بخشی از مقاله
بررسي نحوه تاثير مشخصات فني مخلوط آسفالتي بر ميزان پير شدگي قير
چکيده :
در ساليان اخير تحقيقات و مطالعات مختلف انجام شده بر روي پيرشدگي قير در مخلوط آسفالتي عمدتا بر شبيه سازي آزمايشگاهي روند پيرشدگي استوار بوده است . براي دستيابي به نتايجي که هر چه بيشتر شرايط عملي قير در روسازي راههاي زير سرويس را مدل نمايد و همگرايي نتايج آزمايشگاهي و عملي در آن قابل قبول باشد، لازم است که در کنار تحقيقات آزمايشگاهي وضعيت رفتاري نمونه ها تحت شرايط بارگذاري ترافيکي و آب و هوايي واقعي نيز ارزيابي شود.
در اين تحقيق با بررسي خصوصيات و مشخصات يک نمونه مخلوط آسفالتي در ايران با عمر ده سال که براي توليد آن از سنگدانه هايي با مشخصات فني نسبتا نامناسب استفاده شده بود، ميزان تاثير مشخصات فني بر پيرشدگي قير و خرابيهاي ناشي از خستگي در مخلوط آسفالتي بررسي شده است . براي اين کار در ابتدا تمامي خصوصيات مخلوط آسفالتي موجود اعم از پارامترهاي حجمي و وزني و نيز خصوصيات رئولوژيکي قير موجود مورد مطالعه قرار گرفت و ضمن انجام آزمايشات لازم ، ميزان پيرشدگي (Aging)
قير موجود در مخلوط بررسي شد. سپس با بررسي داده ها و نتايج حاصل از آزمايشات روابطي ميان ويسکوزيته ، نقطه نرمي و درجه نفوذ قير موجود در مقابل درصد قير نمونه آسفالتي و نسبت فيلر به قير به دست آمد. نتايج مويد اين امر بود که با افزايش درصد قير مي توان ميزان پير شدگي مخلوط را کنترل کرد.
کليد واژه ها: پيرشدگي قير، خرابي هاي آسفالت ، روسازي
١- مقدمه
تاکنون مطالعات فراواني در زمينه پايايي و دوام مخلوطهاي آسفالتي تحت اثر ترافيک عبوري و در شرايط مختلف آب و هوايي صورت گرفته است . ميزان پيرشدگي قير در بخشهاي مختلف عرض عبور، پيرشدگي قير در عمق هاي مختلف روسازيها و همچنين ميزان پيرشدگي قير در مراحل مختلف توليد تا پخش آسفالت از جمله مواردي است که در اين زمينه مورد مطالعه قرار گرفته است . اين مطالعات تحت شرايط خاص بارگذاري و آب و هوايي انجام شده و دربرگيرنده نيازها و پيش فرضهاي مطالعه کنندگان بوده است . از سوي ديگر با آگاهي از روند و نحوه پيرشدگي قير و پارامترهاي موثر بر آن ميتوان ضمن طراحي مخلوطهاي بهينه آسفالتي، ترتيبي اتخاذ نمود که عمر مخلوط آسفالتي افزايش يابد. همچنين با توجه به روند رو به رشد استفاده از فن آوري بازيافت گرم درجاي روسازيهاي آسفالتي و در جهت طراحي مخلوط بازيافتي بهينه که واجد عملکرد مطلوب و دوام لازم براي قشر رويه بوده و عمر سرويس دهي مطلوب را نيز تامين مي نمايد، ضروري است تا ضمن آشنايي با ميزان و چگونگي پيرشدگي مخلوط آسفالتي موجود، ترتيبات لازم براي توليد مخلوط بازيافتي با مشخصات فني قابل قبول فراهم آيد.
در اين تحقيق تأثير پارامترهاي مخلوط آسفالتي پيرشده در شرايط سرويس دهي واقعي بر ميزان پيرشدگي قير در شرايط عملي، براي يک مخلوط آسفالتي مشخص در ايران مورد بررسي قرار گرفته است . عمر سرويس دهي مخلوط مورد مطالعه ده سال و شرايط آب و هوايي آن شرايط گرم و مرطوب با ميانگين حداکثر دماي فصل گرما در يک دوره ده ساله برابر ٣٨ درجه سانتيگراد و ميانگين حداقل دماي فصل گرما در يک دوره ده ساله برابر ٣٠ درجه سانتيگراد بوده است . ميانگين بارندگي دوره سي ساله برابر ٤٦.٧ ميليمتر در سال و بارگذاري ترافيکي مربوطه نيز در رده بندي سبک تا متوسط قرار مي گيرد.
٢- قير و پيرشدگي آن
قير تحت اثر شرايط فيزيکي و شيميايي در فرآيند توليد و در زمان سرويس دهي در اثر اکسيده شدن و همچنين تاثير اشعه ماورا بنفش و تغييرات دما سخت تر شده و با تغيير خصوصيات ويسکوالاستيک از قبيل افزايش ويسکوزيته ، کاهش درجه نفوذ و افزايش نقطه نرمي سخت تر و شکننده تر و به اصطلاح پير مي شود.
٣- مصالح و روش مطالعات
٣-١- روش کار
در نمونه برداريهاي انجام شده بر اساس اطلاعات آماري به دست آمده از منطقه طرح سعي بر آن شد که مطالعه بر روي نمونه هايي با سنين يکسان متمرکز شده و اين دست از نمونه ها تحت آزمايشهاي مختلف قرار گيرند.
