Wzmacnianie warstw asfaltowych kompozytami pozwala na skuteczne przeciwdziałanie powstawaniu zniszczeń w istniejących nawierzchniach. Praktyczne aspekty wzmacniania kompozytem wieloosiowym na przykładzie remontu drogi.
Omawiany odcinek drogi wojewódzkiej nr 626 to 34-kilometrowy fragment trasy w województwie mazowieckim, która rozpoczyna się w Makowie Mazowieckim i prowadzi w kierunku miejscowości Nowa Wieś, łącząc ze sobą drogę krajową nr 60 z drogą wojewódzką nr 544.
Inwestycja zakładała frezowanie istniejących warstw asfaltowych na głębokość ok. 5 cm i wykonanie nowej nakładki asfaltowej w postaci dwóch warstw: wiążącej AC16W PMB 25/55-60 o grubości 6cm oraz ścieralnej SMA 11S PMB o grubości 4 cm. Ponadto, na wskazanych kilku fragmentach odcinka remontowanej drogi, wykonano rozbiórkę starej i budowę nowej konstrukcji nawierzchni.
Mazowiecki Zarząd Dróg Wojewódzkich w Warszawie zdecydował się na rozwiązanie pozwalające na wykonanie nowej nakładki asfaltowej dodatkowo wzmocnionej kompozytem wieloosiowym Tensar AX5GN. Ostatecznie wbudowano ponad 115.000 mkw kompozytu, dostarczonego na potrzeby inwestycji w rolkach o szerokości 2,85 m. Realizacja inwestycji w dużej mierze w oparciu o proces instalacji kompozytu odbywała się od kwietnia do października 2023 r. Wykonawcą robót, wyłonionym w drodze przetargu, była firma Strabag Oddział w Chotumiu.
Zastosowanie kompozytu wieloosiowego Tensar AX5GN do zbrojenia pakietu nowych warstw asfaltowych pozwala na skuteczne przeciwdziałanie powstawaniu zniszczeń pojawiających się w istniejących warstwach asfaltowych, przez opóźnienie procesu propagacji spękań zmęczeniowych z istniejącej spękanej nawierzchni w górę, w kierunku nowych warstw asfaltowych, co wpływa pośrednio na wzrost trwałości zmęczeniowej nawierzchni. Pamiętać należy o tym, że prawidłowo dobrany i zainstalowany w warstwach asfaltowych kompozyt, musi spełniać określone funkcje, tj. funkcję zbrojeniową (R), rozpraszania naprężeń (STR) i bariery międzywarstwowej (B).
Kompozyt wieloosiowy składa się z:
– monolitycznego wieloosiowego polipropylenowego rusztu, który wzmacnia pakiet nowych warstw asfaltowych (m.in. dzięki wysokiemu profilowi żeber rusztu, stabilizuje szkielet mieszanki mineralno-asfaltowej uniemożliwiając ruch jej ziaren); teoretycznie ruszt zbroi, natomiast w praktyce stabilizuje ziarna grysowe mieszanki mineralno-asfaltowej,
– włókniny, która nasączona asfaltem pełni funkcję warstwy SAMI, umożliwiając nieznaczne przemieszczenia pomiędzy istniejącymi warstwami asfaltowymi i nową nakładką asfaltową.
Dzięki temu zastosowanie kompozytu wieloosiowego wpływa korzystnie na zwiększenie trwałości zmęczeniowej pakietu warstw asfaltowych, co zostało dodatkowo potwierdzone w obszernych badaniach zmęczeniowych [2].
Rekomendowaną emulsją asfaltową jest emulsja na bazie asfaltu modyfikowanego o dużej zawartości bitumu, jak np. C69 BP3 PU (emulsja stosowana do powierzchniowych utrwaleń PU). Dokładnie taki rodzaj emulsji nakładanej na sfrezowaną i oczyszczoną istniejącą nawierzchnię, został zastosowany podczas remontu drogi wojewódzkiej nr 626 w Makowie Mazowieckim.
Montaż kompozytu odbywa się przez ułożenie na warstwie niżej leżącej warstwy sczepnej w postaci emulsji asfaltowej w ilości niezbędnej do prawidłowego zamocowania kompozytu i pełnego nasycenia włókniny. Wymagana ilość oraz rodzaj emulsji zależy od powierzchni, na której układany jest kompozyt. W zależności od tego czy są to, istniejąca podbudowa betonowa, istniejące warstwy asfaltowe lub nowe warstwy asfaltowe – ilość sprysku emulsją może podlegać zmianom.
Prawidłowa instalacja kompozytu, czyli m.in. taka, która miała miejsce na odcinku remontowanej DW 626, wiąże się z koniecznością spełnienia długiej listy istotnych warunków, wśród których najważniejsze to:
1. odpowiednie przygotowanie podłoża pod ułożenie kompozytu, w tym przypadku istniejącej, sfrezowanej nawierzchni (sucha, czysta i odpylona powierzchnia),
2. układanie kompozytu przy odpowiednich warunkach pogodowych, tj. minimalna temperatura powietrza +10°C i brak deszczu,
3. zastosowanie odpowiedniego sprzętu do instalacji mechanicznej lub ręcznej:
– minimum to drążek prowadzący do mocowania rolki z łańcuchami do zaczepienia na haku skrapiarki lub koparko-ładowarki,
– najlepszym i najbardziej zaawansowanym rozwiązaniem jest zastosowanie specjalnego pojazdu, np. traktora z zamontowanym osprzętem do rozwijania rolki, napinaczami i szczotkami.
