Plamy na nawierzchniach z SMA

nawierzchnie
dr inż. Bohdan Dołżycki, Katedra Inżynierii Drogowej, Politechnika Gdańska
Plamy na nawierzchniach
z SMA
Jednorodna i szorstka warstwa ścieralna to cel, jaki przyświeca każdej inwestycji. Niekiedy na warstwie
ścieralnej z mastyksu grysowego (SMA) tworzą się nieestetyczne plamy lub cała powierzchnia się zamyka.
W artykule przedstawiono niektóre aspekty związane z powstawaniem plam na powierzchni SMA wiążące
się z projektowaniem, składem i wytwarzaniem SMA. Czynniki te są często niedoceniane i lekceważone
przez projektantów i wytwórców mieszanek mineralno-asfaltowych. Przyczyną plam na powierzchni warstwy
ścieralnej z SMA mogą być też niewłaściwe zagęszczanie warstwy lub inne błędy technologiczne. Problem
ten nie będzie poruszany w tym artykule.
Plamy na nawierzchni z SMA to wyciśnięty na powierzchnię mastyks, czyli mieszanina asfaltu, wypełniacza, stabilizatora i drobnego kruszywa. Wyciśnięcie mastyksu może nastąpić w trakcie
zagęszczania SMA lub podczas eksploatacji nawierzchni w pierwszym etapie pracy nawierzchni. Oba rodzaje zamknięcia można
spotkać na naszych drogach. Przykład zamknięcia SMA w trakcie zagęszczania przedstawiono na fot. 1 oraz 2. Zamknięcie takie
występuje na części lub na całej powierzchni pasa ruchu, tworząc
zamkniętą jednolitą, gładką powierzchnię. Przykład zamkniętego
SMA wywołanego kołami samochodów przedstawiono na fot. 3.
Takie zamknięcie występuje zasadniczo w śladach kół, tworząc zamknięty, gładki ślad, pozostawiając pozostałą część pasa ruchu
bez oznak zamknięcia.
Przyczyny zamknięcia nawierzchni
Przyczyny zamykania się warstwy z SMA mogą być różne i niekiedy dość złożone. Podstawowe czynniki związane z samym SMA,
jakie mogą przyczynić się do powstania plam, to:
– projekt mieszanki mineralno-asfaltowej SMA:
• dobór materiałów,
• skład SMA,
– składniki mieszanki mineralno-asfaltowej:
• kruszywo grube,
• mastyks (kruszywo drobne, wypełniacz, asfalt, stabilizator).
Projekt mieszanki
mineralno-asfaltowej SMA
Problem projektowania SMA jest dość złożony, ponieważ
na pierwszy rzut oka wydaje się, że wystarczy wybrać materiały,
zaprojektować mieszankę mineralną, a następnie określić optymalną zawartość asfaltu. Mogłoby się wydawać, że tak proste
czynności nie powinny stanowić problemu. Jednak – jak przedstawiono to w publikacji (1) – nie są to trywialne czynności,
o czym świadczy szereg metod stosowanych na świecie do określania optymalnego składu mastyksu grysowego.
W Polsce projektowanie SMA ogranicza się do dobrania mieszanki mineralnej, mieszczącej się w polu dobrego uziarnienia
20
Magazyn Autostrady 5/2010
wyznaczonego przez krzywe graniczne, a następnie dobraniu takiej zawartości asfaltu, aby zawartość wolnych przestrzeni w zagęszczonych próbkach mieściła się w przedziale 3-4%. Na tym
etapie zazwyczaj kończył się dobór składników SMA według
normy PN-S-96025 (2). W wytycznych WT-2 (3) wprowadzono
dodatkowo badania odporności na koleinowanie oraz działanie
wody. Zarówno norma, jak i wytyczne nie poświęcają zasadom
doboru składników SMA zbyt dużej uwagi. Trudno jednak oczekiwać, aby wymagania lub norma podawały zasady doboru poszczególnych składników SMA. W Polsce, gdzie od ponad 20 lat
stosuje się SMA, nie wypracowano dotychczas metody projektowania jego składu opierającej się na analizie cech fizycznych
lub mechanicznych mieszanki mineralno-asfaltowej.
W przypadku projektu SMA następujące czynniki mogą mieć
wpływ na późniejsze powstawanie plam powodujących zamykanie się nawierzchni:
– Złe dobranie materiałów wyjściowych. Składniki, które zostały wybrane do komponowania SMA, nie zawsze utworzą
mieszankę stanowiącą wystarczająco nośny szkielet mineralny.
Jest to widoczne szczególnie przy dążeniu przez wykonawców
do minimalizowania kosztów wytwarzania SMA poprzez stosowanie nowych, niesprawdzonych materiałów.