نمونه ها به صورت مغزه گيري و سونداژ از آسفالت موجود اخذ گرديد، به طوري که حتي الامکان وزن ١٢٠٠ گرم براي هر نمونه را بر اساس استانداردها تامين نمايند. پس از نمونه گيري از آسفالت موجود جداسازي لايه رويه از لايه هاي زيرين آسفالتي انجام پذيرفت تا مطالعات بر روي اين لايه و مشخصات آن انجام شود. سپس نمونه ها تا زمان آزمايش داخل محفظه اي پر از آب و در جاي نسبتا تاريک محافظت شدند. چنانچه دوره انجام آزمايشهايي از اين قبيل به طول انجامد مي توان تمهيداتي در جهت به حداقل رساندن تاثيرات اکسيژن نامحلول در آب نيز فراهم نمود.
٣-٢- مخلوط آسفالتي
٣-٢-١- قير
قير مخلوط مورد مطالعه قير خالص ٧٠-٦٠ توليدي پالايشگاه اصفهان بوده و درصد قير بهينه طرح براي مخلوط مذکور بين ٨ تا ٩ درصد (با توجه به دانه بندي طرح متغير است ) نسبت به وزن کل مخلوط بوده است .
٣-٢-٢- مصالح سنگي
پس از جداسازي قير از مصالح سنگي، دانه بندي مصالح با استفاده از الک تعيين شد و ساير مشخصات نيز مشخص گرديد. مصالح سنگي بکاررفته در مخلوط آسفالتي مورد مطالعه از نوع مصالح مرجاني با درصد جذب آب ٩% براي مصالح درشت دانه و ٣.٦% براي مصالح ريزدانه بوده ، جذب قير ٣.٧% و ميزان سايش لوس آنجلس ٤٧% ميباشد.
در شکل ذيل نمودار دانه بندي معرف (ميانگين دانه بندي) مخلوط هاي مورد مطالعه به همراه محدوده دانه بندي شماره ٤ نشريه ١٠١ سازمان برنامه و بودجه ترسيم شده است . لارم به ذکر است که نتايج دانه بندي نمونه هاي اخذشده ، مويد بالا بودن نسبت ماسه در ترکيب نمونه هاي آسفالتي منطقه مي باشد.
٣-٣- بازيابي قير از آسفالت :
نمونه هاي آسفالتي آماده شده به روش پيش گفته ، به مدت ١ سا عت در دماي ٧٥ تا ٨٠ درجه سانتيگراد در کوره خشک و نرم شده و سپس بر اساس استاندارد (-)ASTM در داخل کاسه اکسترکشن با ماده شيميايي تولوئن شستشو شده است .
بازيابي قير از آسفالت با دستگاه Rotary-Evaporator و بر اساس استاندارد (-)ASTM و با هدف ايجاد حداقل تغييرات در خصوصيات قير نمونه هاي اخذشده از محورهاي اجرايي انجام پذيرفت . براي دستيابي به نتايج قابل استناد بايد آزمايش در شرايط مطلوب و با هدف کاستن از تغييرات ناخواسته بر روي خصوصيات فيزيکي و شيميايي قير در حين آزمايش انجام ميپذيرفت که براي اين کار بايد از تاثير موارد جانبي در حين آزمايش جلوگيري مي گرديد. يکي از مواردي که در آزمايشگاه بايد کاملا به آن دقت شود حلالهايي هستند که مورد استفاده قرار مي گيرند. اين حلالها در گرما و رطوبت ممکن است تجزيه شوند و اسيدهايي تشکيل دهند که براي بعضي از انواع فلزات بسيار خورنده است . وقتي اين حلالها يا بخار آنها در معرض حرارتهاي بالا قرار ميگيرد، مثلا در تماس با شعله ، سطوح مشتعل داغ ، يا قوسهاي الکتريکي، ميتواند منجر به ايجاد مواد تجزيه شده اي مانند کلريد هيدروژن گردد. کلريد هيدروژن در حلال تجزيه شده ممکن است باعث سخت شدگي قير در حين جداسازي و بازيابي شود.
شکل (٢) – دستگاه Rotary-Evaporator
٣-٤- آزمايشهاي انجام شده بر روي نمونه هاي قير بازيابي شده
آزمايشهاي متداول و پيشرفته بر روي قير بازيابيشده انجام پذيرفت که شامل آزمايشات نقطه نرمي در ٢٥ درجه سانتيگراد، آزمايش تعيين درجه نفوذ وآزمايش کندرواني RV بود. آزمايش درجه نفوذ در ٢٥ درجه سانتيگراد و آزمايش نقطه نرمي با گوي و حلقه از جمله آزمايشهاي معمول قير هستند که بر روي نمونه هاي به دست آمده انجام شده است . براي مطالعه خواص رئولوژيکي قير نيز دستگاه ويسکومتر دوراني بروکفيلد مجهز به دستگاه گرمکن مورد استفاده قرار گرفت .
اساس اندازه گيري کندرواني در اين روش بر اساس ميزان زاويه انحراف در گردش فنر دستگاه در حال گردش در نمونه است .
شکل (٣) – دستگاه ويسکومتر بروکفيلد
