دانلود مقاله آسفالت و خصوصیات آن

بخشی از مقاله

مقدمه
مخلوطهاي قيري كه در ايران به آسفالت موسوم هستند از اختلاف قير و مصالح سنگي بدست مي‌آيند. آسفالت انواع مختلف دارد و از آن براي ساختن لايه‌هاي رويه، اساس و زيراساس روسازي راهها و فرودگاهها استفاده ميشود. از آنجا كه خصوصيات آسفالت‌ها بستگي به خصوصيات مصالح تشكيل دهنده آن يعني قير و مصالح سنگي دارد، لذا در اين فصل ابتدا خصوصيات مصالح سنگي مورد بحث قرار گرفته و سپس بشرح خصوصيات آسفالتها پرداخته شده است. خصوصيات و مشخصات فني قيرها در بخش پنجم آمده است.

مصالح سنگي
مصالح سنگي معمولاً‌ يا بطور طبيعي در طبيعت در طبيعت يافت مي‌شوند و يا بطور مصنوعي و بصورت غيرمستقيم بصورت تفاله برخي از كارخانجات ذوب فلزات توليد ميشود. مصالح سنگي طبيعي گاهي بصورت آماده از بستر رودخانه و يا معادن شن و ماسه‌اي كه در طول مسير راهها قرار دارند بدست مي‌آيند، ليكن در اغلب موارد لازمست كه مصالح سنگي را از شكستن سنگهاي موجود در معادن سنگ تهيه كرد. شكستن سنگ در كارخانجات سنگ شكن كه انواع مختلفي دارد انجام ميشود. اگر مقدار سنگ شكسته مورد نياز براي تهيه آسفالت قابل توجه باشد از كاخانجات سنگ شكن ثابت و در غير اينصورت از كارخانجات سنگ شكن سيار استفاده ميشود.
براي تهيه سنگ شكسته ابتدا سنگ هاي بزرگ موجود در معادن سنگ با استفاده از مواد منفجره شكسته شده و سپس اين سنگها به كارخانه سنگ شكن حمل ميشود. در كارخانه سنگ شكن اين سنگها در يك يا چند مرحله بكمك سنگ شكن‌ها شكسته ميشوند تا دانه‌بندي‌هاي لازم بدست آيد.

شكستن سنگها معمولاً‌ در دو، سه و يا در چهار مرحله انجام ميشود. مرحله اول شكستن سنگها بكمك سنگ‌شكن‌هاي اوليه كه معمولاً‌ از نوع فكي، چكشي، و يا دوار هستند انجام ميشود. مصالح شكسته شده با استفاده از سرندهاي لرزنده سرند شده و قسمت درشت دانه‌تر با استفاده از سنگ شكن‌هاي ثانوي كه معمولاً‌ از نوع چكشي، استوانه‌اي، و يا مخروطي هستند به مصالح با دانه‌هاي كوچكتر تبديل مي‌‌شود. براي شكستن و خردكردن بيشتر مصالح سنگي از آسياب‌هاي ميله‌دار، گوي دار و يا سنگ شكن استوانه اي استفاده ميشود.

نحوه انتخاب نوع و تعداد سنگ‌شكن‌ها و مراحل شكستن سنگها بستگي به عوامل زياد داشته و از آنجا كه اين مطلب موضوع درس روشهاي اجراي ساختمان است از ذكر آن در اينجا خودداري ميشود.

مصالح سنگي شكسته شده داراي قابليت باربري و استقامت بيشتري نسبت به مصالح گردگوشه (رودخانه اي) است زيرا دانه هاي اينگونه مصالح داراي لبه‌هاي تيز و سطحي زبر بوده و بهتر در يكديگر قفل و بست ميشود. مصالح شكسته شده از مصالح رودخانه‌اي يا گردگوشه گرانتر است و از اين نظر در مواردي كه بهرد و نوع مصالح دسترسي باشد، بايد در انتخاب آنها عوامل اقتصادي در نظر گرفته شود. در مواردي كه استفاده از مصالح رودخانه‌اي تنها راه حل است، بايد بمنظور افزايش استقامت و ظرفيت باربري بيشتر مصالح سنگي را شكسته و سپس مورد استفاده قرار داد.

امروزه علاوه بر مصالح سنگي طبيعي استفاده از مصالح سنگي مصنوعي نيز در اغلب ممالك صنعتي دنيا متداول گشته است. اين مصالح معمولاً‌ بطور غيرمستقيم و بصورت تفاله كارخانه هائي نظير كارخانه آهن‌گدازي بدست مي‌آيد. اين مصالح كه به اسلگ موسوم است سيليسي بوده و بعلت داشتن وزن مخصوص كمتري از وزن مخصوص آهن در بالاي كوره آهن گدازي جمع شده كه آنرا بسادگي از آهن مذاب جدا ميكنند. اين مواد را معمولاً‌ در اثر سرد كردن ناگهاني كه بكمك پاشيدن آب بروي مواد مذاب صورت ميگيرد خرد كرده و از آن در راهسازي استفاده ميكنند.
مصالح سنگي كه براي ساختن انواع آسفالت بكار ميرود بايد داراي مشخصات ويژه‌اي باشد. مشخصات مورد نظر عبارتند از: دانه‌بندي، سختي، دوام، تميزي، شكل دانه‌ها و كيفيت سطح دانه‌ها.