– Złe dobranie kompozycji materiałów wyjściowych. Nie zawsze
składniki, które mieszczą się w polu dobrego uziarnienia, stanowią dobrą kompozycję. Niekiedy nawet z najlepszych materiałów nie można wytworzyć dobrej kompozycji SMA. Szkielet
mineralny może być niestabilny, a przez to nie uda się zaprojektować dobrego SMA.
– Stosowanie na etapie projektowania innych materiałów mineralnych w porównaniu z później wykorzystywanymi do produkcji
SMA. Problem ten dotyczy wszystkich mieszanek mineralnoasfaltowych. Recepty są wykonywane najczęściej na początku
sezonu, gdy dostawcy kruszyw dbają w większym stopniu o jakość, ponieważ mają na to więcej czasu. W środku sezonu, gdy
zapotrzebowanie na kruszywa rośnie, jakość produkowanych
surowców się obniża. Nie są to wielkie różnice, ale mogą mieć
wpływ na właściwości gotowej mieszanki mineralno-asfaltowej.
nawierzchnie
Fot. 1. Warstwa ścieralna z SMA zamknięta podczas zagęszczania. Zamknięcie na całej szerokości pasa ruchu
Summary
Each and every investment aims at achieving homogeneous and rough abrasive layer. Sometimes
however, on an abrasive layer of stone mastic asphalt
(SMA) can occur some unsightly stains or the whole
surface is closed. This article describes some aspects
of stains formation on SMA which are related with
designing, content and production of SMA. The said
problems are often unappreciated by designers and
producers of mineral-asphalt mixes. The article aims
at focusing the involved parties’ attention on the
problem.
Fot. 2. Warstwa ścieralna z SMA zamknięta podczas zagęszczania. Widoczne wyraźne różnice
pomiędzy poszczególnymi pasami ruchu
Niekiedy, przy braku kruszyw stosowanych na etapie wykonywania recepty, stosuje się zamiennie inne kruszywa bez sprawdzenia recepty. Nie zawsze kruszywo o tym samym uziarnieniu,
ale pochodzące z innego kamieniołomu pozwoli na uzyskanie SMA o pożądanych właściwościach. Przy projektowaniu
SMA trzeba pamiętać, że nie zawsze spełnienie wymagań
zawartych w normie PN-S-96025 (2) lub w wytycznych
WT-2 (3) gwarantuje otrzymanie dobrego SMA.
Składniki mieszanki mineralno-asfaltowej
Kruszywo grube. Zmiana uziarnienia w kruszywie grubym (powyżej 2 mm) powoduje zmianę zawartości wolnych przestrzeni
w mieszance mineralnej, tym samym powodując zmianę objętości miejsca na mastyks oraz wolne przestrzenie. Zmiany w składzie uziarnienia kruszywa grubego, dzięki podwójnej kontroli
na wytwórni mas bitumicznych (WMB), są stosunkowo rzadkie. W przypadku zmiany uziarnienia kruszywa grubego można
w miarę łatwo wprowadzić korektę pozwalającą na utrzymanie
zaprojektowanego uziarnienia. Z tego względu wpływ kruszywa
grubego na powstawanie plam w nawierzchni z SMA można
określić jako niewielki.
Mastyks. Materiałem wypełniającym wolne przestrzenie pomiędzy grubymi ziarnami kruszywa jest mastyks. Właśnie w tej
fazie mastyks jest wyciskany na powierzchnię, tworząc plamy zamykające powierzchnię warstwy ścieralnej z SMA. W SMA mastyks składa się z kruszywa drobnego, wypełniacza, asfaltu oraz
stabilizatora. Każdy z tych materiałów ma wpływ na jakość i ilość
mastyksu, a tym samym na powstawanie plam. O powstawaniu
plam decydują: sztywność mastyksu, jego przyczepność do grubego kruszywa oraz podatność na segregację podczas transportu
i wbudowania. Mastyks o zbyt małej sztywności (za miękki) jest
łatwo wyciskany na powierzchnię. Na sztywność mastyksu wpływa głównie asfalt oraz wypełniacz. W przypadku złej przyczepności asfaltu do kruszywa grubego mastyks jest łatwo odrywany
i może być wyciskany na powierzchnię. Na przyczepność mastyksu do kruszywa wpływa głównie asfalt. W obu przypadkach
www.autostrady.elamed.pl
21
nawierzchnie
Fot. 3. Warstwa ścieralna z SMA zamknięta podczas eksploatacji. Zamknięcie w śladach kół
powstają plamy i nawierzchnia się zamyka. W dalszej części omówiono wpływ poszczególnych składników na właściwości mastyksu, a tym samym na właściwości SMA.
