بخشی از مقاله
آسفالت ساختمان
از آنجا كه تغيير شكل دائمي روسازي هاي آسفالتي كه به صورت شيار شدگي ظاهر مي شود ، يكي از مهم ترين خرابي هاي آسفالت مي باشد ، انجام تحقيقات به منظور ارائه راه كارهاي مناسب براي كاهش خرابي هاي ناشي از آن امري مهم به نظر مي رسد . همان طور كه مي دانيم بخش عمده حجمي و وزني روسازي هاي آسفالتي را مصالح سنگي تشكيل مي دهد و خصوصيات مصالح سنگي تأثير مهمي بر عملكرد روسازي خواهند داشت . همان گونه كه از فصل قبل در قالب تحقيقات مختلف انجام شده در زمينه تأثير دانه بندي مصالح سنگي بر تغيير شكل دائم آسفالت ذكر شد ، تأثير اساسي دانه بندي مصالح سنگي بر تغيير شكل دائم آسفالت روشن مي باشد و اهميت آن بر كسي پوشيده نيست . لذا اصلاح دانه بندي مصالح سنگي و يا به عبارتي ارائه محدوده هاي دانه بندي كه بتواند ميزان تغيير شكل هاي دائمي روسازي را كاهش دهنده مي تواند صرفه جويي كلاني را در سطح ملي با كاهش خرابي هاي ناشي از شيار شدگي ايجاد كند و عملاً با بهبود عملكرد روسازي ها از هزينه هاي اضافي كه خرابي هاي روسازي به اقتصاد كشور تحميل مي كند ، بكاهد .
از آنجا كه تا كنون در اين زمينه در كشور تحقيقات ارزشمندي انجام نشده است و با توجه به اينكه نتايج تحقيقات در زمينه آسفالت تا حدي تابع خصوصيات مصالح مورد آزمايش مي باشد ، بررسي اين موضوع با مصالحي كه در كشور مورد استفاده قرار مي گيرد لازم به نظر مي رسد زيرا نتايجي كه در تحقيقات ساير كشورها به دست آمده است براي مصالح و شرايط موجود در كشور ما به طور كامل صدق نمي كند.از اين رو در اين تحقيق تأثير دانه بندي مصالح سنگي بر تغيير شكل دائم مخلوط هاي آسفالت گرم مورد ارزيابي قرار گرفته است .
همان طور كه در فصل 5 ذكر شد ، مقاومت دروني مخلوط هاي گرم با اتصال سنگ به سنگ ( اتصال سنگ دانه اي ) بيشتر مي شود.با تغيير منحني دانه بندي ميزان اتصال سنگدانه اي نيز تغيير خواهد كرد.و اتصال مصالح سنگي درشت دانه در دانه بندي مخلوط عامل اصلي مقاومت دروني مخلوط مي باشد . با اين وجود مصالح سنگي ريز دانه و دانه بندي آن نيز بر مقاومت در برابر تغيير شكل دائم تأثير دارند . براي اينكه بتوان تأثير مصالح سنگي ريز دانه و درشت دانه را به طور تؤام مورد بررسي قرار داد. مي توان منحني هاي دانه بندي كه ميزان مصالح سنگي درشت دانه و ريز دانه آنها متفاوت مي باشد را با يكديگر مورد مقايسه قرار داد.در اين تحقيق محدوده مجاز دانه بندي براي حداكثر اندازه مصالح سنگي معيني انتخاب گرديده و به سه ناحيه بالايي ، مياني ،و پاييني ،تقسيم گرديده است . سپس دانه بندي حد وسط هر ناحيه تعيين شده و تأثير هر يك از دانه بندي ها بر تغيير شكل دائم مخلوط هاي آسفالت گرم مورد مقايسه و ارزيابي قرار گرفت.
انتخاب مصالح مورد آزمايش :
مصالح مورد استفاده در ساخت نمونه هاي آسفالتي در اين تحقيق مصالح معمول مورداستفاده در ساخت آسفالت گرم يعني قير و مصالح سنگي مي باشد. از آنجا كه هدف از اين تحقيق تنها بررسي مقايسه اي دانه بندي مصالح سنگي بوده است. از ساير مصالحي كه مي تواند در ساخت آسفالت گرم مورد استفاده قرار گيرد مانند پليمر ها و ساير مواد افزودني استفاده نشده است.
