STUDIA INŻYNIERSKIEE
KIERUNEK: BUDOWNICTWO
Przedmiot:
NAWIERZCHNIE DROGOWE I TECHNOLOGIA ROBÓT DROGOWYCH
Temat: Mieszanki mineralno-asfaltowe: rodzaje, zastosowanie,
projektowanie składu, własności i wymagania.
dr inż. Piotr Zieliński
Politechnika Krakowska
Katedra Budowy Dróg i Inżynierii Ruchu
Rok akademicki 2012/2013
Mieszanka mineralno-asfaltowa (MMA) składa się z mieszanki
mineralnej (kruszywo i wypełniacz) oraz lepiszcza asfaltowego
mieszanka mineralna
Asfalt
zaabsorbowany przez mieszankę mineralną
asfalt
powietrze
Ca
łkowita
obje
to
ść
MMA
E
fek
ty
w
n
a
o
b
jet
o
ść
m
ies
zan
k
i
m
in
eral
n
ej
Podział mieszanek mineralno asfaltowych
ze względu na typ uziarnienia:
Mieszanki o ciągłym uziarnieniu (typu betonowego) - np. beton
asfaltowy, beton asfaltowy o wysokim module sztywności, asfalt
lany
Mieszanki o nieciągłym uziarnieniu (typ pośredni) – np. SMA,
BBTM, asfalt porowaty
Mieszanki makadamowe (jednofrakcyjne) – np. powierzchniowe
utrwalenie
Mieszanką o uziarnieniu ciągłym jest mieszanka, w której następuje
stopniowy, ciągły przyrost zawartości składników poszczególnych,
coraz większych frakcji – np. beton asfaltowy, asfalt lany
Mieszanka o uziarnieniu nieciągłym, to taka mieszanka mineralna, w
której pomiędzy ziarna o największym rozmiarze zmieszczą się ziarna
mniejsze w taki sposób, aby przestrzenie między nimi uzupełnić, ale
nie rozepchnąć – np. SMA, BBTM
Mieszanka typu makadamowego (jednofrakcyjna) –
np. powierzchniowe utrwalenie
Krzywe graniczne uziarnienia
dla przykładowych typów MMA
Podział MMA z uwagi na rodzaj
Podstawowe składniki MMA:
Kruszywo grube 2-22 mm (grysy)
Kruszywo drobne <2 mm (piasek lub piasek łamany)
Wypełniacz <0,063 mm (mączka wapienna)
Asfalt drogowy (zwykły lub modyfikowany)
Dodatkowo mogą być stosowane:
Granulat asfaltowy (pozyskany z destruktu z frezowania
nawierzchni)
Środki adhezyjne
Stabilizatory asfaltu (np. włókna)
Pyły z odpylania kruszywa w otaczarni (jako wyp. zastępczy)
Wypełniacz mieszany (z dodatkiem wapna hydratyzowanego)
Kruszywo w MMA
Podstawową funkcją kruszywa w MMA jest stworzenie stabilnego
szkieletu, który zapewni nośność warstwy oraz przyczyni się do jej
odporności na odkształcenia trwałe (koleiny, wgnioty itp.)
Kruszywo może stanowić nawet ponad 90% składu MMA, co
wpływa na jego duże zapotrzebowanie przy produkcji MMA
Kruszywo powinno spełniać określone wymagania w zakresie
geometrii (uziarnienie, zawartość pyłów, kształt, zawartość ziaren
łamanych), właściwości fizycznych (odporność na rozdrabnianie,
odporność na polerowanie-warstwa ścieralna, nasiąkliwość)
trwałości (mrozoodporność, przyczepność asfaltu do kruszywa,
zgorzel słoneczna dla bazaltu) oraz właściwości chemicznych
(odporności na rozpady i stałość objętości przy kruszywach z żużli
hutniczych).