Kruszywo drobne (od 0,075 mm do 2 mm) – podobnie jak
kruszywo grube – podlega kontroli podczas dozowania kruszywa
na wytwórni. Co prawda możliwe korekty uziarnienia są mniejsze, ale nadal mamy pewną możliwość kontrolowania uziarnienia dodawanego kruszywa drobnego. W przypadku kruszywa
drobnego cechą, która ma wpływ na właściwości mastyksu, jest
kanciastość ziaren. Kanciastość ziaren wpływa na sztywność mastyksu. Podczas produkcji SMA wykonawca nie kontroluje tej
cechy. Kontrola kanciastości kruszywa drobnego ma szczególne
znaczenie, gdy stosujemy kruszywo drobne pochodzące z przekruszenia kruszywa naturalnego. Kruszywo drobne pochodzące
ze skał litych ma raczej stałą kanciastość ziaren. Wpływ kruszywa
drobnego na powstawanie plam w nawierzchni z SMA można
określić jako średni.
Wypełniacz – podobnie jak asfalt – decyduje o sztywności
mastyksu. Wypełniacz ma decydujący wpływ na właściwości mastyksu, ponieważ to on decyduje o powierzchni właściwej przeznaczonej do otoczenia przez asfalt, tym samym usztywniając
asfalt. Im drobniejszy wypełniacz, tym większa powierzchnia
do otoczenia przez lepiszcze. Większa powierzchnia oznacza,
że przy tej samej ilości asfaltu otrzymuje się sztywniejszy mastyks.
W praktyce mastyks jest zupełnie poza kontrolą lub ewentualnie
pod bardzo niewielką kontrolą. Dozowanie wypełniacza sprowadza się jedynie do określania jego ilości, zaś kontrola jakości
sprowadza się do określania zawartości przechodzącej przez najdrobniejsze sito kontrolne (0,075 mm lub 0,063 mm). Wykonawca praktycznie nie jest w stanie sprawdzić, jak przedstawia się
przesiew poniżej sita kontrolnego i czy uziarnienie wypełniacza
w tym zakresie nie uległo zmianie podczas kolejnych dostaw.
Ocena jakości wypełniacza opiera się na dokumentach dostarczanych przez dostawcę. W praktyce ten sam wypełniacz może
mieć uziarnienie dość znacznie różniące się w kolejnych dostawach. Przykład uziarnienia wypełniacza pochodzącego od tego
samego dostawcy, a dostarczonego w dwóch różnych partiach
przedstawia tab. 1. Różnica na najmniejszym sicie kontrolnym
22
Magazyn Autostrady 5/2010
SITO # [MM]
PARTIA NR 1
PARTIA NR 2
ODSIEW
PRZESIEW
ODSIEW
PRZESIEW
0,85
0,0
100,0
0,0
100,0
0,42
0,1
99,9
0,1
99,9
0,3
0,3
99,6
0,3
99,6
0,18
0,8
98,8
1,0
98,6
0,15
0,6
98,2
1,2
97,4
0,075
7,6
90,6
16,3
81,1
< 0,075
90,6
–
81,1
–
Powierzchnia właściwa wypełniacza oszacowana na podstawie uziarnienia [m2/kg]
133,3
120,4
Tab. 1. Uziarnienie wypełniacza pochodzącego od tego samego dostawcy
CECHA
PRÓBKA NR 1
PRÓBKA NR 2
Wskaźnik zagęszczenia [%]
101,8
101,3
Zawartość wolnych przestrzeni [%]
1,1
1,8
Głębokość koleiny wg (4) [mm]
5,1
2,5
Prędkość przyrostu koleiny wg (4) [mm/h]
2,2
0,88
Tab. 2. Wyniki badań SMA pochodzącej z zamkniętej nawierzchni
dochodzi do 10%, co znacząco wpływa na powierzchnię właściwą wypełniacza. Wpływ wypełniacza na powstawanie plam
w nawierzchni z SMA należy określić jako duży.
Asfalt – podobnie jak wypełniacz – decyduje o właściwościach
mastyksu, a dokładniej o jego sztywności. O właściwościach
mastyksu decyduje głównie lepkość asfaltu. Właściwości asfaltu
oceniane są na podstawie deklaracji producenta. Wytwórca SMA
praktycznie nie kontroluje jakości asfaltu, bazując na informacji
od dostawcy. Właściwości asfaltu zmieniają się w trakcie wytwarzania SMA. W trakcie produkcji i wbudowania zachodzi proces starzenia asfaltu, kiedy lepkość asfaltu wzrasta kilkukrotnie.
O właściwościach asfaltu, który uległ starzeniu, nie wiemy praktycznie nic. W Polsce nie prowadzi się badań asfaltu odzyskanego z nawierzchni. Takie badania są uważane za podstawowe
przy odbiorze wykonanych warstw między innymi w Niemczech
i we Francji. Wpływ asfaltu na powstawanie plam w nawierzchni
z SMA można określić jako duży.
