Podział i rodzaje mieszanek mineralno-asfaltowych
Każda mieszanka mineralna jest zbiorem dobranych w odpowiednich
proporcjach składników kamiennych (grysów, miału, wypełniacza)
Mieszanki mineralne stosowane do wykonywania warstw asfaltowych
nawierzchni drogowych podzielono na 3 grupy:
- mieszanki typu makadamowego
- mieszanki typu betonowego
- mieszanki typu pośredniego
Podział mieszanek mineralnych ze względu na typ
BA – beton asfaltowy; SMA – mastyks grysowy; AL – asfalt lany;
CW – mieszanka o nieciągłym uziarnieniu do cienkich warstw; AP – asfalt piaskowy
Podział mieszanek mineralnych ze względu na proporcje używanych materiałów
Typ makadamowy
Cechą charakterystyczna typu makadamowego mieszanki jest sposób wbudowywania
i doboru materiałów. Mieszanki tego typu składają się z jednofrakcyjnych warstw kruszywa
układanych na sobie w kolejności od największej do najmniejszej „klinujących” się nawzajem.
Dobrym przykładem technologii asfaltowej na zimno, stosującej takie mieszanki jest
powierzchniowe utrwalanie. Czasami wykorzystuje się mieszaniny typu makadamowego do
wypełnienia ubytków powstałych w nawierzchniach. Konstrukcja nawierzchni typu
makadamowego jest podobna do konstrukcji nawierzchni tłuczniowej i polega na
zbudowaniu szkieletu o równomiernym uziarnieniu w każdej warstwie. Nawierzchnie tego
typu mają początkowo po wykonaniu znaczną ilość wolnych przestrzeni. Ilość ta pod
wpływem ruchu maleje, a nawierzchnia zmniejsza swą grubość i zagęszcza się dodatkowo.
Podczas zagęszczania następuje klinowanie się ziarn
Typ betonowy
Typ betonowy jest prawdziwą mieszanką różnych frakcji kruszywa o różnorodnym
uziarnieniu, równomiernie stopniowanym, gdzie ziarna mniejsze wypełniają wolne
przestrzenie między większymi ziarnami, podobnie jak ma to miejsce w betonie
cementowym. W tej chwili popularniejszą nazwą typu betonowego jest mieszanka mineralna
o ciągłym uziarnieniu. Mieszanka o ciągłym uziarnieniu jest mieszanką, w której następuje
stopniowy, ciągły przyrost zawartości poszczególnych składników, coraz grubszych frakcji.
Różnice mieszanek betonowych polegają na różnej zawartości poszczególnych kruszyw i
użytego lepiszcza. Zależnie od wzajemnego stosunku zawartości poszczególnych składników
wyróżnia się następujące rodzaje mieszanek mineralno-asfaltowych typu betonowego:
- beton asfaltowy
- asfalt lany
- asfalt piaskowy
Typ pośredni
Dzięki badaniom, doświadczeniom i rozwojowi (oraz przypadkom) poszerzył się
zakres mieszanek mineralnych stosowanych w drogownictwie. Pojawiły się mieszanki typu
pośredniego, których w żaden sposób nie udawało się zakwalifikować do żadnego z dwóch
poprzednich typów.
Typ pośredni, współcześnie przedstawiany jako mieszanka o nieciągłym uziarnieniu, to taka
mieszanka mineralna, w której pomiędzy ziarna o największym rozmiarze zmieszczą się
ziarna mniejsze w taki sposób, aby przestrzenie między nimi uzupełnić, ale nie rozepchnąć.
Tak skonstruowane mieszanki mineralne tworzą znane i coraz bardziej popularne u nas
mieszanki:
- SMA
- oraz bardzo szczególne mieszanki NU (o nieciągłym uziarnieniu) do tzw. cienkich warstw na
gorąco
Po dodaniu asfaltu do opisywanych wcześniej mieszanek mineralnych,
otrzymujemy mieszanki mineralno-asfaltowe.
Systematyka mieszanek mineralno-asfaltowych
Mieszanki min.-asf. można dzielić ze względu na:
- uziarnienie mieszanki mineralnej (typ makadamowy, betonowy, pośredni)
- konieczność zagęszczania (w procesie wbudowywania niektóre mieszanki wymagają użycia
walców, czyli zagęszczania, zaś inne, ze względu na swoją konsystencję zagęszczają się same)
- zawartość wolnej przestrzeni (struktura mieszanki)
(rozróżnia się 2 struktury MM-A:
zamkniętą (zawartośc wolnych przestrzeni 1,5÷4%) oraz częściowo zamkniętą (4,5÷8%))
- miejsce w nawierzchni itd.,itp.
