6. BADANIA TERENOWE – ODCINEK DOŚWIADCZALNY
6.3. M ATERIAŁY STOSOWANE W BADANIACH TERENOWYCH
6.3.1. Rodzaju mieszanki mineralno-asfaltowej przeznaczonej do badań terenowych
Wybór rodzaju mieszanki mineralno-asfaltowej był narzucony przez okoliczność wykonywania odcinka doświadczalnego w ramach przebudowy węzła Karczemki, w projekcie której warstwę ścieralną zaprojektowano z mastyksu grysowego SMA o uziarnieniu 0/11 mm i układaną w grubości 4 cm. Zalety z wykorzystania mieszanki tego rodzaju były tożsame z niektórymi zagadnieniami wymienionymi w punkcie 3.1, tj.:
• bezpośrednie narażenie wierzchniej warstwy nawierzchni na oddziaływanie warunków atmosferycznych oraz kół pojazdów,
• drobne uziarnienie wpływające pozytywnie na jednorodność wyników badań,
• możliwość obserwacji wizualnej zachowania się warstwy ścieralnej w trakcie eksploatacji.
6.3.2. Dodatki WMA obniżające temperaturę produkcji i wbudowywania zastosowane w badaniach terenowych
W trakcie przygotowań do realizacji badań terenowych uznano, że z powodu wielkości powierzchni przydzielonego obszaru jezdni na odcinek doświadczalny, spodziewane trudności przy dozowaniu niektórych dodatków obniżających temperaturę oraz zbliżające się niekorzystne warunki atmosferyczne (późna jesień), nie będzie możliwe wyprodukowanie i wbudowanie mieszanek ze wszystkimi dodatkami sprawdzanymi na etapie badań laboratoryjnych. W związku z tym, do wyprodukowania mieszanek mineralno-asfaltowych na odcinek doświadczalny wybrano 3 następujące środki z 5 badanych w laboratorium:
• Odpowiednik środka Sasobit, dodawany automatycznie do mieszalnika otaczarni w formie połączonej z włóknem celulozowym – stabilizatorem mastyksu (nazwa handlowa produktu ViaTop Plus CT 40), przy czym na etapie badań laboratoryjnych stosowano czysty Sasobit dodawany w proporcji 3% w stosunku do masy asfaltu. Dodanie 0,5% ViaTopu Plus CT 40 do mieszanki mineralno-asfaltowej o zawartości 6,6% asfaltu jest praktycznie równoważne dodaniu 3% procent Sasobitu do masy asfaltu.
• Rediset WMX w postaci stałych granulek, dodawany w postaci 2% w stosunku do masy asfaltu, który planowano zadozować kilkanaście godzin przed rozpoczęciem produkcji wprost do zbiornika asfaltu na wytwórni.
• Ceca Base RT w postaci płynnej, dodawany ręcznie do wagi asfaltu w postaci płynnej w stosunku 0,35% do masy asfaltu.
Proporcje w jakich dozowano poszczególne środki oparto na podstawie zaleceń ich producentów.
W całości działań uwzględniono również – oprócz wykonania głównych fragmentów nawierzchni z mieszanką SMA wyprodukowaną wraz z dodatkami – konieczność pobrania próbek oraz oznaczenia odcinków, na którym miał zostać wbudowany mastyks grysowy SMA z czystym asfaltem modyfikowanym, będący referencyjną mieszanką porównawczą.
6.3.3. Asfalt zastosowany w badaniach terenowych
Zgodnie z zapisami obowiązującej na kontrakcie przebudowy Węzła Karczemki szczegółowej specyfikacji technicznej D-05.03.13. „Warstwa ścieralna z mieszanki mastyksowo-grysowej (SMA)” [P2] zastosowano asfalt modyfikowany 45/80-55.
Wykorzystany asfalt został wyprodukowany w firmie Lotos Asfalt.
6.3.4. Kruszywa zastosowane w badaniach terenowych
Tak jak w przypadku asfaltu, wybór kruszyw wchodzących w skład mastyksu grysowego SMA użytego w trakcie badań terenowych musiał być zgodny z kruszywami występującymi w składzie innych mieszanek mineralno-asfaltowych, zgodnych ze specyfikacjami technicznymi i zatwierdzonych już uprzednio przez wykonawcę podczas realizacji całej inwestycji przebudowy Węzła Karczemki.
Łącznie wykorzystano trzy rodzaje kruszywa grubego (grysów), jeden rodzaj kruszywa łamanego o ciągłym uziarnieniu i jeden rodzaj wypełniacza:
• kruszywo grube ze skały granitowej Halsvik 5/11,
• kruszywo grube ze skały granitowej Halsvik 5/8,
• kruszywo grube ze skały granitowej Halsvik 2/5,
• kruszywo łamane o ciągłym uziarnieniu ze skały granitowej Glensanda 0/5,
• wypełniacz wapienny Wapienno.