دانه بندي
دانه بندي مصالح سنگي يكي از مهم‌ترين عواملي است كه بر روي استقامت و ظرفيت باربري آسفالت تاثير مي‌گذارد. دانه‌بندي مصالح سنگي با انجام آزمايش دانه بندي و رسم منحني دانه بندي مشخص ميشود. دانه بندي مصالح سنگي معمولاً‌ با استفاده از الك‌هاي با اندازه‌هاي 62.5، 50، 37.5، 25، 19،؟ 15.5، 12.5 و 9.5 ميلي متر و الك‌هاي با سوراخهاي مربع شكل با شماره‌هاي 4، 8، 16، 30، 50، 100، 200 انجام ميشود. شماره يك الك مشخص كننده تعداد سوراخهاي آن در هر 2.5 سانتي‌متر (1 اينچ) است.

دانه‌بندي مناسيب مصالح سنگي آسفالت با توجه به عوامل متعددي از قبيل: نوع روسازي، نوع و محل قرارگرفتن لايه مورد نظر در سيستم روسازي، ضخامت لايه آسفالتي و اندازه بزرگترين دانه انتخاب ميشود. حدود دانه‌بندي‌هاي مناسب در هر مورد توسط آئين نامه‌هاي فني مشخص ميشوند كه معمولاً بصورت دو منحني حدي هستند كه منحني دانه‌بندي مصالح سنگي بايد بين اين دو منحني حدي و حتي الامكان در وسط و بموازات آنها قرارگيرد.

دانه بندي مناسب مصالح سنگي آسفالت با توجه به عوامل متعددي از قبيل: نوع روسازي، نوع و محل قرار گرفتن لايه موردنظر در سيستم روسازي، ضخامت لايه‌ آسفالتي و اندازه بزرگترين دانه انتخاب ميشود. حدود دانه بندي‌هاي مناسب در هر دو مورد توسط آئين‌نامه‌هاي فني مشخص ميشوند كه معمولاً‌ بصورت دو منحني حدي هستند كه منحني دانه بندي مصالح سنگي بايد بين اين دو منحني حدي و حتي‌الامكان در وسط و بموازات آنها قرار گيرد.

مصالح سنگي را ميتوان از نقطه نظر نوع دانه بندي، به يكي از سه نوع: توپر، توخالي (باز)، و يك اندازه تقسيم نمود. مصالح سنگي با دانه بندي توپر به مصالح اطلاق كرده و باندازه كافي دانه‌هاي با اندازه‌هاي مختلف داشته باشد. مصالح سنگي با اين نوع دانه بندي بسيار مناسب براي ساختن بتن آسفالتي گرم است.
مصالح سنگي با دانه بندي توخالي داراي منحني دانه بندي يكنواختي نبوده و در مقايسه با مصالح سنگي با دانه بندي توپر داراي مقدار ريزدانه (مواد رد شده از الك شماره 200) كمتر و تخلخل بيشتري است. از مصالح سنگي با اين دو نوع دانه بندي معمولاً‌ براي ساختن لايه‌هاي آسفالتي زيرين روسازي استفاده ميشود.
مصالح سنگي با دانه هاي يك اندازه همانطوريكه از نام آن بر‌مي‌آيد داراي دانه‌هاي كم و بيش يك اندازه است و از آن براي ساختن رويه آسفالت سطحي، اساس و رويه‌هاي ماكارام، و اندودهاي آببندي استفاده ميشود.

مصالح سنگي با دانه بندي توپر داراي وزن مخصوص، استقامت و ظرفيت باربري بيشتري نسبت به مصالح سنگي با دانه بندي توخالي و يا مصالح سنگي با دانه‌هاي يك اندازه هستند. بايد توجه داشت كه علاوه بر نوع دانه‌بندي اندازه بزرگترين دانه مصالح سنگي نيز در ميزان وزن مخصوص مصالح آسفالتي موثر است.

روشهاي مخلوط كردن مصالح سنگي
معمولاً در طرح آسفالت‌ها لازمست كه دو يا چند نوع مصالح سنگي كه هيچكدام به تنهائي داراي دانه بندي مطلوب نيستند به نسبتهائي با يكديگر مخلوط شوند تا مخلوط بدست آمده داراي دانه بندي مورد نظر كه توسط آئين‌نامه‌ها تعيين ميشود باشد. دراين بخش دو روش متداول براي مخلوط كردن دو يا چند نوع مصالح سنگي شرح داده ميشود. اين روشها عبارتند از: روش خطا و آزمون و روش معادلات چند مجهولي.

