ACWMS_Raport_koncowy

BAA

SP

Opra prof dr in mgr mgr mgr Kier

ADANIEASFALT(AC-W

PKANIAPO

acowali:

f. dr hab. i

n. Marek r in. Mariur in. ukar in. Dawirownik Ka

E WPYTOWEG

WMS) W A NISKOWSTA

n. Jzef Pszczoa usz Jacze

asz Mejunid Ry tedry Iny

YWU ZAGO O W

KONSTOTEMP

AWANIA

RA

Judycki

wski

n

ynierii Dro

Gda

Katedra Inul. G. Narutow80-233 Gdask

ASTOSOWYSOKIM

TRUKCJPERATUA DEFOR

APORT KO

O GeKrul00

autor kie

ogowej p

ask, listo

nynierii Dwicza 11/12 k

OWANIAM MODUJACH NUROWERMACJ

OCOWYpracowa

eneralna Drajowych . elazna

0848 WAR

erujcy

prof. dr ha

opad 2014

Drogowej Tel:Fax:

A WARSULE SZ

NAWIER I NA ZMI TRWA

ano na zl

Dyrekcja Di Autostra59 RSZAWA

b. in. Jz

58 347 13 4758 347 10 97

STW BEZTYWNORZCHNI MNIEJS

AYCH

lecenie:

Drg ad

zef Judyck

ETONU OCI NA

SZENIE

ki

3

Spis treci 1.WPROWADZENIE .................................................................................................. 7

1.1.PODSTAWAOPRACOWANIA.................................................................................................................................71.2.CELOPRACOWANIA...........................................................................................................................................71.3.ZAKRESPRACY..................................................................................................................................................9

1.3.1.Studialiteratury...................................................................................................................................91.3.2.Badanialaboratoryjne.........................................................................................................................91.3.3.Analizyiobliczenia.............................................................................................................................101.3.4.Badaniaterenowe..............................................................................................................................111.3.5.OcenaspkapodbudwzACWMSzim2012r.............................................................................111.3.6.Podsumowanieirekomendacje.........................................................................................................11

1.4.PODZIKOWANIA............................................................................................................................................112.DANE OGLNE ................................................................................................... 15

2.1.RYSHISTORYCZNYBETONUASFALTOWEGOOWYSOKIMMODULESZTYWNOCI............................................................152.2.DOWIADCZENIAFRANCUSKIE............................................................................................................................162.3.DOWIADCZENIABRYTYJSKIE.............................................................................................................................222.4.DOWIADCZENIAPOLSKIE.................................................................................................................................23

2.4.1.ZeszytIBDiMnr63(2002r.)[2.19]....................................................................................................242.4.2.ZeszytIBDiMnr70(2007r.)[2.23]....................................................................................................252.4.3.WymaganiaTechniczneWT2(2008r.)[2.28]..................................................................................272.4.4.WymaganiaTechniczneWT2(2010r.)[2.29]..................................................................................282.4.5.WymaganiaTechniczneWT2(2014r.)[2.16]..................................................................................30

2.5.DOTYCHCZASOWEDOWIADCZENIASTOSOWANIABETONWASFALTOWYCHOWYSOKIMMODULESZTYWNOCIWPOLSCEINAWIECIE.........................................................................................................................................................31

LITERATURADOROZDZIAU2...................................................................................................................................343.BADANIA LABORATORYJNE ............................................................................ 39

3.1.ZAKRESBADALABORATORYJNYCH.....................................................................................................................393.2.BADANEMATERIAY........................................................................................................................................41

3.2.1.Wstp.................................................................................................................................................413.2.2.Mieszankimineralnoasfaltowe.........................................................................................................41

3.3.BADANIACECHREOLOGICZNYCHIWYTRZYMAOCIOWYCHBETONWASFALTOWYCHKONWENCJONALNYCHIOWYSOKIMMODULESZTYWNOCIWNISKICHTEMPERATURACH...............................................................................................463.3.1.Badaniazginaniabelekzbetonuasfaltowegozestaprdkocideformacjiwniskich

temperaturach...................................................................................................................................463.3.2.Badaniazginaniabelekzbetonuasfaltowegopodstaymobcieniemwniskichtemperaturach

(testpezania)....................................................................................................................................563.3.3.Badaniemoduwsztywnociiwytrzymaociwmetodzieporedniegorozciganiawniskich

temperaturach...................................................................................................................................753.3.4.Badanialaboratoryjnewaciwocimechanikipkaniabetonwasfaltowychkonwencjonalnychio

wysokimmodulesztywnociwniskichtemperaturach.....................................................................833.3.5.Badanialaboratoryjnenapretermicznychoraztemperaturypkniciawywoanychpodczas

ozibianiawbetonieasfaltowymkonwencjonalnymiowysokimmodulesztywnociwedugmetodyTSRST(testnapretermicznychwutwierdzonejprbce)...............................................................96

4

3.4.BADANIAWACIWOCILEPKOSPRYSTYCHBETONWASFALTOWYCHKONWENCJONALNYCHIOWYSOKIMMODULESZTYWNOCIWWYSZYCHTEMPERATURACH......................................................................................................1073.4.1.Badanieodpornocinakoleinowaniebetonwasfaltowychkonwencjonalnychiowysokimmodule

sztywnoci........................................................................................................................................1073.4.2.Badaniepezaniastatycznego..........................................................................................................1113.4.3.Badaniewaciwocilepkosprystychbetonwasfaltowychkonwencjonalnychiowysokimmodule

sztywnociwwyszychtemperaturachwwarunkachobciepowtarzalnych..............................1183.4.4.Badanialaboratoryjnemoduwsztywnociwmetodzieporedniegorozciganiawwysokich

temperaturach.................................................................................................................................1403.5.WNIOSKIZBADALABORATORYJNYCHDOTYCZCEZACHOWANIASIBETONUASFALTOWEGOOWYSOKIMMODULE

SZTYWNOCI.................................................................................................................................................1423.5.1.Badaniawniskichtemperaturach...................................................................................................1423.5.2.Badaniawwysokichtemperaturach................................................................................................145

3.6.LITERATURADOROZDZIAU3..........................................................................................................................1464.ANALIZY I OBLICZENIA ................................................................................... 151

4.1.CELIZAKRESANALIZIOBLICZE........................................................................................................................1514.2.OCENARODZAJUFUNKCJONALNEGOASFALTWSTOSOWANYCHDOBETONWASFALTOWYCHOWYSOKIMMODULE

SZTYWNOCIACWMSIBETONWASFALTOWYCHKONWENCJONALNYCHAC(PERFORMANCEGRADES)IICHPRZYDATNOCIWWARUNKACHKLIMATYCZNYCHPOLSKIWEDUGMETODYSUPERPAVE..............................................1524.2.1.OcenarodzajufunkcjonalnegoPGasfaltwstosowanychdobetonwasfaltowychowysokim

modulesztywnociACWMSorazdobetonwasfaltowychkonwencjonalnychAC........................1524.2.2.AnalizawarunkwtemperaturowychwPolsce...............................................................................157

4.3.ANALIZANAPRETERMICZNYCHWWARSTWACHASFALTOWYCHNAWIERZCHNIWOKRESIEOZIBIANIAWNISKICHTEMPERATURACHZIMOWYCH...........................................................................................................................1704.3.1.AnalizatemperaturnawierzchniasfaltowychwokresiezimowymwPolscenapodstawiedanychz

wybranychstacjimeteorologicznych...............................................................................................1704.3.2.Metodyobliczanianapretermicznychwwarstwachasfaltowych.............................................1804.3.3.Wspczynnikliniowejrozszerzalnocitermicznej...........................................................................1804.3.4.ObliczenianapretermicznychwedugmetodyquasisprystejHillsaiBriena..........................1814.3.5.Obliczeniawedugmetodyopartejoteorilepkosprystoci........................................................1904.3.6.PorwnaniewynikwmetodyHillsaiBrienaimetodyopartejoteoriliniowejlepkosprystocidla

przypadkuprdkocichodzeniaVT=10C/h(przypadekskrpowanegoprta)...............................2024.3.7.PorwnaniewynikwobliczezwynikamibadanapretermicznychwedugmetodyTSRST...2054.3.8.Ocenabetonwasfaltowychowysokimmodulesztywnocinapodstawiewynikwoblicze

napretermicznych......................................................................................................................2084.4.OCENAMODUWSZTYWNOCIICZASWRELAKSACJIBETONWASFALTOWYCHKONWENCJONALNYCHIOWYSOKIMMODULE

SZTYWNOCI.................................................................................................................................................2094.5.ANALIZALEPKOSPRYSTAKONSTRUKCJINAWIERZCHNIZWARSTWAMIZBETONUASFALTOWEGOKONWENCJONALNEGOIO

WYSOKIMMODULESZTYWNOCIWWARUNKACHWYSZYCHTEMPERATURLETNICH....................................................2124.5.1.Celanalizy........................................................................................................................................2124.5.2.Zakresanaliz....................................................................................................................................2124.5.3.MetodaanalizyiopisprogramuVEROAD........................................................................................2134.5.4.Konstrukcjenawierzchniprzyjtedoanalizy....................................................................................2174.5.5.Maksymalnetemperaturynawierzchniasfaltowychwokresieletnim............................................2184.5.6.Rozkadytemperaturprzyjtedooblicze.......................................................................................2304.5.7.Parametrymateriaowewarstwkonstrukcyjnych...........................................................................2344.5.8.Okreleniesposobuobcienianawierzchni....................................................................................2354.5.9.Wynikioblicze................................................................................................................................2354.5.10. Wnioskizprzeprowadzanychobliczeianaliz..........................................................................240

5

Literaturadorozdziau4............................................................................................................................2405.BADANIA TERENOWE ...................................................................................... 245

5.1.ZAKRESBADATERENOWYCH..........................................................................................................................2455.2.INFORMACJEOODCINKACHDRGWYTYPOWANYCHDOBADATERENOWYCH...........................................................2465.3.WIZUALNAOCENASTANUTECHNICZNEGODRGZZASTOSOWANYMIMIESZANKAMIACWMSIZKONWENCJONALNYMI

MIESZANKAMIAC.........................................................................................................................................2505.3.1.Metodykaocenywizualnej..............................................................................................................2505.3.2.Wynikiprzeprowadzonejocenywizualnej.......................................................................................2525.3.3.AnalizastatystycznaliczbyspkaniskotemperaturowychnadrogachzmieszankamiACWMSiz

konwencjonalnymimieszankamiACwoparciuowynikobserwacjiz2014roku............................2645.4.MODUYSZTYWNOCIACWMSOBLICZONENAPODSTAWIEBADAFWD..............................................................270

5.4.1.Pomiaryugi..................................................................................................................................2705.4.2.Ocenawsppracypknicia............................................................................................................2725.4.3.Modupowierzchniowybadanychnawierzchni...............................................................................2735.4.4.Moduywarstwasfaltowych,podbudowyiulepszonegopodoagruntowego..............................2745.4.5.OcenauginawierzchniiobliczonychmoduwsztywnociACWMS...........................................277

5.5.PODSUMOWANIEBADATERENOWYCH.............................................................................................................2786.SPKANIA PODBUDW Z AC WMS ZIM 2012 R. W POLSCE ..................... 281

6.1.CELIZAKRESBADA......................................................................................................................................2816.2.PROJEKTKONSTRUKCJINAWIERZCHNIIPODSTAWOWEWYMAGANIAWODNIESIENIUDOACWMS...............................2826.3.BADANIATERENOWE.....................................................................................................................................283

6.3.1.Inwentaryzacjaniskotemperaturowychspkapoprzecznych........................................................2846.3.2.OcenawizualnajednorodnocipowierzchnizACWMS...................................................................2876.3.3.Odwiertyiodkrywki.........................................................................................................................2896.3.4.Podsumowaniebadaterenowych..................................................................................................290

6.4.BADANIALABORATORYJNE..............................................................................................................................2916.5.ANALIZAPRZYCZYNPOWSTANIASPKANAWIERZCHNI.........................................................................................293

6.5.1.Analizatemperaturpowietrzainawierzchni...................................................................................2936.5.2.OcenaPerformanceGrade(PG)zastosowanegoasfaltuiwymaganejtemperaturykrytycznejdla

rejonubudowanejautostradyA1....................................................................................................2956.5.3.ZwizekpomidzyjednorodnociwarstwACWMSailocispkaniskotemperaturowych.......2966.5.4.ObliczenianapretermicznychwwarstwachACWMSiporwnawczowwarstwachAC...........298

6.6.WNIOSKI.....................................................................................................................................................3007.PODSUMOWANIE I REKOMENDACJE ............................................................ 305

7

1. Wprowadzenie Autor rozdziau 1: Prof. dr hab. in. Jzef Judycki 1.1. Podstawa opracowania

Niniejszy raport stanowi sprawozdanie z prac badawczych wykonanych w Katedrze Inynierii Drogowej Wydziau Inynierii Ldowej i rodowiska Politechniki Gdaskiej na zlecenie Generalnej Dyrekcji Drg Krajowych i Autostrad w Warszawie, w ramach umowy Nr 3096/2011 z dnia 18.11.2011 r.