Uziarnienie i gęstość użytych kruszyw zamieszczono w tablicy 6.1.
Tablica 6.1. Uziarnienie poszczególnych kruszyw wchodzących w skład mieszanki SMA zastosowanej na odcinku doświadczalnym
Sito # [mm]
Przechodzi przez sito dla kruszywa rodzaju, [%]:
Kruszywo
Z wymienionych materiałów skomponowano mieszankę mineralną o uziarnieniu 0/11, spełniającą wymagania specyfikacji technicznej D-05.03.13. „Warstwa ścieralna z mieszanki mastyksowo-grysowej (SMA)” [P2].
6.3.5. Projektowanie mastyksu grysowego SMA przeznaczonego do badań terenowych
Projektowanie mastyksu grysowego zostało przeprowadzone w ramach niniejszej pracy doktorskiej. Przy projektowaniu uwzględniono wymagania specyfikacji technicznej dotyczącej realizowanej inwestycji, warunki wynikające ze stosowania dodatków WMA obniżających temperaturę, a także receptę bazową, jaką przygotował wcześniej Wykonawca.
6.3.5.1. Dobór składu mieszanki mineralnej
Z uwagi na fakt, iż recepta tradycyjnej mieszanki mastyksu grysowo-asfaltowego SMA przeznaczonej do wbudowania na obszarze całego przebudowywanego Węzła Karczemki były już wykonana i zatwierdzona, zdecydowano że zostanie ona wykorzystana i poddana jedynie niewielkiej modyfikacji, polegającej na wprowadzeniu do składu dodatków obniżających temperaturę, bez zmian ilościowych poszczególnych frakcji kruszywa kruszywa. Ich procentową zawartość w zastosowanej mieszance mineralnej przedstawiono w tablicy 6.2., zaś rzędne krzywej uziarnienia w tablicy 6.3. Samą krzywą uziarnienia pokazano na rysunku 6.1.
Tablica 6.2. Procentowa zawartość materiałów mineralnych w mieszance mineralnej 0/11 mm do warstwy ścieralnej z SMA zastosowanego na odcinku doświadczalnym
Materiały Zawartość w mieszance mineralnej, [%]
Kruszywo grube 5/11 54,0
Kruszywo grube 5/8 10,0
Kruszywo grube 2/5 10,0
Kruszywo łamane o ciągłym uziarnieniu 0/5 14,0
Wypełniacz 11,5
Dodatek stabilizujący 0,5
Suma 100
Tablica 6.3. Uziarnienie mieszanki mineralnej 0/11 mm do warstwy ścieralnej z mastyksu grysowego SMA zastosowanego na odcinku doświadczalnym
Sito # [mm]
Wymaganie wg ST D-05.03.13
Rzędne krzywej uziarnienia Wymagania
minimalne
Wymagania maksymalne
31,5 100 100 100,0
22,4 100 100 100,0
16,0 100 100 100,0
11,2 90 100 94,7
8,0 50 65 59,5
5,0 35 45 37,6
2,0 20 30 24,8
0,125 9 17 14,7
0,063 8 12 11,0
Rys. 6.1. Krzywa uziarnienia mieszanki mieszanki mineralnej 0/11 mm do warstwy ścieralnej z mastyksu grysowego SMA zastosowanego na odcinku doświadczalnym 6.3.5.2. Dobór zawartości asfaltu
Ilość asfaltu w mieszance określono zgodnie z zasadami podanymi w Wymaganiach Technicznych WT-2 2010, stosując odpowiedni współczynnik korekcyjny zależny od gęstości mieszanki mineralnej oraz zwiększając otrzymaną wartość o 0,3%. Sposób określenia minimalnej zawartości asfaltu przedstawiono w tablicy 6.4.
Tablica 6.4. Określenie współczynnika korekcyjnego oraz minimalnej zawartości asfaltu w mieszance mastyksu grysowego SMA zastosowanego na odcinku
doświadczalnym
Materiały Wartość Jednostka
Gęstość mieszanki mineralnej, ρa 2,700 [Mg/m3]
Minimalna zawartość asfaltu, Bmin 6,4 [%]
Współczynnik korekcyjny ρα = 2,650/ ρa 0,981 [-]
Minimalna zawartość asfaltu, Bmin, po korekcie 6,3 [%]
Minimalna zawartość asfaltu, Bmin, po korekcie zwiększona o 0,3
% wymagane w WT-2 2010 6,6 [%]
6.3.5.3. Skład mieszanki mineralno-asfaltowej mastyksu grysowego SMA
W tablicy 6.5. przedstawiono zastosowane proporcje kruszyw oraz ilość asfaltu w odniesieniu do samej mieszanki mineralnej oraz całej mineralno-asfaltowej.
