Zagęszczanie mieszanek

    Troszkę historii

      Walce drogowe stosowane są od około 250 lat. Pierwsze walce ciągnęły konie a walec wykonany był z kamienia i żeliwa .Około roku 1860 zaczęto stosować pierwsze walce drogowe napędzane maszynami parowymi.

W roku 1932 został skonstruowany pierwszy na świecie walec tandemowy z napędem na obie osie i z obiema osiami skrętnymi. Z początkiem lat 60-tych został zaprezentowany też pierwszy walec na kołach gumowych z napędem na obie osie i z obiema osiami skrętnymi. Dzięki tym pierwszym walcom drogowym z napędem hydrostatycznym stało się wówczas możliwe profesjonalne zagęszczanie asfaltów lanych. Także w tym okresie rozwinęło się dynamiczne zagęszczanie z wykorzystaniem wibracji. W 1976 r. powstał walec jednowałowy.

Rodzaje walców drogowych

Ze względu na napęd walce drogowe dzielą się na:

•    samojezdne;

•    przyczepne;

•    ręcznie prowadzone (do tej grupy należą także płyty wibracyjne).

Walce wibracyjne mają tę przewagę nad statycznymi, że oddziaływanie ich masy na grunt jest dodatkowo wzmocnione przez drgania. Dzięki temu walec wibracyjny może wywierać wpływ na grunt nawet na głębokości 2 metrów.

Walec gładki jest wyposażony w dwa metalowe wały, natomiast walec ogumiony pracuje za pomocą kół. Cechy tych maszyn łączy w sobie walec kombinowany, w którym jeden z wałów jest metalowy, a drugi ogumiony. Innym wariantem jest walec okołkowany, którego wał jest wyposażony w metalowe kołeczki.

Do zagęszczania i rozdrabniania odpadów służy rodzaj walca zwany kompaktorem. Jego organami roboczymi są stalowe wały z kolcami lub płytami bieżnikowymi umieszczone tak, aby ślady wałów przednich nie pokrywały się ze śladami wałów tylnych.

Producenci

Znani światowi producenci różnych typów walców drogowych to m. in. Ammann, Bitelli, Bomag, Volvo, Hamm, JCB, Dynapac, Wacker, Ingersoll Rand, Sany, Vibromax, Caterpillar i Terex.

 

PODSTAWY WIEDZY DOTYCZĄCE ZAGĘSZCZANIA MIESZANEK MINERALNO-ASFALTOWYCH

 

Przygotowanie i przeprowadzenie zagęszczania za pomocą walców należy zawsze rozpatrywać w kontekście rodzaju mieszanki bitumicznej, lokalnych warunków układania i warunków atmosferycznych.

Liczba walców

Wymagana liczba walców na budowie zależna jest od następujących czynników:

•          objętość prac według masy i powierzchni

•          podatność masy bitumicznej na zagęszczanie

•          wstępne zagęszczenie przez układarkę

•          dostępny czas na zagęszczanie

Generalnie obowiązuje zasada „Jeden walec, to jak żaden walec" . A to dlatego, że jeśli na budowie dostępny jest tylko jeden walec, wówczas w razie jego awarii (nawet drobnostki mogą doprowadzić do awarii) dalsze układanie nawierzchni nie będzie już możliwe.

Liczba przejazdów walca

Wymagana liczba przejazdów walca zależna jest od następujących czynników:

•          rodzaj i masa walców

•          prędkość wałowania

•          grubość układanej warstwy

•          temperatura masy bitumicznej/warunki atmosferyczne

•          podatność masy bitumicznej na zagęszczanie

•          wstępne zagęszczenie przez układarkę

•          rodzaj i masa walców

•          stabilność podbudowy

Bez znajomości tych parametrów bezwzględne dane liczbowe dla ilości przejazdów nie są możliwe.

Prędkość wałowania

Typowe prędkości wałowania dla wszystkich rodzajów asfaltu mieszczą się w zakresie od 3 do 6 km/h.

• Przy zbyt wysokiej prędkości istnieje niebezpieczeństwo pofalowania asfaltu w trakcie korzystania z wibracji (powierzchnia przypominająca tarkę do prania).

• Przy zbyt niskiej prędkości bardzo duże jest niebezpieczeństwo pofalowania asfaltu przy skręcaniu.

• Przy zbyt niskiej prędkości istnieje niebezpieczeństwo powstawania wałków na powierzchni podczas zagęszczania z wibracją.

