Od wielu lat poza granicami naszego kraju prowadzi się prace nad ciekawą technologią nawierzchni drogowych – betonem asfaltowym porowatym, zwanym również mieszanką drenażową. W Polsce to rozwiązanie jest jeszcze nowością, podczas gdy w innych krajach z powodzeniem wykorzystuje się już je w praktyce. Wzrastające wymagania użytkowników dróg i osób przebywających w bliskim ich otoczeniu, analiza ekonomiczna wymuszająca inwestowanie w przede wszystkim trwałe i funkcjonalne rozwiązania stwarza konieczność poszukiwania nowych technologii nawierzchni drogowych. Beton asfaltowy porowaty, jakkolwiek uznany za granicą, u nas może budzić pewne kontrowersje i zapewne dlatego nie został ujęty w nowej normie PN-S-96025:2000 “Drogi samochodowe i lotniskowe. Nawierzchnie asfaltowe. Wymagania.”

Niewątpliwie mieszanka drenażowa ma wiele zalet, które razem są trudne do osiągnięcia w przypadku innych technologii. Sukces tej nawierzchni jest przede wszystkim spowodowany jej zdolnością do:

•  odprowadzania wody z nawierzchni- zmniejsza się zatem zjawisko akwaplanacji, a więc możliwość poślizgu;
•  zmniejszania hałaśliwości;
•  zmniejszania oślepiania przez odbijanie świateł reflektorów pojazdów od powierzchni warstwy ścieralnej.

Poza tym beton asfaltowy porowaty charakteryzuje się również:

•  odpornością na deformacje;
•  zwiększoną szorstkością.

Cechą mieszanki drenażowej, zapewniającą właściwe funkcjonowanie nawierzchni, jest przede wszystkim jej otwarta struktura. W tradycyjnych mieszankach mineralno-bitumicznych przeznaczonych na warstwę ścieralną wymaga się struktury zamkniętej o zawartości wolnej przestrzeni 2-4% v/v [9], podczas gdy w mieszankach drenażowych objętość nie wypełniona lepiszczem waha się w granicach 16-25% v/v. We Francji prowadzi się badania nad zwiększeniem zawartości wolnych przestrzeni do 27¸ 30% v/v [1].

Zdolność porowatego betonu asfaltowego do odwadniania powierzchni jezdni jest niespotykaną cechą w tradycyjnych i powszechnie stosowanych nawierzchniach. Tą zaletę mieszanka drenażowa zawdzięcza właśnie swojej specyficznej strukturze. Przez tak dużą zawartość przestrzeni nie wypełnionej lepiszczem woda z opadów nie tworzy bardzo niekorzystnego cienkiego filmu na jezdni, lecz wnika w głąb nawierzchni i siecią powiązanych ze sobą kanalików oraz przez spływ po dolnej warstwie zostaje odprowadzona z nawierzchni poza korpus drogi (rys.1).

Rys 1. Schemat funkcjonowania nawierzchni drenażowej: 1) tradycyjny beton asfaltowy – woda opadowa tworzy na nawierzchni cienki film; 2) beton asfaltowy porowaty – woda z opadów przenika w głąb warstwy i systemem kanalików zostaje odprowadzona

W tradycyjnych nawierzchniach odwodnienie jezdni uzyskuje się przez spadek poprzeczny. Jednak badania dowiodły, że zwiększanie pochylenia jezdni powyżej 4%, przy których powstaje warstwa wody o grubości 0,9mm, nie daje już znaczących rezultatów [8]. W takich warunkach powstaje zjawisko akwaplanacji, które polega na istnieniu 0,5-1,0mm warstwy wody na styku opony z nawierzchnią, a ograniczenie tego kontaktu wpływa bezpośrednio na bezpieczeństwo użytkowników dróg. Duże znaczenie ma również prędkość pojazdu, gdyż przy pewnej jej wartości, tzw. prędkości akwaplanacyjnej, następuje całkowita utrata suchego kontaktu opony z nawierzchnią i siły tarcia nie występują. Łatwo można przewidzieć skutki takiej sytuacji na drodze.

