بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسي اثر افزودن زئوليت به قير براي کاربرد در دماهاي پايين
چکيده
بهبود خواص قير در بالا بردن عمر سرويس دهي و کارايي آسفالت يکي از اهداف اساسي در طرح و اجراي روسازي به شمار ميرود. در اين راستا علاوه بر شناخت نکات لازم از ماهيت فيزيکي و شيميايي قير، سعي بر اين است تا با افزودن مواد جديد به ساختار قير کارايي آن در شرايط مختلف ( اعم از شرايط آب و هوايي، شرايط بارگذاري و ... ) بالا برده شود.
به منظور پايين آوردن انرژي مصرفي و آلودگي ساخت آسفالت افزودن انواع دير گدازه ها از جمله زئوليت به قير اخيرا مورد توجه قرار گرفته است .
مهمترين ويژگي زئوليت مربوط به مقدار آب موجود در ترکيب و امکان آزاد شدن آن در حدود ١٠٠ درجه سانتيگراد ميباشد زيرا منجرب ايجاد حباب هوايي در قير شده و در نتيجه باعث کاهش ويسکوزيته و مدول مرکب آن در آزمايش DSR مي شود.
در اين مقاله ، به بررسي اثر افزودن زئوليت به قير براي کاربرد در مناطق سردسير پرداخته ميشود. بدين منظور نمونه هايي شامل زئوليت ساخته شده و در چرخه ذوب – انجماد قرار داده شد. نتايج حاکي از آن است که زئوليت در کل افزودن زئوليت در ابتدا منجر به افزايش وزن مخصوص و سفت تر شدن قير ميشود و در مواردي با افزايش درصد زئوليت کندرواني اوليه کاهش پيدا کرده که اين را مي توان به افزايش ميزان حباب در قير ربط داد. و البته افزودن زئوليت منجر به کاهش در روند پيرشدگي قير و حفظ خواص اوليه آن در چرخه ذوب و انجماد آن ميشود و از اين لحاظ ميتوان گفت که موجب بهبود کارايي نهايي قير گرديد.
واژگان کليدي: زئوليت ، آسفالت ، چرخه ذوب و انجماد، شکل پذيري قير، حساسيت دمايي .
١. مقدمه
يکي از خرابي هاي رايج در روسازي آسفالتي مناطق سردسير که شايد بتوان گفت ساير خرابي هاي مربوط به اين مناطق به نـوعي پيـرو آن رخ مي دهد ترکهاي حرارتي ( انقباضي يا عرضي يا دمايي ) ميباشد که معمولا در کشور ما از آن به عنوان خرابـي زودرس نـام بـرده مـيشـود کـه کارايي روسازي را تحت تاثير قرار ميدهد.
علل مختلفي در شکل گيري اين نوع خرابي موثر است که از جمله علل مهم آن ميتوان به ويژگيهاي قيـر ، ضـخامت آسـفالت ، مـدول آسـفالت ، ويژگيهاي اصطکاکي لايه اساس ( اعم از چسبندگي و زاويه اصطکاک داخلي مصالح اساس و حتي زيراساس ) اشاره کرد.چگونگي تاثير خواص قير در رخ دادن اين ترکها به کمک مدل تجربي فروم - فانگ و مدول روسازي فرودگاهي توسط هاس توجيه شده است . هر چند اسـتفاده از زئوليـت بـه منظور توليد آسفالت نيمه گرم مراحل اوليه تحقيقاتي خود را ميگذراند اما به منظور ارزيابي تاثير اين افزودني در روند پيرشدگي ، در ايـن تحقيـق بـا اضافه کردن دو درصد مشخص زئوليت به قير ٨٥- ١٠٠ اين پديده مورد بررسي قرار گرفت . سپس اثر افزودن زئوليـت در مـدول قيـر ارزيـابي شـده نهايتا در اين مقاله اثر افزودن دو مقدار مشخص زئوليت به قير ٨٥ – ١٠٠ در تغيير رفتار قير و به تاخير انداختن روند پيرشدگي آن به صورت نتـايج آزمايشگاهي ارائه ميشود.
2
٢.مدل فروم ١ و فانگ
فروم و فانگ چند معادله رگرسيون را براي پيش بيني انديس ترک خوردگي با آزمايش روي ٣٣ مقطـع روسـازي در اونتـاريو ارائـه کردنـد.
انديس ترک خوردگي که در دپارتمان حمل و نقل اونتاريو مورد استفاده قرار مي گيرد ، شدت ترک ها را اندازه گيري مي کند بدين طريق کـه تعـداد ترکهاي عرضي در هر ١٥٠ متر طول از يک روسازي دو خطه بدست ميآيد.
I=Nm+Nf+0.5Nh
که در آن :
I = انديس ترک خوردگي
Nm = تعداد ترک هاي چندگانه رخ داده در ١٥٠ متر از روسازي
Nf = تعداد ترک هاي کامل عرضي رخ داده در ١٥٠ متر از روسازي
Nh = تعداد ترک هاي نيمه عرضي رخ داده در ١٥٠ متر از روسازي
شکل ١ : انواع ترک هاي عرضي
فروم و فانگ با برسي ٤٠ متغير در يک تحليل رگراسيوني تنها ١١ متغير آن را در سه مدل خود بکار بردند اين متغيرها در جدول ١ نشان داده شده است . فروم و فانگ سه معادله را به ترتيب به صورت مدل کلي، براي نواحي شمالي ( سردسير ) و مدل براي نواحي جنوبي ( گرمسير ) ارائه کردند ضريب رگرسيون R٢ در محدوده ٦٢٪ تا ٧٠٪ بوده است .