1.2. Cel opracowania

W latach 1995-2005 na wielu polskich drogach wystpiy liczne i gbokie koleiny, ktre utrudniay ruch samochodowy. Odpowiedzi na wystpienie problemu kolein byy remonty nawierzchni, zmiany specyfikacji na mieszanki mineralno-asfaltowe, poprawa metod bada i projektowania mieszanek, a take wprowadzenie do stosowania twardszych asfaltw. Poprzednio do nawierzchni w Polsce stosowano powszechnie asfalty o penetracji 70, ktre zastpiono asfaltami 50/70 do warstw cieralnych i 35/50 do warstw wicych i do podbudw. Zaczto take powszechnie stosowa asfalty modyfikowane do warstw cieralnych. Obawy o deformacje nawierzchni asfaltowych spowodoway, e przy budowie drg o najwikszym obcieniu ruchem od 2002 roku stopniowo zaczto wprowadza do podbudw i warstw wicych betony asfaltowe o wysokim module sztywnoci oznaczane jako AC WMS. Intensyfikacja zastosowa AC WMS w Polsce nastpia w latach 2008 2010, kiedy zostay one uyte na prawie wszystkich nowobudowanych autostradach, drogach ekspresowych i drogach krajowych.

Beton asfaltowy o wysokim module sztywnoci powsta w latach 80 XX wieku we Francji i nazywany jest tam w skrcie AC-EME, od francuskiej nazwy Enrob a Module leve. AC-EME jest we Francji jedn ze standardowych mieszanek mineralno-asfaltowych. Mieszanki typu AC-EME maj podstawow zalet w postaci duej odpornoci na koleinowanie w okresie gorcego lata. Z tego powodu intensywne prace badawcze nad przystosowaniem tych mieszanek do warunkw lokalnych byy prowadzone w wielu krajach wiata.

Wrd polskich specjalistw od pocztku stosowania AC WMS trway dyskusje, czy decyzja o wprowadzeniu w Polsce betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci jest uzasadniona. Wyraane byy obawy, e w podbudowach z AC WMS z twardymi asfaltami, o penetracji rzdu 20/30, wystpi spkania niskotemperaturowe i odbij si one w warstwach cieralnych. Beton asfaltowy o wysokim module sztywnoci powsta i stosowany jest we Francji. We Francji klimat jest jednak bardziej agodny i w okresie zimy wystpuj tam temperatury duo wysze ni w Polsce.

8

W lutym 2012 roku, gdy temperatura powietrza w dzie spada w wielu regionach Polski do okoo -10oC, a w nocy do okoo -20oC i utrzymywaa si na takim poziomie przez okoo dwa tygodnie wystpio bardzo duo spka poprzecznych na nowo wybudowanych podbudowach i warstwach wicych autostrad, w ktrych zastosowano AC WMS. Popkay nowe warstwy AC WMS wbudowane latem i jesieni w roku 2011, ktre pozostawiono bez przykrycia warstwami cieralnymi z SMA na zim. Problem licznych spka poprzecznych nowych warstw asfaltowych zaskoczy oraz zbulwersowa rodowisko drogowcw i zosta bardzo mocno nagoniony przez media. Spkania niskotemperaturowe nowych warstw asfaltowych wykonywanych z konwencjonalnych materiaw nigdy przedtem nie wystpiy zim na tak du skal. Ponadto autostrady budowano przy ogromnych wydatkach finansowych, a specyfikacje techniczne stawiay wobec nich bardzo wysokie wymagania.

Lokalizacja Polski warunkuje wikszy wpyw klimatu kontynentalnego, charakteryzujcego si w znacznej czci kraju stosunkowo niskimi temperaturami zim i do wysokimi temperaturami latem. Istotne jest wic rozwaenie dwch aspektw: odpornoci nawierzchni asfaltowych na spkania niskotemperaturowe zim i odpornoci na powstawanie kolein latem, co stanowio cel tej pracy. Celem niniejszej pracy byo:

a) Przeprowadzenie bada nad moliwoci powstawania spka niskotemperaturowych w okresie zimowym w nawierzchniach drogowych z warstwami betonu asfaltowego o wysokim module sztywnoci AC WMS.

b) Przeprowadzenie bada wpywu zastosowania warstw z betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci AC WMS na zmniejszenie deformacji trwaych powstajcych w wyszych temperaturach letnich w nawierzchniach asfaltowych.

Pierwszy z tych celw jest podstawowy w rozwaanym przypadku. Jemu te powicono najwicej bada, analiz i obserwacji. Jeeli chodzi o cel drugi to korzystny wpyw AC WMS na zapobieganie powstawaniu kolein jest oczywisty. Ale pytanie jakie postawiono w niniejszych badaniach jest wane praktycznie. Zapytano bowiem jak due s rnice w zachowaniu si nawierzchni z betonu asfaltowego konwencjonalnego i o wysokim module sztywnoci pod obcieniem przez ruch w warunkach wyszych temperatur dodatnich latem. Czy rzeczywicie konieczne jest stosowanie betonu asfaltowego o wysokim module sztywnoci, aby zapobiec koleinom? Pytanie to jest wane, biorc pod uwag zwikszone ryzyko spka niskotemperaturowych przy stosowaniu AC WMS.

9

1.3. Zakres pracy

Prace badawcze trway trzy lata, od listopada 2011 r. do listopada 2014 r., i objy: a) studia literatury, b) badania laboratoryjne, c) analizy i obliczenia, d) badania terenowe, e) ocen spka podbudw z AC WMS zim 2012 r, f) wnioski.

1.3.1. Studia literatury

Studia literatury objy wytyczne techniczne polskie i zagraniczne dotyczce AC WMS, w tym gwnie francuskie, artykuy w prasie technicznej polskiej i zagranicznej dotyczce mieszanek AC WMS, problemu spka niskotemperaturowych i powstawania deformacji trwaych. Istotnym elementem studiw byy zarwno aspekty praktyczne, jak i teoretyczne dotyczce badanych zagadnie. Studia literatury przedstawiono czciowo w rozdziale 2, ale take we wszystkich kolejnych rozdziaach, jakich te studia dotyczyy. 1.3.2. Badania laboratoryjne

Badania laboratoryjne byy bardzo obszerne i trway trzy lata. Zgodnie z celem pracy mona je podzieli na dwie grupy zagadnie:

a) badania odpornoci mieszanek mineralno-asfaltowych na spkania niskotemperaturowe,

b) badania odpornoci mieszanek mineralno-asfaltowych na deformacje trwae. W kadym przypadku badano dla porwnania betony asfaltowe konwencjonalne AC i betony asfaltowe o wysokim module sztywnoci AC WMS. Badano nie tylko wpyw rodzaju mieszanki (AC i AC WMS), ale take wpyw typu zastosowanego lepiszcza asfaltowego (asfaltw drogowych zwykych, modyfikowanych i wielorodzajowych). Rnicowano take rodzaje asfaltw, od asfaltw bardziej mikkich 50/70 do asfaltw twardych 20/30. Jeeli chodzi o spkania niskotemperaturowe to nie ma obecnie w wiecie w tym zakresie jednolitej, zunifikowanej i powszechnie uznanej metody badawczej. W zwizku z tym w niniejszej pracy stosowano rnorodne metody bada mieszanek w niskich temperaturach:

a) Dwa typy bada nienormowych byy oparte na metodzie opracowanej wczeniej oryginalnie na Politechnice Gdaskiej. Jest to metoda badania belek z betonu asfaltowego poddanych obcieniom staym lub obcieniom wolnozmiennym. Badania przy obcieniach wolnozmiennych pozwalay na okrelenie cech wytrzymaociowych i moduu w niskich temperaturach. Badania przy obcieniach staych pozwalay przy zastosowaniu teorii lepkosprystoci okrela podstawowe cechy reologiczne mieszanek w

10

niskich temperaturach. Cechy reologiczne zostay wykorzystane do obliczania napre termicznych w nawierzchniach.

b) Oprcz zginania belek stosowano badania normowe przy obcieniach powtarzalnych w warunkach poredniego rozcigania. Jest to znana metoda bada w aparacie Nottingham Asphalt Tester (NAT), pozwalajca na ocen normow moduw sztywnoci.

c) Po raz pierwszy w Polsce do oceny odpornoci na spkania niskotemperaturowe zastosowano nienormow metod mechaniki spka. Jej zastosowanie miao charakter bada wstpnych, ale bardzo dobrze zrnicowao badane materiay. Metoda mechaniki spka daa obiecujce rezultaty wskazujce na konieczno rozwijania w Polsce tej metody bada.

d) Wszystkie podstawowe mieszanki przebadano wedug normowego badania w aparacie Thermal Stress Restrained Specimen Test (TSRST), czyli w tecie badania napre termicznych w skrpowanej prbce wykonanej z mieszanki mineralno-asfaltowej, w celu wyznaczenia temperatury pknicia przy ozibianiu ze sta prdkoci 10oC/h.

