SMA - Stone Mastic Asphalt

SMA ( Dario Rigon)

Zwiększające się natężenie ruchu drogowego było powodem poszukiwań nowych sposobów wydłużenia trwałości nawierzchni drogowych przez inżynierów. Najbardziej narażona na uszkodzenia jest warstwa ścieralna przez swoje położenie. Bezpośredni wpływ na tę część konstrukcji nawierzchni mają czynniki klimatyczne, środowiskowe oraz obciążenia od kół pojazdów. Technologia mieszanek mineralno-asfaltowych typu SMA została opracowana w latach sześćdziesiątych w Niemczech, rozpowszechniona na świecie dwadzieścia lat później i jest zalecana dla dróg szczególnie obciążonych ruchem drogowym.

Rys. 2 Tekstura warstwy ścieralnej z SMA (Klaruw System)

Mieszankę SMA od betonu asfaltowego wyróżnia skład ilościowy mieszanki mineralnej. Mieszanka mineralna o nieciągłym uziarnieniu zawiera dużą ilość grysów (60 – 80%), które tworzą szkielet nośny. Pory wypełniane są mastyksem, czyli mieszanką mączki wapiennej oraz asfaltu. Zagęszczenie warstwy ścieralnej SMA powoduje klinowanie się grysów, przez co w efekcie otrzymujemy warstwę o lepszej odporności na deformacje trwałe o charakterze lepkoplastycznym (koleiny). W wymaganiach technicznych WT-2 [2] zostały stabelaryzowane wartości krzywych granicznych dla mieszanki SMA w zależności od kategorii ruchu oraz maksymalnego wymiaru ziaren w mieszance. 

Tabela 1. Uziarnienie mieszanki mineralnej oraz minimalna zawartość lepiszcza asfaltowego

Właściwości	Przesiew, [%(m/m)]
	SMA 5                          KR3-4		SMA 8                          KR3-6		SMA 11                          KR3-6
Wymiar sita	od	do	od	do	od	do
16	-	-	-	-	100	-
11,2	-	-	100	-	90	100
8	100	100	90	100	50	65
5,6	90	100	35	60	35	45
2	30	40	20	30	20	30
0,125	10	19	9	17	9	17
0,063	7	12	7	12	8	12
Zawartość środka stabilizującego, [%(m/m)]	0,3	1,5	0,3	1,5	0,3	1,5
Minimalna zawartość lepiszcza [%]	7,20		7,00		6,40

Krzywe graniczne uziarnienia mieszanki mineralnej dla SMA 11 przedstawiono na poniższym wykresie:

Rys. 3 Krzywe graniczne uziarnienia mieszanki mineralnej SMA 11

Oprócz większej ilości grysów w mieszankach typu SMA dozowana jest duża ilość wypełniacza (około 10%) oraz zwiększona ilość asfaltu (powyżej 6,4%). Minimalna zawartość lepiszcza w recepcie powinna być wyższa od podanej minimalnej wartości w tabeli o 0,3, gdzie zawarto błąd dozowania lub błąd badania. Duża ilość mastyksu wpływa na zwiększenie trwałości mieszanki wbudowanej w nawierzchnię drogową. Wg [1] mieszanka ta jest nieprzepuszczalna dla wody i powietrza, odporna na działanie wilgoci oraz przyspieszone starzenie się lepiszcza asfaltowego.

SMA stosowana jest tylko jako warstwa ścieralna konstrukcji nawierzchni drogowej. Rodzaj stosowanego lepiszcza uzależniony jest od kategorii ruchu [2]. Dla KR3 oraz KR4 można stosować asfalt o penetracji 50/70, wielorodzajowy 50/70, PMB 45-80/55, PMB 45-80/65. Drogi o większym natężeniu ruchu drogowego – KR5 oraz KR6 – wykonujemy z SMA z lepiszczem modyfikowanym elastomerem – PMB 45/80-55, PMB 45/85-6. W obu przypadkach, gdy wykonujemy warstwę SMA na gorąco o grubości nie większej niż 3,5 cm można zastosować asfalt o większej penetracji – PMB 65/105-60. W wymaganiach technicznych zalecane jest stosowanie lepiszczy, podanych w tabeli poniżej:

Tabela 2. Rodzaj lepiszczy asfaltowych zalecanych do SMA

Materiał	Kategoria ruchu
	KR3-4	KR5-6
Lepiszcze asfaltowe c)	50/70, PMB 45/80-55, PMB 45/80-65, wielorodzajowy 50/70, PMB 65/105-60b)	PMB 45/80-55, PMB 45/80-65, PMB 65/105-60b)
b) do cienkiej warstwy na gorąco z SMA o grubości nie większej niż 3,5cm, c) na podstawie aprobat technicznych mogą być stosowane także inne lepiszcza nienormowe

Kruszywa najczęściej stosowane w mieszance SMA to bazalt, granit, dolomit czy melafir. Prowadzone były również badania porównawcze kruszywa bazaltowego oraz kruszywa gabro [3]. Mieszanka SMA z kruszywem gabro osiągała nie tylko lepsze wyniki badania odporności na koleinowanie, ale także poprawiała jasność i widoczność nawierzchni.

Warstwa ścieralna z mieszanki SMA jest bezpieczniejsza dla ruchu pojazdów samochodowych. Odpowiednia tekstura warstwy ścieralnej z mastyksu grysowego zapewnia odpowiednie odprowadzenie cienkiej warstwy wody, która może powodować utratę kontaktu między oponą a nawierzchnią. Kolejnymi zaletami mieszanek SMA, powodującymi poprawę bezpieczeństwa ruchu jest zapobieganie olśnieniu światłami pojazdów jadących z przeciwka oraz poprawienie widoczności oznakowania poziomego [1]. Warto również zwrócić uwagę na zmniejszenie hałaśliwości ruchu samochodowego. 

Oprócz na drogach, na których występuje duże obciążenie ruchem, SMA może być stosowana jako cienka warstwa ścieralna na gorąco na drogach KR1-KR2. Uziarnienie mieszanki mineralnej to 0/4 mm, 0/5 mm, 0/6,3 mm. Technologię tę wykorzystuje się również na ciągach pieszych oraz drogach rowerowych. SMA (0/8 mm, 0/9,6 mm) zaleca się stosować również w okolicach skrzyżowań, zatok autobusowych, pasach powolnego ruchu, które to miejsca są narażone na powstanie deformacji trwałych lepkoplastycznych. 

Rys. 4 Warstwa ścieralna z SMA - Brescia, A4 (Misterdeiv)

Mieszankę SMA produkuje się w wytwórni mas bitumicznych. Kolejno zaleca się dozowanie mieszanki mineralnej, następnie dodaje się stabilizator i przez czas od 5 do 10 s miesza się MM na sucho. Następnie dozuje się lepiszcze asfaltowe i miesza wszystkie składniki. Temperatury technologiczne powinny być uzależnione od rodzaju użytego asfaltu.

Transport powinien odbywać się przy pomocy samochodów samowyładowczych. Samochody powinny być wyposażone w przynajmniej przykrycie brezentowe, którego zadaniem jest ochrona mieszanki przed wychłodzenie w trakcie transportu oraz przed wbudowaniem jej. Układanie mieszanki SMA wykonywane jest przy użyciu rozściełacza z włączoną wibracją. Elementy rozściełacza służące do zagęszczenia oraz rozłożenia mieszanki, muszą zostać uprzednio ogrzane. Na ułożoną warstwę należy rozsypać piasek łamany w ilości 1kg/m² lub grysem 2-4 mm w ilości 1 – 2 kg/m². Tak przygotowaną warstwę zagęszcza się przy pomocy walców stalowych. Zagęszczanie powinno rozpocząć się niezwłocznie po posypaniu warstwy piaskiem lub grysem. 

W początkowym okresie eksploatacji słabsze są właściwości przeciwpoślizgowe. Koszt budowy SMA jest wyższy niż betonu asfaltowego (AC) ze względu na stosowane materiały – większa ilość asfaltu, lepsze kruszywo. Jednak koszty zwracają się poprzez możliwość wbudowania cieńszej warstwy niż z AC oraz większe przerwy międzyremontowe.

inż. Łukasz Dutka

Literatura:

1. J. Piłat, P. Radziszewski: "Nawierzchnie asfaltowe", Wydawnictwa Komunikacji Łączności, Warszawa 2004.

2. "Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych. WT-2 2010. Mieszanki mineralno-asfaltowe. Wymagania techniczne", Załącznik nr 2 do zarządzenia nr 102 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad z dnia 19 listopada 2010 r.