Nawierzchnie asfaltowe na obiektach mostowych

Nawierzchnie asfaltowe na obiektach mostowych
Fot. Adobe Stock. Data dodania: 20 września 2022

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.

Do zadań nawierzchni na obiekcie inżynierskim należy, oprócz zapewnienia dogodnych i bezpiecznych warunków poruszania się pojazdów, również ochrona pomostu przed działaniem wody i środków odladzających. Na obiektach mostowych możliwe jest wykonywanie nawierzchni w technologii asfaltowej lub z betonu cementowego. W Polsce i w Europie powszechnie stosuje się nawierzchnie asfaltowe. Technologia wykonywania nawierzchni na obiektach mostowych z betonów cementowych nie znalazła uznania w Europie.

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.
Konstrukcji nawierzchni na obiektach mostowych nie projektuje się tak jak nawierzchni drogowych, gdyż nośność nawierzchni mostowej zabezpieczona jest przez sztywny pomost.

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.
Zniszczenia powstałe w warstwach nawierzchni mostowej mogą powodować uszkodzenie hydroizolacji w postaci utraty częściowej lub całkowitej przyczepności do podłoża, utraty sczepności między izolacją a warstwą ochronną, wzrostu nasiąkliwości izolacji powyżej 5%, uszkodzeń izolacji w wyniku pęknięcia, przebicia, utraty szczelności.

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.
Podsumowanie

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.
×

DALSZA CZĘŚĆ ARTYKUŁU JEST DOSTĘPNA DLA SUBSKRYBENTÓW STREFY PREMIUM PORTALU WNP.PL

lub poznaj nasze plany abonamentowe i wybierz odpowiedni dla siebie. Nie masz konta? Kliknij i załóż konto!

SŁOWA KLUCZOWE I ALERTY

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu

Podaj poprawny adres e-mail
W związku z bezpłatną subskrypcją zgadzam się na otrzymywanie na podany adres email informacji handlowych.
Informujemy, że dane przekazane w związku z zamówieniem newslettera będą przetwarzane zgodnie z Polityką Prywatności PTWP Online Sp. z o.o.

Usługa zostanie uruchomiania po kliknięciu w link aktywacyjny przesłany na podany adres email.

W każdej chwili możesz zrezygnować z otrzymywania newslettera i innych informacji.
Musisz zaznaczyć wymaganą zgodę

KOMENTARZE (0)

Do artykułu: Nawierzchnie asfaltowe na obiektach mostowych

NEWSLETTER

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu.

Polityka prywatności portali Grupy PTWP

Logowanie

Dla subskrybentów naszych usług (Strefa Premium, newslettery) oraz uczestników konferencji ogranizowanych przez Grupę PTWP

Nie pamiętasz hasła?

Nie masz jeszcze konta? Kliknij i zarejestruj się teraz!