Jeeli chodzi o wysokie temperatury i odporno na deformacje trwae to przeprowadzono nastpujce badania mieszanek mineralno-asfaltowych:

a) Badania normowe koleinowania w koleinomierzu. b) Badania nienormowe waciwoci lepkosprystych przy pezaniu prbek

cylindrycznych w warunkach staych obcie przy ciskaniu prostym. c) Badania nienormowe waciwoci lepkosprystych przy obcieniach

krtkotrwaych, powtarzalnych prbek cylindrycznych przy ciskaniu prostym. Wyniki tych ostatnich bada zostay wykorzystane do analizy konstrukcji nawierzchni z warstwami AC i AC WMS wedug teorii wielowarstwowej pprzestrzeni lepkosprystej z wykorzystaniem programu komputerowego VEROAD. 1.3.3. Analizy i obliczenia

Na pocztku przeprowadzono analiz warunkw klimatycznych w Polsce, aby oceni czy twarde asfalty stosowane do AC WMS mog by zaakceptowane wedug metody SUPERPAVE. Nastpnie wykonano obliczenia napre termicznych powstajcych podczas ozibiania warstw asfaltowych zim, w zalenoci od tego jaki materia zosta uyty do wykonania warstwy (AC lub AC WMS) i jaki by rodzaj lepiszcza asfaltowego. Obliczenie napre termicznych w niskich temperaturach ma znaczenie podstawowe przy analizie spka niskotemperaturowych. Zastosowano w tym wzgldzie dwie metody, pseudo-spryst i lepkospryst. Metoda lepkosprysta, znana gownie w USA, zostaa zastosowana po raz pierwszy w Polsce. Jest bardzo skomplikowana i wymagaa wielkiego nakadu pracy przy jej wdroeniu i bardzo obszernych bada laboratoryjnych cech lepkosprystych. Do obu metod wykorzystano wyniki bada laboratoryjnych. Obliczone naprenia porwnano ze

11

zmierzonymi w tecie TSRST (test badania napre termicznych w skrpowanej prbce wykonanej z mieszanki mineralno-asfaltowej). Kolejnym elementem bya analiza lepkosprysta konstrukcji nawierzchni, do ktrej wykorzystano wyniki bada cech lepkosprystych. Celem tej analizy byo okrelenie trwaych deformacji konstrukcji nawierzchni w okresie letnim, w zalenoci od tego jaki materia zostanie uyty (AC lub AC WMS). 1.3.4. Badania terenowe

Badania terenowe polegay na ocenie iloci spka niskotemperaturowych i deformacji trwaych, jakie powstay w nawierzchniach wykonanych przy uyciu betonu asfaltowego o wysokim module sztywnoci AC WMS oraz betonu asfaltowego konwencjonalnego AC. Obserwacje przeprowadzono w latach 2012, 2013 i 2014 na wielu drogach w Polsce, w rnych rejonach klimatycznych i w rnym wieku, praktycznie na wikszoci odcinkw, gdzie wbudowano beton asfaltowy o wysokim module sztywnoci AC WMS i na ssiednich odcinkach porwnawczych, wykonanych z betonu asfaltowego konwencjonalnego AC. Uwzgldniono takie czynniki jak rodzaj mieszanki w warstwie wicej i podbudowie (AC WMS i AC), typ asfaltu (zwyky i modyfikowany), rodzaj asfaltu pod wzgldem twardoci i wiek nawierzchni. Przeprowadzono analiz statystyczn wynikw obserwacji. Ponadto okrelono sztywno warstw asfaltowych konwencjonalnych i AC WMS wedug metody FWD. Dokonano oceny wsppracy na spkaniach nawierzchni na podstawie ugi nawierzchni. 1.3.5. Ocena spka podbudw z AC WMS zim 2012 r. Przedstawiono krtki opis spka jakie wystpiy w podbudowach z AC WMS w lutym 2012 roku na nowowybudowanych autostradach w Polsce, gdy temperatura powietrza w dzie spada w wielu regionach Polski do okoo -10oC, a w nocy do okoo -20oC i utrzymywaa si na takim poziomie przez okoo dwa tygodnie. Popkay wtedy nowe warstwy AC WMS wbudowane latem i jesieni w roku 2011, ktre pozostawiono bez przykrycia warstwami cieralnymi z SMA na zim. Przedstawiono wyniki bada i ocen przyczyn tych spka. 1.3.6. Podsumowanie i rekomendacje

Na zakoczenie pracy przedstawiono podsumowanie bada i rekomendacje praktyczne dla Generalnej Dyrekcji Drg Krajowych i Autostrad.

1.4. Podzikowania Autorami niniejszych bada byli pracownicy Katedry Inynierii Drogowej Politechniki Gdaskiej: prof. Jzef Judycki kierownik zespou badawczego, dr in. Marek Pszczoa, mgr in. Mariusz Jaczewski, mgr in. ukasz Mejun i mgr in. Dawid Ry. W wikszoci prac laboratoryjnych uczestniczyli laboranci z Laboratorium Drogowego przy Katedrze Inynierii Drogowej Politechniki Gdaskiej. Niektre

12

badania laboratoryjne wykonali take studenci w ramach prac dyplomowych magisterskich: mgr in. Anna Kuczko, mgr in. Bartosz Ossowski, mgr in. Maciej Stachowicz. W organizacji bada laboratoryjnych uczestniczy dr in. Bohdan Doycki w wczesnym czasie Kierownik Laboratorium Drogowego. W opracowaniu niektrych rozdziaw, w ostatniej fazie pracy uczestniczyli inni pracownicy Katedry, poza gwnymi autorami raportu. Dr in. Piotr Jaskua opracowa podrozdzia 5.4. Moduy sztywnoci AC WMS obliczone na podstawie bada FWD. Mgr in. Cezary Szydowski jest wspautorem rozdziau 3.3.4. Badania laboratoryjne waciwoci mechaniki pkania betonw asfaltowych konwencjonalnych i o wysokim module sztywnoci w niskich temperaturach. Rozdzia 6 Spkania podbudw z AC WMS zim 2012 r. w Polsce jest nieco zmodyfikowanym tumaczeniem na jzyk polski artykuu p.t. Investigation of low-temperature cracking in newly constructed high modulus asphalt concrete base course of a motorway pavement przygotowanego przez zesp w skadzie Jzef Judycki, Piotr Jaskua, Bohdan Doycki, Marek Pszczoa, Mariusz Jaczewski, Dawid Ry, Marcin Stienss na konferencj European Asphalt Pavement Association w Sztokholmie w 2015 r. Jest to wynik prac badawczych wymienionego zespou autorw. Tumaczenia i opracowania redakcyjnego dokona dr in. Marcin Stienns. W analizie statystycznej podanej w podrozdziale 5.3.3. Analiza statystyczna liczby spka niskotemperaturowych na drogach z mieszankami AC WMS i z konwencjonalnymi mieszankami AC w oparciu o wyniki obserwacji z 2014 roku uczestniczyli doktoranci z Wydziau Fizyki i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdaskiej mgr in. Micha Maj i mgr in. Mariusz Liksza. Poszczeglne rozdziay niniejszego raportu przeczytali i nanieli cenne uwagi nastpujcy pracownicy Katedry Inynierii Drogowej Politechniki Gdaskiej: dr in. Piotr Jaskua, dr in. Bohdan Doycki, dr in. Marcin Stienns i mgr in. Cezary Szydowski. Badania spka niskotemperaturowych w aparacie TSRST (test napre termicznych w skrpowanej prbce) przeprowadzono w Karlsruher Institut fr Technologie w Karlsruhe w Niemczech na zlecenie Politechniki Gdaskiej. Autorzy tego raportu dzikuj wszystkim wyej wymienionym za pomoc w powstaniu tego opracowania. Badania terenowe nonoci FWD nawierzchni z warstwami konwencjonalnego betonu asfaltowego AC i betonu asfaltowego o wysokim module sztywnoci AC WMS wykonao Laboratorium Drogowe przy Oddziale GDDKiA w Biaymstoku, dziki yczliwej wsppracy Pana Dyrektora Adama Glinickiego, za co autorzy raportu s bardzo wdziczni.

13

Szczeglne podzikowania kierujemy do Generalnej Dyrekcji Drg Krajowych i Autostrad za zlecenie i finansowanie bada w ramach niniejszej pracy. Bez wkadu i zaangaowanie GDDKiA raport ten by nie powsta. Jestemy szczeglnie wdziczni GDDKiA za pomoc, poniewa w wyniku przeprowadzonych bada nie tylko powsta niniejszy raport, ale take zgromadzono wikszo materiaw do dwch rozpraw doktorskich: mgr in. Mariusza Jaczewskiego i mgr in. ukasza Mejuna otwartych na Politechnice Gdaskiej.

15

2. Dane oglne Autorzy rozdziau 2: mgr in. Mariusz Jaczewski, dr in. Piotr Jaskua. 2.1. Rys historyczny betonu asfaltowego o wysokim module sztywnoci Mieszanki mineralno-asfaltowe o wysokim module sztywnoci do warstw podbudowy znane jako Enrob Module lev (EME) zostay po raz pierwszy zastosowane na pocztku lat 80-tych ubiegego stulecia we Francji [2.5], pod nazw GBTHP (Grave Bitume a Tres Hautes Performances). Wysoki modu sztywnoci tych mieszanek pozwala na redukcj gruboci warstwy podbudowy od 20 do 30% w porwnaniu do klasycznych mieszanek stosowanych we Francji. Mieszanki EME projektowane s przy pomocy specjalistycznych bada laboratoryjnych, tzw. bada funkcjonalnych (eksploatacyjnych), pomijajc metod Marshalla. Dobre waciwoci rozkadu obcie uzyskano dziki zastosowaniu twardych asfaltw o niskiej penetracji w zakresie 10 do 35 j. pen. oraz odpowiednio dobranej mieszance mineralnej. Aby osign wysok stabilno i waciwe zagszczenie mieszanki tego typu konieczne byo zastosowanie bardzo cikich walcw ogumionych o masie do 45 ton. Pocztkowe zastosowania mieszanek EME ograniczay si do remontowanych oraz wzmacnianych konstrukcji nawierzchni. Rozwj mieszanek z wykorzystaniem asfaltw twardych zosta przypieszony przez kryzys paliwowy z lat 80-tych ubiegego wieku. Celem bya moliwo wykorzystania materiaw o gorszych parametrach (twarde asfalty oraz kruszywa lokalne) do produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych wykorzystywanych do budowy nowych drg. Mieszanki takie musiay spenia identyczne kryteria jak dotychczas stosowane typowe betony asfaltowe. Pierwszym poradnikiem projektowym dopuszczajcym uycie mieszanek mineralno-asfaltowych o wysokim module sztywnoci by "SCETAUROUTEs Manual of Pavement Design for Motorways" wydany w roku 1994 [2.6]. Mieszanka EME stosowana bya jako podbudowa w dwch typach nawierzchni: jako podbudowa zasadnicza na podbudowie pomocniczej z kruszywa niezwizanego oraz jako podbudowa dwuwarstwowa (zasadnicza oraz pomocnicza). Obecnie obowizujcy francuski katalog typowych konstrukcji nawierzchni z 1998 roku [2.4] dopuszcza stosowanie mieszanek o wysokim module sztywnoci EME jako podbudow dwuwarstwow (zasadnicz oraz pomocnicz). Warstwa wierzchnia nawierzchni (jedno lub najczciej dwuwarstwowa) dobierana jest wedug oddzielnej procedury. Wedug obecnego francuskiego katalogu typowych konstrukcji nawierzchni, konstrukcje z podbudowami z EME maj warstwy asfaltowe od 18 do 30% ciesze od ukadw z warstwami z konwencjonalnego betonu asfaltowego