(warstwa ścieralna, wiążąca oraz warstwa podbudowy zasadniczej)
Podział warstw bitumicznych konstrukcji nawierzchni
Warstwa ścieralna
Zadaniem warstwy ścieralnej jest nadanie nawierzchni drogowej cech
powierzchniowych (szorstkość, równość, komfort jazdy), jak również zabezpieczenie jej przed
czynnikami atm. Nie ma wątpliwości, że należy stosować wyłącznie mieszanki o strukturze
zamkniętej, szczelne (beton asfaltowy o strukturze zamk. oraz szczelne mieszanki o
nieciągłym uziarnieniu) jednocześnie gwarantujące uzyskanie wszystkich pozostałych
wymienionych cech umożliwiających dobrą pracę warstwy ścieralnej. Dlatego pomimo
niewątpliwej szczelności nie należy wybierać mastyksu asfaltowego lub asfaltu piaskowego
(wtedy warstwa ścieralna byłaby zbyt śliska).
Warstwa wiążąca
Zadaniem warstwy wiążącej jest przeniesienie naprężeń indukowanych w trakcie
obciążania nawierzchni do warstw położonych niżej. W tej warstwie bardzo często znajdują
się ekstrema naprężeń odpowiedzialnych za deformacje trwałe (koleinowanie). Najczęściej
stosuje się wtedy mieszanki o strukturze częściowo zamkniętej (betony asfaltowe) lub w
szczególnych przypadkach – zamkniętej np. SMA
Warstwa podbudowy zasadniczej
Najniższa bitumiczna warstwa nawierzchni stanowi fundament całej jej konstrukcji. Obecnie
stosuje się najczęsciej betony asfaltowe o strukturze częściowo zamkniętej, bardzo podobne
do stosowanych w w-wie wiążącej, zazwyczaj jednak o grubszym uziarnieniu (mieszanki do
31,5mm, a nawet grubsze).
PRZYKŁADY MIESZANEK STOSOWANYCH W W-ACH ŚCIERALNYCH:
- CIENKIE WARSTWY ŚCIERALNE „NA GORĄCO”
-
SMA – STONE MASTIC ASPHALT (MASTYKS GRYSOWY)
- ASFALT DRENAŻOWY (POROWATY)
- ASFALT MODYFIKOWANY MIAŁEM (GRANULATEM) GUMOWYM
- ASFALT SPIENIONY
CIENKIE WARSTWY ŚCIERALNE „NA GORĄCO”
Technologia wykonywania cienkich warstw „na gorąco”, choć znana w Polsce, nie jest
zbyt popularna wśród projektantów. Dokumenty, zalecenia i wytyczne opisujące temat
cienkich warstw „na gorąco”:
Ogólne Specyfikacje Techniczne (OST)
Zeszyt IBDiM nr 50
Cienka warstwa ścieralna „na gorąco” jest warstwą ścieralną nawierzchni o grubości
nie przekraczającej 3,5 cm.
Ze względu na grubość wyróżnia się:
- cienką warstwę - o gr. 2,5÷3,5 cm
- b. cienką warstwę - o gr. 1,5 ÷2,5 cm
- ultracienką warstwę - o gr. mniejszej niż 1,5cm
Cienką warstwę „na gorąco” wykonuje się z mieszanki mineralno-bitumicznej, wytwarzanej i
wbudowanej techniką na gorąco.
Zakres stosowania
Technologia cienkich warstw ścieralnych jest wyjątkowo użyteczna. Podstawowy zakres jej
stosowania wynika z możliwości regeneracji oraz napraw warstw ścieralnych nawierzchni
drogowych, zwłaszcza w następujących przypadkach:
- odnowienia cech powierzchniowych nawierzchni – szorstkości i szczelności
- ograniczeń możliwości zmiany niwelety drogi (skrajnia obiektu inż., krawężniki)
- konieczności zmniejszenia masy nawierzchni (np. na obiekcie inżynierskim)
SMA – STONE MASTIC ASPHALT (MASTYKS GRYSOWY)
SMA jest mieszanką mineralno-asfaltową zawierającą kruszywo o nieciągłym
uziarnieniu, o bardzo dużej zawartości frakcji grysowej, dużej zawartości wypełniacza i
lepiszcza. Niezbędnym składnikiem SMA jest stabilizator przeciwdziałający spływaniu
lepiszcza z kruszywa.
Skład SMA dzielimy na następujące części:
- szkielet grysowy (kruszywo grube)
- mastyks czyli asfalt, wypełniacz, kruszywo drobne i stabilizator
- wolne przestrzenie
ZALETY I WADY SMA
Zalety:
+ duża trwałość
+ duża odporność na deformacje, dzięki dużej zawartości grubych ziaren oraz silnemu
szkieletowi sklinowanych ziaren
+ zwiększona odporność na zmęczenie dzięki zwiększonej zawartości asfaltu
+ zwiększona odporność na zużycie pod ruchem dzięki obecności twardych ziaren grysowych
+ dobra makrotekstura powierzchni warstwy i zmniejszenie mgły wodnej generowanej
przez ruch pojazdów po mokrej nawierzchni
+ dobre właściwości przeciwhałasowe
Wady:
- śliskość powykonawcza jeśli nie stosuje się posypki z grysów lub piasku łamanego
- zwiększony o 10-20% koszt mieszanki w stosunku do betonu asfaltowego spowodowany
większą zawartością asfaltu, wypełniacza oraz stabilizatora (zwracają się w eksploatacji)
- ryzyko pojawienia się plam różnego typu, w przypadku popełnienia jakiegoś błędu na etapie
projektowania lub wykonywania SMA
ASFALT DRENAŻOWY (POROWATY)
Asfalt drenażowy (porowaty) to rodzaj mieszanki mineralno asfaltowej stosowanej do
górnych warstw konstrukcji nawierzchni (warstwy ścieralnej i czasem warstwy wiążącej).