سختي
مصالح سنگي كه در ساختن آسفالت‌ها بكار ميروند بايد در برابر وزن وسائل نقليه سنگين و همچنين وزن غلتكها مقاومت كافي داشته باشد و نبايد در اثر تنشهاي ناشي از وزن آنها شكسته و خرد شود. با استفاده از آزمايش سايش لوس‌آنجلس، نشانه‌اي از مقاومت مصالح سنگي در برابر تنشهاي وارد به آنها بدست مي آيد. مصالح سنگي كه براي رويه اساس و زير اساس آسفالتي بكار ميروند نبايد ميزان سائيدگي آنها در آزمايش سايش لوس‌آنجلس از مقدار معيني بيشتر باشد.

دوام
مصالح سنگي كه در ساختن آسفالت‌ها بكار ميروند بايد در برابر عوامل جوي مقاوم باشند. مصالحي كه در اثر يخبندان و يا در اثر تغييرات رطوبت شكسته و خرد ميشوند نبايد در لايه‌هاي آسفالتي روسازي مصرف شوند. نشانه‌اي از مقاومت مصالح سنگي در برابر عوامل جوي بكمك آزمايش دوام و با استفاده از سولفات سديم يا منيزيم انجام ميگيرد. نحوه انجام آزمايش به اين ترتيب است كه مقدار معيني از مصالح سنگي پس از آنكه بمدت 16 تا 18 ساعت در محلول اشباع شده سولفات سديم و يا سولفات منيزيم قرار گرفت از محلول خارج شده و در يك گرمخانه با گرماي ثابت 110 درجه سانتيگراد قرار ميگيرد تا كاملاً خشك شود. اين عمل چندين بار (معمولا 5 دفعه) تكرار ميشود. پس از آن نمونه مصالح بكمك جريان آب كاملاً شسته شده و پس از خشك شدن در گرمخانه با استفاده از الك دانه بندي جديد آن تعيين ميشود. با مقايسه دانه بندي جديد مصالح با دانه بندي اوليه آن مقدار متوسط افت وزني مصالح كه در اثر مقاومت مصالح سنگي در برابر عوامل جوي معمولا‌ً فقط در مواردي بكار ميرود كه اطلاعات تجربي كافي در مورد نحوه عملكرد مصالح سنگي موردنظر در شرايط جوي مورد بحث موجود نباشد.

مصالح سنگي در برابر سولفات منيزيم مقاومت كمتري در مقايسه با سولفات سديم از خود نشان ميدهند و لذا ميزان افت آنها بيشتر است. طبق آئين‌نامه سازمان برنامه و بودجه افت مصالح سنگي در آزمايش دوام پس از آنكه به تعداد بار با استفاده از محلول سولفات سديم مورد آزمايش قرار گرفت نبايد از 8 درصد وزني مصالح بيشتر شود آئين نامه ASTM حداكثر افت مصالح سنگي را وقتي به تعداد 5 بار با استفاده از محلول سولفات سديم و يا سولفات منيزيم مورد آزمايش قرار مي‌گيرد به ترتيب به 12 درصد و 18 درصد محدود ميكند.

تميزي
مصالح سنگي آسفالت‌ها بايد تميز باشد و از هر گونه مواد خارجي و مضره از قبيل مواد آلي سنگهاي نرم و كم دوام و خاك رس‌ عاري باشد. براي تعيين مقدار نسبي خاك رس و مواد ريزدانه در مصالح سنگي از آزمايش هم ارز ماسه (ارزش ماسه‌اي) استفاده ميشود. در اين آزمايش مقدار معيني از مصالح سنگي، رد شده از الك شماره 4 در آبي كه حاوي مقدار معيني از كلرور كلسيم، گليسيرين و فورمالدهايد است قرار داده شده و با تكان دادن شديد استوانه مدرج حاوي نمونه و آب مواد رسي و ريزدانه چسبيده به دانه‌هاي ماسه از آن جدا ميشود. سپس با استفاده از جريان آب تحت فشاري كه حاوي مواد تسريع كننده فوق‌الذكر است و توسط لوله مخصوصي از ته نمونه جريان مي‌يابد مواد رسي و ريزدانه نمونه از ماسه جدا شده و بصورت معلق در بالاي لايه ماسه قرار ميگيرد.

مصالح سنگي كه در راه‌سازي براي ساختن لايه‌هاي آسفالتي بكار ميروند بنايد بيش از حد مجاز مواد رسي و ريزدانه داشته باشند. بعبارت ديگر ضريب هم ارز ماسه اين مصالح نبايد از حدي كمتر باشد. طبق آئين‌نامه سازمان برنامه و آئين نامه BCEOM حداقل مقدار قابل قبول هم ارز ماسه مصالح سنگي بتن آسفالتي برابر 50 درصد است.

