Asfaltové vozovky a požární bezpečnost v silničních tunelech: Vývoj nové směsi PA 8

Asfaltové vozovky prokázaly své dobré vlastnosti a životnost ve velké škále aplikací, a to od místních vozovek, přes vysoce zatížené páteřní komunikace až k odstavným plochám kontejnerových překladišť. Velká část světových silničních tunelů má vozovky zhotovené právě z asfaltových směsí. Po sérii velkých tunelových požárů (např. tragický požár pod vrcholem Mont-Blanc z roku 1999) se mezi odborníky vede diskuze o oprávněnosti použití těchto povrchů v silničních tunelech. Jedna z hlavních námitek se týká především otázky požární bezpečnosti.

K obecnému použití asfaltových vozovek v tunelech a k aspektům jejich vlivu na požární bezpečnost se vyjádřila i dvě globální profesní sdružení World Road Association - PIARC a EAPA. Zhodnocení dopadů použití asfaltových vozovek, jež jsou součástí tunelových těles, obecně nejlépe shrnují dokumenty těchto profesních organizací. Obě tyto organizace považují tento druh vozovek za bezpečný a nadále doporučují stavět a využívat hutněné asfaltové vrstvy v konstrukci vozovek silničních tunelů.

V roce 1999 byla technickou pracovní skupinou č. 6 („Fire and Smoke Control”) spadající pod technickou komisi C 5 organizace PIARC publikována zpráva s názvem „Fire and Smoke Control in Road Tunnels“, která se týkala požární bezpečnosti v tunelech. Tato zpráva srovnávala 2 povrchy vozovek v tunelech - cementobetonový a asfaltový kryt. V ČR je v současné době problematika vozovek v silničních tunelech řešena normou ČSN EN 73 7507 - Projektování tunelů pozemních komunikací.

Projekt TA04031642 „Asfalty v silničních tunelech“

Tento příspěvek vznikl s finanční podporou projektu Technologické agentury ČR TA04031642 „Asfalty v silničních tunelech“. Jedním z hlavních cílů projektu byl vývoj nového typu asfaltové směsi, která by vykazovala výborné charakteristiky v silničních tunelech a zároveň nesnižovala požární bezpečnost tunelů. Dalším cílem projektu bylo navržení certifikované zkušební metodiky pro stanovení třídy reakce materiálů na oheň asfaltových povrchů v tunelech.

Zkoušky chování asfaltových vrstev při reálném požáru

První série zkoušek byla zaměřena na chování asfaltových vrstev při reálném požáru osobního automobilu. Při těchto zkouškách byl při různých rychlostech proudění vzduchu (2,5 m/s, 1,5 m/s a 0 m/s) zapálen osobní automobil stojící na asfaltovém povrchu. Tyto testy se prováděly ve zkušebním tunelu VVUÚ a. s. v Ostravě - Radvanicích, kde byly položeny 3 běžně používané asfaltové směsi, a to asfaltový beton pro obrusné vrstvy ACO 11+, asfaltový koberec mastixový SMA 11 a asfaltový koberec drenážní PA 8. Během zkoušek se měřily teploty jak v okolí vozidla, tak na povrchu asfaltové vrstvy, resp. pod povrchem. Cílem bylo zjistit reálné teplotní pole v okolí hořícího automobilu, díky kterému bylo následně vyvinuto zkušební zařízení, sloužící pro laboratorní zkoušky požární odolnosti asfaltových směsí.

Čtěte také: Význam barev na asfaltu

Laboratorní zkoušky požární odolnosti asfaltových směsí

Pro další požární zkoušky byly vyrobeny malé zkušební desky o rozměrech 300 mm × 500 mm × 90 mm, které se skládaly ze dvou asfaltových vrstev - obrusné a ložní. Obrusná vrstva vzorků byla tvořena ze tří druhů běžně používaných a výše uvedených směsí: ACO 11+ (v tloušťce 40 mm), asfaltový SMA 11 (v tloušťce 40 mm) a PA 8 (v tloušťce 30 mm). Ložní vrstva desek byla tvořena směsí asfaltového betonu pro ložní vrstvy ACL 16+ (v tloušťce 50 mm).

Zkoušky požární odolnosti byly prováděny pomocí vyvinutého zkušebního zařízení se sálavým panelem. Na pracovní plochu zkušebního zařízení byly umístěny za sebou dvě zkušební desky, kdy první zkušební deska byla vždy pod sálavým panelem a druhá deska byla mimo tento panel. Tepelný zdroj byl umístěn 90 mm nad povrchem asfaltové desky a působil na něj teplotou 850 °C - 900 °C po dobu 30 minut. Rychlost proudění vzduchu během zkoušky byla stanovena 1,5 m/s. Pro sledování vývoje teploty vzorku byly na povrchu umístěny termočlánky (T0 - T7), resp. pod povrchem v hloubce 40 mm (termočlánky T8 a T9). Během zkoušek se sledovaly zejména: změna teploty v průběhu zkoušky na povrchu vzorku a pod obrusnou vrstvou, okamžik vzplanutí vzorku a šíření plamene po povrchu.

