Asfalttibetoniseos
11.6.1.2 Vääristymät
Päällysteen vääristymät ovat seurausta asfalttiseoksen epävakaudesta, liikkeestä tai heikkoudesta granulaarisessa pohja- tai pohjamateriaalissa, ja tietyntyyppisiin vääristymiin voi liittyä myös päällysteen halkeilu. Päällysteen vääristymiä voi esiintyä monissa eri muodoissa, mutta urautuminen ja työntyminen ovat yleisimpiä.
URautumista (kanavoitujen painaumien, urien, muodostumista) esiintyy päällysteen pinnan pyöränjäljissä. Routiminen on vakava ongelma, koska urat vaikuttavat osaltaan karheaan ajopintaan ja voivat täyttyä vedellä sade- tai lumitapahtumien aikana, jolloin tiellä kulkevat ajoneuvot voivat joutua vesiliirtoon ja menettää hallinnan.
Ruotiutuminen (jota usein kutsutaan pysyväksi muodonmuutokseksi) on yleinen joustavan päällysteen vauriomuoto, ja se aiheutuu, kun (kuormatun tai raskaan) kuorma-auton renkaat liikkuvat asfalttibetonipäällysteen poikki niin, että päällyste taipuu hyvin pienen määrän. Taipumat vaihtelevat paljon alle millimetrin kymmenesosasta kylmällä säällä, jolloin päällyste ja pohjamaa ovat hyvin jäykkiä, millimetriin tai enemmän lämpimällä säällä, jolloin päällysteen pinta on kuuma ja hyvin pehmeä. Jos seoksen kimmokerroin on riittävä, päällysteellä on taipumus palautua alkuperäiseen asentoonsa sen jälkeen, kun kuorma-auton rengas kulkee päällysteen tietyn kohdan yli. Usein päällysteen pinta ei kuitenkaan palaudu täysin, jolloin pyörän kulkureitille jää hyvin pieni (mutta ei merkityksetön) määrä pysyviä muodonmuutoksia päällysteeseen. Kun päällysteen yli on kulkenut useita pyöräkuormia – pyöräkuormien määrä vaihtelee päällysteen laadun mukaan – urautuminen voi muuttua merkittäväksi ja johtaa vakavasti urautuneisiin päällysteisiin, joiden syvyys on vähintään 0,75 tuumaa (20 mm) tai enemmän. Noin 10 mm:n tai sitä suurempia urasyvyyksiä pidetään yleensä liiallisina ja merkittävänä turvallisuusriskinä.
Päällysteen alustan routiminen johtuu toistuvan liikennekuormituksen aiheuttamasta materiaalien konsolidoitumisesta tai siirtymisestä. Vaikeissa tapauksissa uran ulkopuolella voi esiintyä kohoamista. Tämä vikaantumismuoto esiintyy pohjamaassa tai alapohjassa liiallisen jännityksen, kosteuden tunkeutumisen tai suunnittelun perusvirheen seurauksena. Näin ollen se voi näkyä painumana pyörätien varressa tai kohoamisena uran sivuilla. Uritusta esiintyy yleensä silloin, kun päällyste on hiljattain rakennettu, ja se on vähäistä, kun asfalttisideaine kovettuu ja vanhenee. Routaantumista aiheuttavat myös kuorma-autot, jotka kuljettavat raskaita kuormia renkailla, joiden täyttöpaineet ovat huomattavasti korkeammat, päällysteillä, joita ei ole suunniteltu kestämään tällaista rasitusta. Näissä seoksissa oli liian korkea asfalttipitoisuus, liian korkea hienoainespitoisuus, pyöreät ja sileät kiviainekset ja liian pehmeä asfaltti. Seossuunnittelumenetelmien, kiviainesmäärittelyjen ja -testien sekä PG-sideaineiden parannukset ovat vähentäneet merkittävästi routanousuongelmia.
Loppujen lopuksi routanousu on yleisempää kesällä, kun korkeat lämpötilat pehmentävät asfalttisementtiä. Kylmäasfalttipäällysteillä (CMA) ilmastoinnin tai emulsiokovettumisen puute voi johtaa pehmeään seokseen, joka aiheuttaa routimista. Tämä on ongelma erityisesti silloin, kun kylmäasfalttipäällyste rakennetaan myöhään vuoden aikana. Muita tähän liittyviä pysyvän muodonmuutoksen muotoja ovat ajelehtiminen ja pesulaudoitus.
Ajelehtiminen (aaltoilu, pesulaudoitus) on plastisen muodonmuutoksen muoto, joka johtaa aaltoiluun päällysteen pinnalla. Niitä esiintyy tyypillisesti silloin, kun vaakasuora rasitus on voimakasta liikenteen alku- ja loppupäässä, alamäissä, joissa ajoneuvot jarruttavat, risteyksissä ja jyrkissä vaakasuuntaisissa kaarteissa. Aaltoilut johtuvat yleensä siitä, että asfalttia on käytetty liikaa tai seoksessa on käytetty hyvin pehmeää asfalttia.