خصوصيات سطح و شكل دانه ها
استقامت و قابليت باربري لايه هاي آسفالتي متناسب با استقامت و قابليت باربري مصالح سنگي آن است. از اين جهت مصالح سنگي بايد داراي زاويه اصطحكاك داخلي زيادي باشد تا دانه‌هاي‌ آن بخوبي در يكديگر قفل و بست شده و در اثر نيروهاي خارجي استقامت زيادي داشته باشد. مصالح سنگي شكسته شده بيش از مصالح سنگي طبيعي (گردگوشه) داراي استقامت و ظرفيت باربري است. در مواردي كه دسترسي به مصالح سنگي كاملاً شكسته نباشد ميتوان از مصالح سنگي طبيعي شكسته شده در ساختن لايه‌هاي آسفالتي استفاده كرد. هر اندازه دانه‌هاي مصالح سنگي طبيعي بيشتر شكسته شوند بهمان نسبت استقامت آن نيز بيشتر شده و ظرفيت باربري آن افزايش مي‌يابد.

ميزان شكستگي مصالح سنگي با انجام آزمايش تعيين درصد شكستگي تعيين ميشود. نحوه آزمايش به اين ترتيب است كه پس از آنكه قسمت درشت دانه مصالح سنگي با الك كردن از كل نمونه‌ مورد آزمايش جدا شد تك تك دانه‌ها مورد بررسي قرار گرفته و تعداد وجوه شكسته آنها تعيين ميشود. درصد شكستگي دانه‌ها از تقسيم وزن دانه‌هائي كه داراي بيش از يك و يا دو (بستگي به مورد) جبهه شكسته هستند به كل وزن دانه‌ها بدست مي‌آيد. اندازه الك مورد استفاده براي جدا كردن دانه‌هاي درشت مصالح سنگي از كل نمونه بستگي به نوع آسفالت و همچنين آئين‌نامه مورد استفاده دارد. اين اندازه معمولا الك شماره 4 و يا الك شماره 8 است. بر اساس آئين نامه BCEOM مصالح مصرفي براي بتن آسفالتي و آسفالت سطحي بايد كاملا شكسته باشند. دانه‌هاي مصالح سنگي بايد علاوه برداشتن سطوح شكسته سطحي زبر داشته باشند و بايد از بكار بردن مصالح سنگي با دانه‌هاي پهن و يا دراز براي تهيه آسفالت خودداري شود. دانه‌هاي پهن يا دراز در اثر تنشهاي ناشي از وزن غلتك ها و يا وسائل نقليه سنگين خرد ميشوند. طبق آئين‌نامه ASTM دانه‌هاي پهن و يا دراز به دانه هائي اطلاق ميشود كه نسبت بزرگترين بعد به كوچكترين بعد منشور محاطي آن دانه بزرگتر از عدد 5 باشد.

دانه‌هاي مصالح سنگي لايه‌هاي آسفالتي بايد قادر باشند كه قير مصرفي را بخوبي بخود جذب كرده و نگهدارند تا عمل چسبيدن دانه‌هاي سنگي بيكديگر بخوبي انجام شود. هر اندازه اندود قيري بهتر به دانه ها بچسبد و بيشتر پايدار باشد استقامت آسفالت نيز بيشتر بوده و دوام آن نيز بيشتر خواهد بود. سنگهائي نظير بازالت، دلوميت و سنگهاي آهكي بخوبي قير را جذب كرده و سطح قيراندود شده حتي در مجاورت آب نيز نسبتاً‌ پايدار است. اينگونه سنگها به سنگهاي هايدروفوبيك موسوم هستند. سنگهاي سيليسس نظير كوارتزها اندود قيري را بخوبي بخود نگه نداشته و اين اندود بخصوص در مجاورت آب بسهولت از مصالح سنگي جدا ميشود. اين نوع سنگها به سنگهاي هايدرو قيليك موسوم هستند.

براي بدست آوردن نشانه‌اي از مقاومت مصالح سنگي قيراندود شده در برابر اثر آب، آزمايش فشاري تك محوري انجام ميشود. نحوه آزمايش به اين ترتيب است كه تعدادي نمونه استوانه‌اي شكل بقطر و ارتفاع 10 سانتي‌متر از مصالح سنگي كه با قير اندود و متراكم شده‌ اند تهيه شده و نصف تعداد كل نمونه‌ها مستقيماً‌ مورد آزمايش فشاري تك محوري و نصف ديگر نمونه‌ها پس از آنكه مدت معيني در آب قرار گرفتند تحت آزمايش قرار مي گيرند. با مقايسه نتايج بدست آمده تاثير آب بر روي مقاومت آسفالت مورد آزمايش تعيين ميشود.