قير
قير مورد استفاده براي ساخت نمونه هاي آسفالتي از نوع قير با درجه نفوذ 70 تا 60 مي باشد. اين نوع قير بيشتر در نواحي آب و هواي گرم مورد استفاده قرار مي گيرد . به همين دليل بيشتر در پروژه هاي ساخت روسازي هاي آسفالتي بويژه در استان خراسان كه مساحت عمده آن را نواحي گرم و خشك تشكيل مي دهد ، از قير با درجه نفوذ 70-60 استفاده مي شود. قير مورد استفاده از كارخانه آسفالت شهرداري مشهد واقع در جاده كلات تهيه شده كارخانه آسفالت شهرداري مشهد يكي از بزرگترين و مهم ترين كارخانه هاي آسفالت استان خراسان مي باشد كه آسفالت گرم تهيه شده در آن بيشتر براي اجراي روسازي هاي آسفالتي در مناطق شهري و برون شهري مورد استفاده قرار مي گيرد و از آنجا كه يكي از انواع خرابي هاي آسفالت كه در سطح معابر شهر به وفور مشاهده مي شود تغيير شكل هاي دائمي آسفالت مي باشد يكي از دلايل تهيه قير از اين كارخانه استفاده عملي از نتايج به دست آمده از تحقيق براي عمليات اجرايي در آينده مي باشد.
بر اساس دستورالعمل انستيتو آسفالت استفاده از انواع قيرهاي خالص بر حسب نوع استفاده به لحاظ نوع مسير و شدت ترافيك و شرايط آب و هوايي ناحيه مورد نظر بر طبق جدول 6-1 مي باشد.( منبع تهيه شود .) همان طور كه مشاهده مي شود انتخاب قير با درجه نفوذ 60 تا 70 نسبت به ساير انواع قير ها با توجه به شرايط آب و هوايي استان خراسان انتخاب مي باشد.
مصالح سنگي :
همان طور كه مي دانيم دو عامل بسيار مهم مربوط به مصالح سنگي ، جنس و دانه بندي مصالح سنگي مي باشد زيرا اين دو عامل تأثير اساسي بر كيفيت مخلوط آسفالت دارد. لذا انتخاب جنس و دانه بندي مصالح سنگي بايد با دقت انجام شود تا نتايج به دست آمده ارزش علمي و كاربردي لازم را داشته باشند و بتوان آن را با نتايج ساير تحقيقات انجام شده مقايسه كرده و نتيجه گيري کرد.
- الف ) جنس مصالح سنگي :
يكي از مرغوبترين مصالح سنگي مورد استفاده در ساخت روسازي هاي آسفالت گرم مصالح سنگي آهكي مي باشد. مصالح سنگي آهكي دوام و استقامت نسبتاً خوبي دارند و از آنجا كه رنگ سنگدانه هاي آن روشن مي باشد روسازي ساخته شده با اين نوع مصالح سنگي داراي رنگي روشن بوده كه از مهم ترين مزاياي استفاده از اين نوع مصالح سنگي مي باشد . همچنين همان طور كه مي دانيم دانه هاي مصالح سنگي بايد قادر باشند قير مصرفي را به خوبي به خود جذب كرده و نگه دارند تا عمل چسبيدن سنگدانه ها به يكديگر به خوبي انجام شود زيرا هر چه اندود قيري بهتر به دانه ها بچسبد استقامت و دوام آسفالت نيز بيشتر خواهد شد لذا يكي از مزاياي ديگر استفاده از سنگ هاي آهكي اين است كه قير را به خوبي جذب مي كنند و سطح قير اندود شده در مجاورت آب پايداري نسبتاً مناسبي دارد.
مصالح مورد استفاده براي ساخت نمونه هاي آسفالتي از مصالح معدن بركشاهي در نزديكي قوچان و از محل كارخانه آسفالت شرگت آسفالت نمونه تهيه گرديد . قطعات بزرگ سنگ هاي آهكي از معدن به اين گارخانه منتقل مي شوند و در سنگ شكن هاي عظيمي شكسته شده و سرند مي شوند . از آنجا كه مصالح سنگي تهيه شده داراي 100 درصد شكستگي مي باشند براي ساخت آسفالت هاي مقاوم در برابر شيار شدگي بسيار مناسب مي باشند زيرا هر چه درصد شكستگي مصالح سنگي بيشتر باشد قفل وبست و اصطكاك بين سنگ دانه ها بيشتر مي شود. به علاوه وجوه شكسته قير را بهتر به خود جذب مي كنند. مصالح سنگي در كارخانه آسفالت پس از دانه بندي و تفكيك بر اساس اندازه سنگ دانه ها در سيلوهاي مصالح سنگي نگه داري مي شوند . مصالح مورد نياز براي انجام آزمايشات اين تحقيق با همكاري آزمايشگاه مكانيك خاك وزارت راه و ترابري مستقر در محل كارخانه آسفالت تهيه شد.
