Nawierzchnia jest elementem mostu decydującym w dużej mierze o trwałości obiektu inżynierskiego. Pracuje ona w bardzo specyficznych warunkach obciążenia. Nawierzchnia mostowa poddawana jest obciążeniom od ruchu pojazdów samochodowych i czynników klimatycznych.
Szczególne warunki pracy nawierzchni mostowej
Nawierzchnia mostowa, jako element obiektu inżynierskiego, pracuje w bardzo specyficznych warunkach obciążenia. Nawierzchnia mostowa poddawana jest obciążeniom od ruchu pojazdów samochodowych i czynników klimatycznych. Na nawierzchnie działają siły poziome i pionowe, niskie i wysokie temperatury, woda oraz sole odladzające. Agresywność obciążeń w przypadku nawierzchni mostowych jest znacznie wyższa niż nawierzchni drogowych. Od obciążeń kół pojazdów samochodowych w nawierzchni mostowej, powstają naprężenia i odkształcenia ściskające i rozciągające, mogące powodować trwałe deformacje lepkoplastyczne i spękania zmęczeniowe warstw asfaltowych. Ze względu na dużą sztywność pomostów betonowych i stalowych naprężenia i odkształcenia nawierzchni mostowej są większe niż w nawierzchni na korpusie ziemnym, co powoduje możliwość powstania zniszczeń konstrukcji nawierzchni mostowej [1]. Do szczególnych warunków pracy nawierzchni mostowej, oprócz naprężeń od ruchu pojazdów, należy zaliczyć wpływ warunków klimatycznych, które również mogą powodować zmienne naprężenia i odkształcenia nawierzchni. Wielkość zmian tych naprężeń i odkształceń zależy od temperatury, częstotliwości obciążenia, czasu działania obciążenia i wielkości obciążenia. Zjawisko to jest szczególnie niebezpieczne w okresie upałów, gdy temperatura nawierzchni osiąga 700C [2]. Może to prowadzić do powstawania nadmiernych odkształceń trwałych w postaci kolein.
Prawidłowo wykonana nawierzchnia na obiekcie mostowym powinna posiadać następujące właściwości techniczne [3]:
- szczelna, odporna na wodę i środki odladzające,
- stabilna, odporna na odkształcenia płyty pomostu,
- trwała, w zróżnicowanych temperaturach eksploatacyjnych zapewniać długi okres użytkowania,
- odporna na spękania termiczne i zmęczeniowe w niskich i średnich temperaturach eksploatacyjnych oraz odporna na koleinowanie w wysokich temperaturach eksploatacyjnych,
- odporna na działanie naprężeń ścinających,
- szorstka, zapewniając tym samym komfort jazdy i bezpieczeństwo ruchu,
- dobrze związana z izolacją oraz płytą pomostu,
- lekka, przy zachowaniu odpowiedniej grubości zapewniającej ochronę płyty pomostu.
Rozwiązania materiałowo-technologiczne oraz konstrukcyjne izolacji i warstw nawierzchni
Na pomostach obiektów mostowych układa się warstwę izolacji po uprzednim zagruntowaniu podłoża a następnie wykonuje się nawierzchni, która składa się z warstwy ochronnej i warstwy ścieralnej.
Schemat układu warstw konstrukcyjnych nawierzchni asfaltowych na drogowych obiektach mostowych przedstawiono na rys. 1 [4].
Nawierzchnia asfaltowa układana na izolacji składa się z warstwy ścieralnej i ochronnej. Izolacja obiektu mostowego powinna zabezpieczyć płytę pomostu przed szkodliwym działaniem wody oraz zapewnić dobre połączenie z płyta pomostu i nawierzchnią. Warstwa ochronna poza obiektem mostowym w konstrukcji nawierzchni położonej na korpusie ziemnym nosi nazwę warstwy wiążącej. Warstwa ochronna nawierzchni mostowej ma na celu zabezpieczenie izolacji przed uszkodzeniem podczas wykonywania górnej warstwy nawierzchni i później podczas eksploatacji. Warstwa ścieralna nawierzchni mostowej pełni podobną rolę jak w nawierzchni na korpusie ziemnym, lecz ze względu na szczególne warunki obciążenia (szybsze zmęczeniowe zniszczenie nawierzchni na obiekcie mostowym) oraz rolę jaką pełni na obiekcie mostowym powinna mieć strukturę szczelną i zamkniętą.