بتن آسفالتي گرم
اين نوع مصالح كه مرغوبترين نوع آسفالت محسوب ميشود از يك استخوان بندي مصالح سنگي خوب دانه‌بندي شده با حداقل فضاي خالي كه قير سطح دانه‌ها را اندود كرده و آنها را بيكديگر چسبانده است تشكيل ميشود. بتن آسفالتي در كارخانه آسفالت پزي كه ممكن است ثابت يا سيار باشد ساخته شده و سپس به حل مصرف حمل ميشود. براي ساختن بين آسفالتي مصالح سنگي دانه بندي شده و همچنين قير بين 130 تا 170 درجه سانتي‌گراد حرارت داده‌شده و با يكديگر بخوبي مخلوط ميشوند تا لعاب نازكي از قير سطح تمام دانه‌ها را اندود نمايد. آسفالت تهيه شده در حالي كه هنوز گرم است با كاميونهاي مخصوص به محل مصرف حمل شده و بصورت گرم و با استفاده از ماشينها پخش آسفالت در سطح آماده شده راه پخش و با غلتك زدن متراكم ميشود (حدود 120 درجه سانتي‌گراد).

مصالح سنگي
مصالح سنگي بتن آسفالتي گرم شامل مصالح سنگي درشت، مصالح سنگي ريز و گرد سنگ (فيلر) است. اين مصالح را از جهت سهولت تهيه و انبار كردن و براي آنكه دانه بندي مصالح دراثر جابجا كردن مصالح بهم نخورد بطور جداگانه در سيلوهاي مجزا انبار ميكنند.
مصالح سنگي درشت به مصالحي اطلاق ميشود كه بر روي الك شماره 8 (الك شماره 10 در بعضي آئين‌نامه‌ها) باقي مي‌ماند. اين مصالح بايد از سنگ يا شن شكسته و يا از مخلوط آندو تهيه شده و بايد تميز سخت و با دوام باشد. براي تعيين ميزان شكستگي، تميزي، سختي و دوام مصالح بترتيب از آزمايشات تعيين درصد شكستگي هم ارز ماسه، سايش لوس‌آنجلس و دوام استفاده ميشود.

مصالح سنگي ريز به مصالحي اطلاق ميشود كه از الك شماره 8 عبور مي‌كنند. اين مصالح بايد از شكستن سنگ و يا شن و يا از ماسه طبيعي و يا از مخلوط آنها تهيه شده و بايد تميز و سخت و با دوام باشد.
فيلر به مصالحي اطلاق ميشود كه از الك شماره 200 عبور ميكند و بايد عاري از مواد رسي و آلي باشد. در مواردي كه فيلر حاصل از شكستن سنگ و شن براي تامين مقدار فيلر مورد نياز آسفالتي كافي نبوده و يا فيلر حاصل مرغوب نباشد ميتوان از گردسنگ آهكي، آهك شكفته و يا سيمان پرتلند براي اين منظور استفاده كرد.
مهمترين نقش فيلر در بتن آسفالتي افزايش عمرروسازي و ازدياد مقاومت آن در برابر تاثير آب است. علاوه بر اينها استفاده از فيلر در بتن آسفالتي سبب ازدياد قدرت باربري، كاهش تغيير شكل نسبي، افزايش مقاومت در برابر ضربه، افزايش مقاومت برشي و فشاري، افزايش كند رواني و كاهش شكنندگي آن ميشود. بايد توجه داشت كه با وجود اين محسنات مصرف مقدار زياد فيلر در بتن آسفالتي سبب كاهش تخلخل، افزايش مقاومت در برابر تراكم و كاهش استقامت (بعلت كاهش اصطكاك داخلي) مصالح ميشود.

پس از آنكه مصالح سنگي درشت، مصالح سنگي ريز و فيلر لازم براي ساختن بتن آسفالتي تهيه و در سيلوهاي مربوطه كه به سيلوهاي مصالح سرد موسوم است انبار شد از اين مصالح نمونه‌برداري شده و دانه بندي آنها تعيين ميشود. سپس با دردست داشتن دانه بندي اين مصالح و حدود منحني‌هاي دانه بندي مطلوب نسبت هاي لازم از هر يك از اين مصالح تعيين ميشود تا با اختلاط آنها منحني دانه بندي مطلوب بدست آيد. حدود منحني‌هاي دانه بندي مطلوب براي مصالح سنگي بتن آسفالتي تابعي از نوع لايه آسفالتي، ضخامت لايه، اندازه درشت‌ترين دانه و آئين‌نامه فني مورد استفاده است.

بايد توجه داشت كه دانه بندي‌هاي پيشنهاد شده توسط آئين‌نامه‌هاي فني كلا جنبه راهنما داشته و اگر در منطقه‌اي استفاده از دانه بندي‌هائي بغير از آنچه كه اين آئين نامه‌ها مشخص كرده اند نتيجه خوبي داده باشند ميتوان از اينگونه مصالح براي ساختن بتن آسفالتي استفاده نمود.