Wypełniacz (mączka mineralna) – funkcje:
Wypełnienie wolnych przestrzeni między ziarnami mieszanki
mineralnej (grysu i piasku)
Usztywnienie asfaltu i wytworzenie z nim jednorodnego mastyksu
wiążącego ziarna mieszanki mineralnej, czyli modyfikowania
właściwości reologicznych asfaltu
Zabezpieczenie spójności, wodoszczelności i mrozoodporności
mieszanki MA przez polepszenie adhezji asfaltu do powierzchni
ziarn mieszanki mineralnej
Asfalt – funkcje w MMA
Wiąże ziarna kruszywa zapewniając odpowiednią spójność i
szczelność MMA, a tym samym zabezpiecza ją przed
przenikaniem wody
Determinuje sztywność MMA przez co wpływa na wielkości
naprężeń i odkształceń w konstrukcji nawierzchni od obciążenia
ruchem
Zapewnia odpowiednie właściwości zmęczeniowe MMA
W znacznym stopniu wpływa na odporność MMA na
odkształcenia trwałe (koleinowanie, wgnioty itp.)
Wpływa na odporność MMA na samoistne spękania mrozowe
(poprzez usztywnienie się asfaltu w niskiej temperaturze)
Normy europejskie na mieszanki mineralno-asfaltowe
PN-EN 13108-x: Mieszanki mineralno-asfaltowe. Wymagania.
Część 1: Beton asfaltowy (AC)
Część 2: Mieszanka BBTM
Część 5: Mieszanka SMA
Część 6: Asfalt lany (MA)
Część 7: Asfalt porowaty (PA)
Część 8: Destrukt asfaltowy (RA)
Część 20: Badanie typu
Część 21: Zakładowa Kontrola Produkcji
Wymagania dotyczące składników do MMA:
Lepiszcze
Kruszywa
Destrukt asfaltowy
Dodatki
Wymagania ogólne dotyczące MMA
Skład i uziarnienie
Otoczenie ziaren i jednorodność
Zawartość wolnych przestrzeni
Wodoodporność
Odporność na deformacje trwałe
Odporność na opony okolcowane
Reakcja na ogień
Odporność na paliwa do zastosowań na lotniskach
Odporność na środki odladzające na lotniskach
Temperatura mieszanki
Trwałość
Wymagania empiryczne dotyczące MMA:
Uziarnienie
Zawartość lepiszcza
Właściwości Marshalla – stabilność, osiadanie, wskaźnik
sztywności
Zawartość wolnych przestrzeni wypełnionych asfaltem
Zawartość wolnych przestrzeni w mieszance mineralnej
Zawartość wolnych przestrzeni po 10 obrotach żyratora
Odporność na deformacje trwałe
Wymagania funkcjonalne dotyczące MMA:
Skład – uziarnienie i zawartość lepiszcza
Sztywność – moduł sztywności
Odporność na deformacje trwałe
Odporność na zmęczenie
Moduł sztywności i odporność na zmęczenie
mieszanek mineralno-asfaltowych są wykorzystywane do
wymiarowania konstrukcji nawierzchni metodą
mechanistyczną.
Funkcje warstw asfaltowych w nawierzchni
Podbudowa i warstwa wiążąca - spełniają rolę warstw nośnych nawierzchni
drogowej. Powinny zapewnić nawierzchni nośność i odporność na zmęczenie
warstw związanych asfaltem oraz odporność na deformacje trwałe podłoża
gruntowego.
Warstwa ścieralna jest wierzchnią warstwą nawierzchni, która jest w kontakcie
z kołami pojazdów oraz jest bezpośrednio narażona na czynniki środowiskowe
i klimatyczne.
Warstwa ścieralna powinna zapewnić:
właściwości przeciwpoślizgowe,
równość,
małą hałaśliwość ruchu,
odporność na pękanie zmęczeniowe,
odporność na pękanie niskotemperaturowe,
odporność na działanie wody i środków odladzających
w razie potrzeby odporność na działanie paliwa i ognia.
Projektowanie MMA
Projektowanie mieszanek mineralno-asfaltowych powinno uwzględniać
przewidywane warunki pracy nawierzchni oraz przeciwdziałać powstawaniu
i ograniczać rozwój uszkodzeń w przewidywanym okresie eksploatacji materiału
w nawierzchni (np. deformacje trwałe lepko-plastyczne, spękania zmęczeniowe,
spękania niskotemperaturowe). Zakres zastosowanych metod projektowania
i badań laboratoryjnych powinien być właściwy do przeznaczenia projektowanej
mieszanki. Zarówno na etapie projektowania, jak i na etapie kontroli produkcji
należy unikać nadmiaru badań laboratoryjnych.