Wśród rozwiązań materiałowo-technologicznych stosowanych do izolacji przeciwwodnych obiektów mostowych, należy wymienić: asfaltowe izolacje arkuszowe, izolacje powłokowe z tworzyw sztucznych, izolacje z mieszanek mineralno-asfaltowych w tym z mastyksu i asfaltu lanego lub z innych nowych rodzajów mieszanek.
Najczęściej do warstwy ochronnej i ścieralnej nawierzchni na obiektach mostowych stosuje się mieszankę mineralno-asfaltową typu asfalt lany (MA). Innym rozwiązaniem konstrukcji nawierzchni mostowej jest wykonanie warstwy ochronnej i ścieralnej z mastyksu grysowego SMA. Możliwe jest również wykonanie warstwy ochronnej z asfaltu lanego (MA) a warstwy ścieralnej z betonu asfaltowego (AC). W ostatnim czasie do warstwy ochronnej stosuje się nowy rodzaj mieszanki mineralno-asfaltowej mastyks wysokogrysowy SMA-MA, łączący zalety mieszanek SMA i MA.
Interesującą technologią, o czym wspomniano wyżej, jest twórcze połączenie technologii asfaltu lanego MA oraz mastyksu grysowego SMA. Technologia ta określana jako mastyks wysokogrysowy (SMA-MA), zaleca stosowanie dużej ilości grysu w celu zwiększenia odporności mechanicznej mieszanki na odkształcenia. SMA-MA charakteryzuje się niską zawartością wolnych przestrzeni (< 1% m/m) i może być ona stosowana do warstw izolacji i warstw ochronnych [5, 6].
Charakterystyka podstawowych rodzajów zniszczeń nawierzchni mostowych
Nawierzchnie mostowe w wyniku działania obciążenia ruchem oraz oddziaływania czynników klimatycznych mogą ulegać następującym zniszczeniom [7]:
- spękania podłużne, poprzeczne, siatkowe powstałe w wyniku skurczu termicznego lub powtarzalnych obciążeń,
- koleiny wzdłuż śladów kół powstałe w wyniku odkształcenia lepko-plastycznego asfaltowych warstw nawierzchni,
- sfalowania w postaci przemiennych zagłębień i wzniesień nawierzchni powstałe w wyniku przemieszczania materiału warstw nawierzchni podczas zmiany prędkości ruchu,
- odciski w formie zagłębień punktowych, powstałe w wyniku miejscowego przeciążenia,
- pęknięcie połączenia powstałe w wyniku odspojenia się warstwy lub warstw nawierzchni lub od elementów wyposażenia,
- ubytek, w postaci wykruszenia mieszanki mineralno-asfaltowej na głębokość nie większą niż grubość warstwy ścieralnej, powstały w wyniku niewłaściwego składu mieszanki mineralno-asfaltowej lub złego zagęszczenia,
- wybój, w postaci wykruszenia mieszanki mineralno-asfaltowej na głębokość większą niż grubość warstwy ścieralnej, powstały w wyniku niewłaściwie i w nie odpowiednim czasie przeprowadzonego remontu cząstkowego,
- pęcherze w postaci miejscowych wypukłości powstałe na skutek oderwania się warstwy lub warstw nawierzchni lub izolacji od podłoża pod wpływem ciśnienia pary wodnej lub par innych cieczy,
- wypływ lepiszcza, w postaci plamy na nawierzchni, powstały w wyniku miejscowego nadmiaru lepiszcza w mieszance mineralno-asfaltowej.
Wykonywanie izolacji i warstw ochronnych wymaga stosowania wysokich temperatur rzędu 200-240°C. Tak wysoka temperatura nie jest groźna dla pomostu betonowego, natomiast rozprężanie gazów zamkniętych w porach wierzchniej warstwy pomostu betonowego może powodować powstawanie pęcherzy w warstwie izolacji.