Współczynnik tarcia mokrej nawierzchni bitumicznej drastycznie maleje w porównaniu z suchą (z 0,55 do 0,30). Gdy mokra nawierzchnia jest dodatkowo zabrudzona wartość współczynnika obniża się do 0,20 [8]. Wartość tego parametru określa zdolność nawierzchni do wytwarzania sił tarcia, warunkuje ruch wpływając na bezpieczeństwo, a zatem zdolność nawierzchni drenażowej do natychmiastowego odprowadzania wody jest bardzo ważną cechą. 

W przypadku porowatego betonu asfaltowego zjawisko akwaplanacji nie występuje. Można więc śmiało stwierdzić, że jest to nawierzchnia znacznie bezpieczniejsza. Dzięki zastosowaniu mieszanki drenażowej eliminuje się także możliwość ochlapania pieszych i rowerzystów. Nawet podczas deszczu powierzchnia jezdni pozostaje matowa- światła reflektorów nie odbijają się więc od nawierzchni zarówno mokrej jak i suchej (rys.2).   Rys.2. Miejsce styku nawierzchni – po prawej nawierzchnia COLSOFT na ul. Reymonta w Poznaniu. W składzie mieszanki obecny jest granulat gumowy, który dodatkowo wpływa na matowe wykończenie nawierzchni (fot. T. Ciesielski)

Zmniejszenie hałaśliwości

Redukcja hałasu powstającego na styku opony z nawierzchnią przy toczeniu się pojazdu jest bardzo ważną zaletą betonu asfaltowego porowatego i w wielu przypadkach o zastosowaniu mieszanki drenażowej decyduje właśnie ta zdolność. Sprężane powietrze przez toczące się koło powoduje powstawanie charakterystycznego szumu. Otwartość struktury cichej nawierzchni sprawia, że to niekorzystne zjawisko jest w dużym stopniu redukowane lub nie występuje wcale. Na podstawie np. 5-letnich badań przeprowadzonych w Danii na drodze zamiejskiej w Viskinge oraz na odcinku ulicy w Kopenhadze zaobserwowano zmniejszenie się poziomu hałasu średnio o ok. 2dB [6]. Z innych doświadczeń wynika, że można uzyskać redukcję hałasu wynoszącą nawet 4-5dB [12]. W praktyce oznacza to słyszalność trzykrotnie mniejszego hałasu przy niezmienionym natężeniu ruchu.

Z uwagi na tą cechę porowaty beton asfaltowy jest alternatywą dla tradycyjnych rozwiązań chroniących przed hałasem, np. ekranów dźwiękochłonnych. To elementy ograniczające rozprzestrzenianie się już istniejącego hałasu, podczas gdy cicha nawierzchnia nie dopuszcza do jego powstania. W czasach, gdy coraz większą rolę odgrywa estetyka drogi i jej otoczenia, należy pamiętać, że ekran dźwiękochłonny jest elementem sztucznym w krajobrazie, nie harmonizującym z otoczeniem. Beton asfaltowy porowaty jest dobrym rozwiązaniem w miastach, gdzie dąży się do jak najmniejszego poziomu hałasu drogowego, a ograniczenia terenowe uniemożliwiają zastosowanie np. ekranów dźwiękochłonnych (rys.3 i 4).

Rys.3. Nawierzchnia o zwiększonej zawartości wolnej przestrzeni na ul. Grunwaldzkiej w Poznaniu
(fot. A. Głowacka, styczeń 2002 r.)

Pomimo, że technologia betonu asfaltowego porowatego w Polsce nie jest rozpowszechniona, firma COLAS wykonała na kilku poznańskich ulicach nawierzchnię COLSOFT o zwiększonej zawartości wolnej przestrzeni (ok. 18% v/v) z uwagi na zdolność nawierzchni do redukcji szkodliwych decybeli.