Należy też uwzględniać warunki topograficzne oraz organizację ruchu (np.
wydzielone pasy powolnego ruchu, podjazdy pod wzniesienia, ronda, dojazdy
do skrzyżowań z sygnalizacją świetlną). Takie szczególne warunki obciążenia
ruchem wymagają zwiększenia odporności na deformacje trwałe nawierzchni
asfaltowej (dotyczy to zwłaszcza warstw podbudowy i warstwy wiążącej).
W tych szczególnych wypadkach zaleca się stosowanie nawierzchni i mieszanek
specjalnych, projektowanych według wymagań funkcjonalnych.
Dodatkowe uwarunkowania dla warstwy ścieralnej
W projektowaniu nawierzchni dróg w terenie zabudowy lub dróg
zamiejskich w pobliżu terenów zamieszkałych należy uwzględnić
potrzebę zmniejszenia hałasu generowanego przez kontakt koła
pojazdu z nawierzchnią. W tym celu w warstwie ścieralnej zaleca
się stosowanie mieszanki mineralno-asfaltowej o sprawdzonej
zdolności zmniejszania hałasu toczenia kół pojazdu.
W szczególnych warunkach może być wymagane rozjaśnienie
nawierzchni asfaltowej (np. wyróżnionych pasów ruchu lub
w tunelach). Można to uzyskać dobierając materiały do warstwy
ścieralnej: jasne kruszywa lub bezbarwne lepiszcza.
Szczepność międzywarstwowa jako warunek
trwałości nawierzchni
Warstwy asfaltowe nawierzchni drogowej powinny być dobrze
połączone ze sobą podczas budowy. Połączenie międzywarstwowe
zapewnia współpracę warstw w przenoszeniu obciążenia kołami
pojazdów na wszystkie warstwy.
Krajowe dokumenty aplikacyjne do norm
europejskich na MMA
WT-1: Kruszywa do mieszanek mineralno-asfaltowych i
powierzchniowych utrwaleń na drogach publicznych. Wymagania
techniczne, Warszawa 2008, aktualizacja 2010
WT-2: Nawierzchnie Asfaltowe na drogach publicznych.
Wymagania techniczne, Warszawa 2008, aktualizacja 2010.
WT-3: Kationowe Emulsje asfaltowe na drogach publicznych.
Wymagania Techniczne, Warszawa 2008.
Zastosowanie mieszanek mineralno-asfaltowych do
warstw konstrukcyjnych nawierzchni wg WT-2 2010
Warstwa
nawierzchni
Mieszanka mineralno-asfaltowa
beton asfaltowy
SMA
asfalt lany
BBTM
MA
Ścieralna
+
+
+
+
+
Wiążąca
+
+
Wyrównawcza
+
Wzmacniająca
+
Podbudowa
+
Skróty i symbole oznaczeń MMA
D
-
wymiar mieszanki mineralnej wyrażony w milimetrach [mm]
wymiarem górnego sita; w wypadku destruktu asfaltowego D jest większą
wartością z wymiaru sita M/1,4 (M jest najmniejszym wymiarem sita, przez
które przechodzi 100% materiału) lub najmniejszego wymiaru sita, przez które
przechodzi 85% materiału;
U
-
wielkość kawałków destruktu asfaltowego wyrażona przez
najmniejszy wymiar sita w mm, przez które przechodzi 100% kawałków
destruktu asfaltowego;
AC -
beton asfaltowy (symbol ogólny bez wskazania warstwy, do której jest
przeznaczony);
BBTM - beton asfaltowy do bardzo cienkich warstw;
SMA - mieszanka mastyksowo-grysowa;
MA - asfalt lany;
PA - asfalt porowaty;
RA - destrukt asfaltowy.
Przykłady oznaczenia typu i wymiaru MMA:
AC 16 S 70/100 - beton asfaltowy o wymiarze największego kruszywa 16 mm
do warstwy ścieralnej z asfaltem 70/100;
AC WMS 16 W 20/30 - beton asfaltowy o wysokim module sztywności
o wymiarze największego kruszywa 16 mm do warstwy wiążącej z asfaltem
20/30;
BBTM 8A 50/70 - beton asfaltowy do bardzo cienkich warstw o wymiarze
największego kruszywa 8 mm i modelu uziarnienia A z asfaltem 50/70;
SMA 11 50/70
- mieszanka SMA o wymiarze największego kruszywa 11 mm
z asfaltem 50/70;
MA 11 35/50 - asfalt lany o wymiarze największego kruszywa 11 mm
z asfaltem 35/50;
40 RA 0/8
- destrukt asfaltowy o wymiarze największego kruszywa 8 mm
i maksymalnej wielkości kawałków 40 mm.
Mieszanka betonu asfaltowego (AC)
AC – Asphalt Concrete, mieszanka mineralno-asfaltowa o ciągłym
uziarnieniu, która w składzie zawiera wszystkie kolejne frakcje, w
proporcjach gwarantujących maksymalną szczelność mieszanki.
Mieszanka betonu asfaltowego może być stosowana we wszystkich
warstwach konstrukcyjnych nawierzchni: jako podbudowa zasadnicza,
warstwa wyrównawcza, wiążąca i ścieralna. Zawartość asfaltu (A) i wolnej
przestrzeni (P) w mieszance AC zależy od przeznaczenia i orientacyjnie
wynosi:
dla warstwy podbudowy: A=3.8 - 4.5%, P=4.0 – 8.0 %
dla warstwy wiążącej i wyrównawczej: A=4.2 - 4.6%, P=3.0 – 7.0 %
dla warstwy ścieralnej: A=5.4 - 6.0%, P=1.0 – 4.0 %
Krzywe graniczne dla AC 22 P KR 3-6
3
8
,1
3
1
,5
2
2
,4
16
1
1
,2
8
5
,6
4
2
1
0
,5
0
,2
5
0
,1
2
5
0
,0
6
3
3
,5
5
10
18
35
60
120
230
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Sita o oczkach kwadratowych, mm
P
rz
e
c
ho
dz
i
prz
e
z
s
it
o,
%
ASTM
PN
Uziarnienie i minimalna zawartość asfaltu dla betonu
asfaltowego do podbudowy
Wymagania dla betonu asfaltowego do podbudowy
KR 1-2
Wymagania dla betonu asfaltowego do podbudowy
KR 5-6
Wymagania dla betonu asfaltowego do podbudowy
KR 3-4
Beton asfaltowy o wysokim module sztywności
AC WMS
Beton asfaltowy o wysokim module sztywności (AC WMS) pozwala na
zwiększenie trwałości nawierzchni lub zmniejszenie grubości konstrukcji
nawierzchni. AC WMS może być stosowany do warstwy podbudowy i do
warstwy wiążącej.
Należy stosować AC WMS w dwóch warstwach: podbudowy i wiążącej (lub
tylko w warstwie wiążącej). Na warstwy AC WMS zaleca się stosować cienką
warstwę ścieralną o grubości nie większej niż 3 cm z mieszanki SMA lub
mieszanki BBTM.
Wyjątkiem może być konstrukcja nawierzchni, w której na szczelnej
podbudowie z AC WMS ułożone będą wyłącznie warstwy asfaltu porowatego.
Skład AC WMS projektowany jest wyłącznie metodą funkcjonalną, co wymaga
zaawansowanego zaplecza laboratoryjnego. Stosowanie AC WMS zaleca się
przede wszystkim w konstrukcjach nawierzchni dróg KR5÷6, w mniejszym
stopniu KR3÷4, ze względu na zaawansowane metody badawcze niezbędne
w projektowaniu mieszanki mineralno-asfaltowej.
Uziarnienie i minimalna zawartość asfaltu dla AC WMS
Wymagania dla betonu asfaltowego AC WMS
Mieszanka asfaltu lanego (MA)
MA – Mastics Asphalt, mieszanka mineralno-asfaltowa o ciągłym
uziarnieniu, o dużej zawartości mastyksu (2
0 - 32% wypełniacza +
>6,5% asfaltu
), której konsystencja gwarantuje zagęszczenie się pod
własnym ciężarem, bez konieczności wałowania. Zawartość frakcji
grysowej w asfalcie lanym zwykle nie przekracza 50%.
Duża zawartość mastyksu nadaje mieszance szczelność i odporność na
czynniki atmosferyczne, natomiast zastosowanie twardego asfaltu zapewnia
odporność na deformacje trwałe.
Mieszanka MA jest przeznaczona do układania w warstwie ścieralnej lub w
warstwie ochronnej (jako nawierzchnia na obiekcie inżynierskim). Poza
obiektami układany jako nawierzchnia uliczna np. w torowiskach
tramwajowych.
Asfalt lany może być wbudowywany ręcznie (przy naprawach cząstkowych,
pracach na niewielkich powierzchniach) lub mechanicznie układarką, po
rozłożeniu wymaga uszorstnienia drobnym grysem lub piaskiem.
Uziarnienie i minimalna zawartość asfaltu
dla asfaltu lanego
Wymagania dla asfaltu lanego
Mieszanka SMA
SMA – Stone Mastics Asphalt (Splitt Mastics Asphalt), mastyks
grysowy, który w składzie zawiera dużo grysów (70-80%) i
stosunkowo dużo mastyksu tj. wypełniacza z asfaltem: ok. 10%
wypełniacza + >6,4% asfaltu + włókna jako stabilizator).
Zawartość frakcji piaskowej tj. 0.063/2 mm jest ograniczona i
wynosi ok. kilkunastu%, co daje mieszance nieciągłość uziarnienia.
Duża zawartość grysu nadaje mieszance odporność na deformacje
trwałe, natomiast mastyks trwałość i elastyczność.
Mieszanka SMA po rozłożeniu wymaga uszorstnienia drobnym
grysem.
Mieszanka SMA
Zalety:
Odporność na działanie czynników atmosferycznych
Większą odporności na koleinowanie
Zwiększona trwałość i zmniejszone zapotrzebowanie na zabiegi
utrzymaniowe
Szorstkość powierzchni i dobre odprowadzanie wody
Polepszona widzialność oznakowania poziomego
Zmniejszenie hałasu powstającego na styku nawierzchnia-opona
Wodoszczelna, elastyczna, nie pęka, odporna na działanie wilgoci
Wady:
Koszt produkcji wyższy niż betonu asfaltowego
Większe wymagania wobec warunków pogodowych podczas
wbudowania
Uziarnienie i minimalna zawartość asfaltu dla SMA
Wymagania dla SMA KR 3-4
Mieszanka BBTM
Mieszanka mineralno-asfaltowa
o nieciągłym uziarnieniu
przeznaczona do wykonywania
bardzo cienkich i ultra
cienkich warstw ścieralnych
nawierzchni drogowych,
określanych często jako „cienkie
warstwy ścieralne”, zwłaszcza w
warunkach ograniczenia grubości
nowej warstwy np. ulice
miejskie, nawierzchnie mostowe,
odcinki pod wiaduktami.
Warstwa ścieralna z mieszanki BBTM
Uziarnienie warstw z mieszanki BBTM:
0/8 mm, grubość warstwy: 1 – 3 cm
0/11 mm, grubość warstwy: 1,5 – 3,5 cm
Zakres stosowania BBTM:
Zabiegi utrzymaniowe (zamiast powierzchniowych utrwaleń)
Poprawy szczelności nawierzchni
Poprawy szorstkości nawierzchni
Naprawy pęknięć siatkowych (zmęczeniowych)
Naprawy pęknięć poprzecznych (odbitych i termicznych)
Naprawy zdeformowanych, skoleinowanych nawierzchni
Ograniczenia w stosowaniu cienkiej warstwy:
Nie stanowi istotnego wzmocnienia konstrukcji nawierzchni
Nie zapobiega odtworzeniu odkształceń trwałych nawierzchni
Nie zapobiega przenoszeniu spękań z dolnych warstw nawierzchni
Uziarnienie i minimalna zawartość asfaltu dla
mieszanki o nieciągłym uziarnieniu (BBTM)
BBTM 8 WG WT-2 2010
Wymagania dla mieszanki BBTM KR 1-2
Wymagania dla mieszanki BBTM KR 3-6
Mieszanka asfaltu porowatego (PA)
Konstrukcja nawierzchni:
-
jedno lub dwuwarstwowa
-
oddzielenie od pozostałych warstw nośnych - powłoką
wodoszczelną
-
zwiększony spadek poprzeczny min. 2,5 %
Zalety asfaltu porowatego:
•
Zmniejszenie efektu ”spray” mgły wodnej za szybko poruszającym się
pojazdem, zjawiska akwaplanacji
•
Znaczące zmniejszenie hałasu drogowego do 6 dB
•
Redukcja hałasu podczas jazdy na mokrej nawierzchni tzw. „syczenia”
•
Odporność na deformacje trwałe
•
Dobra szorstkość
•
Czasowe ograniczenie wody opadowej na nawierzchni
•
Zwiększony komfort jazdy
Wady mieszanki porowatej:
•
Ograniczona trwałość właściwości drenujących i tłumiących
•
Znaczące utrudnienia w naprawach cząstkowych
•
Wysokie koszty w stosunku w stosunku do nawierzchni tradycyjnych
•
Duża wrażliwość na błędy wykonawcze
•
Bardzo duża wrażliwość struktury na wszelkie
zanieczyszczenia i z tym związane pogorszenie
się właściwości drenażowych
•
Wraz z pogarszającymi się właściwościami
drenażowymi osłabia się zdolność zmniejszenia hałaśliwości
nawierzchni
•
Podwyższone wymagania utrzymaniowe bieżące i zimowe
•
Krótsza trwałość nawierzchni
Uziarnienie i minimalna zawartość asfaltu
dla asfaltu porowatego
Wymagania dla asfaltu porowatego do warstwy
ścieralnej
Wymagania dla asfaltu porowatego
do warstwy wiążącej
Etapy projektowania MMA
Określenie rodzaju mieszanki, jej przeznaczenia (dla BA także rodzaju
specyfikacji: empiryczna lub funkcjonalna)
dobór składników mieszanki z jednoczesnym sprawdzeniem ich przydatności
(na podstawie WT), sprawdzenie dostarczonych składników w laboratorium
zaprojektowanie składu mieszanki mineralnej (metoda krzywych granicznych),
dobór optymalnej ilości asfaltu na podstawie badań laboratoryjnych (badania
zależą od przyjętego rodzaju specyfikacji),
określenie właściwości MMA w zarobie próbnym i/lub próbie technologicznej
na odcinku doświadczalnym i porównanie wyników z założeniami
projektowymi.
Zestawienie mieszanek do podbudowy
z uwzględnieniem obciążenia ruchem (KR)
a)
do betonu asfaltowego
b)
do betonu asfaltowego o wysokim module sztywności AC WMS
c)
do betonu asfaltowego do warstwy podbudowy lub wiążącej
Zestawienie mieszanek do warstwy wiążącej i
wyrównawczej z uwzględnieniem obciążenia ruchem
a)
do betonu asfaltowego
b)
do betonu asfaltowego o wysokim module sztywności AC WMS
c)
do betonu asfaltowego do warstwy podbudowy lub wiążącej
h)
dopuszczony do stosowania w terenach górskich
Zestawienie mieszanek do warstwy ścieralnej
z uwzględnieniem obciążenia ruchem (KR)
d)
zalecane, jeżeli wymagane jest zmniejszenie hałasu drogowego
e) do cienkiej warstwy na gorąco z SMA lub BBTM o grubości nie większej niż 3,5 cm
g)
do asfaltu lanego
h)
dopuszczony do stosowania w terenach górskich
Zestawienie mieszanek do warstw nawierzchni mostowych
Wymagania dla kruszywa grubego do podbudowy z AC
Wymagania dla kruszywa drobnego do podbudowy z AC
Wymagania dla wypełniacza do podbudowy z AC
Wymagania dla granulatu asfaltowego do MMA
MMA – przyczepność asfaltu do kruszywa
Zastosowane kruszywo mineralne i lepiszcze asfaltowe powinny
wykazywać powinowactwo fizykochemiczne, zapewniające
odpowiednią przyczepność (adhezję) lepiszcza do kruszywa
i odporność mieszanki mineralno-asfaltowej na działanie wody.