Zkouška měknutí povrchu

Po ukončení doby trvání zkoušky se odklonil sálavý panel a provedla se zkouška měknutí povrchu. Ta spočívala ve statickém zatížení asfaltového povrchu pomocí ručního vysokotlakého čerpadla a hydraulického válce na tlačnou desku o rozměrech (100 × 100 × 25) mm, se středovým otvorem ∅ 32 mm, tlakovou silou 20 kN, tj. s dotykovým tlakem 2,17 MPa.

Výsledky požárních zkoušek a vývoj směsi PA 8

Při zkouškách požární odolnosti se ukázalo, že nejlepších výsledků dosáhl vzorek z asfaltové směsi typu asfaltový koberec drenážní PA 8. Zde docházelo pouze k minimálnímu šíření plamene po povrchu a směs vykazovala dobrou odolnost proti zatížení tlakem. Vzhledem k výsledkům prvotních zkoušek byla pro další vývoj vybrána směs PA 8.

Pro účely vozovky v silničních tunelech, kde je kladen důraz mimo jiné i na snížení hluku od dopravy, byl do této směsi použit silniční asfalt 70/100 modifikovaný 17 % pryžového granulátu (CRMB). Vyvíjená směs byla postupně zkoušena z hlediska požární odolnosti a optimalizováno její složení. Navržená směs obsahuje 6,5 % CRMB, její mezerovitost je 17 %. Tato asfaltová směs byla podrobena laboratorním funkčním zkouškám.

Čtěte také: legislativní požadavky na asfaltové směsi

Mezi důležité požadavky, které jsou kladeny na asfaltový koberec drenážní, patří odolnost vůči vodě a odolnost vůči ztrátě částic. Navržená směs dosáhla při stanovení odolnosti vůči ztrátě částic (dle ČSN EN 12697-17+A1) hodnoty PL = 8,9 %, a splňuje tak požadavek uvedený v národní příloze normy ČSN EN 13108-7 na pozemní komunikace třídy dopravního zatížení S, I a II. Při stanovení odolnosti vůči vodě (dle ČSN EN 12697-12) dosáhla navržená směs bez použití adhezních přísad hodnoty ITSR = 78,3 %.

Navržená asfaltová směs PA 8 byla podrobena zkouškám požární odolnosti. Na vrstvě z PA 8 nedošlo k téměř žádnému šíření plamene po povrchu, a to i přes to, že povrch byl vystaven teplotě 850 °C po dobu 30 minut. Naopak, k nejvýraznějšímu šíření plamene po povrchu došlo u vrstvy z asfaltového koberce mastixového SMA 11. Vlivem nízké mezerovitosti této vrstvy došlo při zahřátí vrstvy k vystoupení pojiva na povrch a jeho hoření. Navržená směs PA 8 vykazuje také výbornou odolnost vůči měknutí vrstvy po vystavení účinkům požáru.

Testování vlivu různého povrchu na požár rozlité hořlavé kapaliny

Další z prováděných zkoušek bylo testování vlivu různého povrchu na požár rozlité hořlavé kapaliny. Pro tyto účely byly na obalovně v Rajhradicích pomocí silničního tandemového vibračního válce vyrobeny velké zkušební vzorky o rozměrech 0,9 m × 1,4 m × 0,09 m, sestávající ze dvou vrstev. Ložní vrstva byla tvořena směsí ACL 16+ a obrusná vrstva byla ze směsi ACO 11+ (vzorek 1), resp. z navržené směsi PA 8 (vzorek 2). Stejné množství paliva (10 l benzinu) bylo vylito na povrch dvou různých asfaltových vrstev, který byl vymezen ocelovými obrubami, a ihned poté zapáleno (ve stejném čase).

Z provedených zkoušek vyplývá, že navržená směs asfaltového koberce drenážního PA 8 dosahuje velmi zajímavých výsledků z hlediska požární odolnosti. Zejména při zkoušce požáru rozlité hořlavé kapaliny na povrchu se ukázalo, že drenážní schopnost zajistí odvedení kapaliny od požáru a vzniká jen minimum kouře. Při použití CRMB nedošlo ani k rozpuštění asfaltu a neprojevilo se porušení vrstvy. Naopak na asfaltovém betonu, který je téměř nepropustný, dochází k vyhoření většiny paliva přímo na povrchu s nadměrnou tvorbou kouře a dochází také k poškození povrchu.

Pro dlouhodobé zachování uvedených výhod drenážního koberce je potřeba provádět pravidelné čištění vrstvy, které se v tunelech běžně provádí.

