Asfalty wysokomodyfikowane sposobem na zwiększenie trwałości dróg wojewódzkich. Zbigniew Tabor Warszawa, 29 listopada 2016 r.
Asfalt jest to mieszanina wielkocząsteczkowych węglowodorów pochodzenia naturalnego (asfalt naturalny) lub otrzymywany jako jedna z frakcji przerobu ropy naftowej (asfalt ponaftowy). Jest stosowany do budowy nawierzchni dróg oraz jako materiał izolacyjny. Właściwości asfaltu określa m. in. jego penetracja w 25⁰C, temperatura mięknienia oraz temperatura łamliwości.
Asfalt, jak każdy materiał, oprócz swoich zalet posiada też wady. Jedną z nich jest duża zależność jego twardości od temperatury. W Polsce temperatury w zimie mogą spaść do -30⁰C, natomiast w lecie temperatura powietrza w cieniu dochodzi do +35⁰C, temperatura nawierzchni +60⁰C Rozpiętość temperatur wynosi więc ok. 90⁰C. Nawierzchnie bitumiczne wykonane z asfaltów drogowych nie spełniają zatem oczekiwań użytkowników dróg. Nawierzchnie wykonane z twardych asfaltów nie koleinują się w lecie, ale pękają w zimie. Nawierzchnie wykonane z miękkich asfaltów nie pękają w zimie, ale deformują się w lecie. Rozwiązaniem tego problemu jest modyfikacja asfaltów polimerami. Pierwsze modyfikacje asfaltów elastomerami SBS to lata pięćdziesiąte dwudziestego wieku. W latach sześćdziesiątych miało miejsce powszechne stosowanie modyfikacji asfaltów polimerami w Europie i USA. W Polsce stosowanie lepiszczy modyfikowanych polimerami na szeroką skalę wystąpiło na początku lat dziewięćdziesiątych.
Surowcem do produkcji asfaltów modyfikowanych są specjalnie przygotowane asfalty bazowe o właściwościach dostosowanych do modyfikacji elastomerami. Elastomer dodawany w procesie produkcji to kopolimer blokowy Styren-Butadien-Styren (SBS). Produkcja polega na wprowadzeniu polimeru do gorącego asfaltu, zmieleniu mieszany oraz jej rozpuszczeniu i ujednoliceniu. Dzięki zastosowaniu w procesie produkcji asfaltu elastomeru zmieniają się właściwości lepiszcza w niskich i wysokich temperaturach oraz właściwości sprężyste. Prace badawcze prowadzone w wielu ośrodkach naukowych na świecie pozwoliły stwierdzić, że zwiększenie ilości polimerów w asfalcie daje dodatkowe korzyści poprawiając odporność na pękanie, koleinowanie i zmęczenie. Po zwiększeniu około dwukrotne zawartości polimeru faza polimerowa staje się fazą ciągłą. Zastosowanie tak dużej ilości polimeru powodowało jednak poważne problemy ze stabilnością mieszaniny i bardzo dużą lepkością lepiszczy. Dzięki pracom badawczym prowadzonym przez producentów polimerów opracowano nowe polimery, które umożliwiają wyprodukowanie asfaltu wysokomodyfikowanego pozbawionego wcześniej wspomnianych ograniczeń.
W asfaltach wysokomodyfikowanych polimer przekracza połowę objętości lepiszcza asfalt Zastosowany skrót HiMA, zgodny z nomenklaturą z USA, oznacza Highly Modified Asphalt
Właściwości asfaltów wysokomodyfikowanych gwarantujące trwałość
Porównanie asfaltów drogowych, modyfikowanych i wysokomodyfikowanych
Odporność na pękanie nawierzchni metodą TSRST
Odporność na koleinowanie
Według stosowanego w USA systemu funkcjonalnego Superpave podstawą klasyfikacji lepiszczy jest umowny przedział temperatury PG, w której lepiszcze powinno być stosowane. Dodatkowo wprowadzono oznaczenia lepiszczy w zależności od wielkości ruchu i jego charakterystyki będące wynikiem badania MSCR. Literą E (Extreme) oznaczono ruch ekstremalnie ciężki powyżej 30 mln osi oraz postój pojazdów. PN-EN Superpave MSCR PMB 25/45-80 PG 94-22 E PMB 45/80-80 PG 82-28 E PMB 65/105-80 PG 76-28 E
W październiku 2013 roku na drodze wojewódzkiej wykonano 1-szy w Polsce i 5-ty w Europie odcinek nawierzchni drogowej z zastosowaniem asfaltu wysokomodyfikowanego PMB 65/105-80 Wykonano dwie sekcje warstwy ścieralnej: AC11S grubości 4 cm SMA5DSH grubości 2 cm
Rok 2013 Stan nawierzchni przed remontem drogi wojewódzkiej w powiecie tarnogórskim -odcinek Kalety -Drutarnia
Stan nawierzchni przed remontem drogi wojewódzkiej w powiecie tarnogórskim -odcinek Kalety -Drutarnia
Pierwsza realizacja w Polsce Remont nawierzchni drogi wojewódzkiej w powiecie tarnogórskim -odcinek Kalety -Drutarnia w trakcie układania nawierzchni.
Remont nawierzchni drogi wojewódzkiej w powiecie tarnogórskim -odcinek Kalety Drutarnia-w trakcie układania nawierzchni.
Remont nawierzchni drogi wojewódzkiej w powiecie tarnogórskim -odcinek Kalety Drutarnia.
Stan nawierzchni w 2016 roku -odcinek Kalety Drutarnia.
Rok 2014 Naprawa nawierzchni w ciągu DW793 na odcinku. Myszków Będusz PMB 45/ 80-80 dla warstwy AC 11 S grubość 4 cm.
W roku 2014 wykonano pierwszą w Polsce nawierzchnię na wiadukcie n/torami PKP z zastosowaniem asfaltu wysokomodyfikowanego. Wiadukt w ciągu DW928 km 13+342 w m. Kobiór. PMB 45/80-80 dla warstwy SMA 11 S grubość 4 cm.
Nawierzchnie wykonane w latach 2015-2016 W ciągu 2 lat wykonano 18 odcinków dróg wojewódzkich z zastosowaniem asfaltów wysokomodyfikowanych we wszystkich warstwach. L.p DW Miasto Dł. odcinka w m Warstwa Podbudowy Warstwa Wiążąca Warstwa Ścieralna 1 416 Racibórz 900 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 2 416 Racibórz 900 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 3 416 Racibórz 1 518 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 4 938 Pawłowice - grobla 1 000 PMB 25/55-60 AC 22 P PMB 25/55-60 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 5 912 Miasteczko Śląskie 3 670 PMB 45/80-80 SMA 11 S 6 792 Jaworznik Hucisko 7 850 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 7 792 Jaworznik Hucisko 4 330 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 8 935 Racibórz 660 PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 9 789 Kalety Sośnica 8 000 PMB 45/80-80 SMA 11 S 10 795 Szczekociny 10 080 PMB 45/80-80 AC 22 P PMB 45/80-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 11 942 Wisła - Szczyrk 11 781 PMB 45/80-80 AC 16 W PMB 65/105-80 SMA 11 S 12 942 Wisła 3 440 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 13 941 Ustroń 2 600 PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 BBTM 8 S 14 941 Ustroń 2 100 PMB 45/80-80 SMA 11 S 15 794 Pradła 2 820 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 16 794 Pradła 510 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 17 901 Pyskowice 1 630 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 SMA 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 18 919 Racibórz 1 915 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 19 941 Istebna-Dzielec 400 PMB 45/80-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 25/55-80 SMA 11 S 20 796 Chruszczobród 1 860 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 21 946 Żywiec-Łękawica 1 670 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 22 790/791 Ogrodzieniec skrzyż. PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 23 901 Zacharzowice 2 880 PMB 25/55-60 AC 22 P PMB 25/55-60 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 24 933 Góra 1 294 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S 25 938 Pawłowice 3 390 PMB 45/80-80 SMA 11 S 26 936 Krzyżanowice 700 PMB 25/55-80 AC 22 P PMB 25/55-80 AC 16 W PMB 45/80-80 SMA 11 S
Remont nawierzchni DW 792 od 2+700 do km 10+550 na odcinku Jaworznik-Hucisko PMB 45/80-80 dla warstwy SMA 11 S grubość 4 cm, PMB 25/55-80 dla warstwy AC 16 W grubość 8 cm, PMB 25/55-80 dla warstwy AC 22 P grubość 10 cm.
Przebudowa DW 416 wraz z chodnikami w m. Racibórz PMB 45/80-80 dla warstwy SMA 11 S grubość 4 cm, PMB 25/55-80 dla warstwy AC 16 W grubość 8 cm, PMB 25/55-80 dla warstwy AC 22 P grubość 20 cm.
Remont ul. Bosackiej DW 935 Racibórz PMB 45/80-80 dla warstwy SMA 11 S -grubość 4 cm, PMB 25/55-80 dla warstwy AC 16 W grubość 8 cm.
Remont drogi wojewódzkiej nr 942 wraz z odwodnieniem i wymianą chodników na odcinku Wisła Malinka skrzyżowanie z drogą powiatową - Wisła rondo przy CPN PMB 45/80-80 dla warstwy SMA 11 S grubość 4 cm, PMB 25/55-80 dla warstwy AC 16 W -grubość 8 cm, PMB 25/55-80 dla warstwy AC 22 P -grubość 20 cm.
Remont drogi wojewódzkiej nr 795 wraz z odwodnieniem na odcinku od skrzyżowania z DK 78 w m. Szczekociny do granicy województwa śląskiego. PMB 45/80-80 dla warstwy SMA 11 S grubość 4 cm, PMB 45/80-80 dla warstwy AC 16 W -grubość 8 cm, PMB 45/80-80 dla warstwy AC 22 P -grubość 16 cm.
Remont drogi wojewódzkiej nr 901 w Pyskowicach PMB 45/80-80 dla warstwy SMA 11 S -grubość 4 cm, PMB 25/65-80 dla warstwy AC 16 W grubość 8 cm, PMB 25/65-80 dla warstwy AC 22 P -grubość 16 cm.
Remont drogi wojewódzkiej nr 941 na odcinku od skrzyżowania z drogą powiatową ul.cieszyńska w m. Ustroń do skrzyżowania z ul.3-maja. PMB 45/80-80 dla warstwy BBTM8 S -grubość 4 cm, PMB 45/80-80 dla warstwy AC 16 W -grubość 8 cm,
Remont drogi wojewódzkiej nr 942 na odcinku od skoczni narciarskiej w Wisłe do przełęczy salmopolskiej. PMB 65/105-80 dla warstwy SMA 11 S -grubość 4 cm, PMB 45/80-80 dla warstwy AC 16 W -grubość 8 cm,
Ile to kosztuje? Różnica w cenie pomiędzy asfaltem modyfikowanym a wysokomodyfikowanym wynosi obecnie 500zł netto/tonę (615 zł brutto/tonę). Przy założeniu zawartości 5% lepiszcza w pakiecie bitumicznym czyni to dodatkowo kwotę 25 zł netto/tonę (30,75 zł brutto/tonę). Przy grubości pakietu bitumicznego 26 cm (0,65 t/m 2 ) wzrost kosztów wynosi 16,26 zł netto/m 2 (20 zł brutto/m 2 ). Zwiększenie kosztu przebudowy odcinka 1 km drogi o szerokości 7 m wynosi 113 750 zł netto (140 ooo zł brutto). Przy dotychczasowym koszcie przebudowy wynoszącym ok. 4 000 000 zł brutto/km stanowi to wzrost kosztu o 3,5%. W przypadku budowy nowej drogi (10 mln/km) wzrost kosztów wynosi ok. 1%.
Czy warto dołożyć 3,5%?
Dotychczasowe 3 letnie doświaczenia ze stosowania asfaltów wysokomodyfikowanych pozwalają na sformuowanie następujących wniosków: 1. Asfalty wysokomodyfikowane charakteryzuje zdecydowanie wyższa temperatura mięknienia oraz górna temperatura krytyczna (DSR) przy jednoczesnym obniżeniu temperatury pęknięcia (TSRST). 2. Mieszanki mineralno-asfaltowe z asfaltami wysokomodyfikowanymi charakteryzują się największą trwałością zmęczeniową i odpornością na koleinowanie. 3. Dotychczasowe wyniki badań oraz doświadczenia zdobyte przy wykonywaniu nawierzchni z nowymi asfaltami dowodzą, że wzrost ceny lepiszcza o ok. 30% przekłada się na znaczny wzrost trwałości eksploatacyjnej. 4. Po okresie wdrażania od 2017 roku wszystkie remonty, przebudowy i budowy dróg zarządzanych przez ZDW w Katowicach będą wykonywane wyłącznie z zastosowaniem asfaltów wysokomodyfikowanych.
Rysunki i wykresy umieszczone w prezentacji pochodzą z Poradnika asfaltowego 2016 wydanego przez ORLEN Asfalt
Jakość i trwałość dróg to nasz cel Dziękuję Państwu za uwagę