Asfalty drogowe

Asfalt to materiał o właściwościach wiążących, barwie od brązowej do czarnej, konsystencji stałej lub półstałej. Jest mieszaniną wielkocząsteczkowych węglowodorów i związków heterocyklicznych tworzącą układ koloidalny, w którym można wyodrębnić trzy główne składniki:

• asfalteny – brązowe lub czarne substancje o temperaturze mięknienia około 150÷200°C, w asfalcie występujące w ilości 5÷25% w zależności od rodzaju ropy i sposobu przeróbki; stanowią fazę rozproszoną w olejach;
• żywice – stałe lub półstałe substancje koloru brązowego, które mają wpływ na adhezję asfaltu do kruszywa oraz ciągliwość i plastyczność; zawartość żywic w asfalcie wynosi od 30% do 45%, niezależnie od sposobu jego otrzymywania;
• oleje – najlżejsza, węglowodorowa frakcja asfaltu, koloru jasnobrązowego, będąca mieszaniną węglowodorów parafinowo-naftenowych i aromatycznych; nadająca asfaltom elastyczność; zawartość olejów w asfalcie wynosi 30÷65%; stanowią one fazę rozpraszającą [1, 2, 10].

Surowcem wyjściowym do produkcji asfaltów jest pozostałość próżniowa, uzyskiwana podczas przeróbki ropy naftowej.

Proces produkcji asfaltów może być prowadzony według następujących metod:

• destylacji bezpośredniej, która kontynuowana jest do otrzymania asfaltu o żądanej penetracji – asfalty podestylacyjne;
• utleniania asfaltów, podczas którego ciężkie frakcje ropy naftowej poddawane są działaniu tlenu zawartego w powietrzu atmosferycznym; proces prowadzi się do uzyskania asfaltu o żądanej penetracji – asfalty utleniane;
• komponowania asfaltów:
  – mieszania pozostałości próżniowej z twardymi asfaltami (asfalty o penetracji w zakresie 10÷30 × 0,1 mm) w celu uzyskania asfaltu o wymaganych właściwościach,
  – modyfikowania asfaltu polimerami, polegającego na odpowiednim wprowadzeniu polimeru do gorącego asfaltu, zmieleniu mieszaniny w młynie o dużej mocy ścinania oraz jej finalnym rozpuszczeniu i ujednorodnieniu [1, 2, 3].

Funkcja asfaltu w nawierzchni

W mieszance mineralno-asfaltowej stosowanej do budowy nawierzchni drogowej asfalt pełni rolę lepiszcza. W mieszance można wyodrębnić około 4÷6% asfaltu, pozostałą część stanowi odpowiednio zestawiona mieszanka mineralna, składająca się z mączki wapiennej, piasku i grysów. Nawierzchnia drogowa jest to warstwa lub zespół warstw, połączonych ze sobą, służących do przejmowania i rozkładania obciążeń od ruchu na podłoże i zapewniających dogodne warunki ruchu. Ogólny schemat konstrukcji nawierzchni przedstawiono na rysunku 2.

W nawierzchni drogowej można wyróżnić trzy warstwy, które wykonywane są z mieszanek mineralno-asfaltowych. Są to:

• warstwa ścieralna – wierzchnia warstwa nawierzchni, poddana bezpośredniemu oddziaływaniu ruchu i czynników atmosferycznych, której zadaniem jest nadanie nawierzchni cech powierzchniowych (szorstkość, komfort jazdy) oraz zabezpieczenie warstw położonych poniżej (warstwa wiążąca, warstwa podbudowy) przed wpływem czynników atmosferycznych;
• warstwa wiążąca – znajdująca się między warstwą ścieralną a podbudową, której zadaniem jest przeniesienie naprężeń powstających w trakcie obciążenia nawierzchni do warstw położonych poniżej;
• warstwa podbudowy zasadniczej – najniższa warstwa asfaltowa, górna część podbudowy, spełniająca funkcję nośnej konstrukcji nawierzchni; może ona zawierać warstwę wzmacniającą lub/i warstwę wyrównawczą:
  – warstwa wzmacniająca – warstwa podbudowy służąca do wzmocnienia istniejącej nawierzchni lub stosowana w budowie nawierzchni dla ruchu bardzo ciężkiego,
  – warstwa wyrównawcza – warstwa służąca do wyrównania nierówności podbudowy lub profilu istniejącej nawierzchni [3, 4, 7].