Čtěte také: Moderní technologie a postupy při stavbě silnic

Software FireDES verze 1.0

Program FireDES verze 1.0 je desktopová aplikace určená pro nestacionární numerický výpočet 2D teplotního pole s proměnnou výpočetní geometrií v čase simulující odhořívání asfaltové suspenze mezi kameny. Výpočetní síť v rastru 512 x 256 buněk je importována z obrázkové bitmapy a vzniklá soustava 131 072 lineárních rovnic je řešena Gauss-Seidlovou iterační metodou. Program FireDES verze 1.0 vzniknul v rámci spolupráce VUT v Brně a firmy K.B.K. fire, s.r.o. v rámci projektu číslo TA04031642 s názvem »Asfalty v silničních tunelech«, realizovaného v programu ALFA Technologické agentury ČR. Autory softwaru jsou doc. Mgr. Tomáš APELTAUER, Ph.D.; Ing. Jiří APELTAUER; Bc. Aliaksandra MISHUK; Ing. Tomáš FEČER a Ing. Tomáš SVOBODA.

Přehled projektů s veřejnou podporou

Projekt TA04031642 „Asfalty v silničních tunelech“

  • Poskytovatel: Technologická agentura ČR
  • Program: Program na podporu aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje ALFA
  • Hlavní účastníci: K.B.K. fire, s.r.o.
  • Číslo smlouvy: 2014TA04031642
  • Název projektu anglicky: Asphalt in road tunnels
  • Anotace anglicky: The aim of the project is to develop a new type of asphalt mixture, which exhibits superior safety characteristics of resistance to fire in road tunnels. This objective will be achieved by implementing fire tests in road tunnel recess, data collection and evaluation, then fire model validation and simulation of fire tests for various alternative solutions to the tunnels. Based on these findings, it will be a new type of asphalt mixture as the main outcome of the project, which will be reported with regard to the effect of high temperature peak characteristics and at the same time will reduce the fire safety of tunnels as such. New asphalt mixture will be ready to be applied to selected surfaces of tunnels.
  • Termíny řešení: 1. 7. 2014 - 31. 12. 2017
  • Celkové uznané náklady: 7 203 tis. Kč
  • Výše podpory ze státního rozpočtu: 4 678 tis. Kč

Projekt „Fire development modelling of engineered wood“

  • Poskytovatel: Ministerstvo vnitra
  • Program: Bezpečnostní výzkum České republiky 2015-2022
  • Hlavní účastníci: Ministerstvo vnitra / Generální ředitelství HZS - Technický ústav požární ochrany
  • Číslo smlouvy: MV-56090-3/OBVV-2019
  • Název projektu anglicky: Fire development modelling of engineered wood
  • Anotace anglicky: The aim of the project is to obtain a set of pyrolysis and combustion model input parameters to be used in the CFD model of fire development and fire spread over the engineered wood products (EWPs). Materials like plywood, particleboard, medium density fiberboard or oriented strand board are commonly used in the construction industry for both interior or exterior structural and nonstructural applications as well as home/commercial furnishing. These materials significantly influence the development of fire and contribute to the overall enclosure fire load. CFD model of EWPs fire development finds application in forensic investigations and building design. Project is divided to experimental and numerical part. Model input parameters are either directly measured on the microscale and bench scale or inferred using methods of numerical optimization. Experimental data will be further used to validate the obtained model input parameters. Experiments vary from microscale to large scale experiments. This allows calibrating the model input parameters over the wide range of experimental conditions.
  • Termíny řešení: 1. 7. 2019 - 31. 12. 2022
  • Celkové uznané náklady: 11 508 tis. Kč
  • Výše podpory ze státního rozpočtu: 11 508 tis. Kč

Literatura

  • [1] Improving fire safety in tunnels: The concrete pavement solution: Concrete road pavement improves tunnel safety [online]. Brussels: CEMBUREAU, 2004 [cit. 2017-06-28]. Effect of pavement on fires in road tunnels. Routes/Roads. France, 2007, (N° 334), 8. PIARC Ref. : RR334-054. ISSN 0004-556 X.
  • [2] Asphalt pavements in tunnels: EAPA - Position Paper. In: EAPA [online]. Brussels, 21 May 2008, [cit. 2017-06-25]. Fire and smoke control in road tunnels [online]. La Défense, France: AIPCR, 1999 [cit. 2017-06-25]. ISBN 28-406-0064-1.
  • [3] ČSN EN 73 7507 - Projektování tunelů pozemních komunikací. Praha: Český normalizační institut, 2013.
  • [4] ČSN EN 12697-17+A1. Asfaltové směsi - Zkušební metody pro asfaltové směsi za horka - Část 17: Ztráta částic asfaltového koberce drenážního. Praha: Český normalizační institut, 2007.
  • [5] ČSN EN 13108-7 OPRAVA 1. Asfaltové směsi - Specifikace pro materiály - Část 7: Asfaltový koberec drenážní. Praha: Český normalizační institut, 2008.
  • [6] ČSN EN 12697-12. Asfaltové směsi - Zkušební metody pro asfaltové směsi za horka - Část 12: Stanovení odolnosti zkušebního tělesa vůči vodě. Praha: Český normalizační institut, 2009.

tags: #ta04031642 #asfalty #v #silnicnich #tunelech

Oblíbené příspěvky: