898 0,299 0,035 Največja vrednost – xmax 2523,00 0,954 1,955 2516,00 3,553 0,885 2525,00 5,818 0,610 2526,00 5,471 0,505 Najmanjša vrednost – xmin 2407,00 0,498 0,580 2414,00 2,566 0,520 2403,00 4,544 0,455 2415,00 4,134 0,385 Razpon – R 116,00 0,456 1,375 102,00 0,987 0,365 122,00 1,274 0,155 111,000 1,337 0,120 x + 3 ∙ s 2560,909 1,162 2,170 2559,552 3,845 1,062 2564,349 6,266 0,674 2558,195 5,528 0,551 x – 3 ∙ s 2378,174 0,274 0,113 2373,031 2,452 0,390 2377,568 4,129 0,382 2378,805 3,731 0,342 Gmin (< 2,578; α = 0,05) 2,054 1,485 1,638 1,682 2,508 1,841 2,183 1,835 1,503 1,789 1,655 1,774 Gmax (< 2,578; α = 0,05) 1,755 1,596 2,372 1,599 1,741 1,421 1,736 1,743 1,683 1,923 2,810 1,678 Univerza v Ljubljani Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo gradbeništvo DEJAN HRIBAR ANALIZA VPLIVA NIZKIH TEMPERATUR NA ZNAČILNOSTI BITUMENIZIRANIH ZMESI ZA OBRABNE PLASTI NA VOZIŠČIH DOKTORSKA DISERTACIJA Ljubljana, 2014 ____________________________________________________________________ Hrbtna stran: HRIBAR DEJAN 2014