Złączenia międzywarstwowe, powierzchniowe utrwalenie nawierzchni czy remonty cząstkowe to tylko niektóre z zastosowań emulsji asfaltowych w budownictwie drogowym. Jest to produkt, który odgrywa bardzo ważną rolę w drogownictwie, wpływając na zwiększenie trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni drogowej oraz ma za zadanie połączyć wszystkie warstwy asfaltowe w monolit, co przekłada się na nośność konstrukcji i zmniejszenie jej ugięcia.

Emulsja jest to układ, który jest zbudowany z dwóch faz ciekłych, przy czym jedna z nich jest rozproszona w drugiej, a fazy te nie są wzajemnie rozpuszczalne ¹. Emulsja jest dyspersją małych cząsteczek jednej cieczy w drugiej, np. asfaltu w wodzie. Na rys. 1 przedstawiono wielkość i rozkład cząstek asfaltu w wodzie (emulsja typu prostego O-W olej w wodzie) ².

Rys. 1. Kationowa emulsja asfaltowa typu O-W: 1) wielkość i rozkład cząstek asfaltu w emulsji ⁴; 2) typowy rozkład wielkości cząstek asfaltu w emulsji asfaltowej ⁵

Konsystencja emulsji asfaltowej, która w temperaturze otoczenia jest płynna, znajduje szerokie zastosowanie w budownictwie drogowym. Obniżona lepkość emulsji asfaltowej do około 20 Pa∙s  w temperaturze około 40°C pozwala na jej zastosowanie w temperaturze otoczenia. Natomiast próba wykorzystania asfaltu drogowego np. do skropienia międzywarstwowego wymaga podgrzania go do temperatury około 140°C [6]. Wówczas lepkość asfaltu będzie porównywalna do lepkości emulsji asfaltowej. Dlatego też, brak konieczności podgrzewania emulsji asfaltowych do wysokich temperatur, wpływa na popularność tego rodzaju wyrobu budowlanego w robotach drogowych. Technologie, w których na szeroką skalę stosowana jest emulsja asfaltowa, to:

• złączenia międzywarstwowe,
• powierzchniowe utrwalenie,
• remonty cząstkowe,
• cienkie warstwy na zimno,
• mieszanki mineralno-emulsyjne,
• recykling głęboki na zimno z emulsją asfaltową (mieszanka mineralno-cementowo-emulsyjna).

Normy regulujące wymagania dla kationowych emulsji asfaltowych

Możliwość stosowania emulsji asfaltowej w robotach drogowych określona jest przez wymagania przedstawione w załączniku krajowym do normy zharmonizowanej PN-EN 13808:2013-10, której uaktualnienie i nowelizacja miały miejsce 18.10.2013 roku [9]. Do 2013 roku w środowisku drogowym były stosowane dwa dokumenty odniesienia, tj. PN-EN 13808:2010 oraz WT-3 [8]. Prace nad nowelizacją krajowego załącznika do normy PN-EN 13808:2013-10 umożliwiły redukcję ilości emulsji asfaltowych w zakresie określonego rodzaju robót drogowych. Finalny efekt prac w ramach krajowego załącznika do normy zawiera dziewięć rodzajów kationowych emulsji asfaltowych na bazie asfaltów drogowych i asfaltów modyfikowanych polimerem. Porównanie rodzajów emulsji w zależności od dokumentu odniesienia przedstawiono w tab.1.

Tab. 1. Rodzaje kationowych emulsji asfaltowych produkcji LOTOS Asfalt

Najistotniejsze zmiany w zapisach ⁷, które będą miały wpływ przy budowie nowych odcinków dróg, odnoszą się do emulsji asfaltowych przeznaczonych do złączeń międzywarstwowych. Aktualnie w wymaganiach występują jedynie trzy rodzaje emulsji:

• C60B3 ZM – emulsja wykorzystywana do złączenia wszystkich warstw asfaltowych wykonanych z asfaltów niemodyfikowanych na drogach obciążonych ruchem od KR1 do KR7,
• C60BP3 ZM – emulsja wykorzystywana do złączenia wszystkich warstw asfaltowych wbudowanych na drogach obciążonych ruchem od KR1 do KR7,
• C60B10 ZM/R – do złączenia wszystkich rodzajów warstw z pominięciem warstw asfaltowych z asfaltów modyfikowanych, wbudowanych na drogach obciążonych ruchem od KR1 do KR7.

W celu zobrazowania możliwości zastosowania emulsji asfaltowej do złączeń międzywarstwowych na rys. 2 w sposób schematyczny przedstawiono układ warstw konstrukcji nawierzchni drogowej w postaci odwiertu wraz ze wskazaniem rodzaju emulsji pomiędzy warstwami.

Rys. 2. Odwiert mieszanki mineralno-asfaltowej z konstrukcji nawierzchni drogowej

Wykonanie prawidłowego połączenia międzywarstwowego wpływa na trwałość konstrukcji nawierzchni drogowej. Jego brak lub nieprawidłowe wykonanie powoduje spadek trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni drogowej ^{11, 13}. Obniżenie jakości połączenia międzywarstwowego o 50% powoduje znaczący spadek trwałości zmęczeniowej konstrukcji nawierzchni drogowej ¹². Analiza literatury [2, 10] pozwala również stwierdzić, że warstwa szczepna ma za zadanie połączyć wszystkie warstwy asfaltowe w monolit, co przekłada się na nośność konstrukcji i zmniejszenie jej ugięcia. Dodatkowo¹⁰ zapobiega przesuwaniu się mieszanek mineralno-asfaltowych przy ich zagęszczaniu i tworzeniu się rys.

Literatura

1. Luszawski S.: Nawierzchniowe emulsje asfaltowe. WKŁ, Warszawa 1973.

2. Piłat J., Radziszewski P.: Nawierzchnie asfaltowe. WKŁ. Warszawa 2010.

3. Szczepaniak Z.: Vademecum kationowych emulsji asfaltowych. IBDiM, Warszawa 2013.

4. www.bitumensales.com.

5. AkzoNobel Surface Chemistry. Bitumen emulsion. Technical Bulletin.

6. Błażejowki K., Styk S.: Technologia warstw asfaltowych. Poradnik. WKŁ, Warszawa 2009.

7. PN EN 13808:2013-10 Asfalty i lepiszcza asfaltowe – Zasady klasyfikacji kationowych emulsji asfaltowych.

8. WT-3 Emulsje asfaltowe 2009.

9. http://sklep.pkn.pl/pn-en-13808-2013-10e.html.

10. Dynapac. Zagęszczanie i rozkładanie nawierzchni asfaltowych. Teoria i praktyka. Szwecja 2004.

11. Górszczyk J., Malicki K.: Trwałość zmęczeniowa połączeń warstw asfaltowych w badaniach laboratoryjnych. Budownictwo i Inżynieria Środowiska, z. 59, nr 3/IV, s. 199-206

12. Judycki J.: Sczepność między warstwami asfaltowymi nawierzchni. „Drogownictwo”, Wrzesień 2003 r., str. 275-279.

13. Judycki J., Jaskuła P.: Badanie i ocena wpływu sczepności międzywarstwowej na trwałość konstrukcji nawierzchni asfaltowej. GDDKiA, Gdańsk 2005.