ب ) دانه بندي مصالح سنگي :
يكي از مهم ترين عوامل كه نقش به سزايي در استقامت و ظرفيت باربر ي روسازي دارد دانه بندي مصالح سنگي مي باشد. در انتخاب دانه بندي مصالح سنگي ملاحظات متعددي در نظر گرفته مي شوند كه مهم ترين آنها عبارتند از :
نوع روسازي
نوع لايه آسفالتي
ضخامت لايه مورد نظر
اندازه بزرگترين دانه مصالح سنگي
آيين نامه فني مورد استفاده
بر اساس نتايج تحقيقات گذشته با بزرگتر شدن اندازه بزرگترين دانه مصالح سنگي و به طور كلي با درشت تر شدن اندازه مصالح سنگي بخش درشت دانه ، مقاومت در برابر شيار شدگي مخلوط بيشتر خواهد شد. بر اساس آيين نامه انستيتو آسفالت دانه بندي مصالح سگي مخلوط آسفالت بر اساس اندازه بزرگترين دانه مصالح سنگي ارائه شده است . بر اساس جدول 6-1 كه دانه بندي هاي مختلف را نشان مي دهد با توجه به اينكه حداكثر اندازه اسمي بزرگترين دانه 19 ميلي متر ضمن اينكه دانه بندي نسبتاً درشت دانه اي مي باشد ، به طور گسترده اي براي ساخت لايه توپكا و بيندر دركشور مورد استفاده قرار مي گيرد. همان طور كه در جدول 6-2 مشاهده مي شود ، دانه بندي ارائه شده بر اساس قيري و آستر در دانه بندي ها پيوسته بتن آسفالتي گرم كه توسط آيين نامه روسازي آسفالتي راه هاي ايران ( نشريه شماره 234 سازمان وديريت و برنامه ريزي ) با دانه بندي انتخاب شده بر اساس آيين نامه انستيتو آسفالت براي اندازه بزرگترين دانه 19 ميلي متر منطبق مي باشد.
همان طور كه از ارقام جدول 6-1 و 6-2 مشاهده مي شود براي هر اندازه الك درصد وزني رشد از الك داراي يك حد پايين و يك حد بالايي مي باشد. در واقع اگر ارقام حد پايين و حد بالا را جداگانه در نظر گرفته منحني مربوط به آنها را مانند شكل 6-1 رسم نماييم ، حد بالا و پايين دانه بندي براي اندازه بزرگترين دانه 19 ميلي متر مطابق شكل 6-1 خواهد بود.در اين تحقيق هدف آن است كه مشخص گردد در اين ناحيه مجاز دانه بندي تغييرات شكل دائم از حد بالا تا حد پايين به چه صورتي مي باشد و در چه محدوده اي تغيير شكل دائم كمتر و در چه محدوده اي تغيير شكل دائم بيشتر خواهد بود . به همين منظور اين محدوده بين حد بالايي و پاييني مانند شكل 6-2 به سه ناحيه بالايي ، پاييني و مياني تقسيم شده است
لذا هدف مقايسه اين سه محدوده از نظر ميزان تغيير شكل دائم آسفالت گرم در آنها مي باشد. براي مقايسه هر يك از اين محدوده ها بايد يك دانه بندي كه معرف هر محدوده مي باشد ، انتخاب شود تا بتوان نمونه ها ي آسفالتي را با منحني مورد نظر تهيه و آزمايش نمود. لذا دانه بندي حد وسط براي هر محدوده به عنوان دانه بندي معرف آن محدوده انتخاب مي شود. مقادير مربوط به هر يك از اين دانه بندي ها كه از اين پس دانه بندي حد بالايي ، دانه بندي حد مياني و دانه بندي حد پاييني ناميده مي شوند در جدول 6-3 و شكل 6-3 نشان داده شده است.