Nieciągłe uziarnienie mieszanki mineralnej porowatego betonu asfaltowego oraz zawartość 83-87% m/m frakcji grysowej, ograniczona ilość frakcji piaskowej (we Francji prowadzi się badania nawet z całkowitym wyeliminowaniem frakcji piaskowej) tworzy bardzo silną strukturę mieszanki i przesądza o jej dużej odporności na deformacje trwałe [1]. Duże znaczenie ma także stosowane lepiszcze – najczęściej jest to asfalt modyfikowany polimerem, który usztywnia lepiszcze w wysokich temperaturach, a w niskich poprawia elastyczność nawierzchni. Ponadto mieszanka mineralno-asfaltowa z polimeroasfaltem wykazuje większą stabilność. Dodatkowo stosowane włókno, najczęściej mineralne, także wpływa na zmniejszenie powstawania deformacji trwałych gotowej nawierzchni. Włókno charakteryzuje się chłonnością lepiszcza oraz powodowaniem efektu zbrojenia. Dzięki stabilizowaniu lepiszcza można zastosować jego większą ilość pożądaną z wielu względów, a podczas produkcji mieszanki asfalt nie spływa z kruszywa. Poprzez wzajemne blokowanie się włókien między sobą oraz między cząstkami mieszanki mineralnej ziarna kruszywa znajdują się w mocnym “uchwycie”. Utworzona w ten sposób sztywna sieć pozwala na zachowanie połączonych ze sobą kanalików z wolnej przestrzeni, co ma oczywisty wpływ na skuteczność drenażu. Mikrozbrojenie powoduje, że nawierzchnia charakteryzuje się zwiększoną odpornością na deformacje, stabilnością, ścieralnością i przyczepnością.

Właściwości przeciwpoślizgowe nawierzchni to cecha bezpośrednio wpływająca na bezpieczeństwo na drodze. Zastosowana mieszanka mineralna do drenasfaltu - odpowiednie uziarnienie grysów odpornych na ścieranie i polerowanie, mała zawartość drobnej frakcji (bądź jej brak) oraz porowata tekstura powierzchni sprawia,
że nawierzchnia charakteryzuje się większym współczynnikiem tarcia niż konwencjonalne mieszanki.

Obecność asfaltu modyfikowanego oraz zawartość włókien wpływa również na zwiększenie sił tarcia powstających na styku opony z nawierzchnią.

Technologia betonu asfaltowego porowatego nie jest pozbawiona wad, które ograniczają jego stosowanie na szeroką skalę. Główną wadę mieszanki powoduje jej podstawowa zaleta: bardzo duża otwartość struktury.
W pory nawierzchni wnikają wszelkie zanieczyszczenia – pyły, drobne kruszywo, itp., które powodują z czasem zapychanie się wewnętrznej sieci kanalików, na co potwierdzeniem są liczne badania zmian zawartości wolnej przestrzeni w mieszance w czasie. Powoduje to stopniowe pogarszanie się drenażu (wnikania wody i jej odprowadzania), a więc podstawowa zaleta nawierzchni porowatej ulega osłabieniu.

Podobnie dzieje się ze zdolnością zmniejszania hałaśliwości nawierzchni. Osłabienie tej zdolności ma oczywiście bezpośredni związek z przyczyną pogarszania się przepuszczalności wody. Zapychająca się i przez to coraz mniej porowata nawierzchnia powoduje coraz mniejsze tłumienie hałasu wywołanego przez przejeżdżające pojazdy, a powietrze pod oponą ulega coraz większemu sprężaniu.

Ponadto wilgoć i powietrze, które zostaje uwięzione wewnątrz nawierzchni jest bardzo groźne dla jej trwałości, gdyż powoduje szybsze starzenie się asfaltu przez jego utlenianie.