Głębokość koleiny [mm]
nawierzchnie
Rys. 1. Porównanie odporności
na koleinowanie dwóch zamkniętych warstw z SMA
Stabilizatory. Mastyks grysowy – jak każda mieszanka mineralno-asfaltowa o nieciągłym uziarnieniu, bogata w mastyks
– wymaga dodatków stabilizujących zapobiegających nadmiernej spływności mastyksu z kruszywa grubego oraz segregacji.
W Polsce jako stabilizatory powszechnie stosowane są włókna
celulozowe, głównie w postaci granulatu. Od jakości zastosowanych włókien oraz ich rozprowadzenia w mieszance mineralno-asfaltowej zależy zachowanie się SMA. Aby uniknąć negatywnych efektów związanych z nieodpowiednim działaniem
włókien, powinno się stosować tylko sprawdzone produkty.
Efektywność działania włókien oceniana jest podczas wbudowywania SMA jedynie poprzez ocenę wizualną transportowanej i wbudowywanej mieszanki. Na wytwórni nie sprawdza
się skuteczności działania włókien pod kątem zapobiegania
spływności, ponieważ gotowa mieszanka trafia bezpośrednio
do skrzyni samochodu natychmiast odjeżdżającego do miejsca wbudowania.
Z przedstawionego zestawienia składników i oceny ich wpływu na możliwość powstania plam w nawierzchni prowadzących
do zamykania się SMA wynika, że najważniejsze czynniki decydujące o jakości SMA są poddawane ograniczonej kontroli lub
nawet są poza kontrolą.
Konsekwencje powstania plam
Plamy powstałe na powierzchni warstwy ścieralnej wpływają na:
bezpieczeństwo, trwałość i estetykę nawierzchni.
Bezpieczeństwo. Zamknięta warstwa ścieralna z SMA charakteryzuje się znacznie obniżoną szorstkością, co skutkuje
zwiększoną drogą hamowania. W przypadku niewielkich plam
lub plam na drogach o mniejszym znaczeniu warstwę można
pozostawić. W przypadku głównych dróg lub skrzyżowań obciążonych dużym ruchem plamy należy usunąć lub uszorstnić
nawierzchnię.
Trwałość nawierzchni. Zamknięta warstwa SMA z wyciśniętym mastyksem najczęściej charakteryzuje się zaniżoną zawartością wolnych przestrzeni, co w konsekwencji może doprowadzić
do powstania kolein. W tab. 2 i na rys. 1 przedstawiono badania z nawierzchni zamkniętej podczas zagęszczania. Z przedsta-
wionych badań wynika, że im bardziej zamknięta nawierzchnia,
tym większa podatność na koleinowanie. Z drugiej jednak strony zamknięta nawierzchnia jest szczelniejsza i mniej wrażliwa
na działanie czynników atmosferycznych. O losie takiej warstwy
powinien zadecydować inwestor.
Estetyka nawierzchni. Plamy na warstwie ścieralnej powodują
wrażenie niejednorodności i śliskiej nawierzchni. Odbiór takiej
warstwy jest niekorzystny i wpływa na nienajlepszą ocenę pracy
firm drogowych. Nawierzchnia co prawda spełnia swoją podstawową funkcję, czyli jest równa, ale występuje negatywny odbiór
u użytkowników dróg wątpiących w sens wydawania środków
finansowych przeznaczonych na roboty drogowe.
Podsumowanie
Mastyks grysowy (SMA) jest powszechnie stosowanym materiałem do wykonywania warstw ścieralnych. Przedstawione czynniki
wpływające na powstawanie plam w SMA pokazują, że problem
sam w sobie jest dość złożony. Analizowane w praktyce autora
przypadki pojawienia się plam pokazują, że najczęściej przyczyną
ich wystąpienia jest nałożenie się kilku wymienionych czynników równocześnie. Pomimo przedstawionych licznych zagrożeń
warstwy ścieralne z SMA są wykonywane coraz lepiej, a liczba
obserwowanych plam na nowych nawierzchniach jest niewielka. Obecnie projektowanie i wbudowywanie warstw ścieralnych
z SMA nie nastręcza większych problemów, pomimo braku wypracowanych metod projektowania SMA. O dużej popularności
technologii SMA w Polce świadczy coraz częstsze stosowanie
warstw ścieralnych wykonanych z mastyksu grysowego na drogach lokalnych.

Piśmiennictwo
1. Błażejewski K.: SMA. Teoria i praktyka. Rettenmaier Polska
Sp. z o.o., Warszawa 2007.
2. PN-S-96025:2000 Drogi samochodowe i lotniskowe. Nawierzchnie asfaltowe.
Wymagania.
3. Nawierzchnie asfaltowe na drogach publicznych. WT-2 Nawierzchnie asfaltowe 2008. IBDiM, Warszawa 2008.
4. BS 598, pt 110:1996 Badanie koleinowania.
www.autostrady.elamed.pl
23