قير
قيري كه براي ساختن بتن آسفالتي گرم بكار ميرود از نوع قير خالص با درجه نفوذ 50-40، 70-60، 100-85، 150-120، است كه درجه نفوذ مناسب بايد بر اساس شرايط جوي منطقه و ميزان آمد و شد وسائل نقليه سنگين انتخاب شود. قبل از مصرف قير انتخاب شده بايد بر روي آن آزمايشاتي انجام شود تا اطمينان حاصل گردد كه مشخصات فني آن منطبق بر مشخصات فني مطلوب است.

مقدار قير بتن آسفالتي گرم تابع خصوصيات و دانه بندي مصالح سنگي انتخابي بوده و مقدار آن با انجام آزمايش استقامت بدست مي‌آيد. آزمايش استقامت داراي انواع مختلف است كه متداول‌ترين آن در ايران آزمايش استقامت مارشال ميباشد. قيري كه در ساختن بتن آسفالتي بكار ميرود بعلت اندود كردن دانه‌هاي مصالح سنگي و چسباندن آنها بيكديگر سبب ميشود كه استقامت بتن آسفالتي افزايش يابد. افزايش استقامت بتن آسفالتي با افزايش نسبت درصد آسفالتي افزايش يابد. افزايش استقامت بتن آسفالتي با افزايش نسبت درصد قير مصرفي تا رسيدن استقامت به يك مقدار حداكثر ادامه يافته و پس از آن با افزايش مقدار قير، از استقامت بتن آسفالتي بشدت كاسته ميشود.

علت اين امر افزايش ضخامت اندود قيري دور دانه هاي مصالح سنگي است كه سبب ميشود كه از زاويه اصطكاك داخلي مصالح سنگي بتن آسفالتي كاسته شده و همچنين دانه هاي مصالح سنگي از اتكاء بر يكديگر خارج شوند.

مصرف قير بيش از حد علاوه بر كاستن از استقامت بتن آسفالتي باعث كاهش مقاومت برشي آن نيز ميشود. رويه‌هاي بتن آسفالتي كه داراي مقاومت برشي كافي نباشد ممكن است كه در اثر نيروي رانش چرخهاي وسائل نقليه سنگين تغيير شكل داده و در سطح رويه موج بوجود آيد.
بايد توجه شود كه تمام فضاي خالي مصالح سنگي بتن آسفالتي نبايد با قير پر شود زيرا در غير اينصورت اين احتمال وجود دارد كه پس از آنكه لايه بتن آسفالتي تحت اثر آمد وشد وسائل نقليه سنگين قرار گرفت، متراكم‌تر شده و حجم فضاي خالي آن كم شده و يا كاملا از بين برود. كاهش بيش از حد فضاي خالي بتن آسفالتي احتمال رو زدن قير را در هواي گرم دارد. از طرف ديگر بايد توجه داشت كه وجود مقدار بيش از حد فضاي خالي در بتن آسفالتي باعث كاهش استقامت و كاهش قابليت شكل پذيري آن و در نتيجه سبب كم شدن دوام آن ميشود. از اين جهت بر اساس نتايج تجربي بدست آمده حجم فضاي خالي بتن آسفالتي به حداقل 2 درصد و حداكثر 6 درصد محدود شده است. براي صرفه‌جوئي در ميزان قير مصرفي معمولا حجم فضاي خالي مصالح سنگي بتن آسفالتي معمولا به حدود 15 تا 20 درصد محدود ميشود تا با كمترين مقدار قير بيشترين استقامت بدست آيد.

طرح اختلاف بتن آسفالتي گرم
طرح اختلاف بتن آسفالتي معمولا شامل مراحل زير است:
الف- انتخاب مصالح سنگي درشت و ريز و فيلر
ب- انتخاب حدود دانه بندي مطلوب
ج- تعيين نسبت درصدهائي كه مصالح سنگي درشت و زير و فيلر بايد به هم مخلوط شوند.
د- تعيين چگالي مصالح سنگي درشت و ريز و فيلر و چگالي قير
ه- تهيه نمونه هاي بتن آسفالتي با استفاده از مصالح سنگي و درصدهاي مختلف قير
و- تعيين چگالي نمونه هاي بتن آسفالتي تهيه شده
ز- انجام آزمايش استقامت
ح- محاسبه درصد فضاي خالي مصالح سنگي و درصد فضاي خالي نمونه هاي بتن آسفالتي
ط- رسم منحني‌هاي تغييرات وزن مخصوص بتن آسفالتي، استقامت، درصد فضاي خالي بتن آسفالتي، درصد مصالح سنگي پرشده با قير، فضاي خالي مصالح سنگي و رواني بتن آسفالتي، بازاء درصدهاي مختلف قير مصرفي.
ي- تعيين درصد قير بهينه (مناسب)
ص- كنترل و تصحيح درصد قير بهينه
مراحل الف، ب و ج دربندهاي قبلي اين فصل مورد بحث قرار گرفته و نحوه تعيين چگالي قير نيز در فصل پنجم شرح داده شده است، در اين قسمت مراحل د تا ص شرح داده ميشود.

