Kostka gumowa dla koni VR "Antracyt"

Gęstość pozorna jest stosunkiem masy do całkowitej objętości elementu, obejmującej wszystkie pory i pustki. Należy ją odróżnić od gęstości rzeczywistej, która odnosi się wyłącznie do samego materiału, bez pustych przestrzeni. Dla porównania gęstość wody w temperaturze 4 °C wynosi 1 000 kg/m³. Gęstość rzeczywista granulatu gumowego z recyklingu opon (ELT), złożonego głównie z SBR i kauczuku naturalnego, wynosi około 1 200 kg/m³, a granulatu EPDM około 1 600 kg/m³.

W przypadku elementu formowanego z granulatu gumowego ze spoiwem poliuretanowym gęstość pozorną oblicza się na podstawie masy oraz wymiarów zewnętrznych, czyli długości, szerokości i całkowitej wysokości. Do tej objętości wchodzą dwa rodzaje pustek. Pierwszy stanowią pory między ziarnami, które pozostają po sprasowaniu podczas produkcji. Ich udział zależy od ciśnienia prasowania, frakcji, kształtu ziaren i ilości spoiwa. Przykładowo w płycie sprasowanej w całym przekroju, o równej powierzchni spodniej i gęstości pozornej 800 kg/m³, przy gęstości rzeczywistej granulatu 1 200 kg/m³ pory stanowią w przybliżeniu jedną trzecią objętości. Jest to obliczenie uproszczone, bez uwzględnienia udziału spoiwa.

Drugi rodzaj pustek tworzą przestrzenie ukształtowane na spodzie elementu. Kanały drenażowe, wypustki, nóżki drenażowe lub stopy dystansowe pozostawiają pod warstwą użytkową otwarte przestrzenie. Wliczają się one do całkowitej wysokości, lecz nie zawierają materiału. Z tego powodu element o wysoko profilowanym spodzie może mieć niską gęstość pozorną, mimo że jego warstwa użytkowa jest silnie sprasowana. Gęstość pozorna opisuje cały element formowany, a nie sam materiał. W produktach WARCO wynosi ona od około 600 do 1 250 kg/m³.

Stopień zagęszczenia warstwy użytkowej kształtuje właściwości nawierzchni.

• Powierzchnia: im większa gęstość, tym bardziej zwarta i odporniejsza powierzchnia.

• Przepuszczalność wody: mniejsza gęstość oznacza więcej otwartych porów i z reguły większą przepuszczalność wody.

• Elastyczność: przy mniejszej gęstości nawierzchnia jest bardziej podatna i elastyczna, a przy większej twardsza i sztywniejsza.

• Masa: gęstość pozorna wraz z całkowitą wysokością określa masę jednego metra kwadratowego w stanie suchym. W stanie mokrym dochodzi masa wody znajdującej się w porach. Ma to znaczenie podczas transportu, układania oraz przy ocenie nośności balkonów, tarasów i dachów.

Skala obejmuje poziomy od 1 do 5. Każdy poziom odpowiada określonemu zakresowi gęstości, na przykład poziom 2 zakresowi od 780 do 840 kg/m³. W przypadku elementów formowanych o profilowanej powierzchni spodniej poziom w mniejszym stopniu opisuje warstwę użytkową niż w przypadku płyty o równej powierzchni spodniej.

Guma jest elastomerem. Pod obciążeniem odkształca się, a po jego ustaniu usieciowane łańcuchy cząsteczkowe w znacznym stopniu przywracają jej pierwotny kształt. W nawierzchniach z granulatu gumowego ze spoiwem poliuretanowym znaczenie ma także struktura. Między ziarnami gumy pozostają pory, a sprężyste spoiwo utrzymuje ziarna razem. Pod obciążeniem zamykają się przede wszystkim pory, równocześnie odkształcają się ziarna i spoiwo. Wraz ze wzrostem odkształcenia nawierzchnia zwykle staje się sztywniejsza, a jej opór rośnie. Elastyczność i tarcie wewnętrzne decydują o tym, jak nawierzchnia przyjmuje uderzenia, wibracje oraz hałas kroków.

