Nawierzchnie z asfaltu porowatego

2.3. Nawierzchnie z asfaltu porowatego

Szczególne miejsce w grupie nawierzchni obniżających hałas toczenia opon samo-chodowych mają nawierzchnie porowate. Już w latach osiemdziesiątych XX wieku w Holandii, Belgii i we Francji rozpoczęto ich stosowanie na szerszą skalę,

y = 0,29x + 95,44 R² = 0,92

92 95 98 101 104

0 5 10 15 20

CPXI[dB]

Max uziarnienie [mm]

y = 0,25x + 95,96 R² = 0,705

92 95 98 101 104

0 5 10 15 20

CPXI [dB]

Max uziarnienie [mm]

y = 0,39x + 94,62 R² = 0,949

92 95 98 101 104

0 5 10 15 20

CPXI[dB]

Max uziarnienie [mm]

a w Holandii w 1990 roku podjęto decyzję o wykonywaniu górnych warstw na-wierzchni z mieszanek porowatych na wszystkich drogach głównych [2, 23, 202].

Pierwsze podwójne warstwy z asfaltu porowatego wbudowano na drogach w Holandii w 1990 roku. W dolnej warstwie o grubości 35÷65 mm zastosowano kruszywo o uziarnieniu 11÷20 mm, a w warstwie górnej o grubości 20÷30 mm – kruszywo o uziarnieniu 4÷8 mm. Zawartość wolnych przestrzeni wahała się w przedziale 20÷25%, a ilość lepiszcza 5,7÷6%. Na drogach we Włoszech po-dwójne warstwy z asfaltu porowatego zostały po raz pierwszy wykonane w 1996, we Francji w 1997, a w Niemczech w 1998 roku.

Aspekty technologiczne konstruowania nawierzchni porowatych w różnych krajach oraz zagadnienia związane z ich skutecznością akustyczną są szczegółowo prezentowane w raportach z projektów badawczych, artykułach, referatach i mo-nografiach [23, 115, 119, 153, 183, 198, 202, 217]. W związku z tym poniżej zwrócono uwagę jedynie na niektóre najbardziej istotne problemy w tym zakresie oraz wskazano działania podejmowane w celu zachowania dobrych właściwości akustycznych górnych warstw nawierzchni w okresie użytkowania drogi.

Według [132], w oparciu o rozważania teoretyczne oraz badania terenowe, zawartość wolnych przestrzeni 10%, 20% i 30% w jednowarstwowej nawierzchni porowatej przyczynia się do obniżenia poziomu hałasu odpowiednio o 2 dB, 3 dB i 4 dB. Wraz ze zwiększeniem zawartości wolnych przestrzeni wzrasta także współczynnik absorpcji dźwięków. Analizowano przy tym wpływ grubości i za-wartości wolnych przestrzeni w dolnej i górnej warstwie w dwuwarstwowej na-wierzchni porowatej na poziom hałasu. Przyjęto łączną grubość dwóch warstw 6 cm i optymalne rozwiązanie uzyskano przy następujących charakterystykach:

 górna warstwa: grubość – 2 cm, maksymalne uziarnienie kruszywa – 9,5 mm, zawartość wolnych przestrzeni – 10%;

 dolna warstwa: grubość – 4 cm, maksymalne uziarnienie kruszywa – 16 mm, zawartość wolnych przestrzeni – 20%.

W oparciu o opracowane teoretyczne modele nawierzchni porowatej autorzy ustalili, że dwuwarstwowa nawierzchnia porowata charakteryzuje się nieco gor-szymi parametrami akustycznymi niż jednowarstwowa nawierzchnia o podobnej charakterystyce (różnica około 1 dB). W ramach projektu przeprowadzono także pomiary terenowe poziomu hałasu na czterech rodzajach nawierzchni: dwie war-stwy z asfaltu porowatego, jedna warstwa z asfaltu porowatego, warstwa o zwartej strukturze i drobnym uziarnieniu oraz warstwa z dodatkiem granulatu gumowego.