چگالي مصالح سنگي
مصالح سنگي بتن آسفالي معمولا از اختلاط چند نوع مصالح سنگي با چگالي‌هايي مختلف بدست ‌مي‌آيد. چگالي مصالح بدست آمده متوسط وزني چگالي مصالح تشكيل دهنده آن است كه از رابطه 6-4 تعيين ميشود.
چگالي مصالح سنگي درشت و مصالح سنگي ريز بعلت وجود حفرات ريزي كه در سطح دانه ها موجود است و قابليت جذب آب را دارد ممكن است به صورتهاي مختلف تعريف شود. طبق تعريف چگالي واقعي يك مصالح عبارتست از وزن حجم معيني از مصالح (شامل حجم جامد دانه ها بعلاوه حجم حفرات دانه ها) به وزن آب مقطر هم حجم آن و در همان درجه حرارت، چگالي ظاهري يك مصالح عبارتست از وزن حجم معيني از مصالح (شامل حجم جامد دانه‌ها) به وزن آب مقطر هم حجم آن و در همان درجه حرارت.

بايد توجه داشت كه بعلت آنكه تمام حجم حفرات دانه‌هاي مصالح سنگي بتن آسفالتي با قير پر نمي‌شود و قسمتي از آنها خالي باقي مي‌ماند از اين نظر چگالي ديگري نيز كه به چگالي موثر مصالح سنگي موسوم است تعريف ميشود. طبق تعريف چگالي موثر يك مصالح عبارتست از وزن حجم معيني از مصالح (شامل حجم جامد دانه ها بعلاوه حجم حفراتي كه از قير پر نمي‌شود) به وزن آب مقطر هم حجم آن و در همان درجه حرارت.
محاسبات مربوط به بتن آسفالتي كه شامل تعيين درصد تخلخل، درصد فضاي خالي مصالح سنگي، درصد قير موثر و درصد قير جذب شده ميشود بايد بر اساس چگالي موثر مصالح سنگي انجام شود. چون در انجام اين محاسبات علاوه بر چگالي موثر، چگالي واقعي مصالح نيز وارد ميشود لذا لازمست آنرا تعيين نمود.
چگالي واقعي مصالح سنگي بطور جداگانه و با انجام آزمايش تعيين چگالي براي مصالح درشت و ريز اندازه‌گيري مي‌شود. اين آزمايش بر اساس اشباع كردن حفرات سطحي دانه‌هاي مصالح سنگي قرار دارد.

تهيه نمونه‌هاي بتن آسفالتي
نمونه‌هاي بتن آسفالتي كه براي انجام آزمايش تعيين استقامت تهيه مي‌شوند بايد تحت شرايط كارگاهي كاملا كنترل شده و استانداردي كه حتي الامكان مشابه شرايط كارگاهي باشد ساخته و آزمايش شوند. شرايط و نحوه تهيه اين نمونه‌ها بستگي به نوع آزمايشي دارد كه براي تعيين استقامت داراي انواع مختلفي است كه در اينجا متداول‌ترين آنها يعني آزمايش استقامت مارشال آورده شده است.

تهيه نمونه‌ها شامل سه مرحله يعني گرم كردن مصالح سنگي و قير بطور جداگانه، مخلوط كردن آندو و سپس متراكم كردن مخلوط بدست آمده است. در اينجا ذكر اين نكته ضروري است كه آزمايش استقامت مارشال فقط مختص طرح مخلوطهائي است كه در آنها از قير خالص براي تهيه بتن آسقالتي استفاده شده و اندازه بزرگترين دانه مصالح سنگي از 25 ميلي متر تجاوز ننمايد. در مواردي كه طرح مخلوطهائي با دانه‌هاي درشت‌تر از 25 ميلي‌متر تجاوز ننمايد. در مواردي كه طرح مخلوطهائي با دانه‌هاي درشت‌تر از 25 ميلي‌متر مورد نظر باشد (نظير بتن آسفالتي درشت دانه براي لايه‌هاي اساس) بايد از ساير روشها نظير آزمايش فشاري به منظور طرح اختلاط استفاده شود.

