Utrwalenie powierzchniowe według doświadczeń Stanów Zjednoczonych jest dobrą technologią w poprawie stanu oraz przedłużaniu żywotności nawierzchni. Rosnąca liczba stanów stosuje obecnie tą strategię utrzymania, poszerzoną o układanie pod utrwaleniem geosyntetycznej warstwy pośredniej, która opóźniając występowanie spękań odbitych i stwarzając izolację przed wodą opadową, przedłuża żywotność nawierzchni. Istnieją już liczne, dobre doświadczenia w stosowaniu geosyntetyków do warstw asfaltowych układanych na gorąco, podczas gdy zastosowanie geosyntetyku w utrwaleniu powierzchniowym nie jest jeszcze w Stanach Zjednoczonych technologią dostatecznie skodyfikowaną.

USA: geosyntetyczna warstwa pośrednia w utrwaleniu powierzchniowym

Drogowcy kalifornijscy Oddziału Federalnej Administracji Drogowej podjęli się zatem opracowania szczegółowych wytycznych dla zastosowania geosyntetycznej warstwy pośredniej pod utrwaleniem, co według założeń powinno poprawić trwałość zabiegu pracującego w zmiennych temperaturach oraz podnieść właściwości izolacyjne utrwalenia od infiltracji wody opadowej. Pomiędzy wymienionymi zastosowaniami geosyntetycznej warstwy pośredniej istnieją pewne różnice. W pierwszym przypadku do przyklejenia warstwy geosyntetycznej do dolnej warstwy stosowana jest ograniczona ilość lepiszcza, ponieważ gorąca mieszanka mineralno-asfaltowa układana na geosyntetyku uplastycznia lepiszcze klejące i aktywizuje cieplnie także część lepiszcza w dolnej warstwie. Ponieważ grysy stosowane w utrwaleniu powierzchniowym mają temperaturę otoczenia i stosunkowo niewielki ciężar, w przyklejaniu geowłókniny należy wprowadzić pewne modyfikacje.

Jak wspomniano, lepiszcze asfaltowe wiąże geowłókninę z warstwą dolną dając efekt membrany redukującej spękania odbite i działając jako izolacja od wody opadowej. Dla realizacji tych funkcji należy zarówno zastosować właściwą ilość lepiszcza asfaltowego, jak i odpowiednią geowłókninę.

Badania i doświadczenia kalifornijskie mogą służyć jako przykład właściwego zastosowania technologii włączając w to:

1. wybór odcinka,
2. dobór materiałów,
3. użycie właściwego sprzętu,
4. przeprowadzenie zabiegu w odpowiedniej temperaturze otoczenia,
5. przygotowanie powierzchni warstwy do skropienia i ułożenia geowłókniny
6. skropienie lepiszczem asfaltowym,
7. instalacja geowłókniny,
8. wstępne zagęszczenie,
9. przygotowanie powierzchni geowłókniny do właściwego zabiegu utrwalenia powierzchniowego.

Publikacja zawarta w Materiałach Konferencyjnych Międzynarodowej Konferencji RILEM nt. Pavement Crackings, Chicago 2008 r., podaje szczegółowo opisy i wymagania. W tym opracowaniu przedstawiono tylko najbardziej istotne elementy tej technologii.

Ad 1. Wybór odcinka

Efektywność technologii utrwalenia powierzchniowego w dużym stopniu zależy od wyboru właściwego odcinka. Utrwalenie, poprawiając szorstkość powierzchni jezdni powinno być stosowane szczególnie na ostrych zakrętach i dużych pochyleniach, jednak skuteczność będzie większa jeśli zastosujemy je w powiązaniu z geosyntetyczną warstwą pośrednią.

Można wymienić kilka przypadków, w których technologia ta nie powinna być stosowana. Są to sytuacje następujące:

• skręty na skrzyżowaniach,
• ronda,
• krzywizny poziome o promieniu mniejszym od 70 m,
• cul de sac,
• pasy przyspieszonego ruchu, zatrzymywania lub zawracania,
• obszary poddawane zwiększonym obciążeniom od ruchu.