Tablica 6.5. Proporcje kruszyw oraz ilość asfaltu w mieszance mineralnej oraz mineralno-asfaltowej zastosowanej na odcinku doświadczalnym
Materiały Mieszanka
mineralna: [%]
Mieszanka
mineralno-asfaltowa [%]
Kruszywo grube 5/11 54,0 50,4
Kruszywo grube 5/8 10,0 9,3
Kruszywo grube 2/5 10,0 9,3
Kruszywo łamane o ciągłym uziarnieniu 0/5 14,0 13,1
Kruszywo wypełniające 11,5 10,8
Dodatek stabilizujący ViaTop 80 lub ViaTop Plus CT40 0,5 0,5 Asfalt 45/80-55:
• asfalt rozpuszczalny:
• asfaltu wchłonięty przez kruszywo:
6,6 6,4 0,2
W składzie mieszanki przewidziano również użycie stabilizatora spływności w postaci włókien celulozowych o nazwie:
• ViaTop 80, jednakże tylko w przypadku mieszanek produkowanych z dodatkami Ceca Base RT oraz Rediset WMX,
• ViaTop Plus CT40, który zawierał jednocześnie w swoim składzie dodatek obniżający temperaturę (odpowiednik środka Sasobit).
Dozowanie zarówno włókien ViaTop 80, jak i ViaTop Plus CT 40 przewidziano w proporcji 0,5% w stosunku do masy mieszanki mineralno-asfaltowej. Dodatek 0,5%
ViaTop Plus CT40 w stosunku do masy mieszanki mineralno-asfaltowej odpowiadał 3% dodatkowi Sasobitu do masy asfaltu.
Recepta tradycyjnej mieszanki SMA którą wykorzystano jako bazę do opracowania recept mieszanek z dodatkami obniżającymi temperaturę uwzględniała w swoim składzie również ciekły środek adhezyjny. Jednakże mając na uwadze doświadczenia uzyskane w trakcie etapu badań laboratoryjnych z betonami asfaltowymi, które pokazały że dodatki obniżające temperaturę pozytywnie wpływają na odporność na działanie wody i mrozu zdecydowano o niestosowaniu dodatkowego środka adhezyjnego.
6.3.5.4. Parametry mieszanki mineralno-asfaltowej mastyksu grysowego SMA Po opracowaniu składu, dla każdej wersji mieszanki (tj. dla każdej kombinacji asfaltu i dodatków WMA) wykonano badania typu w zakresie przewidzianym przez szczegółową specyfikację techniczną obowiązującą na kontrakcie przebudowy Węzła Karczemki. Otrzymane wyniki przedstawiono w tablicy 7.6. Z powodu występowania w składzie mieszanki dodatków WMA i ryzyka przegęszczenia wykonywanych w laboratorium próbek Marshalla, temperatura ich zagęszczania była obniżona w stosunku do normalnie stosowanej (tj. 145°C±5°C) i zawierała się w przedziale 125-130°C.
Tablica 6.6. Porównanie parametrów mieszanki mineralno-asfaltowej SMA przeznaczonej do wbudowania na odcinki doświadczalne
Cecha
Wartość dla mieszanki z asfaltem i dodatkiem:
Zawartość wolnych przestrzeni w
mieszance mineralnej VMA,[%] 17,3 17,3 17,4 -
Odporność na deformacje trwałe wg PN-EN 12697-22, metoda B w powietrzu, +60°C, 10 000 cykli
WTS
Odporność na działanie wody i mrozu wg PN-EN 12697-12, przechowywania w +40°C, z jednym cyklem
zamrażania, badanie w +25°C
90,5 92,8 97,2 ITSR90
Spływność lepiszcza wg
PN-EN 12697-18, p.5 0,1 0,1 0,1 D0,3
Uzyskane na etapie opracowywania składu zawartości wolnych przestrzeni w próbkach Marshalla na poziomie 1,8 – 1,9% były nieznacznie niższe niż wymagane przez szczegółową specyfikację techniczną Vmin2,0 dla kategorii ruchu KR5-6. Na etapie przygotowania recepty zakładano jednakże wykonanie odcinków z dodatkami jedynie na obszarze łącznic, gdzie minimalny wymagany poziom wolnych przestrzeni wynosił 1,5% z uwagi na obowiązującą na ich obszarze kategorię ruchu KR3. Z tego powodu nie korygowano ponownie składu mieszanki w celu osiągnięcia zawartości wolnych przestrzeni 2,0%.