Masa walca

 

W budownictwie konstrukcji asfaltowych stosuje się walce o masie użytkowej pomiędzy 1,5 a 14 ton. Można tu dokonać następującego, ogólnego podziału:

•          walce lekkie    1,5-6 t

•          walce o średniej masie 7 -11 t

•          walce ciężkie  11 -14 t

Kierunek ruchu walców

Rys. 1

Walce muszą być ustawione tyłem do kierunku układania nawierzchni tzn., że za rozkładarką jako pierwsze znajduje się koło napędowe walca. Jeżeli walec zostanie wprowadzony na zagęszczaną mieszankę przodem (jako pierwsze koło sterujące) utworzą się wybrzuszenia warstwy, wyraźne zwłaszcza po pierwszym przejwździe walca. przyczyną tego zjawiska jest popychanie niezagęszczonej mieszanki przez koło sterujące. Zasadę tę przedstawia rys. 1, na którym koło napędowe zaznaczono kolorem szarym.

Rys. 2

Wyjątek stanowi wyłącznie zagęszczanie mieszanki na wzniesieniu (rys. 2). W takim przypadku walec porusza się przodem za rozkładarką.

 

 Temperatura zagęszczania

Temperatura zagęszczania mieszanki mineralno-bitumicznej zależy od lepkości użytego asfaltu.  Mieszanka dostarczona na budowę powinna mieć taką tempera­turę, aby zagęszczanie mogło rozpocząć się natychmiast po rozłożeniu mieszanki przez rozkładarkę. Idealny zakres temperatur do zagęszczania asfaltu zawiera się pomiędzy 140 a 100 °C. W tym przedziale można zagęszczać większość asfaltów za pomocą wibracji i oscylacji. Przy wyższych temperaturach zagęszczanie dynamiczne powinno być wykonywane z ostrożnością, aby uniknąć przesuwania materiału i jego rozwarstwienia (np. wypychania bitumu na powierzchnię). W pewnych okolicznościach (np. w przypadku asfaltu o niskiej stabilności) przy temperaturze 140°C asfalt powinno zagęszczać się jedynie statycznie. Przy temperaturach poniżej 100°C asfalt należy zagęszczać tylko z użyciem oscylacji lub statycznie, aby uniknąć rozkruszania ziaren. Niestety czasami otrzymuje się z wytwórni mieszankę o zbyt wysokiej tem­peraturze. Jeżeli pomiar temperatury jest przeprowadzony zbyt późno, a mamy wątpli­wości, można się wspomóc obserwacją i oceną wizualną zachowania walcowanej mie­szanki.

Rys. 3

Na rysunku 3 przedstawiono objawy, które mogą wystąpić podczas wałowania mieszanki o zbyt wysokiej temperaturze:

a) garby zagęszczanej mieszanki obok wału,

b) poprzeczne spękania włoskowate za wałem,

c) przyklejanie się wbudowywanej mieszanki do wału,

d) przepychanie wbudowywanej mieszanki przed wałem.

Boczne krawędzie nawierzchni

Dotychczasowa praktyka na budowach, słuszna zresztą, nakazywała kształtowanie brze­gów nawierzchni przez wykonywanie kolejnych warstw asfaltowych tak, aby warstwy ni­żej leżące były szersze od leżących wyżej. Pozwalało to uzyskać brzeg nawierzchni w formie schodkowej skarpy.

Brzegi nawierzchni asfaltowej stanowią obszar podatny na niedogęszczenie, ze względu na brak (z jednej strony) ograniczenia rozjeżdżania się mieszanki pod wal­cem. Jeżeli teraz przyjrzymy się, jak woda spływa z nawierzchni o przekroju daszko­wym, to zauważymy, że właśnie obszary przy krawędziach narażone są na najdłuższe działanie wody. Woda spływając z nawierzchni po jej bocznym ukształtowaniu (skar­pie) na pobocze może wnikać w przestrzenie między kolejnymi warstwami. To samo zjawisko może pojawić się po jakimś czasie, jeśli woda przestanie być odprowadzana z pobocza.

Należy więc zadbać o właściwe wykonanie bocznych krawędzi nawierzchni przez: 

•  ukształtowanie skośnych (pochylenie 2:1) krawędzi warstwy przez przyrząd zamoco­wany na rozkładarce, co pozwoli uzyskać odpowiednie nachylenie powierzchni bocznej warstwy lub zastosowanie krążka zamocowanego na walcu, dociskającego powierzch­nie boczne i polepszającego stopień zagęszczenia przykrawędziowego, 
•  odpowiednie uszczelnienie powierzchni brzegu nawierzchni przez pokrycie go gorą­cym lepiszczem asfaltowym w ilości 4 kg na 1 m² powierzchni bocznej, czynność tę nale­ży wykonać zanim krawędzie ulegną zabrudzeniu, 
•  w przypadku wykonywania nakładki warstwy ścieralnej na starej nawierzchni należy szczególnie zadbać o dobre połączenie międzywarstwowe w strefie przykrawędziowej.