Najbardziej korzystne właściwości akustyczne ustalono na jednowarstwowej na-wierzchni porowatej. Uzyskano redukcję poziomu hałasu o 3,3 dB (przy prędkości pojazdu osobowego 50 km/h) i o 3,6 dB (przy prędkości 80 km/h).

Zgodnie z [154] podwójne warstwy z asfaltu porowatego charakteryzują się większą skutecznością akustyczną oraz dłuższym okresem efektywnej redukcji hałasu w stosunku do pojedynczych warstw z asfaltu porowatego. Ich trwałość konstrukcyjna wynosi około 7÷8 lat i jest nieco gorsza niż cienkich warstw asfal-towych i pojedynczych warstw z asfaltu porowatego.

Skuteczność akustyczna nawierzchni porowatych jest ściśle związana z ab-sorpcją dźwięków generowanych w rejonie płaszczyzny kontaktu opon z na-wierzchnią a także dźwięków pochodzących od poruszających się pojazdów. Wol-ne przestrzenie, grubość i układ warstw porowatych ograniczają drgania powietrza w rowkach bieżnika, minimalizując tym samym wpływ zjawisk aerodynamicznych na poziom emitowanych dźwięków. Parametrem charakteryzującym zdolność na-wierzchni do pochłaniania dźwięków jest współczynnik absorpcji. Jego wartość może być ustalona między innymi według dwóch metod w warunkach in situ (ISO 13472-1, ISO 13472-2) i metody w warunkach laboratoryjnych (PN-EN ISO 10534-1 – tzw. metoda rury Kundta).

Szczegółową analizę metod pomiaru współczynnika absorpcji wraz z mode-lowaniem jego wartości w odniesieniu do nawierzchni porowatych przedstawił Praticò z zespołem w pracach [177, 179, 181]. W badaniach tych zwrócono uwagę na potrzebę bardziej szczegółowego charakteryzowania warstw nawierzchni o strukturze porowatej przy ustalaniu współczynnika absorpcji dźwięków. Wska-zano na wpływ takich charakterystyk, jak: grubość warstwy, opór przepływu po-wietrza z uwzględnieniem lepkości oraz krętości, wymiarów i sposobu połączenia porów. Analizowano również problem absorpcji dźwięku w odniesieniu do mie-szanek mineralno-gumowo-asfaltowych [110, 135] i warstw poroelastycznych [242]. Badano wpływ na jego wartość maksymalnego uziarnienia kruszywa, za-wartości granulatu gumowego i grubości nawierzchni.

Badania absorpcji dźwięków przez nawierzchnie drogowe w Polsce dotych-czas praktycznie nie były prowadzone. Olszacki wykonał pomiary współczynnika absorpcji dźwięków w warunkach laboratoryjnych przy wykorzystaniu rury Kund-ta. Ustalił, że wpływ na jego wartość ma grubość próbki i zawartość wolnych prze-strzeni, a najwyższe wartości współczynnika absorpcji dla jednowarstwowych próbek z asfaltu porowatego dotyczą zakresu częstotliwości od 800 do 1800 Hz [167].

Obecnie opinie na temat skuteczności akustycznej nawierzchni asfaltowych ze zwiększoną zawartością wolnych przestrzeni, w szczególności w dłuższym okresie eksploatacji, są podzielone. Od kilku lat, między innymi we Francji i Bel-gii, mniej jest budowanych nawierzchni porowatych [20]. Wynika to głównie ze zmniejszonej ich trwałości konstrukcyjnej, wyższych kosztów budowy oraz trud-ności w zimowym utrzymaniu.