Amortyzacja uderzeń: gdy ciało uderza w nawierzchnię, jego energia kinetyczna jest pochłaniana na drodze odkształcenia. Część energii zostaje sprężyście zgromadzona i oddawana jako odbicie, a część wskutek tarcia wewnętrznego przekształca się w ciepło. Im dłuższa droga hamowania, tym mniejsze są siły działające na ciało i podłoże. Przy niewielkich obciążeniach nawierzchnia odkształca się tylko nieznacznie, natomiast silne uderzenia wykorzystują jej zakres ugięcia w większym stopniu. Większa grubość nawierzchni wydłuża tę drogę. W przypadku płyt amortyzujących działanie to bada się jako krytyczną wysokość upadku zgodnie z PN-EN 1177.

Tłumienie wibracji: guma jest tworzywem lepkosprężystym, łączącym zachowanie sprężyste z lepkim. Przy obciążeniach zmiennych, takich jak odkładane ciężary, pracujące urządzenia lub maszyny, odkształcenie następuje z opóźnieniem względem działającej siły. Wykonana przy tym praca jest tracona jako ciepło wskutek tarcia wewnętrznego. Nawierzchnia działa jednocześnie jak sprężyna i tłumik. Powyżej częstotliwości własnej układu złożonego z masy i nawierzchni oddziela źródło drgań od podłoża, osłabiając przekazywane wibracje i wstrząsy. Zakres tego działania zależy od częstotliwości wymuszenia, masy będącej w ruchu oraz sztywności dynamicznej nawierzchni.

Izolacja hałasu kroków: hałas kroków jest dźwiękiem materiałowym. Podczas chodzenia, skakania lub odkładania przedmiotów do podłoża wprowadzany jest impuls, który rozchodzi się w stropach i ścianach, a w innych pomieszczeniach staje się słyszalny jako dźwięk. Elastyczna nawierzchnia tworzy na tej drodze podatną warstwę. Szczytowa wartość siły rozkłada się w czasie i dzięki temu maleje, a część energii już w nawierzchni przekształca się w ciepło. To, ile dźwięku materiałowego przedostaje się do konstrukcji budynku, zależy od sztywności dynamicznej i grubości nawierzchni oraz od podłoża.

Na poziom tłumienia elementu z granulatu gumowego wpływają gęstość i udział porów w płycie, frakcja oraz kształt ziaren granulatu, udział spoiwa poliuretanowego i grubość. Z reguły płyta o większej gęstości i drobniejszej frakcji odkształca się mniej oraz słabiej tłumi, natomiast płyta o strukturze o otwartych porach, grubszej frakcji lub większej grubości tłumi silniej. Skala od poziomu 1, oznaczającego odczuwalne tłumienie, do poziomu 5, oznaczającego bardzo duże tłumienie, opiera się na pomiarach porównawczych produktów WARCO. Przydatność produktu do określonego zastosowania najlepiej ocenić na miejscu na podstawie próbnej płyty.

O tym, czy obuwie uzyskuje przyczepność do nawierzchni, decyduje tarcie między podeszwą a jej powierzchnią. Podczas ruszania i stania działa tarcie statyczne, a podczas poślizgu tarcie dynamiczne. Współczynnik tarcia dynamicznego określa stosunek siły działającej równolegle do powierzchni, potrzebnej do utrzymania ruchu ciała, do siły nacisku tego ciała na powierzchnię. W przypadku gumy występują dwa składniki tego zjawiska. Składnik adhezyjny wynika z bliskiego kontaktu elastycznej nawierzchni z podeszwą. Składnik odkształceniowy powstaje, gdy guma ugina się pod przesuwającym się ciałem i pochłania energię wskutek tarcia wewnętrznego. Ich udział zależy od chropowatości obu powierzchni, sztywności gumy, obciążenia, prędkości poślizgu oraz temperatury. Elastyczna nawierzchnia dopasowuje się do podeszwy, co zwykle zwiększa rzeczywistą powierzchnię styku w porównaniu z nawierzchnią sztywną.