مصالح سنگي تهيه شده از كارخانه آسفالت براي دقت بالاتر آزمايشات در آزمايشگاه مجدداً با الك سرند دانه بندي گرديد و در ظرف هاي جداگانه اي نگهداري مي شد.
براي آگاهي از خصوصيات مصالح سنگي و قير پيش از تعيين طرح اختلاط و روش تهيه نمونه هاي آسفالتي آزمايش ، برخي از خصوصيات مصالح با انجام آزمايش هاي مربوط به آنها تعيين شد كه در ادامه آورده شده است .
6-4 خصوصيات مصالح مورد استفاده :
همان طوركه ذكر شد آزمايشات مصالح شامل آزمايش هاي مربوط به قير و آزمايش هاي مربوط به مصا لح سنگي مورد استفاده جهت ساخت نمونه هاي آسفالتي مي باشد كه با انجام آنها خصوصيات مربوط به مصالح تعيين شد.
6-4-1- تعيين مشخصات قير :
آزمايش هاي انجام شده بر روي قير تنها آزمايش هاي فيزيكي مي باشند و به دليل اينكه آزمايش هاي شيميايي مربوط به قير تجهيزات خاصي نياز دارد و از طرفي به جهت اينكه در اين تحقيق در مقايسات بيشتر نقش مصالح سنگي مورد بررسي و مقايسه قرار گرفته است تنها آزمايش هاي فيزيكي ذيل انجام شده است :
الف ) آزمايش تعيين درجه نفوذ
ب ) آزمايش تعيين نقطه نرم
ج ) آزمايش تعيين وزن مخصوص
د ) آزمايش تعيين كندرواني جنبشي
آزمايش درجه نفوذ :
بر حسب تعريف قابليت نفوذ قير عبارت است از طول سانتي ( بر حسب اهم ميلي متر ) كه يك سوزن استاندارد تحت اثر باري معادل 100 گرم در مدت 5 ثانيه در قير 25 درجه سانتي گراد نفوذ نمايد . هر چه قير نرم تر باشد درجه نفوذ آن بيشتر خواهد بود.
اين آزمايش بر اساس استاندارد امريكايي آزمايش مصالح (ASTM D5 ) انجام مي گيرد. بر اين اساس ميانگين عددي كه از قرائت نفوذ سوزن طي سه مرحله آزمايش به دست آمده است ، به عنوان درجه نفوذ تعيين شده است . در جدول 6-4 مقادير قرائت هاي انجام شده و ميانگين آنها آورده شده است. دستگاه آزمايش درجه نفوذ در شكل 6-4 آورده شده است .
آزمايش نقطه نرمي :
بر حسب تعريف نقطه نرمي قير به روش گلوله – حلقه عبارت است از درجه حرارتي كه در آن قير موجود در حلقه نرم شده و گلوله از درون حلقه عبور مي نمايد. به عبارت ديگر درجه نرمي به درجه حرارتي اطلاق مي شود كه قير از حالت جامد به حالت روان در آيد. آزمايش نقطه نرمي بر اساس استاندارد امريكايي آزمايش مصالح (ASTM D36 ) در آزمايشگاه بر روي نمونه قير انجام شد كه مقدار مربوط به آن در جدول 6-5 آورده شده است . قيرهايي كه نقطه نرمي ( درجه نرمي) بالاتري دارند، در برابر تغييرات درجه حرارت حساسيت كمتري داشته و درجه نفوذ آنها تغييرات كمتري دارد. دستگاه آزمايش نقطه نرمي در شكل 6-5 آورده شده است.
آزمايش وزن مخصوص :
بر حسب تعريف ، وزن مخصوص قير عبارت است از نسبت وزن حجم معيني از قير به وزن آب (مقطر ) هم حجم آن در درجه حرارتي مشخص. وزن مخصوص قير طبق روش استاندارد آمريكايي (ASTM D70 ) آزمايش مصالح تعيين مي شود. بر اساس اين استاندارد وزن مخصوص قير در دماي 25 درجه سانتي گراد و بر حسب كيلوگرم بر ليتر بدست مي آيد.وزن مخصوص قير در طرح مخلوط هاي آسفالتي و در اين تحقيق براي طرح اختلاط جهت ساخت نمونه هاي آزمايش مورد نياز مي باشد. وزن مخصوص به دست آمده از آزمايش در جدول 6-5 آورده شده است.