مرحله اول تهيه نمونه‌ها شامل گرم كردن مصالح سنگي و قير است. مصالح سنگي درشت، ريز و فيلر هر كدام به طور جداگانه حرارت داده مي‌شود تا گرماي آنها به 177 تا 191 درجه سانتي‌گراد برسد. سپس اين مصالح به نسبت‌هاي معيين كه قبلا تعيين شده است با هم مخلوط مي‌شوند تا مصالح بدست آمده دانه‌بندي مورد نظر را داشته باشد. قير خالص نيز نظير مصالح سنگي حرارت داده مي‌شود تا گرماي آن به 121 تا 138 درجه سانتي‌گراد برسد. بايد توجه داشت كه قير گرم شده نبايد بيش از يك ساعت در اين درجه حرارت باقي بماند زيرا در غير اينصورت ممكن است كه خصوصيات آن تغيير كند. همچنين از قيري كه قبلا گرم شده است نبايستي مجدد براي انجام آزمايش استفاده شود. طبق پيشنهاد انستيتو آسفالت قاعده كلي در گرم كردن مصالح سنگي و قير بايد بر اين اصل استوار باشد كه درحه حرارت‌هاي مصالح سنگي قير بايد طوري انتخاب شوند كه كندرواني كنيماتيكي قير در زمان اختلاط برابر 20 – 170 سانتي استوكس و كند رواني كنيماتيكي قير در زمان متراكم كردن نمونه‌ها برابر 30-280 سانتي استوكس باشد.

پس از گرم كدرن مصالح سنگي و قير اندود به نسبت هاي لازم به خوبي با يكديگر مخلوط مي شوند تا قير سطح تمام دانه ها را اندود كند . در پايان عمل اختلاط نبايد گرماي مخلوط كمتر از 107 درجه سانتي گراد باشد، در غير اين صورت از بكار بردن اين مخلوط بايد خودداري شود.
چون منظور از آزمايش استقلال مارشال تعيين درصد قير بهينه است لذا لازمست كه نمونه هايي با درصد هاي مختلف قير تهيه و آزمايش شوند. معمولا نمونه ها با 4، 5/4، 5/5، 6، 5/6، 7 درصد قير (درصد وزني بتن آسفالتي) تهيه مي شوند و براي هر يك از اين نسبت ها درصد ها بين 3 تا 5 نمونه تهيه شده و تحت آزمايش قرار مي گيرند.

مرحله سوم تهيه نمونه ها شامل متراكم كردن مخلوط بتن آسفالتي است براي اين منظور حدود 2/1 كيلوگرم از مخلوط به دست آمده در استوانه فلزي كه قطر داخلي آن 10 و ارتفاع آن 5/7 سانتي متر است ريخته شده و كوبيده مي شود. براي كوبيدن و متراكم كردن نمونه ها از سقوط آزاد ميله اي به وزن 5/4 كيلوگرم كه از ارتفاع 45 سانتي متري رها مي شود استفاده شده و به هر طرف نمونه ها 35 ، 50 و يا 75 ضربه (بسته به مورد) وارد مي شود. تعداد ضربه ها بايد طوري انتخاب شود كه تراكم نمونه به دست آمده در آزمايشگاه مشابه تراكم لايه بتن آسفالتي روسازي پس از آنكه اين لايه ساخته شده و تحت اثر آمد و شد وسائل نقليه سنگين قرار گرفته باشد.
آئين نامه سازمان برنامه و آئين نامه BCEOM تعداد ضربه هاي لازم را برابر 75 ضربه به هر طرف نمونه معين كرده است. انستيتو آسفالت براي آمد و شد سبك 35 ضربه، براي آمد و شد متوسط 50 ضربه و براي آمد و شد سنگين 75 ضربه پيشنهاد كرده است. آيين نامه گروه مهندسين تعداد ضربات را برابر 50 ضربه براي وسايل نقليه اي كه فشار باد چرخهاي آنها تا حدود 7 كيلوگرم بر سانتي متر مربع و برابر 75 ضربه براي وسايل نقليه اي كه فشار باد چرخهاي آنها تا حدود 14 كيلوگرم بر سانتي متر مربع مي رسد تعيين كرده است.

آزمايش استقامت مارشال
اين آزمايش كه به نام ابداع كننده آن يعني بروس مارشال نام گذاري شده امروزه يكي از متداول ترين روشهاي طرح بتن آسفالتي گرم است. آزمايش مارشالي كه امروزه به كار مي رود روش تكميل و توسعه يافته آزمايش مارشال اصلي است كه تكميل آن توسط گروه مهندسين انجام گرفته است.
نحوه انجام آزمايش به اين ترتيب است كه پس از انكه نمونه هاي استوانه اي شكل بتن آسفالتي به مدت 20 تا 30 دقيقه در آب گرم با درجه حرارت 60 درجه سانتي گراد قرار گرفتند از آب خارج شده و بين ركابهاي وسيله آزمايش مارشال قرار گرفته و تحت فشار واقع مي شوند تا گسيخته شوند. حداكثر نيروي لازم جهت گسيخته شدن نمونه و تغيير شكل قطري مربوطه اندازه گيري مي شود. حداكثر نيروي لازم جهت گسيخته شدن نمونه بتن آسفالتي بر حسب كيلوگرم اندازه گيري شده و طبق تعريف استقامت مارشال ناميده مي شود.
مقدار تغيير شكل قطري نمونه در موقع شكست نمونه بر حسب ميلي متر اندازه گيري شده و به رواني بتن آسفالتي موسوم است.
تهيه بتن آسفالتي