Norma PN-EN 14041 określa dla elastycznych nawierzchni klasę DS. W czystych i suchych warunkach współczynnik tarcia dynamicznego musi wynosić co najmniej 0,30. Pomiar wykonuje się według PN-EN 13893 z użyciem znormalizowanego elementu ślizgowego, przeciąganego po nawierzchni z ustalonym obciążeniem i prędkością. Rejestrowana jest siła niezbędna do jego przesuwania. Uzyskany wynik jest wartością porównawczą dla jednakowych warunków badania. Nie stanowi pomiaru dla konkretnego typu podeszwy i dotyczy stanu suchego. Woda, pył lub warstwa zabrudzeń tworzą między podeszwą a powierzchnią warstwę rozdzielającą, która ogranicza przede wszystkim udział adhezji.

Skala obejmuje poziomy od 1 do 5. Poziom 1 odpowiada współczynnikowi tarcia dynamicznego 0,30, czyli wartości minimalnej dla klasy DS. Poziom 5 oznacza wartość 0,60, a więc dwukrotność wymagania minimalnego. Klasyfikację oparto na badaniach reprezentatywnych płyt, a wartości pośrednie wyznaczono przez interpolację wyników.

W nawierzchniach z granulatu gumowego o charakterze powierzchni decydują gęstość, frakcja oraz rodzaj granulatu. W produktach WARCO większe ciśnienie prasowania prowadzi do uzyskania gęstszej i gładszej powierzchni, a tym samym do niższego tarcia dynamicznego. Grubszy lub włóknisty granulat oraz struktura o otwartych porach zwiększają chropowatość powierzchni. Element ślizgowy przesuwa się wtedy po poszczególnych ziarnach. Im wyższy poziom skali, tym wyraźniej wyczuwalne są pojedyncze ziarna gumy.

Nowe nawierzchnie często wymagają okresu docierania, zanim osiągną końcową wartość tarcia dynamicznego. Pozostałości środków rozdzielających stosowanych w produkcji znikają dopiero w trakcie użytkowania i czyszczenia. Również później wartość tarcia zależy od stanu utrzymania nawierzchni. Zabrudzenia i osady ją obniżają, natomiast regularne czyszczenie pozwala ją zachować.

Odporność na ścieranie określa, w jakim stopniu nawierzchnia przeciwstawia się ubytkowi powstającemu wskutek tarcia i ścierania, na przykład przez podeszwy obuwia, koła oraz piasek i zabrudzenia przemieszczane po powierzchni pod obciążeniem. Guma zużywa się inaczej niż materiał twardy. Jej powierzchnia sprężyście się odkształca, jest miejscowo rozciągana i ścinana przez przesuwający się element, a następnie odzyskuje kształt. Powtarzalne naprężenia z czasem powodują zmęczenie gumy, powstawanie drobnych pęknięć i odrywanie niewielkich cząstek z powierzchni. W nawierzchniach z granulatu gumowego ze spoiwem poliuretanowym znaczenie ma również połączenie ziaren. Spoiwo musi utrzymywać każde ziarno tak, aby podczas tarcia z powierzchni nie były wyrywane całe ziarna. Odporność na ścieranie jest zatem cechą całego układu, na który składają się guma, wielkość i kształt ziaren, udział oraz utwardzenie spoiwa, przyczepność między ziarnem a spoiwem i stopień zagęszczenia, a nie wyłącznie samej gumy.

Badanie według BS 7188 wykonuje się przy użyciu urządzenia Taber Abraser. Dwa znormalizowane koła ścierne poruszają się po próbce z ustaloną siłą docisku i prędkością obrotową przez określoną liczbę obrotów. Próbkę waży się przed i po każdym etapie badania, a miarą ścierania jest ubytek masy. Na podstawie etapów badania określonych w normie oblicza się wskaźnik ścieralności oraz współczynnik ścieralności. Pozwala to ocenić nie tylko ubytek w pierwszym etapie, lecz także to, czy wraz z dalszym obciążaniem ścieranie maleje, pozostaje na podobnym poziomie czy wzrasta.

Skala obejmuje poziomy od 1 do 5. Poziom 1 oznacza spełnienie wymagań BS 7188. Poziomy od 2 do 4 określają odpowiednio dobrą, wysoką i bardzo wysoką odporność na ścieranie. Poziom 5 jest najwyższym poziomem skali. Klasyfikację oparto na badaniach reprezentatywnych wyrobów, których wyniki poddano interpolacji. W użytkowaniu wysoki poziom oznacza, że powierzchnia przez długi czas zachowuje strukturę ziarnistą i wygląd przy ruchu pieszym, ruchu kół oraz wnoszeniu piasku.