Propozycja nowych rozwiązań materiałowo-technologicznych izolacji i nawierzchni mostowych
Do warstw nawierzchni mostowych, tj. ochronnej i ścieralnej, Wymagania Techniczne WT-2: 2014 część I, zalecają stosowanie mieszanek mineralno-asfaltowych z asfaltu lanego: MA 8, MA 11 i MA 16. Poza wymienionymi mieszankami, coraz częściej stosuje się asfalty lane nowej generacji oraz mieszanki SMA.
Do warstw izolacji pomostów stalowych i betonowych, oprócz tradycyjnych rozwiązań izolacji w postaci pap termozgrzewalnych, obecnie coraz częściej stosowane są izolacje natryskowe z tworzyw sztucznych.
Interesującą technologią jest zastosowanie do wykonywania warstwy ochronnej i izolacji mastyksu wysokogrysowego SMA-MA. Zastosowanie mastyksu wysokogrysowego eliminuje wady mastyksu tradycyjnego, głównie wysoką odkształcalność. Mieszanka SMA-MA charakteryzuje się dobrymi właściwościami mechanicznymi, w tym korzystną sztywnością i wysoką trwałością zmęczeniową. Technologia ta charakteryzuje się wysoką zawartością grysu, co powoduje zwiększenie odporności mechanicznej mieszanki SMA-MA na odkształcenia. Mastyks wysokogrysowy umożliwia stosowanie dodatku asfaltu naturalnego oraz polimeroasfaltu, co zapewnia dobrą przyczepność do podłoża i poprawia właściwości lepkosprężyste izolacji [5, 8]. Przykładowy układ konstrukcyjny nawierzchni może być następujący:
- warstwa izolacyjno-sczepna z mastyksu wysokogrysowego SMA-MA 8 o grubość 2 cm,
- warstwa ochronna z SMA 11 o grubości 4 cm,
- warstwa ścieralna z SMA 8 o grubości 3 cm.
W podsumowaniu należy stwierdzić, że podstawą uzyskania trwałych nawierzchni mostowych jest stosowanie najwyższej jakości materiałów, rygorystyczne przestrzeganie technologii wykonania warstw konstrukcyjnych nawierzchni oraz izolacji i zapewnienie dobrych połączeń międzywarstwowych, tj. między podłożem a warstwą izolacji, między izolacją a warstwą ochronną oraz między warstwą ochronną a warstwą ścieralną.
Należy podkreślić, że obecnie dostępne są materiały i nowe rozwiązania materiałowo-technologiczne, umożliwiające budowę trwałych i bezpiecznych nawierzchni mostowych.
Piotr Radziszewski, Michał SarnowskiJerzy Piłat
Literatura
[1] Piłat J., Radziszewski P., Kowalski K.: Nawierzchnie asfaltowe i betonowe na obiektach mostowych. Seminarium „Nawierzchnie, izolacje i inne elementy wyposażenia mostów” Warszawa 2007, str. 49-52.
[2] Sybilski D.: Bitumiczne nawierzchnie mostowe. Drogownictwo nr 9, 1994.
[3] Radziszewski P., Piłat J., Sarnowski M.: Nowe rozwiązania warstwy ochronnej w konstrukcji nawierzchni mostowych. Organizacja przedsięwzięć budownictwa drogowego. Bydgoszcz 2013, str. 227-240.
[4] Piłat J., Radziszewski P.: Nawierzchnie asfaltowe, WKŁ, Warszawa 2010.
[5] Mieczkowski P.: Izolacje z pap asfaltowych na obiektach mostowych. Izolacje 2/2010.
[6] Sarnowski M., Radziszewski P., Piłat J., Kowalski K. J., Król J. B.: Ocena trwałości mieszanek mineralno-asfaltowych stosowanych do izolacji i nawierzchni obiektów mostowych, 60 Konferencja Naukowa „Lublin-Krynica 2014”.
[7] Radziszewski P., Piłat J., Sarnowski M., Kowalski K., Król J., Pokorski P., Liphardt A., Stefańczyk B., Mieczkowski P.: Rozwiązania materiałowo-technologiczne izolacji i nawierzchni obiektów mostowych. Raport badawczy dla Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad. Warszawa 2013.
[8] Wegan V.: „Bridge pavements – what makes them long-lasting?” Nowości Zagranicznej Techniki Drogowej Nr 142/2000, str. 89-94.
KOMENTARZE (0)
Do artykułu: Nawierzchnie asfaltowe na obiektach mostowych