Jedną z istotnych przyczyn obniżonej trwałości konstrukcyjnej nawierzchni porowatych jest szybsze starzenie się asfaltu. W celu przeciwdziałania temu zjawi-sku są badane różne rozwiązania poprawiające sytuację w tym zakresie. Jednym z nich jest utworzenie cienkiej powłoki na powierzchni asfaltu otaczającego ziarna kruszywa [136]. Po takim zabiegu zauważono „zamykanie” porów i wzrost pozio-mu dźwięku w zakresie częstotliwości powyżej 1250 Hz. Jednak po pewnym okre-sie użytkowania nawierzchni poziom hałasu w zakreokre-sie tych częstotliwości ulegał zmniejszeniu, co świadczy o „otwieraniu się” wcześniej zamkniętych porów. Po-prawnie wykonany taki zabieg może być korzystnym rozwiązaniem służącym przedłużeniu trwałości konstrukcyjnej nawierzchni, a tym samym utrzymaniu sku-teczności akustycznej w dłuższym okresie czasu.

Innym sposobem na zachowanie dobrych właściwości akustycznych na-wierzchni w czasie jej eksploatacji jest wprowadzenie do warstwy mineralno-asfaltowej polimeru o właściwościach hydrofobowych. Badania laboratoryjne przeprowadzono na płytach testowych z jedną warstwą porowatą PAC8, jedną warstwą porowatą PAC11 i dwóch warstwach porowatych [136]. Każdą z na-wierzchni wykonano w dwóch wariantach: ze standardowym lepiszczem i z asfal-tem modyfikowanym polimerem. Następnie płyty testowe zanieczyszczono 960 g/m² sztucznego pyłu, którego skład odpowiadał pyłowi znajdującemu się na drogach (drobny piasek, cząsteczki gumy i cząsteczki organiczne). Przed zanie-czyszczeniem i po zanieczyszczeniu dokonano pomiarów współczynnika absorpcji dźwięku. Stwierdzono, że na nawierzchniach z zastosowaniem polimeru spadek współczynnika absorpcji był znacznie mniejszy niż na nawierzchniach z asfaltem bez polimeru. Mniejszy wpływ zanieczyszczenia na poziom hałasu zaobserwowa-no także na nawierzchni PAC11 w porównaniu z nawierzchnią PAC8. Świadczy to o szybszej utracie dobrych właściwości akustycznych przez nawierzchnię o bar-dziej drobnym uziarnieniu kruszywa.

W celu przeciwdziałania zatykaniu się porów w górnej warstwie mineralno- asfaltowej analizowano dwa rozwiązania oparte na osiągnięciach z dziedziny nano-technologii [134]. Pierwsze rozwiązanie polegało na utworzeniu w strukturze war-stwy porowatej hydrofobowej otoczki porów, a drugie – na utworzeniu otoczki o charakterystyce hydrofilowej. Pierwszy pomysł jest oparty na tzw. efekcie kwia-tu lotosu – poprzez zwiększenie kąta zwilżania między wodą a powłoką asfaltową ułatwia się przepływ wody, która „porywa” ze sobą cząstki brudu i tym samym oczyszcza powierzchnie asfaltowe. Drugie rozwiązanie polega na modyfikacji asfaltu polimerami o właściwościach hydrofilowych i wykorzystaniu tzw. efektu Marangoniego. Polimery migrują na powierzchnię warstewki asfaltu i zmniejszają kąt zwilżania pomiędzy cząsteczkami wody a jej powierzchnią. Dzięki temu woda przedostaje się pomiędzy powłokę asfaltową i zanieczyszczenia, nie pozwalając

na przyklejanie się pyłów do powierzchni asfaltowych. Skutkuje to tym, że wraz z przemieszczającą się wodą następuje usuwanie zanieczyszczeń ze struktur poro-watych górnych warstw nawierzchni.

Powyższe przykłady wskazują, że poza standardowym czyszczeniem na-wierzchni porowatych prowadzone są badania nad innymi rozwiązaniami przyczy-niającymi się do zachowania dobrych właściwości akustycznych w możliwie naj-dłuższym czasie.