Duże szkody nawierzchni porowatej mogą wyrządzić niskie temperatury zimą. Zamarzająca woda jest głównym wrogiem otwartej struktury nawierzchni. W Polsce praktycznie przez pół roku należy liczyć się z problemem zimowego utrzymania dróg [10]. I jest to czynnik skutecznie hamujący rozwój popularności mieszanki drenażowej w naszym kraju.

Wszystko to powoduje, że trwałość nawierzchni z porowatego betonu asfaltowego jest niższa od tradycyjnego asfaltobetonu – określa się ją na ok. od 8 do 10 lat [3].

Aby nawierzchnia mogła spełniać swoje podstawowe funkcje należy o nią odpowiednio dbać. Zapychanie się wolnych przestrzeni jest poważną wadą, ale nie jest problemem nie do rozwiązania. Należy pamiętać, że przy większych prędkościach nawierzchnia “przedmuchuje się” sama – powietrze jest wówczas silniej wciskane do wewnątrz nawierzchni przez co następuje udrożnienie porów. W Holandii czy Hiszpanii znane są już zabiegi mechaniczne z użyciem specjalnego sprzętu do oczyszczania nawierzchni na przykład metodą hydroregeneracji (stosowanie wody pod dużym ciśnieniem) [1]. W warunkach polskich posiadanie takiego specjalistycznego sprzętu jest niestety często nieosiągalnym celem.

Szczególną troskę o nawierzchnię porowatą należy wykazywać zimą – odpowiednio szybko i w większej ilości, w porównaniu z tradycyjnymi nawierzchniami, rozsypywać środki przeciwko śliskości zimowej.

•  Beton asfaltowy porowaty ma zalety, które trudno łącznie otrzymać w innej technologii. Dlatego, pomimo wad tego rozwiązania oraz istnienia innych technologii, z wielu względów uzasadnione jest stosowanie betonu asfaltowego porowatego.
•  Koszt materiałów, utrzymania nawierzchni oraz fakt nieco krótszej żywotności powoduje, że analiza ekonomiczna może nie zachęcać do stosowania mieszanki drenażowej. Należy jednak pamiętać o tym, że obniżanie hałaśliwości przez nawierzchnię jest alternatywą do stosowania elementów dźwiękochłonnych w pasie drogowym. Beton asfaltowy porowaty może być zatem idealnym rozwiązaniem wszędzie tam, gdzie zależy nam na minimalnym poziomie hałasu drogowego – np. w obszarach osiedli mieszkaniowych.
•  Dobrym pomysłem jest wbudowywanie tych mieszanek jeśli nie na całej długości to w miejscach szczególnie narażonych na zbieranie się wody lub gdzie jej obecność wywołuje szczególne zagrożenie bezpieczeństwa ruchu drogowego.

Zatem czy duża otwartość struktury mieszanki mineralno-asfaltowej jest jej zaletą czy wadą? Z uwagi na to, że temat jest dość kontrowersyjny odpowiedź może być trochę przewrotna - oczywiście zaletą powodującą pewne wady, które jednak dają się rozwiązać, a prowadzone badania zmierzają do łatwiejszego pokonywania tych problemów. To bardzo optymistyczna odpowiedź i miejmy nadzieję, że z czasem i na polskich drogach zacznie pojawiać się beton asfaltowy porowaty. Bo czy względy ekonomiczne, duża dyscyplina utrzymania nawierzchni porowatej i jej nieco mniejsza trwałość odgrywa większą rolę niż bezpieczeństwo i zdrowie użytkowników dróg oraz wszystkich mieszkańców żyjących w ich pobliżu?

 

 Data ostatniej aktualizacji: 14 października 2006
Witryna istnieje od stycznia 1999 r.

Optymalizowane dla rozdzielczości 800x600, IE 4+

Webmaster road.pl
Copyright 1999 - 2005  by Krzysztof Błażejowski
zasady korzystania z witryny www.road.pl