Metoda Marshalla. Na czym polega i kiedy się ją stosuje?

Skład mieszanki mineralno-asfaltowej to jeden z czynników, które w największej mierze decydują o właściwościach budowanej drogi. Do jej zaprojektowania niezbędne jest przeprowadzenie prób doświadczalnych – np. metodą Marshalla. Na czym ona polega? Jaki sprzęt należy w tym celu zastosować?

Nawierzchnie bitumiczne należą do najczęściej stosowanych warstw jezdnych we współczesnym budownictwie drogowym. O ich popularności decyduje przede wszystkim niski poziom hałasu, krótsza (nawet o 20 proc.) niż na innych nawierzchniach droga hamowania oraz spowolnienie ścierania i tym samym przedłużenie czasu eksploatacji. Nie bez znaczenia jest łatwość ich naprawy poprzez przykrycie spękań 3-centymetrową warstwą dywanika.

Właściwości nawierzchni bitumicznej w dużej mierze zależą od jakości mieszanki mineralno-asfaltowej MMA oraz doboru jej składu (a konkretnie – proporcji kruszywa do lepiszcza i dodatków) do specyfiki danego odcinka. Innych cech oczekuje się od nawierzchni na moście kratownicowym, innych zaś – na górskim, stromym podjeździe. Gotowa mieszanka powinna ponadto spełniać wymagania określone w obowiązujących na danym obszarze przepisach. W Polsce aktualnie jest Polska Norma PN-S-96025:2000 Nawierzchnie asfaltowe. Wymagania.

Jednym z największych wyzwań stojących przed specjalistami jest dobór odpowiednich proporcji kruszywa do lepiszcza. Wymaga on przeprowadzenia dokładnych analiz oraz potwierdzenia właściwości mieszanki metodami doświadczalnymi – przede wszystkim z użyciem prasy Marshalla.

Projektowanie MMA – najważniejsze czynniki

Projektowanie mieszanki mineralno-asfaltowej to skomplikowany proces, wymagający szczegółowej analizy. Jej najważniejsze elementy to dane wejściowe, dotyczące parametrów budowanej drogi. Zalicza się do nich:

• kategorię ruchu rozumianą jako obciążenie w osiach obliczeniowych (115 kN) na każdy obliczeniowy pas ruchu. Wyróżnia się 6 kategorii ruchu: KR1, KR2, KR3, KR4, KR5 i KR6 (w kolejności od najmniejszego do największego obciążenia);
• typ mieszanki – właściwość określająca krzywą uziarnienia, ilość wolnych przestrzeni, stosunek zawartości poszczególnych składników oraz technologię wytwarzania i wbudowania;
• wymiar mieszanki (wymiar największego kruszywa użytego do jej sporządzenia);
• sposób projektowania (na podstawie wymagań empirycznych lub funkcjonalnych).

Badanie nawierzchni bitumicznych – metoda Marshalla

Kolejnym kluczowym etapem projektowania MMA jest określenie optymalnej zawartości lepiszcza. Na podstawie danych wejściowych oblicza się pożądane parametry mieszanki, a następnie doświadczalnie bada właściwości mechaniczne próbek zawierających różną ilość asfaltu. W tym wykonuje się próby metodą Marshalla. Polega ona na wyznaczeniu maksymalnej siły (stabilności – S), w zetknięciu z którą próbka nie ulega uszkodzeniu w znormalizowanych warunkach.

Zrozumienie zasad badania MMA metodą Marshalla jest łatwiejsze dzięki znajomości podstawowych związanych z nim pojęć:

• stabilność (S) – rozumiana jako wytrzymałość próbki na osiadanie;
• osiadanie (F) – osiadanie próbki pod zadanym obciążeniem;
• wskaźnik Marshalla – stosunek S/F.

Prasa Marshalla – budowa i działanie

Przeprowadzenie doświadczenia wymaga aparatury pomiarowej, w skład której wchodzą:

• łaźnia wodna do przygotowania próbki;
• termometr;
• suszarka do utrzymania temperatury próbki;
• maszyna wytrzymałościowa z głowicą badawczą i przyrządem do pomiaru osiadania.

Jednym z najpopularniejszych typów maszyn do przeprowadzania badania jest prasa Marshalla. Urządzenie tego typu, poza dokładnością pomiarów i wytrzymałością, powinno zapewniać wygodny transfer i zapis wyników w celu ich dalszego przetwarzania. Te wymagania spełnia prasa Marshalla z firmy Viateco. Zainstalowane na niej programowanie UNIPRESS nie tylko oferuje automatyczną korekcję wartości osiadania na podstawie wymiarów próbki, ale też zapisywanie wyników w zintegrowanej bazie danych (z opcją wydruku). Funkcjonalność urządzenia zwiększa zabezpieczenie przed przeciążeniem oraz nadmiernym wysuwem stolika.