W celu poprawy powinowactwa lepiszcza asfaltowego do
kruszywa należy stosować środki poprawiające adhezję. Środek
adhezyjny i jego ilość powinny być dostosowane do konkretnego
kruszywa i lepiszcza. Ocenę przyczepności można określić na
podstawie badania według PN-EN 12697-11, metoda A po 6h
obracania, stosując kruszywo 8/11 jako podstawowe (dopuszcza
się inne wymiary w wypadku braku wymiaru podstawowego do
tego badania). Wymagana przyczepność nie mniej niż 80%.
Minimalna ilość asfaltu (Bmin)
Minimalna
zawartość
lepiszcza
(kategoria
B
min
)
w mieszankach mineralno-asfaltowych jest określona przy
założonej gęstości mieszanki mineralnej 2,650 Mg/m
3
.
Jeżeli stosowana mieszanka mineralna ma inną gęstość (r
a
),
to do wyznaczenia minimalnej zawartości lepiszcza podaną
wartość należy pomnożyć przez współczynnik a według
równania:
Projektowanie mieszanki mineralnej (MM)
Do projektowania składu mieszanki mineralnej można skorzystać
m.in. z następujących metod:
wg teoretycznej, modelowej krzywej uziarnienia (krzywe
modelowe wg funkcji matematycznych minimalizujących
zawartość wolnych przestrzeni w kruszywie),
wg minimum wolnej przestrzeni (doświadczalna),
wg krzywych najlepszego uziarnienia (granicznych),
wg wieloboku najlepszego uziarnienia wyznaczonego na trójkącie
Fereta (tylko dla frakcji piaskowych i wypełniaczowych).
Modelowe krzywe matematyczne
y – procentowa zawartość ziarn przechodzących przez sito x,
x – wymiar oczek sita, przez które przechodzi y % ziarn,
D – średnica największego ziarna mieszanki,
n – wykładnik potęgowy o zmieniającej się wartości
a – dowolnie wybrana procentowa zawartość ziarn przechodzących przez
najdrobniejsze sito, y, x,
Metoda wg minimum wolnej przestrzeni
Metoda ta polega na zestawieniu poszczególnych kruszyw w takim
stosunki wagowym, który zapewni uzyskanie maksymalnej gęstości
objętościowej. W tym celu określa się gęstość pozorną najgrubszej
frakcji kruszywa, a następnie gęstość pozorną mieszanek najgrubszej
frakcji z frakcją drobniejszą, przy wzroście zawartości frakcji
drobniejszej.
Mieszankę o maksymalnej gęstości pozornej uważa się na mieszankę o
prawidłowym składzie. Analogicznie określa się optymalną zawartość
następnej, co do wielkości ziarn, frakcji. I tak aż do ustalenia właściwej
zawartości wszystkich składników mieszanki mineralnej.
Taki skład ma największą gęstość objętościową, tym samym minimum
wolnych przestrzeni i jest optymalnym składem w tej metodzie
Metoda krzywych najlepszego uziarnienia
(granicznych)
Znając skład granulometryczny poszczególnych materiałów kamiennych,
które mają być użyte do budowy nawierzchni określa się ich % zawartość w
mieszance, tak by krzywa uziarnienia mieszanki mieściła się wewnątrz
krzywych granicznych.
Dobór składu mieszanki mineralnej przeprowadza się następująco:
przyjęcie odpowiednich materiałów kamiennych, wykonanie analiz
sitowych
ustalenie % udziału poszczególnych frakcji wg krzywych granicznych tj.:
- frakcji grysowej
- frakcji piaskowej
- frakcji wypełniaczowej
ustalenie % udziału poszczególnych materiałów kamiennych
wrysowanie krzywej uziarnienia i porównanie z krzywymi granicznymi
(ew. korekta)
Metoda trójkąta Fereta
Metoda ta stosowana jest głównie do projektowania mieszanek
drobnoziarnistych, gdyż trójkąt Fereta dobiera uziarnienie tylko dla
frakcji piaskowych.