16

W przypadku zastosowania do podbudowy EME, jako warstwy wierzchnie (pakiet jednej lub dwch warstw) stosuje si gwnie bardzo cienkie warstwy cieralne, znane we Francji oraz w Polsce pod nazw BBTM (fr. Bton Bitumineux Tres Mince), warstwy drenaowe BBDr, a w przypadku wystpowania dolnej warstwy stosuje si gruboziarnisty beton asfaltowy BBSG (fr. Beton Bitumineux Semi-Grenu) lub niecigy beton asfaltowy BBM. Grne warstwy maj na celu zapewnienie odpowiednich waciwoci antypolizgowych projektowanych konstrukcji nawierzchni. Projektowanie betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci we Francji do czasw harmonizacji europejskich norm przedmiotowych opierao si o krajow norm NF P 98-140 [2.32], ktrej ostatnia aktualizacja zostaa przeprowadzona w roku 1999. Obecnie projektowanie opiera si o zacznik krajowy do europejskiej normy NF EN 13108-1 [2.31]. W Polsce pierwsze wzmianki o betonach asfaltowych o wysokim module sztywnoci pojawiy si w artykuach Majewskiego [2.12], [2.13], bdcych tumaczeniem artykuu Tireta i Caroffa. Artyku ten przedstawia wyniki bada sekcji na torze dowiadczalnym, na ktrych zastosowano rne konstrukcje nawierzchni, w tym jedn wykorzystujc beton asfaltowy o wysokim module sztywnoci. Do chwili zakoczenia prac nad niniejszym programem badawczym w Polsce pojawio si sze kolejnych wytycznych przedstawiajcych sposb projektowania betonw typu AC-WMS: Zeszyt IBDiM nr 63 z roku 2002 [2.19], Zeszyt IBDiM nr 70 z roku 2007 [2.23] i i wczeniej jego projekt z roku 2006 [2.22] oraz wymagania techniczne WT-2 z lat 2008 [2.28] i 2010 [2.29]. W chwili obecnej przedstawiono najnowsz wersj wymaga technicznych WT-2 z roku 2014 [2.16], ktra zostaa wprowadzona do powszechnego uytku w padzierniku 2014 r. Wspomniane francuskie, polskie, a take brytyjskie przepisy dotyczce betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci zostan szczegowo przedstawione w dalszej czci rozdziau. 2.2. Dowiadczenia francuskie Projektowanie betonw asfaltowych we Francji opiera si o pi poziomw bada waciwoci mieszanek. Pierwsze trzy poziomy dotycz projektowania empirycznego, dalsze dwa poziomy dotycz projektowania funkcjonalnego: dobr uziarnienia oraz zawarto asfaltu w mieszance mineralno-asfaltowej

(poziom 0), zawarto wolnych przestrzeni w mieszance zagszczonej w prasie yratorowej

oraz odporno na dziaanie wody w tecie Durieza (poziom 1), odporno na deformacje trwae wykonywana w duym koleinomierzu (poziom

2), badanie moduu sztywnoci w schemacie dwupunktowego zginania prbek

trapezowych (poziom 3),

17

odporno na zmczenie w schemacie dwupunktowego zginania prbek trapezowych (poziom 4).

Ze wzgldu na dugi czas bada oraz ich spory koszt, ostatnie dwa poziomy (badania funkcjonalne) s obowizkowe dla wybranych mieszanek, w tym AC-EME do warstwy podbudowy. W przypadku pozostaych typw mieszanek badania te s jedynie zalecane. W trakcie uzyskiwania dowiadcze w stosowaniu mieszanek AC EME we Francji wyodrbniono dwa typy mieszanek o wysokim module sztywnoci do warstw podbudowy tzw. mieszanki EME1 i EME2. Rnica midzy nimi polegaa na zastosowaniu wikszej iloci asfaltu w mieszance EME2, uzyskujc oprcz wysokiej odpornoci na deformacje, take wysok trwao zmczeniow. Norma NF P 98-140 [2.32] Norma NF P 98-140 wprowadzia do uycia trzy klasy uziarnienia mieszanek o wysokim module sztywnoci: EME 0/10, EME 0/14 oraz EME 0/20 oraz dwie klasy wymaga funkcjonalnych: EME1 i EME2. Norma podawaa szczegowe wymagania dotyczce kruszyw dopuszczonych do stosowania w mieszankach o wysokim module sztywnoci. Nie podawaa jednak adnych informacji dotyczcych rodzaju stosowanego lepiszcza asfaltowego. Zawarto asfaltu zostaa podana jako wskanik wypenienia K (fr. Module de richesse, ang. Richness modulus), ktry jest wielkoci zalen od gruboci bonki asfaltowej otaczajcej ziarna kruszywa. Minimalne wartoci wskanika wypenienia K w zalenoci od klasy funkcjonalnej mieszanki przedstawiono w tablicy 2.1.

Tablica 2.1. Minimalne wartoci wskanika wypenienia wedug [2.32] Klasa mieszanki o wysokim module

sztywnoci EME

klasy 1 EME

klasy 2 K 2,5 3,4

Minimaln zawarto asfaltu w mieszance wyznacza si na podstawie wskanika wypenienia K wedug wzoru podanego w [2.7]:

5 KTLext (2.1)gdzie:

fsSG 150123,225,0100 (2.2) TLext minimalna zawarto asfaltu, K wskanik wypenienia, wg tablicy 2.1, G zawarto ziarn kruszywa > 6,3mm, S zawarto ziarn kruszywa 0,250mm 6,3 mm, s zawarto ziarn kruszywa 0,063mm 0,250mm, f zawarto ziarn kruszywa < 0,063mm,

18

wspczynnik korekcyjny zwizany z gstoci mieszanki mineralnej,

G65,2 (2.3)

gdzie: G gsto mieszanki mineralnej [g/cm3]. Wymagania ktre musi spenia zaprojektowana mieszanka mineralno-asfaltowa o wysokim module sztywnoci podano w tablicy 2.2. Wyznaczenie wolnych przestrzeni w prbkach do bada koleinowania oraz w prbkach przygotowanych do bada moduu zespolonego, moduu sztywnoci w rozciganiu jednoosiowym oraz odpornoci na zmczenie mona wykona metod promieni gamma (NF P 98-250-5). W przypadku braku moliwoci zastosowania tej metody, zawarto wolnych przestrzeni naley wyznaczy w sposb objtociowy.

Tablica 2.2. Waciwoci mieszanek mineralno-asfaltowych o wysokim module sztywnoci wedug [2.32]

Waciwoci mieszanek EME EME 1 EME 2 Zawarto wolnych przestrzeni [%], zagszczenie w prasie yratorowej (NF P 98-252),

- przy 80 yracjach dla EME 0/10 - przy 100 yracjach dla EME 0/14 - przy 120 yracjach dla EME 0/20

10 6

Test Durieza przy 18C (NF P 98-251-1) 0,70 0,75 Badanie koleinowania (NF P 98-253-1) Gboko koleiny, podana jako procentowy stosunek gbokoci koleiny do gruboci prbki pytowej rwnej 10 cm. Wynik okrelony po 30 000 cyklach obcienia w temperaturze 60C:

7,5 7,5

Badanie moduu zespolonego (NF P 98-260-2) Modu zespolony [MPa], +15C, 10Hz: 14 000 14 000 Badanie moduu sztywnoci w tecie jednoosiowego rozcigania (NF P 98-260-1) [MPa], +15C, czas obcienia 0,02 s: 14 000 14 000 Badanie odpornoci na zmczenie (NF P 98-261-1) Odksztacenie przy 106 cyklach, +10C, 25 Hz: 100 130

Normy obowizujce we Francji z serii NF EN 13108-1 [2.31] Podane s dwa sposoby okrelania wymaga: sposb empiryczny z dodatkowymi badaniami o charakterze funkcjonalnym oraz sposb wycznie funkcjonalny. Wymagania dotyczce waciwoci jakie musz spenia mieszanki o wysokim module sztywnoci we francuskiej normie podano w zaczniku krajowym. W stosunku do normy NF P 98-140 (omwionej wczeniej) nastpiy niewielkie zamiany. W przypadku bada: oznaczenia wolnych przestrzeni, odpornoci na deformacje trwae, moduu sztywnoci oraz odpornoci na zmczenie dostosowano procedur bada do normy europejskiej. W przypadku odpornoci na dziaanie wody, zamieniono test Durieza na badanie w schemacie poredniego rozcigania,

19

stosowane powszechnie w Europie. Kolejnym odstpstwem od poprzedniej normy jest usunicie wymaga dotyczcych kruszyw. Wymagania wg NF-EN13108-1 dotyczce mieszanek o wysokim module sztywnoci przedstawiono w tablicy 2.3. Wytyczne projektowania LPC Bituminous Mixtures Design Guide [2.7] W odrnieniu od norm przedmiotowym, w poradniku przedstawiono informacje praktyczne dotyczce projektowania recept zarwno mieszanek tradycyjnych, jak i mieszanek o wysokim module sztywnoci. Wytyczne [2.11] jako lepiszcza do mieszanek o wysokim module sztywnoci zalecaj twarde asfalty 10/20 oraz 15/25, o penetracji rzdu 10-25 j.pen. oraz temperaturze miknienia w zakresie od 62C do 80C. W wyjtkowych sytuacjach dopuszcza si do stosowania asfalty bardziej mikkie 20/30 lub 35/50, o ile zostan zmodyfikowane dodatkiem asfaltu naturalnego lub polietylenu. Dodatki maj na celu zwikszenie sztywnoci i jednoczenie odpornoci na zmczenie. Dopuszczalne s take dodatki wkien do asfaltu. Wymagania dotyczce typowych asfaltw twardych zostay doprecyzowane we francuskim zaczniku krajowym do normy NF EN 13924: asfalt 10/20 powinien posiada temperatur miknienia TPiK rzdu 60-76C, asfalt 15/25 powinien posiada temperatur miknienia TPiK rzdu 55-71C.

20

Tablica 2.3. Wymagania odnonie waciwoci mieszanek typu EME1/EME2 wg [2.31] Waciwoci oglne Waciwoci funkcjonalne

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 17 18 Podpunkt normy 4.2 5.2.1 5.2.2 5.2.4 5.2.6 tabela 7 5.2.10 5.4.2 5.4.4

F

r

a

n

c

u

s

k

i

e

o

z

n

a

c

z

e

n

i

e

m

i

e

s

z

a

n

k

i

E

u

r

o

p

e

j

s

k

i

e

o

z

n

a

c

z

e

n

i

e

m

i

e

s

z

a

n

k

i

L

e

p

i

s

z

c

z

e

R

e

c

e

p

t

a

(

k

o

m

p

o

z

y

c

j

a

m

i

e

s

z

a

n

k

i

w

t

y

m

z

a

w

a

r

t

o

l

e

p

i

s

z

c

z

a

)

S

i

t

a

D

[

m

m

]

Z

a

w

a

r

t

o

w

o

l

n

y

c

h

p

r

z

e

s

t

r

z

e

n

i

V

m

a

x

(

%

)

(

m

e

t

o

d

a

z

a

g

s

z

c

z

a

n

i

a

y

r

a

t

o

r

o

w

e

g

o

)

O

d

p

o

r

n

o

n

a

d

z

i

a

a

n

i

e

w

o

d

y

I

T

S

R

O

d

p

o

r

n

o

n

a

d

e

f

o

r

m

a

c

j

e

t

r

w

a

e

[

d

u

y

k

o

l

e

i

n

o

m

i

e

r

z

]

Z

a

w

a

r

t

o

w

o

l

n

y

c

h

p

r

z

e

s

t

r

z

e

n

i

w

p

r

b

c

e

V

i

V

s

(

m

e

t

o

d

a

z

a

g

s

z

c

z

e

n

i

a

y

r

a

t

o

t

o

w

e

g

o

:

w

g

N

F

E

N

1

3

1

0

8

-

2

0

a

n

e

k

s

3

)

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

a

m

i

e

s

z

a

n

k

i

M

o

d

u

s

z

t

y

w

n

o

c

i

m

i

n

i

m

a

l

n

i

e

(

M

P

a

)

;

2

P

B

-

T

R

Z

a

w

a

r

t

o

w

o

l

n

y

c

h

p

r

z

e

s

t

r

z

e

n

i

w

p

r

b

c

e

V

i

V

s

(

m

e

t

o

d

a

z

a

g

s

z

c

z

e

n

i

a

y

r

a

t

o

t

o

w

e

g

o

:

w

g

N

F

E

N

1

3

1

0

8

-

2

0

a

n

e

k

s

3

)

O

d

p

o

r

n

o

n

a

z

m

c

z

e

n

i

e

(

d

e

f

)

;