Szczególne zasady, dotyczące stosowania walców wibracyjnych 

• Przed zmianą kierunku jazdy (pomiędzy jazdą w przód a jazdą wstecz) należy wyłączyć wibrację,
• W razie słabego zagęszczenia wstępnego przez układarkę pierwszy przejazd wykonać statycznie (w celu uniknięcia przesuwania materiału), 
•  Dobrać odpowiednio częstotliwość wibracji i amplitudę w zależności od rodzaju asfaltu i grubości układanej warstwy.

Z reguły:

• Warstwy ścieralne należy zagęszczacz małą amplitudą i wysoką częstotliwością.
•  Grube warstwy powyżej 8 cm zagęszcza się z dużą amplitudą i niską częstotliwością. 
•  Na wzniesieniach zagęszczać wibracyjnie jedynie podczas jazdy w górę, podczas jazdy w dół zagęszczać statycznie. 
•  Przy temperaturze masy poniżej 100° C zagęszczać już tylko statycznie lub z użyciem oscylacji, gdyż przy zagęszczaniu wibracyjnym istnieje wówczas niebezpieczeństwo rozkruszania ziarna lub uszkodzenia szkieletu drogowego (pęknięcia) oraz niekorzystnego wpływu na związanie poszczególnych warstw.

Pęknięcia na skutek wałowania

Poprzeczne pęknięcia na asfalcie powstają:

• jeśli walec pcha przed sobą „falę”. Dzieje się tak w przypadku zbyt słabego zagęszczenia wstępnego przez układarkę i zbyt wczesnego wprowadzenia ciężkich walców. 
•  jeśli po ułożeniu grubej warstwy asfaltu walec czekał zbyt długo na wjazd lub jeśli powierzchnia asfaltu zostanie zbyt szybko ochłodzona przez wiatr albo zbyt dużą ilość wody zraszającej. W takim przypadku powierzchnia jest wychłodzona, ale strefa wewnętrzna jest ciągle gorąca. Walec niszczy tę „skorupę", powodując pęknięcia.

Skutki:

• Pęknięcia w warstwach ścieralnych są ryzykowne. Jeśli nie zostaną zamknięte, wówczas przedostawać się będą przez nie woda i zanieczyszczenia. 
•  Za pomocą walców na kołach gumowych lub walców kombinowanych takie pęknięcia można zamknąć z powrotem dzięki zjawisku ugniatania, pod warunkiem że asfalt jest jeszcze dostatecznie gorący.

Wzdłużne pęknięcia na asfalcie powstają:

•  poprzez ścinanie masy pod wpływem ciężkich walców. W takim przypadku powierzchnia jest wychłodzona, ale strefa wewnętrzna jest ciągle gorąca. Walec niszczy tę „skorupę", powodując pęknięcia. 
•  to zjawisko występuje szczególnie wówczas, gdy na powierzchniach o nachyleniu poprzecznym wałowanie rozpoczęte zostanie przy wyżej położonej krawędzi. W ten sposób nie może wytworzyć się opór, na którym walec mógłby się „oprzeć" 
•  ze względu na błędy występujące w podbudowie.

Schematy wałowania

W tym  rozdziale zaprezentowane zostaną w formie graficznej ogólnie przyjęte schematy wałowania. Numeracja pasów oznacza w każdym z przypadków kolejność, w jakiej przebiega wałowanie.

Ogólnie obowiązują zasady:

•   Przed zmianą kierunku jazdy należy wykonać lekki skręt, aby niewielki odcisk, który wówczas powstaje, przebiegał nie w poprzek toru wałowania, lecz nieco ukośnie (patrz reguły wałowania, zasada IV). Odcisk ustawiony ukośnie do toru wałowania można następnie bez problemu wygładzić przy kolejnych przejazdach. Odcisk ustawiony w poprzek toru wałowania zostałby przy kolejnych przejazdach jedynie pogłębiony.

•   Wszystkie pasy wałowania muszą zachodzić na siebie bokami (ok. 10 cm), aby nie pozostawić pasków niezagęszczonego asfaltu (patrz reguły wałowania, zasada 6).