Utrwalenie powierzchniowe na geowłókninie powinno się chronić przed działaniem wody opadowej (spadki poprzeczne i podłużne) oraz z dołu, tj. wody gruntowej (warstwa odsączająca).

Ad 2. Materiały

Lepiszcze asfaltowe dobrane jest odpowiednio do maksymalnej i minimalnej temperatury w ciągu roku w obszarze usytuowania odcinka. W niskich temperaturach nie powinno stawać się kruche, w temperaturach podniesionych nie może się upłynniać. Emulsja asfaltowa może być stosowana lecz nie jest rekomendowana dla geowłókniny jako lepiszcze. Przed rozłożeniem włókniny emulsja powinna całkowicie ulec rozpadowi, a woda całkowicie odparować, co wymaga określonego czasu, zależnego od typu zastosowanej emulsji i temperatury otoczenia. Jeżeli przewidziane jest zastosowanie emulsji do przyklejenia włókniny, należy starannie przeanalizować i wybrać rodzaj emulsji, ilość potrzebną do przyklejenia, czas rozpadu i odparowania wody oraz rodzaj grysów. Ilość lepiszcza do przyklejenia wynosi 139 g/m².

Geowłóknina ma strukturę igłowaną, wydłużenie po nasyceniu mieści się w granicach 40-70%, temperatura topnienia 163°C. Powinna dobrze absorbować lepiszcze, dając trwałą i stabilną membranę chroniącą konstrukcję nawierzchni.

Jedna strona geowłókniny jest prasowana na gorąco (kalandrowana), druga pozostawiona puszystą i tą stroną jest układana na lepiszczu. Obowiązkiem producenta jest dostarczenie certyfikatu zgodności - jest to warunek zastosowania danego rodzaju geowłókniny. Piasek stosowany przejściowo do posypania powierzchni geowłókniny ma na celu ochronę jej przed uszkodzeniami powodowanymi ewentualnie, przez koła walca ogumionego dociskającego włókninę dla jej przyklejenia lub przez koła pojazdów budowlanych. Powinien być jednorodny, czysty, o uziarnieniu do 10 mm, zawartość frakcji <0.075 w granicach 0-5%.

Ad 3. Sprzęt

Skrapiarka poprzez dysze do spryskiwania powinna zapewniać równomierne rozprowadzenie lepiszcza klejącego, co jest warunkiem niezbędnym do prawidłowego nasycenia i przyklejenia geowłókniny do warstwy dolnej. Skrapiarka powinna być wyposażona w elektroniczne urządzenie do sterowania prędkością i ilością rozprowadzanego lepiszcza.

Urządzenie do rozkładania geowłókniny rozwija rolę materiału w sposób równomierny, bez fałd i zmarszczeń, belka napinająca zapewnia brak fałd i zmarszczeń, zestaw szczotek naciskając włókninę wyrównuje ją i wstępnie przykleja. W niższych temperaturach geowłóknina powinna być rozkładana natychmiast po skropieniu lepiszcza, aby uniknąć jego ostygnięcia.

Dystrybutor rozsypujący piasek powinien być wyposażony w mechanizm regulujący szybkość rozsypywania. Dystrybutor piasku może nie być potrzebny, jeżeli walec ogumiony przyklejający włókninę do podłoża posiada urządzenie zwilżające koła środkiem zmniejszającym adhezję gumy do asfaltu, na bazie węglowodorów.

Walce ogumione są typu jak do zagęszczania warstw mineralno-asfaltowych. Należy przewidzieć ich liczbę niezbędną do natychmiastowego przejazdu przez całą szerokość i długość rozłożonej geowłókniny.

Drobny sprzęt pomocniczy, np. do likwidacji ewentualnych fałd.