2

P

B

-

T

R

Z

a

w

a

r

t

o

w

o

l

n

y

c

h

p

r

z

e

s

t

r

z

e

n

i

w

p

r

b

c

e

V

i

V

s

(

m

e

t

o

d

a

z

a

g

s

z

c

z

e

n

i

a

y

r

a

t

o

t

o

w

e

g

o

:

w

g

N

F

E

N

1

3

1

0

8

-

2

0

a

n

e

k

s

3

)

EME 1 0/10

EB 10 podbudowa

Typ (przy asfaltach

modyfikowanych) zadeklarowa klas

Z

a

d

e

k

l

a

r

o

w

a

S

e

r

i

a

p

o

d

s

t

a

w

o

w

a

+

s

e

r

i

a

2

10 mm Vmax 10 (80 yracji)

ITSR70 (70%)

P7,5 (7,5% - 60C przy 30 000 cyklach) Vi=7% - Vs=10%

W zalenoci od lepiszcza

Smin14000 (14 000 MPa w 15C, 10Hz lub 0,02s)

Vi = 7% - Vs=10%

6-100 (100.10-6 w 10C, 25Hz)

Vi = 7% - Vs=10%

EME 1 0/14

EB 14 podbudowa

Typ (przy asfaltach


14 mm Vmax 10 (100 yracji) ITSR70 (70%)




Vi = 7% - Vs=10%

6-100 (100.10-6 w 10C, 25Hz)

Vi = 7% - Vs=10%

EME 1 0/20

EB 20 podbudowa

Typ (przy asfaltach


20 mm Vmax 10 (120 yracji)

ITSR70 (70%)




Vi = 7% - Vs=10%

6-100 (100.10-6 w 10C, 25Hz)

Vi = 7% - Vs=10%

EME 2 0/10

EB 10 podbudowa

Typ (przy asfaltach





Smin14000 (14 000 MPa w 15C, 10Hz lub 0,02s) Vi = 3% - Vs=6%

6-130 (130.10-6 w 10C, 25Hz)

Vi = 3% - Vs=6%

EME 2 0/14

EB 14 podbudowa

Typ (przy asfaltach






6-130 (130.10-6 w 10C, 25Hz)

Vi = 3% - Vs=6%

EME 2 0/20

EB 20 podbudowa

Typ (przy asfaltach






6-130 (130.10-6 w 10C, 25Hz)

Vi = 3% - Vs=6%

V zawarto wolnych przestrzeni, P7,5 proporcjonalne gboko koleiny, S min modu sztywnoci, 6-100 minimalne odksztacenie po 1 milionie cykli obcienia, ITSR wskanik wytrzymaoci na rozciganie przy zginaniu w badaniu odpornoci na dziaanie wody.

21

W poradniku podano take, przeliczone z wskanika wypenienia K, minimalne zawartoci asfaltw w zalenoci od klasy mieszanki EME oraz typowej gstoci kruszywa. Dane te przedstawiono w tablicy 2.4 Tablica 2.4. Typowe minimalne zawartoci asfaltu obliczone na podstawie wskanika

wypenienia K wg [2.7] AC EME1 AC EME2 Wymiar maksymalnego ziarna D [mm] 10 lub 14 20 10 lub 14 20 Zawarto asfaltu Bmin przy =2,65 g/cm3 4,0 4,0 5,4 5,3 Zawarto asfaltu Bmin przy =2,75 g/cm3 3,9 3,9 5,2 5,1 Typowa warto wskanika wypenienia K 2,5 3,4 Zawarto minimalna asfaltu ze wzldu na projektowanie funkcjonalne [%] 3,0 3,0

Wymagania dotyczce poszczeglnych rodzajw kruszyw do warstwy w konstrukcji nawierzchni przedstawiono w tablicy 2.5.

Tablica 2.5. Wymagania dla kruszywa stosowanego w mieszankach mineralno-asfaltowych o wysokim module sztywnoci [2.7]

Rodzaj kruszywa/ zastosowanie Badania

Wymagania materiaowe

Dolna warstwa podbudowy

Rozdrobnienie Odporno na cieranie

LA40 MDE35

Grna warstwa podbudowy

Rozdrobnienie, Odporno na cieranie

LA30 MDE25

Kruszywo grube Kategoria uziarnienia, Zawarto czci drobnych GC85/20; G25/15

FI25 f2

Kruszywo drobne lub o uziarnieniu cigym

Kategoria uziarnienia, Wskanik bkitu metylowego

GF85, GTC10, GA85 MBF10

Wypeniacz Sztywno wyznaczona poprzez PiK, Wolne przestrzenie w suchym zagszczonym wypeniaczu

R&B8/16 V28/38

W zakresie krzywej uziarnienia kruszywa poradnik podaje wymagania dotyczce jedynie sit o wymiarze 0,063, 2, 4 oraz 6,3 mm. Dodatkowo krzywa uziarnienia powinna mie charakter cigy, z dopuszczalnymi niecigociami w zakresie frakcji 4/6 lub 6/10. Uznaje si, e niecigoci w zakresie tych frakcji nie maj znacznego wpywu na waciwoci materiau. Zalecenia dla krzywych uziarnienia mieszanek 0/10, 0/14 oraz 0/20 przedstawiono na rysunku 2.1.

22

(a) (b) (c)

Rysunek 2.1. Zalecenia dla krzywych uziarnienia dla mieszanek EME 0/10 (a), EME 0/14 (b) oraz EME 0/20 (c) wg [2.7]

2.3. Dowiadczenia brytyjskie Jak podaje Elliot [2.9] pierwsze prby brytyjskie z zastosowaniem betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci nastpiy w roku 1994. Opierajc si na dowiadczeniach francuskich wprowadzono twarde asfalty do stosowanych w Wielkiej Brytanii mieszanek typu makadamowego DBM (ang. dense bitumen macadam) oraz HDM (ang. heavy duty macadam). Wynikiem byo uzyskanie mieszanek HMB15 (ang. high modulus base) o szkielecie macadamowym i zawartoci lepiszcza na poziomie okoo 4%. W roku 1997 [2.17] wykonano wiele odcinkw dowiadczalnych z zastosowaniem mieszanek typu HMB15, ktre w pocztkowym okresie eksploatacji potwierdziy pozytywne cechy zastosowania twardych asfaltw. Po 4 latach dokonano oceny wybudowanych odcinkw i stwierdzono, e waciwoci nawierzchni z zastosowaniem mieszanek HMB15 znaczco si pogorszyy. Nastpi duy spadek moduu sztywnoci mieszanek HMB15, a na samych nawierzchniach wystpiy liczne uszkodzenia. W raporcie badawczym z roku 2005 [2.18] jako przyczyn zniszcze podano m.in. zbyt grube uziarnienie mieszanek, zbyt ma zawarto asfaltu oraz zbyt du zawarto wolnych przestrzeni. Ostatecznie do stosowania w Wielkiej Brytanii wprowadzono francusk mieszank EME2 z identycznymi wymaganiami jak we Francji. Szczegowe wymagania podano w brytyjskich specyfikacjach MCHW1 serii 0900 [2.14] oraz MCHW2 serii NG 0900 [2.15]. W porwnaniu do metodyki francuskiej doprecyzowano w nich znaczco wymagania dotyczce stosowanych lepiszczy asfaltowych. W raporcie z 2005 roku [2.18] przedstawiono zalecane krzywe graniczne uziarnienia (rysunek 2.2). Same wymagania dotyczce mieszanek pozostawiono bez zmian.

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

23

(a) (b) (c)

Rysunek 2.2. Krzywe graniczne uziarnienia betonw asfaltowych o wysokim module

sztywnoci stosowane w Wielkiej Brytanii: EME 0/10 (a), EME 0/14 (b) oraz EME 0/20 (c) wg [2.18]

W brytyjskiej metodzie projektowania konstrukcji nawierzchni mieszanki o wysokim module sztywnoci typu EME2 mog by stosowane w warstwie wicej i podbudowie. Jednake w przypadku zastosowania mieszanek EME2 konieczne jest rwnie zapewnienie wysokiej nonoci ulepszonego podoa, tj. jego moduu na poziomie 200 lub 400 MPa (3 lub 4 klasa podoa wedug brytyjskiej metodyki). Warunkowo moliwe jest zaprojektowanie ulepszonego podoa na poziomie klasy 2 (modu >100 MPa), przy zapewnieniu podczas budowy nonoci wikszej od 120 MPa [2.8]. Wedug metody projektowej obowizujcej w Wielkiej Brytanii dziki zastosowaniu mieszanki typu EME2 w warstwie podbudowy i wicej moliwa jest redukcja cakowitej gruboci warstw asfaltowych o okoo 20% [2.8]. 2.4. Dowiadczenia polskie W Polsce w latach 90-tych gwnym problemem drogownictwa stay si deformacje trwae nawierzchni asfaltowych. Jedn z metod przeciwdziaania deformacji nawierzchni byo zaadaptowanie z Francji i wprowadzenie do stosowania w Polsce betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci. Do chwili obecnej, w warunkach polskich pojawio si sze oficjalnie wydanych zalece dotyczcych projektowania mieszanek o wysokim module sztywnoci. Obecnie stosowana jest trzecia z kolei wersja wytycznych technicznych WT-2 (2014) [2.16] dotyczcych projektowania mieszanek dopuszczonych do uytkowania na polskich drogach. W kadym z kolejnych przepisw wprowadzono do due zmiany w projektowaniu betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci. Zmieniay si zarwno dopuszczone do stosowania materiay wejciowe, krzywe graniczne uziarnienia, jak i same badania, ktre naley wykonywa podczas projektowania.

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

24

2.4.1. Zeszyt IBDiM nr 63 (2002 r.) [2.19]

Pierwsze zalecenia do projektowania AC WMS pojawiy si w roku 2002 i zostay opracowane przez Instytut Badawczy Drg i Mostw w Warszawie. Mieszanki zaprojektowane w oparciu o te wytyczne byy bardzo bliskie mieszankom produkowanym we Francji. Jako lepiszcze dopuszczono do stosowania: asfalty wielorodzajowe (wg. Aprobaty Technicznej), polimeroasfalty DE30 lub DP30 (wg. TWT-PAD-97), inne asfalty specjalne (wg. Aprobaty Technicznej).

Kruszywo wykorzystywane do produkcji mieszanek powinno by wysokiej jakoci kruszywem amanym. Dopuszczone zostao take stosowanie kruszyw z ula stalowniczego lub pomiedziowego. Krzywe graniczne przedstawiono na rysunku 2.3.

(a) (b) (c)

Rysunek 2.3. Krzywe graniczne uziarnienia betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci wedug Zeszytu IBDiM nr 63: BA WMS 0/12,8 (a), BA WMS 0/16 (b) oraz

BA WMS 0/20 (c) wg [2.19] Wymagania, ktre powinny spenia mieszanki BA WMS, zostay zaczerpnite z wymaga francuskich. Zostay do nich wprowadzone jednak spore zmiany, ze wzgldu na stosowane materiay oraz wpywy klimatyczne. Najwiksz zmian bya zmiana schematw bada (np. badanie zmczenia ze schematu dwupunktowego zginania na czteropunktowy) i pozostawienie wymaga funkcjonalnych dot. 6. Wymagania dla BA WMS podano w tablicy 2.6.