Cechą charakterystyczną tej mieszanki jest znacznie zwiększona ilość wolnych przestrzeni w
stosunku do powszechnie stosowanego betonu asfaltowego. Zwykle zawartość wolnych
przestrzeni (porów) w asfalcie drenażowym wynosi ok. 20% lub więcej, natomiast w BA dla
warstwy ścieralnej jest ich od 3 do 5%. Uzyskiwane jest to dzięki wysokiej zawartości
grubego kruszywa oraz niskiej zawartości frakcji piaskowej i wypełniacza. W rezultacie
tworzą się połączone ze sobą wolne przestrzenie, które podczas deszczu pozwalają
nawierzchni pochłonąć wodę jak gąbka, przeciwdziałając powstawaniu kałuż.
Odprowadzenie wody opadowej z powierzchni odbywa się siecią mikrokanalików wprost do
systemu odwodnienia nawierzchni (tj. rowów lub drenażu pod konstrukcją nawierzchni).
Do
zalet nawierzchni z betonu asfaltowego porowatego należy również jego duża odporność na
deformacje trwałe, stabilność i właściwości przeciwpoślizgowe (większy współczynnik tarcia),
a to bezpośrednia cecha wpływająca na bezpieczeństwo ruchu. Podstawową wadą tego typu
nawierzchni o otwartej strukturze jest jej zanieczyszczanie się prowadzące do zatykania się
porów i zniwelowania podstawowych zalet, jakim jest odprowadzanie wody i redukcja
hałasu. Dlatego też nawierzchnia wymaga oczyszczania specjalnym sprzętem (wysokie
ciśnienie). Duża zawartość wolnych przestrzeni umożliwia łatwy dostęp powietrza,
przyspieszając proces starzenia się asfaltu, przez co trwałość takiej warstwy skraca się
.
Koszt
nawierzchni z asfaltu drenażowego jest wyższy niż z tradycyjnych mieszanek m-a. Przede
wszystkim z powodu potrzeby stosowania kruszyw o wysokiej odporności na polerowanie się
i rozgniatanie oraz potrzeby podwyższonej kontroli (jakość materiału, temperatura mieszanki
i otoczenia oraz wilgotność otoczenia) podczas wbudowywania. Także koszty utrzymania
zimowego ze względu na większe zużycie soli są wyższe niż dla nawierzchni tradycyjnych.
ASFALT SPIENIONY
Asfalt spieniony jest terminem określającym rodzaj technologii przy budowie
konstrukcji nawierzchni drogowej, a w szczególności przy przebudowie – naprawie istniejącej
konstrukcji. Jest to rodzaj stabilizacji, gdzie gorące spienione lepiszcze bitumiczne wiąże
istniejący lub dowieziony agregat granulowany, tworząc podatną warstwę konstrukcji
nawierzchni – podbudowę zasadniczą lub pomocniczą. Asfalt spieniony może być
wykonywany w technologii na miejscu lub w wytwórni. Asfalt spieniony jako lepiszcze, jest
wytwarzany przez wtrysk niewielkiej ilości zimnej wody (ok. 20°C) do gorącego asfaltu (160-
200°C) typu D150/200, który poprzez parującą wodę gwałtownie zwiększa swoją objętość
nawet 15-20 razy i tworzy delikatną pianę W tym stanie, który trwa ok. 1 min. lepiszcze
charakteryzuje się bardzo dużą powierzchnią właściwą, bardzo niską lepkością i jest
mieszane z zimnym i wilgotnym materiałem granulowanym. W połączeniu z drobnymi
częściami tworzy mastyks, który skutecznie wiąże mieszankę, pozostawiając grube ziarna
nieotoczone.
Do podstawowych zalet asfaltu spienionego można zaliczyć:
- możliwość recyklingu starych nawierzchni metodą na miejscu i w wytwórni
- możliwość stosowania lokalnych, nienajlepszej jakości kruszyw
- zwiększona wytrzymałość w stosunku do materiałów niezwiązanych
- sztywność porównywalna do stabilizacji cementem, lecz warstwa z asfaltu spienionego
jest podatna i mniej wrażliwa na przeciążenia, brak spękań skurczowych
- krótki czas wytwarzania wraz z wbudowaniem
- niższe koszty wytwarzania ze względu na mniejsze zużycie asfaltu (od 2-4%)
- ruch budowlany dopuszczony zaraz po wbudowaniu
Do ograniczeń technologii asfaltu spienionego można zaliczyć:
-
konieczność odpowiedniego uziarnienia agregatu, a w szczególności niskiej
zawartości najdrobniejszych części, które wpływają na ilość niezbędnego asfaltu
- specjalistyczny sprzęt