Przepuszczalność wody określa ilość wody, która wnika w porowatą nawierzchnię i przesącza się przez jej strukturę. W nawierzchniach z granulatu gumowego ze spoiwem poliuretanowym woda nie przepływa przez samą gumę, ponieważ jest ona nieprzepuszczalna dla wody. Przemieszcza się natomiast przez otwarte, połączone ze sobą pory między ziarnami granulatu, zgodnie z działaniem grawitacji. Decydujący jest udział otwartych porów, ich wielkość oraz ciągłość połączeń. Grubsza frakcja i mniejsze ciśnienie prasowania tworzą większe kanały. Drobna frakcja oraz większe ciśnienie zawężają pory, aż do uzyskania płyty praktycznie nieprzepuszczalnej dla wody.

Pomiar według PN-EN 12616 określa prędkość przesiąkania wodą, czyli ilość wody przenikającej przez nawierzchnię w ciągu godziny w ustalonych warunkach badania. Wynik podaje się w mm/h. Wartość 1 mm/h odpowiada 1 litrowi wody na metr kwadratowy w ciągu godziny. Nawet intensywny deszcz dostarcza w tym samym czasie jedynie część ilości wody, którą może przepuścić nawierzchnia o wysokim poziomie na skali.

Skala obejmuje poziomy od 1 do 5. Poziom 1 oznacza prędkość przesiąkania wodą około 0 mm/h, a więc nawierzchnię praktycznie nieprzepuszczalną dla wody. Poziom 5 oznacza około 1 000 mm/h, czyli w przybliżeniu 1 000 litrów na metr kwadratowy w ciągu godziny. Klasyfikację oparto na badaniach reprezentatywnych płyt, a wyniki odniesiono do danego produktu metodą interpolacji.

Płyta jest tylko jednym elementem całego układu. Przy poziomach od 3 do 5 woda opadowa może przesączać się przez nawierzchnię z płyt, pod warunkiem że podsypka i podbudowa również mogą ją przyjąć oraz odprowadzić. Na nieprzepuszczalnym podłożu woda gromadzi się pod płytami. Powierzchnia powinna wtedy mieć spadek, który umożliwia spływ wody do odwodnienia, na przykład do kanalika drenażowego lub odpływu. Nawierzchnie o poziomach 1 i 2 są przeznaczone wyłącznie do wnętrz oraz powierzchni zadaszonych.

Z czasem przepuszczalność wody może się zmniejszać wskutek zatykania porów. Powodem może być nanoszony piasek, liście i drobny pył, a w przypadku mat stajennych także niewystarczające czyszczenie. Mycie wodą pomaga utrzymać pory drożne.

Odporność na poślizg określa, jak bezpiecznie można chodzić po nawierzchni w obuwiu, także wtedy, gdy jej powierzchnia jest mokra lub zabrudzona. Z fizycznego punktu widzenia zależy ona od tarcia między podeszwą a powierzchnią. Podczas chodzenia stopa jest przy każdym kroku stawiana pod kątem, a następnie odpycha się od podłoża. Pozostaje nieruchoma tylko wtedy, gdy siła tarcia przejmuje powstającą siłę styczną. Warstwa cieczy między podeszwą a powierzchnią zmniejsza tarcie, ponieważ przerywa ścisły kontakt obu powierzchni. Chropowata powierzchnia o otwartych porach przeciwdziała temu zjawisku. Jej nierówności wypierają ciecz w miejscach styku, a ciecz może wnikać do otwartych porów.

Norma PN-EN 16165 określa jednolite w Europie metody badania odporności na poślizg nawierzchni podczas chodzenia w obuwiu i boso. W Niemczech zastąpiła ona normę DIN 51130, przy czym znane klasy antypoślizgowości od R9 do R13 nadal obowiązują. W badaniu na równi pochyłej przeszkolona osoba badająca porusza się po nawierzchni zwilżonej olejem, który stanowi znormalizowaną ciecz badawczą. Nachylenie jest stopniowo zwiększane. Kąt, przy którym osoba badająca jeszcze akceptuje możliwość chodzenia, jest kątem akceptacji. Stanowi on miarę tarcia na zwilżonej powierzchni. Na powierzchni pochyłej tarcie statyczne musi co najmniej równoważyć siłę zsuwającą, która rośnie wraz z kątem nachylenia. Do klasy antypoślizgowości R10 należą średnie kąty akceptacji powyżej 10° i do 19° włącznie.