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

25

Tablica 2.6. Wymagania dla BA WMS dla warstwy wicej i warstwy podbudowy wg [2.19]

Waciwo Metoda Badania Jednostki BA WMS

w/wica BA WMS

w/podbudowy

Zawarto wolnej przestrzeni w prbkach Marshalla zagszczanych 75 uderzeniami na stron

PN-S-96025:2000 % (v/v) 3 - 5 3 - 5

Zawarto wolnej przestrzeni w zagszczonej warstwie [%]

PN-S-96025:2000 % (v/v) 6 6

Odporno na koleinowanie w 60C po 30 000 cyklach

Duy koleinomierz

(LCPC) % 5 8

Modu sztywnoci pezania pod obcieniem statycznym w 40C

Wedug Zeszytu 48

seria I, IBDIM

MPa 20 22

Modu zespolony w 10C, 10Hz Belka 4-

punktowo zginana

MPa 12000 14000

Odporno na zmczenie: odksztacenie 6 po 106 cyklach obcie w 10C, 10Hz

Belka 4-punktowo zginana

- 100 10-6 130 10-6

6- minimalne odksztacenie po 1 milionie cykli obcienia 2.4.2. Zeszyt IBDiM nr 70 (2007 r.) [2.23]

Wprowadzenie do stosowania wytycznych z 2007 roku zbiego si z wprowadzaniem w Polsce zharmonizowanych norm europejskich. Std te w przypadku czci wymaga (np. dla kruszywa czy krzywych granicznych uziarnienia) w Zeszycie IBDiM nr 70wystpuj podwjne standardy: wedug starych norm polskich oraz wedug nowych norm europejskich. W przypadku lepiszczy asfaltowych, do dotychczas stosowanych asfaltw wielorodzajowych oraz modyfikowanych, dopuszczono asfalt twardy 20/30, ktry we Francji jest dopuszczony do stosowania wycznie po odpowiedniej modyfikacji. W dopuszczonych do stosowania kruszywach nie wprowadzono wikszych zmian. Due zmiany nastpiy natomiast w stosunku do wymaga jakie musi speni mieszanka mineralna, jak i mieszanka mineralno-asfaltowa o wysokim module sztywnoci. Zeszyt nr 70 dopuszcza projektowanie krzywych uziarnienia na dwa sposoby. W przypadku stosowania kruszywa speniajcego wymagania starych norm polskich, do projektowania przyjmowano krzywe w oparciu o norm PN-S-96025:2000. Natomiast dla charakterystyki stosowanych kruszyw opartej o normy europejskie naleao wykorzysta krzywe podane w zeszycie. Graniczne krzywe uziarnienia zgodne z normami europejskimi i wystpujce w Zeszycie nr 70 przedstawiono na rysunku 2.4.

26

(a) (b)

Rysunek 2.4. Krzywe graniczne uziarnienia betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci wedug Zeszytu IBDiM nr 70: BA WMS 0/11 (a) oraz BA WMS 0/16 (b)

wg [2.23] Wymagana zawarto asfaltu w mieszance 0/11 miecia si w zakresie od 5,0 do 6,5%, a w mieszance 0/16 w zakresie od 4,8 do 6,2%. W przypadku waciwoci, ktre musi spenia beton asfaltowy o wysokim module sztywnoci w Polsce znaczco ograniczono w stosunku do mieszanek francuskich zawarto wolnych przestrzeni. Pozostae badania zostay dostosowane do najczciej wykonywanych w Polsce. Wymagania wedug Zeszytu IBDiM nr 70 zostay przedstawione w tablicy 2.7

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

27

Tablica 2.7. Wymagane waciwoci betonu asfaltowego o wysokim module sztywnoci BA WMS do warstwy wicej lub podbudowy oraz wymagania dla

wbudowanej warstwy, wg. [2.23]

Waciwo Metoda Badania Wymaganie Zawarto wolnych przestrzeni w prbkach laboratoryjnych (prbki Marshalla zagszczane 75 uderze/stron), % v/v

Zeszyt I-64, Arkusz 09 1,0 - 4,0

Zawarto wolnych przestrzeni w zagszczonej mieszance mineralnej, % v/v

PN-EN 12697-5:2005 PN-EN 12697-6:2005 PN-EN 12697-8:2005

12 - 18

Wypenienie wolnych przestrzeni w prbkach laboratoryjnych, % Zeszyt I-64, Arkusz 10 74 - 90

Odporno na koleinowanie1) Warunki badania: temperatura 60C, 30 000 cykli, prbka laboratoryjna o gruboci 10 cm, wzgldna gboko koleiny, %

PN-EN 12697-22:2006 Duy aparat 5

Zespolony modu sztywnoci1) Warunki badania: temperatura 10C, czstotliwo 10Hz, MPa

PN-EN 12697-26:2006 metoda 4PB-PR 14000

Modu sztywnoci (prbki Marshalla zagszczane 75 uderze/stron) Warunki badania: temperatura 10C, MPa

PN- EN 12697-26:2006 metoda IT-CY

Rejestrowa wynik4)

Odporno na zmczenie1), 2) Warunki badania: temperatura 10C, czstotliwo 10Hz, odksztacenie 6, 10-6 m/m

PN-EN 12697-26:2006 metoda 4PB-PR 130

Wodoodporno: wskanik wytrzymaoci na rozciganie porednie (ITSR)1), 3), % PN-EN 12697-12:2006 80 Grubo warstwy technologicznej, cm BAWMS11 BAWMS12,8 BAWMS16 BAWMS20

6,0-10,0 6,0-12,0 8,0-14,0 8,0-14,0

Wskanik zagszczenia warstwy, % Zeszyt I-64, Arkusz 08 98 Zawarto wolnych przestrzeni w warstwie, % v/v Zeszyt I:-64, Arkusz 09 1,0 - 5,0 Uwagi: 1) Badanie zalecane tylko na etapie projektowania skadu mieszanki i prby technologicznej. 2) Odksztacenie, przy ktrym trwao zmczeniowa (liczba obcie, po ktrej zespolony modu sztywnoci zmniejszy si do 50% wartoci pocztkowej) wynosi 1 milion cykli, pod obcieniem cyklicznym sinusoidalnym w temperaturze 10C, z czstotliwoci obcienia 10 Hz, minimalna liczba prbek wynosi 6 dla jednego odksztacenia. 3) Prbki Marshalla zagszczane 25 uderze/stron. 4) Tylko sprawdzenie, wynik naley zanotowa, bdzie on stanowi wynik odniesienia dla badania podczas kontroli produkcyjnej.

2.4.3. Wymagania Techniczne WT-2 (2008 r.) [2.28]

Byy to pierwsze polskie wytyczne cakowicie dostosowane do zharmonizowanej normalizacji europejskiej. Dlatego te zmiany, ktre wprowadzono w tych wytycznych wizay si gwnie z nowymi normami. Zrezygnowano z projektowania mieszanek w oparciu o stare normy polskie, natomiast projektowanie wedug norm europejskich zostao lekko zmienione. Wszystkie materiay dotyczce AC WMS, w tym m.in. nowe twarde asfalty (o penetracji 10/15, 15/25) opieray swoj klasyfikacj na normach

28

typu PN-EN. Zalecane krzywe graniczne uziarnienia pozostay niezmienione w stosunku do Zeszytu 70 IBDiM. Zmiany nastpiy w niektrych wymaganiach: zmieniono przedzia zalecanych wolnych przestrzeni w prbce, z 1 4% na 2 4% oraz zmieniono cakowicie metod badania i wymagania dotyczce odpornoci na deformacje trwae. Wymagania wedug WT-2 2008 przedstawiono w tablicy 2.8.

Tablica 2.8. Wymagane waciwoci mieszanki mineralno-asfaltowej betonu asfaltowego o wysokim module sztywnoci do warstwy podbudowy lub wicej,

KR3-6 wedug [2.28]

Waciwo Warunki

zagszczenia wg PN-EN 13108-20

Metoda i warunki badania Wymiar mieszanki

AC WMS 11 AC WMS 16

Zawarto wolnych przestrzeni

C.1.3, ubijanie, 2 75 uderze PN-EN 12697-8, p. 4

Vmin2,0 Vmax4

Vmin2,0 Vmax4

Odporno na dziaanie wody

C.1.1, ubijanie, 2 25 uderze

PN-EN 12697-12, kondycjonowanie w 40C z jednym cyklem zamraania, badanie w 15C

ITSR80 ITSR80

Odporno na deformacje trwae

C.1.20, waowanie, P98-P100

PN-EN 12697-22, metoda B w powietrzu, PN-EN 13108-20, D.1.6, 60C, 10000 cykli

WTSAIR0,10 PRDAIR3,0

WTSAIR0,10 PRDAIR3,0

Sztywno C.1.20,

waowanie, P98-P100

PN-EN 12697-26, 4PB-PR, temperatura 10C, czstotliwo 10Hz

Smin14000 Smin14000

Odporno na zmczenie, kategoria nie nisza ni

C.1.20, waowanie, P98-P100


6-130 6-130


Wymagania te powstay po weryfikacji wytycznych z roku 2008 i po raz kolejny wprowadziy due zmiany dotyczce stosowanych materiaw oraz wymaga stawianych projektowanym mieszankom: ograniczono znaczco stosowanie asfaltw twardych zwykych (zosta wycznie

asfalt 20/30) oraz wprowadzono do stosowania wicej asfaltw modyfikowanych o penetracji 30 j.pen.,

zwikszono maksymalne uziarnienie mieszanki mineralnej, rozszerzono znaczco krzywe graniczne uziarnienia, zagodzono wymagania dotyczce odpornoci na deformacje trwae(ze wzgldu

na problemy z uzyskaniem bardzo wysokich wymaga podanych w WT-2 2008), wprowadzono dwie klasy sztywnoci mieszanek AC WMS rnice si o bardzo

ma warto.

29

Krzywe graniczne uziarnienia przedstawiono na rysunku 2.5, wymagania dla mieszanek mineralno-asfaltowych przedstawiono w tablicy 2.9.

(a) (b)

Rysunek 2.5. Krzywe graniczne uziarnienia betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci wedug WT-2 2010: AC WMS 0/16 (a) oraz AC WMS 0/22 (b) wg [2.29]

Wymagana zawarto asfaltu w mieszance 0/16 i 0/22 wynosia minimum 4,8%.


KR3-6, wedug [2.29]

Waciwo Warunki


Metoda i warunki badania

Wymiar mieszanki

AC WMS 16 AC WMS 22



Vmin2,0 Vmax4

Vmin2,0 Vmax4



PN-EN 12697-12, kondycjonowanie w 40C z jednym cyklem zamraania, badanie w 15C, badanie w 25C

ITSR80 ITSR80


C.1.20, waowanie,

P98-P100


WTSAIR0,15 PRDAIRDeklarowane

WTSAIR0,15 PRDAIRDeklarowane

Sztywno klasa 1

C.1.20, waowanie,

P98-P100


Smin14000 Smin14000

Sztywno klasa 2

C.1.20, waowanie,

P98-P100


Smin16000 Smin16000


C.1.20, waowanie,

P98-P100


6-130 6-130

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

0102030405060708090

100

0,063 0,63 6,3 63

Prze

chod

zi p

rzez

sito

[%]

Sito # [mm]

30


Kolejn polsk aktualizacj wymaga dotyczcych projektowania mieszanek mineralno-asfaltowych wprowadzono w roku 2014. Po dowiadczeniach m.in. mronych zim w latach 2011 oraz 2012 do zalece w zakresie AC-WMS wprowadzono duo kolejnych zmian: stosowanie asfaltw twardych o penetracji 20/30 ograniczono do wycznie

cieplejszych regionw kraju (ok 40% obszaru kraju; midzy innymi Wielkopolska i Pomorze Zachodnie); na pozostaych rejonach zalecono stosowanie asfaltw modyfikowanych lub wielorodzajowych,

zmieniono nieznacznie krzywe graniczne uziarnienia, powrcono do niektrych wymaga francuskich (wskanik wypenienia K,

moliwo stosowania duego koleinomierza do oceny odpornoci na deformacje),

usunito podzia na dwie klasy sztywnoci, wprowadzono sztywno maksymaln do 17 000 MPa i minimaln od 11 000

MPa w przypadku warstwy podbudowy i od 14 000 MPa w przypadku warstwy wicej,

wprowadzono badanie odpornoci na spkania niskotemperaturowe dla warstwy wicej metod TSRST (ang. Thermal Stress Restrained Specimen Test), tymczasowo bez podania kryterium,

wprowadzono procedur starzenia krtkoterminowego mieszanek badanych w laboratorium w przypadku bada: odpornoci na deformacje trwae, sztywnoci oraz odpornoci na zmczenie.