مدل در حالت کلي
اين مدل انديس ترک خوردگي را براي تمام مقاطع روسازي پيش بيني مي کند. در اين معادله ويژگي هاي لايه اساس و يا زير اساس وارد
نشده است
I = 52.22 x1+0.0007093 x2+0.4529x3- 1.348x4+ 0.468x5- 0.07903x6- 0.4887x7
0.1258 x8- 0.1961x9
R2 = 0.6357 (1)
مدل شمالي
اين مدل نشانگر مقاطعي سرد سير است که در آن از قير با درجه نفوذ ١١٠ ويا بزرگتر استفاده مي شود.
مدل جنوبي
اين مدل نشانگر مقاطع است که در آن از قير با درجه نفوذ کمتر از ١١٠ استفاده شده است .
در حالت کلي ضرايب به کاررفته طبق انتظار گرديد به استثنا ضريب ميزان حباب هوايي.در سه مدل منفي است که نشان ميدهد که هرچه ميزان فضاي خالي بيشتر شود ميزان ترک خوردگي روسازي کمتر مي شود. لذا از آنجا که افزودن زئوليت به قير موجب افزايش حباب هاي هوا در قير ميشود احتمالا تاثير مطلوبي بر سفتي قير و سختي آسفالت و افزايش مقاومت آن در برابر ترکهاي حرارتي در دماي پايين بشود.
٣.مدل روسازي فرودگاهي
هاس ٢و همکارانش طي يک بررسي شبيه به بررسي فروم و فانگ انجام دادند. در بررسي آنها ٢٦ روسازي فرودگاه در سرتاسر کانادا انجام گرديد. پس از انجام يکسري آزمايش روي مغزه هاي آسفالت مدل تجربي زير را ارائه کردند.
TRANCRAK = 218+1.28 ACTHICK+ 2.52 MINTEMP + 30 PVN – 60
COEFFX
(4) R2 = 0.70
که در آن :
TRANCRAK = فواصل ترکهاي عرضي ( m ) ACTHICK = ضخامت آسفالت ( cm )
MINTEMP = حداقل دماي ثبت شده محلي ( c )٣ PVN = عدد pvn
COEFFX = ضريب انقباض حرارتي ( c .mm ١٠٠٠ . mm )
در اين مدل ملاحظه ميشود که حداقل دماي ثبت شده نيز در فواصل ترکها موثر است . بدين ترتيب ميتوان تجربه دمايي يکي از مهمترين فاکتورهاي مورد نظر در وقوع ترک ميباشد که اين مسئله در مورد قير مورد آزمايش در اين تحقيق به عينه ملاحظه شد و يکي از معيارهايي که در بررسي اثر زئوليت مد نظر قرار داده شد.
٤.زئوليت و چگونگي تاثير آن بر رفتار قير
زئوليت نوعي ماده معدني و سيليکاتي ميباشد که داراي مولکول هاي آب است که پيوند سستي با آن دارند و با حرارت از آن جدا ميشوند.
اخيرا تاثير زئوليت بر مدول قير توسط باروس ٢ و همکارانش از طريق آزمايش DSR مورد بررسي قرار گرفته است .
زئوليت موجود در قير در دماهاي بالا منجر به آزاد شدن آب و بخار شدن آن در نتيجه ايجاد حباب هاي هوايي در قير شده در نتيجه از ايـن طريق مدول قير را پايين مي آورد.براي بررسي و فهم ميزان اثر زئوليت ابتدا بايد درصد آب زئوليت تعيين شود. بدين منظور زئوليت مصـرفي در ايـن تحقيق که مطابق شکل ٢ ابتدا به صورت گرانول بوده که به پودر تبديل شد ، در دماي ١٢٠ و ١٣٠ درجه سانتي گـراد بـه صـورت نمونـه هـاي ١٠ گرمي حرارت داده شده و افت وزني آن در طي يک ساعت اندازه گيري شده و مطابق شکل ٣ در حدود ١٠ درصد گرديد.
پانزدهمين کنفرانس دانشجويان عمران سراسر کشور
١١، ١٢ و ١٣ شهريورماه ١٣٩٣، دانشگاه اروميه
شکل ٢ : گرانول و پودر زئوليت
شکل ٣ : نمودار افت وزني زئوليت
همان طور که گفته شد زئوليت از طريق ايجاد حباب در قير مدول آن را تحت تاثير قرار مي دهد. اخيرا تاثير زئوليت بر مدول قير توسط باروس و همکارانش از طريق آزمايش DSR مورد بررسي قرارگرفت . يکي از مسائلي که بايد به آن توجه شود تغيير فازي است که زئوليت در قير ايجاد مي کند. در دماي کم که هنوز آب زئوليت در قير رها نشده است و يا هنوز آب بخار نشده است تاثير زئوليت در کاهش مدول مرکب کم بوده و از فرمول (٥) تبعيت مي کند ولي با افزايش دما که آب بخار مي شود تاثير آن در کاهش مدول بيشتر بوده و از فرمول (٦) تبعيت مي کند. اين مسئله به وضوح در شکل ٤ مشاهده مي شود .
شکل ٤ : مدول مرکب قير در مقابل فرکانس الف : آزمايش در دماهاي مختلف
منحني اصلي از طريق TTSP
که در آن :
تفاوت فرمول (٥) با (٦) در اين است که در اولي هنوز آب زئوليت جدا و بخار نشده است ولي در دومي آب جدا وبخار شده است پس هـر دو فاز جامد و بخار زئوليت در قير موجود مي باشد. در دماي کم فرمول (٥) دقيقا مشابه فرمول (٦) مي باشد.
براس و همکارانش نتايج حاصل از مدل را با مقادير اندازه گيري شده مدول مرکب قير با درصد هاي مختلف زئوليت مقايسه و تطابق قابل قبولي را بين ايندو گزارش نمودند.