Ad 4. Temperatura otoczenia

Ze względu na szybkość chłodzenia asfaltu, a w przypadku stosowania emulsji także niezbędną szybkość jej rozpadu, temperatura otoczenia powinna mieścić się w granicach 20-40°C, a minimalna temperatura nawierzchni wynosi 25°C. Jeśli temperatura otoczenia przekracza 38°C można obserwować przedwczesne nasycenie włókniny asfaltem.

Ad 5. Przygotowanie powierzchni warstwy asfaltowej do skropienia i ułożenia geowłókniny

Remontowana nawierzchnia powinna być poddana szczegółowej ocenie występujących uszkodzeń strukturalnych powierzchniowych. Utrwalenie powierzchniowe nie zwiększa nośności konstrukcji, nie mniej może poprawić stan podbudowy i podłoża, ograniczając dostęp do nich wody opadowej.

Istniejące spękania powinny być wypełnione. I tak: spękania o szerokości 3.175 mm do 9.525 mm wypełniane są masą zalewową dla uniknięcia spływania do nich lepiszcza nasycającego włókninę. Spękania o szerokości większej wymagają wypełnienia np. asfaltową mieszanką profilującą, mieszanką slurry seal (zaprawą emulsyjną) lub standardową masą zalewową. Wypełnienie spękań powinno być w jednej płaszczyźnie z otaczającą nawierzchnią lub nieco poniżej, aby nie spowodować w tym miejscu jakichkolwiek imperfekcji utrwalenia powierzchniowego. Poza tym istniejąca powierzchnia powinna być sucha i dokładnie oczyszczona z luźnych okruchów, pyłu i innych zabrudzeń, aby umożliwić całkowite i jednorodne przyklejenie geowłókniny. Urządzenia towarzyszące jak studzienki, pokrywy powinny być przykryte na czas zabiegu, natomiast poziome znaki drogowe usunięte. Spadek podłużny i poprzeczny powierzchni jezdni ma umożliwić spływ wody opadowej.

Odcinek drogi na którym są przeprowadzane roboty powinien być oznakowany znakami ostrzegawczymi (np.luźne kruszywo) oraz ograniczającymi prędkość do 40 km/godz.

Ad 6. Skropienie lepiszczem asfaltowym

Sukces omawianej technologii zależy w dużym stopniu od nasycenia przyklejenia geowłókniny, a więc od doboru rodzaju i ilości lepiszcza. Penetracja stosowanego asfaltu mieści się w granicach 50-120°P, zaleca się stosowanie asfaltu modyfikowanego polimerem. Skrapianie lepiszczem powinno być równomierne, bez nagłego zatrzymywania skrapiarki lub jej przyspieszania. Stosowanie emulsji asfaltowej jest uwarunkowane podanymi wcześniej zastrzeżeniami (pkt Materiały). Temperatura emulsji asfaltowej w czasie skrapiania wynosi 55-80°C.

Temperatura lepiszcza musi być dostatecznie wysoka dla jednorodnego jego rozprowadzenia i nasycenia geowłókniny razem z przyklejeniem do podłoża, tj. 143-163°C. Jeśli stosuje się włókninę polipropylenową temperatura nie powinna być wyższa, z uwagi na możliwy skurcz materiału. Ilość asfaltu dla nasycenia i przyklejenia włókniny wynosi od 0.90 do 1.35 kg/m², powinna być jeszcze skorygowana ze względu na stan powierzchni jezdni oraz temperaturę otoczenia i siłę wiatru. Skropienie powinno być szersze poza granice układania włókniny o 50 do 100 mm, aby zapewnić dobre przyklejenia krawędzi włókniny. Zaniedbanie tego prowadzi do utraty grysów w miejscach braku przyklejenia.

Jeżeli gorące lepiszcze skrapia ochłodzoną nawierzchnię, stygnie bardzo szybko. Jest sprawą dużej wagi, aby organizacja robót przewidywała natychmiastowe ułożenie włókniny i przyklejenie jej walcem ogumionym.

Zbyt duża lub zbyt mała ilość lepiszcza może spowodować jej poślizg, zatem ilość lepiszcza powinna być dobierana indywidualnie do rodzaju geowłókniny. Obserwacja ilości lepiszcza wyciskanego w śladzie przejścia koła walca jest dobrą kontrolą jego właściwego stosowania.