Wymagania stawiane mieszankom AC-WMS wedug WT-2 2014 [2.16] przedstawiono w tablicy 2.10.

31


KR3-7, wedug [2.16]

Waciwo Warunki


Metoda i warunki badania

Wymiar mieszanki

AC WMS 16 AC WMS 22



Vmin2,0 Vmax4,0

Vmin2,0 Vmax4,0



PN-EN 12697-12, kondycjonowanie w 40C z jednym cyklem zamraania, badanie w 15C, badanie w 25C

ITSR80 ITSR80


C.1.20, waowanie,

P98-P100


WTSAIR 0,15 PRDAIR 5,0

WTSAIR 0,15 PRDAIR 5,0


C.1.20, waowanie,

P98-P100

PN-EN 12697-22, duy aparat, 60C, 30000 cykli, grubo pyty 100 mm

P7,5 P7,5

Sztywno C.1.20,

waowanie, P98-P100


w-wa wica Smin14000 Smax17000

w-wa podb.

Smin11000 Smax17000

w-wa wica Smin14000 Smax17000

w-wa podb.

Smin11000 Smax17000


C.1.20, waowanie,

P98-P100


6-130 6-130

2.5. Dotychczasowe dowiadczenia stosowania betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci w Polsce i na wiecie

W Polsce najwikszy wkad w rozwj bada i wytycznych w zakresie AC WMS wnis zesp prof. Dariusza Sybilskiego. Obecnie tematyk t zajmuje si kilka zespow badawczych, gwnie zesp prof. Sybilskiego z Instytutu Badawczego Drg i Mostw w Warszawie (od 1997/98 r.), a take zesp dyr. Bogdana Bogdaskiego z poznaskiego oddziau GDDKiA (od 1999 r.), wdraajc technologi AC WMS w praktyce oraz inne zespoy z politechnik i instytucji badawczych, takich jak: Instytut Badawczy TPA i z firm wykonawczych, np. Eurovia.

32

Po 2008 roku problemem betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci zainteresowa si zesp prof. Jzefa Judyckiego z Politechniki Gdaskiej, gwnie w zakresie spka niskotemperaturowych. Instytut Badawczy Drg i Mostw (IBDiM) zaadaptowa i wprowadzi technologi betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci do Polski [2.20], [2.21] oraz zaproponowa wymagania dla mieszanek typu AC WMS dla nowych krajw Unii Europejskiej (program europejski SPENS) [2.1], [2.2], [2.3]. IBDiM wykaza take moliwo zastosowania kruszyw lokalnych o obnionych wymaganiach do mieszanek WMS [2.25], [2.26]. Wyniki te jednak nie zostay wykorzystane w obecnie obowizujcych wytycznych technicznych dotyczcych kruszyw do mieszanek mineralno-asfaltowych WT-1 [2.27]. Mieszanki typu AC WMS zostay z powodzeniem zastosowane w szybkich remontach nawierzchni drogowych na ulicach Warszawy [2.24] i do chwili obecnej zostao ich wybudowanych kilkaset kilometrw. W roku 2014 Instytut przedstawi wyniki bada mieszanek AC WMS z zastosowaniem asfaltw modyfikowanych gum [2.30]. Dyr. Bogdaski by liderem w pierwszych wdroeniach betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci w Polsce. Pierwsze odcinki z AC WMS wybudowano w woj. wielkopolskim. Budowy te prowadzone byy w oparciu o oryginalne wytyczne francuskie, poniewa w owym czasie nie istniay polskie przepisy regulujce stosowanie mieszanek o wysokim module sztywnoci. Dowiadczenia w regionie wielkopolskim byy nastpnie przenoszone na teren kraju. Zesp z Politechniki Gdaskiej zajmowa si gwnie waciwociami niskotemperaturowymi mieszanek typu AC WMS. W przeprowadzonych w latach 20112014 na zlecenie Generalnej Dyrekcji Drg Krajowych i Autostrad badaniach laboratoryjnych i terenowych analizowano wpyw zastosowania rnych rodzajw asfaltw (zwyky, modyfikowany, multigrade) w betonie asfaltowym o wysokim module sztywnoci na ryzyko powstawania spka niskotemperaturowych nawierzchni w porwnaniu do tradycyjnie stosowanych mieszanek asfaltowych klasycznych betonw asfaltowych. Wyniki tych bada s przedmiotem niniejszego opracowania. Na Politechnice Gdaskiej analizowano take przyczyny powstania spka poprzecznych na budowanych odcinkach autostrad w wojewdztwie kujawsko-pomorskim, dzkim oraz maopolskim. Obok zastosowanego twardego asfaltu 20/30 jako jedn z przyczyn niskotemperaturowych spka nawierzchni zesp poda niejednorodno oraz jako wykonania wbudowywanej mieszanki AC WMS [2.10], [2.11]. Pozostae polskie publikacje, dotyczce AC WMS powicone byy zagadnieniom projektowania oraz bada zmczeniowych. Kostrzewa [2.34] podda w wtpliwo moliwo stosowania kryteriw Instytutu Asfaltowego do projektowania

33

mechanistycznego nawierzchni drogowych z zastosowaniem AC WMS, sugerujc wykorzystywanie kryteriw francuskich. Wasilewska i wsp. [2.35] wykazali natomiast zwikszenie trwaoci betonw asfaltowych o wysokim module sztywnoci poprzez zastosowanie asfaltw modyfikowanych polimerem SBS lub miaem gumowym w stosunku do tradycyjnych asfaltw zwykych 20/30. Bardzo dobre wyniki zachowania si mieszanek EME we Francji zachciy wiele krajw europejskich i pozaeuropejskich do zastosowania tej technologii we wasnych lokalnych warunkach. Prace laboratoryjne oraz badania na torach dowiadczalnych z wykorzystaniem mieszanek EME1 i EME2 wykonano midzy innymi w Szwajcarii [2.36], [2.37], Stanach Zjednoczonych [2.38], Chinach [2.39], Korei Poudniowej [2.40], Republice Poudniowej Afryki [2.41] oraz Brazylii [2.42]. W kadym z tych przypadkw wyniki uzyskiwane w wysokich temperaturach pozwalay na redukcj gruboci warstw konstrukcyjnych o okoo 20-30%. W Belgii wykonano odcinek dowiadczalny na autostradzie E19 (BrukselaAntwerpia). W nawierzchni wbudowano siedem rodzajw mieszanek EME2 zaprojektowanych w oparciu o wytyczne francuskie. Zastosowano cztery rodzaje asfaltw o penetracji rzdu od 15 do 30 j.pen. oraz dwa typy uziarnienia: grysowy oraz piaskowy. Dodatkowo zbadano take wpyw dodatku destruktu asfaltowego na zachowanie si mieszanek o wysokim module sztywnoci. W wynikach przedstawionych w 2008 roku [2.43], [2.44] pokazano zmniejszenie deformacji trwaych na poszczeglnych sekcjach od 1,5 do 3 razy w stosunku do mieszanki referencyjnej. Kraje przedstawione powyej, przyjy do projektowania mieszanek typu AC WMS normy francuskie. Szwajcarskie wyniki bada zmczeniowych z zastosowaniem bada w penej skali pozwalaj stwierdzi, e istnieje uzasadniona moliwo 30% redukcji gruboci warstwy podbudowy przy zastosowaniu mieszanki mineralno-asfaltowej typu EME2 w porwnaniu do klasycznej mieszanki [2.37]. Na podstawie tych samych bada stwierdzono, e nie ma moliwoci redukcji warstwy podbudowy przy zastosowaniu mieszanki typu EME1. Adaptacj wzorowan na polskich wytycznych z 2010 roku przyja do bada Litwa [2.45], badajc wpyw zastosowania kruszyw lokalnych do mieszanek o wysokim module sztywnoci. Najwiksze odstpstwa od pierwotnych norm francuskich zastosowano w Danii [2.46], w ktrej zaproponowano zupenie now mieszank GAB II wykonywan z zastosowaniem asfaltu 20/30. Mieszanka o uziarnieniu do 32 mm i skadajca si w 65% z piasku nie speniaa wymaga postawionych moduowi sztywnoci, odpornoci na zmczenie i odpornoci na deformacje trwae. Pozwolia jednak osign prawie dwukrotnie wysze wartoci moduw sztywnoci ni w typowo stosowanych mieszankach.

34

W Niemczech w Pnocnej Bawarii rozpoczto wdraanie odmiennej koncepcji mieszanki mineralno-asfaltowej o wysokiej trwaoci zmczeniowej i wysokiej odpornoci na deformacje trwae do warstw wicych. Wprowadza si eksperymentalnie now warstw wic typu SMA [2.47] o gruboci 7,5 8 cm pod klasyczn warstw cieraln z SMA na drogi najbardziej obcione (autostrady). Do warstwy wicej typu SMA stosuje si kruszywo najwyszej jakoci jak do SMA, lecz bez wymagania odpornoci na polerowanie, asfalt tylko modyfikowany polimerem 10/40-65 w iloci minimalnej 6,2%, osigajc zawarto wolnych przestrzeni w przedziale 3 - 3,5%.

Literatura do rozdziau 2 [2.1] Bakowski W., Laboratory and field implementation of high modulus asphalt

concrete, SPENS Final Seminar, Ljubljana, Slovenija, 27-28 August 2009 [2.2] Bakowski W., Gajewski M., Badania przypieszone w skali rzeczywistej

innowacyjnych nawierzchni drogowych, Drogi i Mosty nr 2, 2002, s. 89 - 121 [2.3] Bakowski W., Tusar M., Wiman L.G., Sybilski D., Gajewski M., Horodecka R.,

Maliszewski M., Mirski K., Laboratory and field implementation of high modulus asphalt concrete. Requirements for HMAC mix design and pavement design, Sustainable Pavements for European New Members States, European Commision DG Research, Sixth Framework Programme, SPENS (dostpny na stronie internetowej : http://spens.fehrl.org)

[2.4] Catalogue des Structures Types de Chausses Neuves, Edition 1998, SETRA, LCPC

[2.5] Cort J.-F., Development and Uses of Hard-Grade Asphalt and of High-Modulus Asphalt Mixes in France, Transportation Research Circular, Number 503, December 2001

[2.6] Corte J.F. i in., Conception et Dimensionnement des Structures de Chaussee, LCPC, Francja, 1994

[2.7] Delorme J.-L., de la Roche C,. Wendling L., LPC Bituminous Mixtures Design Guide, The RST Working Group Design of Bituminous Mixtures LCPC, December 2007

[2.8] Design Manual for Road and Bridges, DMRB Volume 7 - Pavement Design and Maintenance, Section 2 - Pavement Design and Construction, Part 3, HD 26/06, Pavement Design, February 2006

[2.9] Elliott R., Implementing High Modulus Asphalt Technology In the UK, Scott Wilson, 2008