Dodatkowo konieczne jest, aby firma instalacyjna lub grupa montażowa były wyposażone co najmniej w: pistolet do wstrzeliwania kołków lub gwoździ (mocowanie do podłoża początku i końca pasma rolki), piłę tarczową do przycinania rolek (tylko wtedy, jeśli wymagane jest docinanie rolek na budowie do wymaganej szerokości pasma), dodatkowe naczynia napełnione emulsją asfaltową do wykonania dodatkowego ręcznego nałożenia warstwy sczepnej w miejscach, w których nie nastąpiło pełne sklejenie kompozytu z podłożem lub z sąsiednim pasmem kompozytu).
Konieczne są ograniczenia dla ruchu budowlanego i technologicznego na już ułożonym kompozycie do niezbędnego minimum (operatorzy kierujący pojazdami technologicznymi powinni unikać gwałtownego hamowania i przyspieszania oraz skręcania kół w miejscu; kierowcy pojazdów do przewozu mas bitumicznych powinni unikać całkowitego hamowania w czasie popychania przez rozściełacz). Pierwsza warstwa mieszanki mineralno-bitumicznej układana bezpośrednio na warstwie kompozytu powinna mieć grubość po zagęszczeniu nie mniejszą niż 60 mm.
Wszystkie powyżej wymienione oraz pozostałe szczegółowe wymagania są zamieszczone w instrukcji instalacji, która jest udostępniana każdorazowo wszystkim wykonawcom, pod-wykonawcom oraz firmom zajmującym się instalacją kompozytu asfaltowego [1].
Do kluczowych korzyści wynikających z zastosowania technologii kompozytów wieloosiowych należą:
1. Możliwość skutecznego zaimplementowania metody projektowej z uwzględnieniem wpływu kompozytu na nawierzchnię w obliczeniach i wykazania wzrostu trwałości zmęczeniowej, oraz/lub redukcji grubości pakietu bitumicznego.
2. Efektywność wzmocnienia w zakresie wydłużenia trwałości zmęczeniowej została udowodniona w badaniach laboratoryjnych (m. in. badania na PG Gdańsk [2]) oraz w ramach dotychczasowy realizacji na odcinkach dróg krajowych i zagranicznych.
3. Skuteczność działania kompozytu wieloosiowego jako warstwy przeciwspękaniowej jest związana z działaniem w ramach wszystkich trzech, pełnionych przez kompozyt, funkcji, tj. zbrojeniowej (R), rozpraszania naprężeń (STR) i bariery zabezpieczającej przed wnikaniem wody w głąb konstrukcji (B), zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 15381 [3].
4. Możliwość uzyskania warunku wymaganej wartości sczepności międzywarstwowej, badanej po czasie od momentu wbudowania kompozytu, co związane jest z pozytywnym wpływem dodatkowych czynników na uzyskanie połączenia międzywarstwowego, takich jak m.in. obciążenie ruchem.
5. Podejście z wykorzystaniem kompozytu pozwala na osiągnięcie znacznych oszczędności finansowych, wynikających z:
a. ewentualnego skrócenia czasu realizacji procesu remontu/przebudowy,
b. mniejszej liczby zabiegów utrzymaniowych w okresie eksploatacji nawierzchni,
c. zdecydowanie mniejszych środków finansowych przeznaczonych na remonty cząstkowe,
d. mniejszej liczby utrudnień (korki, objazdy, ruch wahadłowy, emisja dwutlenku węgla, itp.) w okresie eksploatacji.
6. Możliwość uzyskania znaczącej redukcji emisji dwutlenku węgla, na podstawie obliczeń w oparciu o kalkulator redukcji śladu węglowego.
7. Możliwość frezowania kompozytów oraz ich powtórnego wykorzystania wraz z destruktem asfaltowym w ramach procesu recyklingu.
8. Możliwość połączenia dwóch technologii przyjaznych środowisku, tj. mieszanki na ciepło typu WMA (obniżenie temperatury produkcji i wbudowania mieszanki m.-a.) w rozwiązaniach z kompozytami asfaltowymi (dodatkowe wydłużenie trwałości zmęczeniowej nakładki asfaltowej oraz/lub redukcja grubości pakietu asfaltowego).
mgr inż. Michał Gołos, Tensar Polska, SITK O/B-stok
Artykuł przygotowany na podstawie referatu wygłoszonego na XV Seminarium technicznym SITK Oddział Białystok pt. „Aktualne zagadnienia budownictwa komunikacyjnego”, Białowieża, 7-9 lutego 2024 r.
| Literatura: [1] Instrukcja instalacji kompozytu Tensar AX5-GN, IG/AX5-GN, 23 listopada 2020. [2] Poprawa trwałości zmęczeniowej warstw asfaltowych dzięki zastosowaniu zbrojenia kompozytem strukturalnym Tensar AX5-GN, Biuletyn informacyjny Tensar, IB/AX5-GN_Fatigie, 28 maja 2021. [3] PN-EN 15381 Geotekstylia i wyroby pokrewne. Wymagania w odniesieniu do wyrobów stosowanych w nawierzchniach i nakładkach asfaltowych. |