Pozostałe warstwy w konstrukcji nawierzchni pełnią następujące funkcje:

• podbudowa – dolna część nawierzchni, służąca do przenoszenia obciążeń od ruchu na podłoże, składa się z podbudowy zasadniczej i podbudowy pomocniczej:
  – podbudowa pomocnicza – dolna część podbudowy, spełniająca poza funkcjami nośnymi funkcje zabezpieczenia nawierzchni przed działaniem wody, mrozu i przenikaniem cząstek podłoża; może zawierać warstwę mrozochronną, odsączającą i odcinającą:
     » warstwa mrozochronna – jej głównym zadaniem jest ochrona nawierzchni przed skutkami mrozu,
     » warstwa odsączająca – służy do odprowadzenia wody przedostającej się do nawierzchni,
     » warstwa odcinająca – stosowana jest w celu uniemożliwienia przenikania cząstek do warstwy leżącej powyżej;
• podłoże stanowi grunt rodzimy lub nasypowy, leżący pod nawierzchnią do głębokości przemarzania, jednak co najmniej do głębokości, na której naprężenia pionowe od największych obciążeń użytkowych wynoszą 0,02 MPa;
• podłoże ulepszone jest to wierzchnia warstwa podłoża leżąca bezpośrednio pod nawierzchnią, ulepszona w celu umożliwienia przejęcia ruchu budowlanego i właściwego wykonania nawierzchni, spełniająca wymagania określone dla podłoża [3].

W mieszankach mineralno-asfaltowych asfalt jest mniej licznym składnikiem mieszanki, jednak odgrywa ważną rolę, ponieważ spełnia podwójną funkcję:

• jest materiałem wiążącym ziarna kruszywa i przenoszącym siły zewnętrzne oddziałujące na nawierzchnię ze strony pojazdów i środowiska zewnętrznego;
• tworzy ochronną powłokę na ziarnach kruszywa, zabezpieczając je przed niszczącym wpływem czynników zewnętrznych, takich jak woda czy środki odladzające [8].

Podział asfaltów drogowych

Do budowy i utrzymania nawierzchni drogowych stoso wane są następujące rodzaje asfaltów:

• asfalty drogowe, zwane też asfaltami konwencjonalnymi;
• asfalty drogowe twarde;
• asfalty wielorodzajowe;
• asfalty modyfikowane polimerami.

⁽¹⁾ Obecnie właściwości asfaltów wielorodzajowych produkowanych w Polsce określone są w specyfikacjach i aprobatach producentów asfaltów. Projekt normy europejskiej prEN 13924-2, zawierającej wymagania dla asfaltów wielorodzajowych, opublikowano w 2012 r. Przewidywany w CEN termin zatwierdzenia tego projektu jako normy europejskiej to marzec 2014 r. W Podkomitecie ds. Asfaltów opracowano projekt załącznika krajowego, zawierający rodzaje asfaltów wielorodzajowych przedstawionych w tablicy 1.

Oznaczenie asfaltów drogowych

Oznaczenie asfaltów drogowych według normy PN-EN 12591:2010 i asfaltów drogowych twardych według normy PN-EN 13924:2009 opiera się na symbolice:

X/Y

w której

X –

dolna granica penetracji w temperaturze 25°C danego rodzaju asfaltu (0,1 mm) według normy PN-EN 1426:2009,

Y –

górna granica penetracji w temperaturze 25°C danego rodzaju asfaltu (0,1 mm) według normy PN-EN 1426:2009.

Przykładowo:

asfalt drogowy 50/70

oznaczenie to informuje o zakresie penetracji asfaltu w temperaturze 25°C – w tym przypadku zakres ten wynosi od 50 do 70 (0,1 mm).

twardy asfalt drogowy 10/20

w tym przypadku zakres penetracji wynosi od 10 do 20 (0,1 mm). Oznaczenie asfaltów modyfikowanych polimerami według PN-EN 14023:2011 przedstawia się następująco:

PMB X/Y-Z

gdzie

X –

dolna granica penetracji w temperaturze 25°C danego rodzaju asfaltu (0,1 mm) według normy PN-EN 1426:2009,

Y –

górna granica penetracji w temperaturze 25°C danego rodzaju asfaltu (0,1 mm) według normy PN-EN 1426:2009,

Z –

dolna granica temperatury mięknienia (PiK) danego rodzaju asfaltu [°C] według normy PN-EN 1427:2009.

Przykładowo:

PMB 45/80-55

Oznaczenie to informuje o zakresie penetracji w temperaturze 25°C, w tym przypadku od 45 do 80 (0,1 mm), oraz o minimalnej wartości temperatury mięknienia, oznaczonej metodą Pierścień i Kula, wynoszącej nie mniej niż 55°C. Przedrostek PMB jest akronimem od polymer modified bitumen i oznacza asfalt modyfikowany polimerami.

W oznaczeniu asfaltów wielorodzajowych według prEN 13924-2 podawany jest zakres penetracji oznaczanej według PN-EN 1426:2009 oraz zakres temperatury mięknienia oznaczanej metodą Pierścień i Kula według PN-EN 1427:2009.
Przykładowo:

MG 35/50-57/66

Oznaczenie asfaltu wielorodzajowego informuje o zakresie penetracji od 35 do 50 (0,1 mm) oraz zakresie temperatury mięknienia od 57°C do 66°C. Przedrostek MG jest akronimem od multigrade bitumen i oznacza asfalt wielorodzajowy.

Artykuł pochodzi z Nafta-Gaz 2014, nr 5, s. 325–328