Metoda polega na takim doborze minimum dwóch rodzajów
piasku, aby punkt ilustrujący uziarnienia frakcji piaskowej
wybranej mieszanki piasków leżał w wieloboku najlepszego
uziarnienia, znajdującego się w trójkącie Fereta.
Jeżeli punkty piaskowe piasków, z których projektowana jest
mieszanka nie znajdują się wieloboku najlepszego uziarnienia to
linia łącząca te punkt powinna przechodzić przez ten wielobok.
W razie nie spełnienia i tego warunku, należy dobrać trzeci piasek.
Przykład recepty AC WMS
Tablica 5.1. Lista składników MMA
L.p.
Nazwa składnika
mieszanki
Pochodzenie
Gęstość [kg/m
3
]
1
Mączka wapienna
Czatkowice
2,716
2
Mieszanka dolomit 0/2
Radkowice
2,793
3
Grys dolomit 2/8
Radkowice
2,807
4
Grys dolomit 8/16
Radkowice
2,818
5
PMB 25/55-60
POLDIM
1,040
Analiza sitowa składników MM
Wymiar oczek
sita [mm]
Numer materiału według tablicy 5.1.
1
2
3
4
# 16,0
5,3
# 11,2
52,7
# 8,0
9,2
38,6
# 5,6
38,2
1,6
# 2,0
8,3
50,1
# 0,5
51,1
0,5
# 0,125
21,3
# 0,063
4,3
5,2
0,4
0,6
# <0,063
95,7
14,1
1,6
1,2
Razem [%]
100
100
100
100
Zaprojektowane uziarnienie mieszanki mineralnej (MM)
Wymiar sita
[mm]
Odsiew [%]
Przesiew [%]
Krzywe graniczne
Dolna
Górna
# 16,0
100,0
90,0
100,0
# 11,2
17,2
82,8
70,0
85,0
# 8,0
15,5
67,4
63,0
75,0
# 5,6
12,4
55,0
50,0
65,0
# 2,0
18,6
36,4
35,0
45,0
# 0,5
18,8
17,5
14,0
22,0
# 0,125
7,8
9,7
7,0
17,0
# 0,063
2,4
7,3
5,0
9,0
# <0,063
7,3
Projektowana krzywa uziarnienia MM w odniesieniu do
krzywych granicznych
Zaprojektowany wstępny skład MMA
L.p.
Nazwa składnika
mieszanki
Udział w mieszance [%]
MM
MMA
1
Mączka wapienna
4,5
4,3
2
Mieszanka dolomit 0/2
34,0
32,3
3
Grys dolomit 2/8
30,8
29,2
4
Grys dolomit 8/16
30,7
29,1
5
PMB 25/55-60
-
5,1
6
WETFIX BE
0,25 % ASF
Optymalizacja ilości asfaltu
Dla ustalenia optymalnej zawartości asfaltu w pierwszym kroku konieczne
jest określenie zawartości wolnej przestrzeni w próbkach MMA. W tym
celu należy przygotować minimum 3 serie (po 4 próbki w każdej)
zagęszczone w ubijaku Marshalla z ilością asfaltu różniąca się o 0,3%. Ilość
uderzeń przy ubijaniu próbek zależy od KR i rodzaju projektowanej
mieszanki. Stosuje się następującą liczbę ubić:
2 x 50 – dla mieszanek SMA, BBTM i PA dla wszystkich kategorii ruchu
oraz dla betonu asfaltowego dla KR1-2
2 x 75 – dla mieszanek betonu asfaltowego i betonu asfaltowego o
wysokim module sztywności dla kategorii ruchu KR 3-6.
Ponadto próbki projektowanej MMA muszą spełnić wszystkie
szczegółowe wymagania podane w WT-2.
Przykładowe wyniki zaprojektowanej AC WMS
Przykład dokumentu dla oznaczenia CE dla AC (proj. empiryczne)
Dokument dostawy dla MMA