[2.10] Judycki J., Jaskua P., Doycki B., Pszczoa M., Jaczewski M., Ry D., Przyczyny spka poprzecznych podbudowy asfaltowej o wysokim module sztywnoci na autostradzie A1, Odcinek 1, Czerniewice Odolion, Odcinek 2, Odolion Brzezie, Gdask, kwiecie 2012

[2.11] Judycki J., Jaskua P., Doycki B., Pszczoa M., Jaczewski M., Ry D., Przyczyny spka poprzecznych podbudowy asfaltowej o wysokim module

35

sztywnoci na autostradzie A1, Odcinek 3, Brzezie Kowal, Gdask, kwiecie 2012

[2.12] Majewski B. "Badania zmczeniowe mieszanek mineralno-bitumicznych na torze prbnym LCPC i w laboratoriach", Nowoci zagranicznej techniki drogowej, cz. 1, nr 122, 1995

[2.13] Majewski B. "Badania zmczeniowe mieszanek mineralno-bitumicznych na torze prbnym LCPC i w laboratoriach", Nowoci zagranicznej techniki drogowej, cz. 2, nr 123, 1995

[2.14] Manual of Contract Documents for Highway Works, MCHW volume 1 Specifications for Highway Works, series 0900 Road Pavements Bituminous Bound Materials

[2.15] Manual of Contract Documents for Highway Works, MCHW volume 2 Notes for Guidance on the Specification For Highway Works, series NG 0900 Road Pavements Bituminous Bound Materials

[2.16] Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych, WT-2 2014 Mieszanki mineralno-asfaltowe, Wymagania Techniczne, cz 1, GDDKiA, z dnia 25.09.2014 r, Warszawa 2013 (opublikowane na https://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/z/zarzadzenia-generalnego-dyrektor_13901/zalacznik%20do%20zarz%2047.pdf)

[2.17] Nunn M.E., Smith T., Road Trials of high modulus base for heavily trafficked roads, TRL Project Report PR231,1997

[2.18] Sanders P.J., Nunn M., The application of Enrobe a Module Eleve in flexible pavements, TRL Report TRL636,2005

[2.19] Sybilski D., Zasady wykonywania nawierzchni asfaltowej o zwikszonej odpornoci na koleinowanie i zmczenie (ZW-WMS 2002), IBDiM, Seria I zeszyt 63, Warszawa 2002

[2.20] Sybilski D., Bakowski W., Beton asfaltowy o wysokim module w Polsce, Drogownictwo 7-8/2011

[2.21] Sybilski D., Bakowski W., Prace badawcze laboratoryjne i w penej skali nad zastosowaniem betonu asfaltowego o wysokim module sztywnoci w nawierzchni drogowej, Drogi i Mosty, nr 1-2, 2011r

[2.22] Sybilski D, Bakowski W., Mularzuk R., Zasady wykonywania nawierzchni asfaltowej o zwikszonej odpornoci na koleinowanie i zmczenie (ZW-WMS 2006), IBDiM, Seria I zeszyt 70, wydanie II uzupenione, Warszawa 2006 (opublikowany na stronie http://gddkia.gov.pl/pl/a/3435/prace-naukowo-badawcze-zrealizowane-w-latach-2000-2009)

[2.23] Sybilski D., Bakowski W., Mularzuk R., Zasady wykonywania nawierzchni asfaltowej o zwikszonej odpornoci na koleinowanie i zmczenie (ZW-WMS 2007), IBDiM, Seria I zeszyt 70, wydanie II uzupenione, Warszawa 2007

[2.24] Sybilski D., Jezierska D., Maliszewski M., Szybka naprawa nawierzchni ulic Warszawy, Drogownictwo 2/2007

[2.25] Sybilski D., Mularzuk R., Bakowski W., Maliszewska D., Maliszewski M., Beton asfaltowy o wysokim module sztywnoci AC WMS z kruszywami lokalnymi, Drogi i Mosty, nr 4, 2007

36

[2.26] Sybilski D., Mularzuk R., Bakowski W., Maliszewska D., Maliszewski M., Stosowanie kruszyw lokalnych i sztucznych w betonie asfaltowym o wysokim module sztywnoci, Polskie Drogi 9/2007

[2.27] Sybilski D. i in., Kruszywa do mieszanek mineralno-asfaltowych i powierzchniowych utrwale na drogach krajowych, WT-1 2010, Wymagania Techniczne, Warszawa, 2010

[2.28] Sybilski D. i in., Nawierzchnie asfaltowe na drogach publicznych, IBDiM, WT-2 Nawierzchnie asfaltowe rekomendowane przez Ministra Infrastruktury, Warszawa 2008

[2.29] Sybilski D. i in., Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych, IBDiM, WT-2 2010 Mieszanki mineralno-asfaltowe rekomendowane przez Ministra Infrastruktury, Warszawa 2010, (opublikowany na stronie http://www.gddkia.gov.pl/pl/1118/dokumenty-techniczne)

[2.31] NF EN 13108-1 fevrier 2007 Melanges bitumineux. Specifications des materiaux. Partie 1 Enrobes bitumineux,

[2.32] NF P 98-140 novembre 1999 Enrobes hydrocarbones. Couches d'assises - enrobes a module eleve (EME). Definition - Classification - Caracteristiques - Fabrication - Mise en oeuvre,

[2.33] PN-S-96025:2000 Drogi samochodowe i lotniskowe. Nawierzchnie asfaltowe. Wymagania.

[2.34] Kostrzewa A., Trwao nawierzchni asfaltowych z betonem asfaltowym o wysokim module sztywnoci, Drogownictwo nr 4, 2011, s. 132-134

[2.35] Wasilewska M, Plewa A., Gardziejczyk W., Wybrane problemy konstruowania nawierzchni drogowych, Civil and Environmental Engineering, 2 (2011), s. 183 189

[2.36] Perret J., Ould-Henia M., Dumont A.-G., High modulus pavement design using accelerated loading testing (ALT), 3rd Euroasphalt & Eurobitume Congress Vienna 2004, Vienna, 2004

[2.37] Perret J., Dumont A.-G., Turtschy J.-C., Assessment of resistance to rutting of high modulus bituminous mixtures using full-scale accelerated loading tests, 3rd Euroasphalt & Eurobitume Congress Vienna 2004, Vienna, 2004

[2.38] Wielinski J. C., Huber G. A., Evaluation of French High Modulus Asphalt (EME) in Pavement Structural Design (MEPDG), Asphalt Paving Technology 2011, Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, vol 80 (2011), p. 697 718

[2.39] Yu J., Comparison of Hot-Mix Asphalt Technology among French, US and China, International Workshop on Energy and Environment in the Development of Sustainable Asphalt Pavements, China, 2010

[2.40] Lee H.J., Lee H.J., Park H.M., Performance Evaluation of High Modulus Asphalt Mixtures for Long Life Asphalt Pavements, Construction and Building Materials 21, 2007

[2.41] Denneman E., Introducing High Modulus Asphalt (HiMA), JD Roberts Award, CSIR Pretoria, 27 September 2011

37

[2.42] Rhode L. et al., Using APT and laboratory testing to evaluate the performance of high modulus asphalt concrete for base courses in Brasil, APT '08. Third International Conference, Madrid, Spain, 2008

[2.43] De Backer C., Glorie L., Reynaert R., Test Section in High-Modulus Asphalt: A Comparative Experiment with Ten Variants, Euroasphalt & Eurobitume Congress 2008 - Destination Copenhagen, Copenhagen, 2008

[2.44] De Visscher J., Vansteenkiste S., Vanelstraete A., Test Section in High-Modulus Asphalt: Mix Design and Laboratory Performance Testing, Euroasphalt & Eurobitume Congress 2008 - Destination Copenhagen, Copenhagen, 2008

[2.45] Vaitkus A., Vorobjovas V., Use of local aggregates in high modulus asphalt concrete layers, Gradevinar, no. 4, vol. 65 (2013), p. 353 360

[2.46] Carbonneau X. et al., High Modulus GAB II: A Danish Experiment, Euroasphalt & Eurobitume Congress 2008 - Destination Copenhagen, Copenhagen, 2008

[2.47] Grtner K., Dugotrwao nawierzchni asfaltowych, prezentacja z Seminarium eSeMA w Zakopanem 2012

39

3. Badania laboratoryjne

3.1. Zakres bada laboratoryjnych Autor podrozdziau 3.1: Prof. dr hab. in. Jzef Judycki Celem bada laboratoryjnych byo dokonanie oceny odpornoci badanych materiaw na spkania niskotemperaturowe w okresie zimy i na deformacje trwae w okresie lata. Niektre wyniki bada byy take wykorzystywane do analiz obliczeniowych w dwch obszarach:

a) do wyznaczania wielkoci napre termicznych powstajcych w warstwach asfaltowych nawierzchni podczas ozibiania w okresie zimy oraz

b) do okrelania wielkoci przemieszcze cakowitych i trwaych, odksztace i napre w wyszych temperaturach letnich w konstrukcji nawierzchni traktowanej jako wielowarstwowa pprzestrze lepkosprysta.

W kadym przypadku badano betony asfaltowe o wysokim module sztywnoci AC WMS oraz dla porwnania betony asfaltowe konwencjonalne AC. Badano nie tylko wpyw rodzaju mieszanki (konwencjonalny AC i AC WMS), ale take wpyw typu zastosowanego lepiszcza asfaltowego (asfaltw drogowych zwykych, modyfikowanych i wielorodzajowych). Rnicowano take rodzaje asfaltw, od asfaltw bardziej mikkich 50/70 do asfaltw twardych 20/30. Zakres bada laboratoryjnych by nastpujcy:

a) Badania zginania belek z betonu asfaltowego ze sta prdkoci deformacji w niskich temperaturach w celu okrelenia oceny wytrzymaoci na rozciganie przy zginaniu, odksztace granicznych i moduw sprystoci. Bya to oryginalna metoda nienormowa opracowana wczeniej na Politechnice Gdaskiej.

b) Badania zginania belek z betonu asfaltowego pod staym obcieniem w niskich temperaturach w celu okrelenia parametrw reologicznych badanych mieszanek mineralno-asfaltowych, takich jak: parametry reologiczne modelu Burgersa, krzywe przewodnie moduw sztywnoci i wspczynniki przesunicia. Bya to oryginalna metoda nienormowa opracowana wczeniej na Politechnice Gdaskiej.

c) Badania moduw sztywnoci przy powtarzalnych obcieniach w metodzie poredniego rozcigania wedug znormalizowanej metody, w aparacie Nottingham Asphalt Tester. Dodatkowo badano wytrzymao na porednie rozciganie. Badania przeprowadzono w rnych temperaturach.

d) Badania parametrw mechaniki pkania betonw asfaltowych konwencjonalnych i o wysokim module sztywnoci w niskich temperaturach, w trakcie ktrych okrelono parametry charakteryzujce odporno rnych typw betonw asfaltowych (AC i AC WMS) na pkanie. Stosowano metod

40

nienormow opracowan na Politechnice Gdaskiej w oparciu o studia literatury.

e) Badania napre termicznych wywoanych podczas ozibiania w betonie asfaltowym konwencjonalnym i o wysokim module sztywnoci wedug metody TSRST (test napre termicznych w prbce skrpowanej), ktre okrelay temperatur pknicia niskotemperaturowego i naprenie rozcigajce w momencie pknicia. Stosowano metod znormalizowan.

f) Badania waciwoci lepkosprystych betonw asfaltowych w warunkach ciskania pod staym obcieniem w wyszych temperaturach (test pezania). Jest to metoda nienormowa, ktr opracowano w tej pracy badawczej n

ACWMS_Raport_koncowy

Documents

Transcript of ACWMS_Raport_koncowy