Nawierzchnie WARCO są zazwyczaj przypisane do klasy antypoślizgowości R10. W jej obrębie skala od 1 do 5 opisuje średni kąt akceptacji. Poziom 1 odpowiada wartości około 12°, a poziom 5 wartości około 17°. Klasyfikację oparto na badaniach reprezentatywnych płyt próbnych, przeprowadzonych jeszcze według DIN 51130, a ich wyniki interpolowano dla danego produktu. Odporność na poślizg uzupełnia tarcie dynamiczne klasy DS według PN-EN 14041, lecz obu wyników nie można bezpośrednio porównywać. Klasę DS wyznacza się na sucho z użyciem znormalizowanego elementu ślizgowego, natomiast klasę R na powierzchni zwilżonej olejem z udziałem idącej osoby.

Gęstość, frakcja i struktura granulatu kształtują charakter powierzchni. Wyższe ciśnienie prasowania powoduje jej wygładzenie, natomiast grubszy granulat tworzy powierzchnię bardziej chropowatą i o otwartych porach. Nowe nawierzchnie często wymagają okresu docierania, ponieważ pozostałości środka rozdzielającego z produkcji zanikają dopiero pod wpływem użytkowania i czyszczenia. Regularne czyszczenie pomaga zachować odporność na poślizg, a brud i osady ją obniżają.

Ciepło jest przenoszone trzema drogami: przez przewodzenie w materiale, przez konwekcję w powietrzu lub wodzie oraz przez promieniowanie. W przypadku nawierzchni decydujące znaczenie ma przede wszystkim przewodzenie, opisywane współczynnikiem przewodności cieplnej. Jego jednostką jest W/(m·K). Określa on ilość ciepła przepływającą w ciągu sekundy przez powierzchnię jednego metra kwadratowego warstwy o grubości jednego metra, przy różnicy temperatur jednego kelwina po obu jej stronach. Im niższa wartość współczynnika, tym słabiej dana warstwa przewodzi ciepło i tym lepiej ogranicza jego straty.

Lita guma ma przewodność cieplną około 0,13 do 0,18 W/(m·K). Nieruchome powietrze, którego wartość wynosi około 0,026 W/(m·K), przewodzi ciepło znacznie słabiej. Płyty z granulatu gumowego ze spoiwem poliuretanowym zawierają pory z uwięzionym powietrzem, dlatego przewodzą mniej ciepła niż lita guma. Zwykle im mniejsza gęstość i większy udział porów, tym niższa przewodność cieplna. Wilgoć obecna w porach może jednak ponownie podwyższać tę wartość. W produktach WARCO, zależnie od gęstości i struktury, wynosi ona około 0,07 do 0,14 W/(m·K).

O całkowitej izolacji termicznej decyduje nie tylko przewodność cieplna, lecz także grubość płyty. Opór cieplny jest ilorazem grubości i przewodności cieplnej, dlatego płyta dwukrotnie grubsza zapewnia dwukrotnie większy opór cieplny. Profilowana spodnia powierzchnia z kanałami drenażowymi albo wypustkami może dodatkowo utrzymywać pod płytą warstwę powietrza. Może ona dalej ograniczać przepływ ciepła do podłoża, o ile powietrze pozostaje nieruchome i suche. W punktach podparcia oraz w kanałach, przez które przepływa powietrze, ten efekt jest mniejszy.

Skala obejmuje poziomy od 1 do 5. Poziom 1 odpowiada przewodności cieplnej około 0,14 W/(m·K), a poziom 5 wartości około 0,07 W/(m·K). Wartości wynikają z pomiarów reprezentatywnych próbek i zostały interpolowane dla danego produktu. Dla porównania, materiały izolacyjne, takie jak polistyren ekstrudowany (XPS) lub wełna mineralna, osiągają przewodność cieplną około 0,03 W/(m·K).