Shoving esiintyy tyypillisesti risteyksissä, kun ajoneuvot pysähtyvät, jolloin kuuman seossekoitteen pintaan kohdistuu sivuttaisvoima, joka aiheuttaa liiallisen muodonmuutoksen päällysteen poikki sen sijaan, että se olisi pyöräkaistojen sisällä. Wash boarding on samankaltainen ilmiö, mutta tässä tapauksessa muodonmuutos tapahtuu suurina aaltoiluina päällysteen pinnalla. Uritus, työntö ja huuhtoutuminen voivat olla seurausta pysyvistä muodonmuutoksista missä tahansa päällysteen osassa – pohjamaassa, rakeisessa pohjamaassa tai missä tahansa sidotussa kerroksessa. Liiallinen pysyvä muodonmuutos yhdessä tai useammassa sidotussa kerroksessa on seurausta asfalttibetoniseoksesta, jonka lujuus ja jäykkyys eivät riitä korkeissa lämpötiloissa. Useat seossuunnitteluun liittyvät ongelmat, kuten liian pehmeän asfalttisideaineen valinta kyseiseen ilmastoon ja liikennemäärään nähden, voivat altistaa routimiselle ja muille pysyville muodonmuutoksille.
Disintegraatio on päällysteen hajoaminen, joka alkaa hienojakoisten kiviaineshiukkasten häviämisestä päällysteen pinnasta ja etenee kuoppien muodostumiseen. Se on päällysteen alempiin kerroksiin etenevää alaspäin suuntautuvaa murtumista, jonka seurauksena syntyy suuria kappaleita sitomattomia palasia. Tämä vikaantuminen voi olla seurausta väsymiskuormituksesta, kun päällysteeseen muodostuu valtavia kuoppia liikenteen irrottaessa palasia. Päällysteen hajoamisen eri tyyppejä ovat rapautuminen/ sään aiheuttama hajoaminen, delaminaatio, irtoaminen ja kuopat.
Rapautuminen (sään aiheuttama hajoaminen) on kiviaineksen asteittaista häviämistä päällysteen pinnasta. Raveling on yksi rapautumisen aiheuttamista komplikaatioista. Sitä voidaan kuvata pintamateriaalin asteittaiseksi häviämiseksi sään vaikutuksesta tai pinnan hankautumisen seurauksena. Se alkaa, kun hienojakoiset kiviainekset irtoavat asfalttisementistä jättäen päällysteen pintaan pieniä karheita laikkuja, jotka kasvavat sitä mukaa, kun suurempia kiviaineshiukkasia irtoaa päällysteen pinnasta. Sen edetessä suuremmat kiviaineshiukkaset irtoavat, koska ympäröivä hienoaines ei enää tue niitä. Liikenne kiihdyttää routaantumista pyöräteillä. Säätymistä tapahtuu koko päällysteen pinnalla, myös muilla kuin liikennöidyillä alueilla. Laajan rapautumisen aiheuttamiseen tarvitaan yleensä sekä vettä että liikennettä. Rapautuminen johtuu siitä, että kuumassa asfalttimassassa on paljon ilmarakoja, jotka johtuvat huonosta tiivistämisestä tai myöhäisestä päällystämisestä. Lisäksi laiha asfalttiseos (liian vähän asfalttia) tai asfaltin ylikuumeneminen asfalttiasemalla (joka johtaa runkoaineeseen liittyvän sideainerakenteen rikkoutumiseen) voi myös aiheuttaa rapautumista. Rapautumista tapahtuu myös silloin, kun renkaat irrottavat kiviaineshiukkasia kuumasekoitteisen asfalttipäällysteen pinnasta. Monet samoista tekijöistä, jotka aiheuttavat huonoa väsymiskestävyyttä, aiheuttavat myös rapautumista, kuten alhainen asfalttisideainepitoisuus ja huono tiivistyminen kentällä. Koska päällysteen pinta on alttiina sateen ja lumen aiheuttamalle vedelle, huono kosteudenkestävyys voi myös kiihdyttää kuuman asfalttimassan rapautumista.
Rapautuminen on asfalttikalvon ja kiviaineksen pinnan välisen tartunnan asteittaista heikkenemistä, jonka seurauksena kuuman asfalttimassan eheys heikkenee. Tämän vuoksi päällyste on altis erilaisille vioittumismuodoille menettämällä rakenteellisen jäykkyytensä. Kuoriutumista edistäviä tekijöitä ovat muun muassa vesi päällysteellä, jolla on suuri liikennekuorma, korkea lämpötila, kiviaineksen ja sideaineen luonne sekä huono tiivistyminen. Kuoriutuminen voi johtaa muihin vaurioitumismuotoihin, kuten halkeiluun ja routimiseen.