Ad 7. Instalacja geowłókniny

Jak wspomniano uprzednio, geowłókninę układa się na lepiszczu stroną puszystą, tj. nie kalandrowaną, co zapewnia dobre przyklejenie. Podłużne krawędzie geowłókniny łączy się w osi na zakład 50 do 100mm, poprzeczne styki pozostawia się bez zakładu, aby nie powodować wstrząsów samochodu. Ewentualne fałdy wycina się odpowiednim nożem, wypalanie butanowym palnikiem nie jest zalecane.

Ad 8. Piaskowanie i wałowanie

W standardowym stosowaniu geowlókniny pod warstwą mieszanki mineralno-asfaltowej posypywanie piaskiem i zawałowanie nie jest konieczne dla prawidłowego osadzenia włókniny w warstwie lepiszcza. Wysoka temperatura mieszanki, ciężar warstwy a następnie jej zawałowanie zapewnia prawidłowe nasycenie i przyklejenie włókniny. Powierzchniowe utrwalenie nie daje tego efektu, stąd wymagane jest wałowanie włókniny walcem ogumionym - dla ochrony tego materiału przed ewentualnym uszkodzeniem przez koła posypuje się go suchym piaskiem, który pozostawia się do momentu rozpoczęcia właściwego utrwalenia powierzchniowego. Do tego czasu powierzchnia włókniny powinna być pod kontrolą.

Zabieg posypywania piaskiem nie jest konieczny, jeżeli koła walca ogumionego są zwilżane środkiem zapobiegającym przyklejaniu się opon do wyciskanego lepiszcza. Minimalna liczba przejść walca zapewniająca nasycenie i przyklejenie włókniny wynosi 3, jakkolwiek często wymagane jest zwiększenie tej liczby. Dobrym wizualnym wskaźnikiem końca wałowania jest odbicie się tekstury nawierzchni na powierzchni włókniny.

Ad 9. Przygotowanie powierzchni geowłókniny do standardowego zabiegu utrwalenia powierzchniowego

Osadzenie, tj. przyklejenie i nasycenie geowłókniny w warstwie lepiszcza asfaltowego umożliwia podjęcie standardowej procedury utrwalenia powierzchniowego. Warstwa piasku powinna być usunięta, a powierzchnia geowłókniny oczyszczona szczotkami mechanicznymi. Po odsłonięciu powierzchni włókniny kontroluje się starannie jej stan, usuwając ewentualne fałdy lub rozdarcia. Po upewnieniu się co do dobrego jej stanu wykonuje się skropienie emulsją asfaltową, posypuje odpowiednim grysem i zagęszcza. W przypadku wątpliwości co do pełnego nasycenia geowłókniny, należy zwiększyć ilość emulsji.

Komentarz

• Opisana technologia stanowiąca w Stanach Zjednoczonych pewne novum, w Polsce została już stosowana w 1992 roku (17 lat temu) z bardzo dobrym skutkiem przez zespół Katedry Budowy Dróg i Inżynierii Ruchu Politechniki Krakowskiej, przy wsparciu mgr inż. J.Wójtowicza oraz ówczesnej Generalnej Dyrekcji Dróg Publicznych, oddział w Krakowie. Doświadczenia były treścią Projektu Badawczego opracowanego dla KBN w 1993.
• Przedstawione procedury są bardzo zbliżone do stosowanych przez nas działań. Różnice dotyczą rodzaju lepiszcza i sposobu przyklejania.
• Stan nawierzchni przez kilka lat był bardzo dobry, przykrycie tego odcinka mieszanką betonu asfaltowego miało miejsce osiem lat później, w trakcie remontu całej drogi.
• Według wniosków drogowców amerykańskich stosowanie tej technologii pozwala utrzymać dobry stan całej nawierzchni przez okres 10-20 lat.

dr inż. Wanda Grzybowska
Politechnika Krakowska