•  Zmiana pasa może odbywać się wyłącznie na już wystygłym asfalcie, aby w ten sposób uniknąć przesuwania materiału.

Układanie nawierzchni bez obramowania bocznego

Pierwszy pas wałowania (pas 1) rozpoczyna się w odległości ok 20cm od krawędzi. Gdyby zagęszczanie rozpoczęto bezpośrednio od brzegu, wówczas mogło by dojść do opadania walca na zewnętrzną stronę. W trakcie przejazdu kolejnymi pasami (2 i 3) zagęszcza się pozostałą powierzchnię do chwili, gdy po przeciwnej stronie nie pozostanie wąski pasek. Na koniec zagęszcza się oba wąskie paski z prawej i z lewej strony (pasy 4 i 5).

Układanie nawierzchni z obramowaniem bocznym (np. krawężnik)

Pierwszy pas wałowania (pas 1) można rozpocząć bezpośrednio z boku, ponieważ opadanie walca na bok w kierunku krawężnika nie jest możliwe. W trakcie przejazdu kolejnymi pasami (2 i 3) zagęszcza się kompletną pozostałą powierzchnię aż do przeciwnej strony.

Układanie pasów nawierzchni metodą gorący do zimnego

Poniższy rysunek przedstawia poprawne wykonanie spoiny pomiędzy warstwą gorącą i zimną.

Podczas przejazdów pierwszym i drugim pasem zagęszcza się spoinę od strony zimnego asfaltu najpierw z zakładką 10 - 20 cm a następnie z zakładką równą połowie bębna. Następnie rozpoczyna się zagęszczanie po przeciwległej stronie bezpośrednio przy obramowaniu bocznym (pas 3) i kontynuuje w kierunku spoiny (pas 4 i 5).

Układanie pasów nawierzchni metodą gorący do gorącego z obramowaniem bocznym

Oba walce rozpoczynają zagęszczanie bezpośrednio po bokach (pas 1) i kontynuują pracę na kolejnych pasach do chwili gdy niezagęszczony pozostanie tylko pasek o szerokości 15cm z prawej i lewej strony spoiny. Jeden z dwóch walców zagęszcza następnie pozostałą naśrodku spoinę (pas 3).

PODSUMOWANIE

10 zasad poprawnego zagęszczania

1 zasada: wałować możliwie blisko układarki

W celu uzyskania optymalnego zagęszczenia i jak najlepszego wykorzystania użytecznego zakresu temperatur, należy rozpocząć wałowanie jak najwcześniej. Aby uniknąć przesuwania materiału, nie wolno jednak rozpocząć wałowania zbyt wcześnie.

W wielu przypadkach korzystna okazała się temperatura asfaltu ok. 140°C. W zależności od mieszanki asfaltowej temperatura rozpoczęcia wałowania może być jednak różna. Przy temperaturach pomiędzy 80 a 100°C należy zazwyczaj zakończyć zagęszczanie.

Typowe oznaki zbyt wczesnego wprowadzenia walców:

•           wybrzuszenie obok bębna

•           poprzeczne pęknięcia za bębnem

•           przyklejanie się masy do bębna mimo zraszania

•           silne spychanie materiału przed bębnem

2 zasada: W pierwszej kolejności zagęszczać spoiny (łączenia)

Spoiny poprzeczne:

Zagęszczanie spoiny poprzecznej należy rozpoczynać po zimnej stronie, wjeżdżając tylko częścią bębna na gorącą masę na około 10-20 cm.

Nie wjeżdżać na spoinę poprzeczną wzdłuż ani skośnie (tylko w wyjątkowych przypadkach przy bardzo ograniczonych warunkach przestrzennych na budowie), ponieważ wówczas wytworzy się fala, której właściwie nie da się już wygładzić.

Spoina wzdłużna przy układaniu pasów nawierzchni metodą „gorący do zimnego":

Zagęszczanie spoiny wzdłużnej należy rozpoczynać po zimnej stronie, wjeżdżając częścią bębna na gorącą masę na około 10-20 cm. Zagęszczanie spoiny powinno się odbywać jedynie statycznie lub z wykorzystaniem oscylacji, aby uniknąć uszkodzenia zimnego asfaltu. Zagęszczanie pozostałej części powierzchni rozpoczyna się po stronie przeciwległej do spoiny.

Spoina wzdłużna przy układaniu pasów nawierzchni metodą „gorący do gorącego":

Spoinę środkową (ok. 15 cm) należy pozostawić niezagęszczoną i zagęścić ją dopiero na końcu.