Vesi ei virtaa helposti huolellisesti ja tehokkaasti rakennettujen asfalttimassapäällysteiden läpi, mutta se virtaa erittäin hitaasti jopa hyvin tiivistetyn materiaalin läpi. Vesi voi tunkeutua seoksen kiviainespintojen ja asfalttisideaineen väliin heikentäen tai jopa kokonaan tuhoten näiden kahden materiaalin välisen sidoksen (strippaus). Kosteusvaurio voi syntyä nopeasti, kun päällysteen alla on vettä, kuten silloin, kun päällysteet rakennetaan huonosti salaojitetuille alueille eikä niitä ole suunniteltu tai rakennettu siten, että vesi poistuu päällysteen rakenteesta. Itse asiassa satunnainen altistuminen vedelle voi aiheuttaa kosteusvaurioita asfalttimassoissa virheellisen suunnittelun tai virheellisen rakentamisen tai huonojen materiaalien käytön vuoksi.
Kosteusvaurioita säätelevät fysikaalis-kemialliset prosessit ovat sikäli monimutkaisia, että erilaiset asfalttisideaineen ja kiviaineksen yhdistelmät kestävät kosteusvaurioita hyvin eriasteisesti. Itse asiassa on vaikea ennustaa tietyn asfaltin ja kiviaineksen yhdistelmän kosteudenkestävyyttä, vaikka asfalttimassat, jotka on valmistettu runsaasti piidioksidia sisältävistä kiviaineksista (kuten hiekkakivestä, kvartsiitista, chertistä ja joistakin graniittityypeistä), ovat yleensä alttiimpia kosteusvaurioille. Asianmukaisella rakentamisella, erityisesti perusteellisella tiivistämisellä, voidaan vähentää kuumasekoitteisten asfalttipäällysteiden läpäisevyyttä ja siten merkittävästi vähentää (jopa lieventää) kosteusvaurioiden todennäköisyyttä. Asfalttimassoihin voidaan lisätä liukkaudentorjunta-aineita kosteudenkestävyyden parantamiseksi – kalkkihydraatti on yksi yleisimmistä ja tehokkaimmista tällaisista lisäaineista.
Kuuma-asfalttimassojen kosteudenkestävyyttä voidaan arvioida (usein kutsutaan Lottman-menettelyksi). Tässä kokeessa kuusi lieriönmuotoista kuumaa asfalttimassanäytettä tiivistetään laboratoriossa. Kolme näistä koekappaleista altistetaan ilmastoinnille – tyhjiökyllästys, jäädytys ja sulatus – kun taas kolmea muuta ei ilmastoida. Molemmat näytesarjat testataan sitten epäsuoralla jännitystestillä. Konditionoinnin jälkeen säilyvän lujuuden prosenttiosuutta kutsutaan vetolujuuden suhteeksi, ja se on osoitus kyseisen seoksen kosteudenkestävyydestä. Monet tielaitokset vaativat, että kuumien asfalttimassojen vetolujuusprosentti on vähintään 70-80 %, mutta on muistettava, että tästä testimenetelmästä saadut tiedot eivät aina ole 100-prosenttisen luotettavia ja että ne voivat antaa vain suuntaa-antavan käsityksen seoksen kestävyydestä kosteuden tunkeutumista ja vaurioita vastaan.
Delaminaatio on päällystekerroksen koko paksuuden paikallinen häviäminen, joka johtuu päällysteen ja alkuperäisen päällysteen välisen sidoksen puuttumisesta. Jälleen kerran vesi on aiheuttaja, erityisesti silloin, kun vesi tunkeutuu päällysteen kahden kerroksen väliin. Delaminaatio rajoittuu kuitenkin yleensä pyörätiealueelle, ja kestää useita vuosia päällysteen päällystämisen jälkeen, ennen kuin siitä tulee vakava ongelma, mutta kun delaminaatio on tapahtunut, ajorataa on vaikea paikata. Vanhan pinnan puhdistaminen ja asfalttiemulsiopäällysteen (ohut asfalttikerros, jota käytetään teiden ja valtateiden rakentamisessa tai uudelleen päällystämisessä) levitys auttaa lievittämään ongelmaa, ja se on erityisen hyödyllistä silloin, kun päällysteen paksuus on enintään 50 mm (kaksi tuumaa).
Kuopat ovat erikokoisia, kulhonmuotoisia reikiä päällysteessä, jotka ovat seurausta paikallisen hajoamisen aiheuttamasta hajoamisesta liikenteen alla. Ne aiheuttavat pyörän virheellistä linjausta, ja ne voivat alkaa pienestä halkeamasta, joka päästää vettä sisään ja heikentää tien pohjaa, tai pienestä rapautuneesta alueesta, joka ulottuu koko syvyyteen, tai koko joukko kuoppia voi syntyä yhdessä yössä ohuen päällysteen alligaattorimaisesti halkeilleeseen alueeseen. Huono maaperä, huono kuivatus, liian ohut asfalttipinta, huono tiivistyminen ja päällysteen huono kunnossapito voivat kaikki johtaa kuoppien syntymiseen.