3 zasada: przy zagęszczaniu zawsze zaczynać od dolnej krawędzi

Przy zagęszczaniu nawierzchni z nachyleniem poprzecznym lub nawierzchni na łukach należy zawsze zaczynać od dolnej krawędzi. W ten sposób wytwarza się opór, na którym może oprzeć się walec. Ostatni przejazd należy wykonać statycznie od góry ku dołowi, aby ewentualnie wygładzić ślady bębnów obecne w asfalcie.

4 zasada: przed zmianą kierunku wyłączyć wibrację / oscylację

Wibrację / oscylację włączać dopiero po ruszeniu, wyłączać chwilę przed zmianą kierunku ruchu i włączać z powrotem dopiero po zmianie kierunku. Jeśli wibracja/oscylacja będzie włączona podczas postoju, wówczas dojdzie do pofalowania asfaltu, które da się wygładzić jedynie z wielkim trudem.

Bardzo komfortowym rozwiązaniem dla operatorów jest w tym przypadku tryb automatyczny, gdyż wibracja/oscylacja wyłączana i włączana jest automatycznie, gdy tylko nastąpi spadek poniżej lub przekroczenie określonej prędkości wałowania.

Dodatkowo przed zmianą kierunku jazdy należy wykonać lekki skręt, aby niewielkie wybrzuszenie, które wówczas powstaje, przebiegało nie w poprzek toru wałowania, lecz lekko ukośnie. Takie ukośne wybrzuszenie można następnie bez problemu wygładzić w kolejnych przejazdach.

5 zasada: prędkość wałowania zawsze zmieniać łagodnie

Należy w zasadzie zawsze przyspieszać i hamować łagodnie, aby uniknąć pofalowania asfaltu - dotyczy to przede wszystkim zmiany kierunku ruchu. Tego typu pofalowanie daje się wygładzić w kolejnych przejazdach jedynie z wielkim trudem.

6 zasada: w przód i wstecz poruszać się tym samym pasem

W przód - w kierunku układarki i w tył - na zimny asfalt należy poruszać się tym samym pasem, aby uzyskać równomierne zagęszczenie i uniknąć zmiany pasa ruchu na gorącym asfalcie.

Można też wykorzystać psi bieg (10 cm), aby uniknąć ścinania asfaltu, gdyż wówczas bębny nie będą poruszały się dokładnie tym samym torem.

Wszystkie tory wałowania muszą zachodzić na siebie bokami (ok. 10 cm), aby nie pozostawić pasków niezagęszczonego asfaltu.

7 zasada: zmianę pasa wałowania dokonywać po wychłodzonej stronie

Ruchy skrętne w celu zmiany pasa wałowania wykonywać tylko tam, gdzie asfalt jest już zimny, aby uniknąć przesuwania nawierzchni.

8 zasada: wałować w równoległych pasach

Powierzchnię asfaltu należy wałować w równoległych pasach, aby zagwarantować możliwie równomierne zagęszczenie.

Zmiana kierunku ruchu walca na poszczególnych pasach powinna odbywać się w miarę możliwości nie bezpośrednio obok siebie, lecz przy kolejnej zmianie kierunku ruchu zawsze w innym miejscu, przesuniętym o parę metrów. W ten sposób unika się pofalowania nawierzchni na skutek zmiany kierunku ruchu.

9 zasada: zraszać bębny w wystarczającym stopniu, aby uniknąć przyklejania się do nich masy

Zbyt mała ilość wody:

W tym przypadku asfalt przyklei się do bębna i trzeba go będzie zeskrobywać. W tym czasie nie można będzie wykorzystywać walca do zagęszczania. Asfalt przyklejający się do bębnów powoduje na warstwach ścieralnych powstawanie śladów, których nie da się już usunąć.

Zbyt duża ilość wody:

Spryskiwanie bębna zbyt dużą ilością wody powoduje szybsze wychładzanie się asfaltu. W związku z tym skraca się czas na zgęszczanie. Ponadto powierzchnia asfaltu może stać się w pewnych warunkach porowata a tym samym bardziej podatna na zużycie.

Walce na kołach gumowych:

Opony należy zraszać specjalnym dodatkiem tylko na początku prac zagęszczających. Kiedy zostaną rozgrzane przez asfalt, nie będzie się on już kleił do opon.

10 zasada: nigdy nie zatrzymywać walca na gorącym asfalcie

Jeśli walec zostanie zatrzymany na gorącym asfalcie, bardzo szybko spowoduje to wgniecenia i pofalowanie nawierzchni. Zazwyczaj nie da się ich już usunąć z asfaltu w trakcie dalszego wałowania.