بخشی از مقاله
بررسی آزمایشات درجه بندی قیر بر اساس شاخص عملکردی PG نسبت به شاخص های درجه نفوذ و گرانروی
چکیده
شاخص عملکردی (PG) قیر مبتنی بر بررسی رفتار کامل قیر و شناخت دقیق از خصوصیات عملکردی این ماده می باشد. به منظور افزایش طول عمر راهها و ایجاد جاده ای بر مبنی شاخص های توسعه پایدار، برای هر منطقه آب و هوایی، قیر و آسفالت مناسب از نظر مقاومت در برابر شیار شدگی ، ترک خوردگی های ناشی از خستگی و ترک های ناشی از دمای پایین باید انتخاب شود. به همین دلیل معیارهای جدید شاخص طبقه بندی قیر ارائه شده است. از ویژگی های این سیستم طبقه بندی، ثابت بودن معیار سنجش و تغییر دمای اندازه گیری می باشد. در این تحقیق با بررسی محدودیت های فیزیکی قیرها در شرایط دمایی مختلف به بررسی کاستی های آزمایشات قیر و محدودیت های درجه بندی نفوذی و درجه بندی بر اساس گرانروی و ارتقای سطح کیفی آزمایشات در سیستم جدید روسازی شارپ (SHRP) پرداخته می شود.
واژگان کلیدی : آزمایشات شارپ (SHRP) ، سیستم های درجه بندی قیر ، آزمایشات فیزیکی قیر ، روسازی
1
مقدمه
مشخصات درجه نفوذ و ویسکوزیته می تواند قیرهای مختلف با درجه یکسان را طبقه بندی نماید. چون در حقیقت امکان دارد این قیر ها خصوصیات عملکرد و دمای متفاوتی را دارا باشند. خواص رئولوژیک و خصوصیات مکانیکی قیرها و تاثیر حرارت بر این خواص مهم ترین نقش را ایفا می کند(لطیفی .(1393 درجه ی نفوذ یا ویسکوزیته ی قیر صرف نظر از نوع ،کیفیت و خواص ناهمگون فیزیکی و شیمیایی منابع مختلف نفت خام و فرآیندهای متنوع پالایش ، یا کاهش ،یا افزایش درجه حرارت تغییر میکند. در دمای بالا،قیر رفتار یک سیال نیوتونی را از خود نشان می دهد. ولی با کاهش دما ، قیر رفتار کشسان یا الاستیک ، همچنین با کاهش بیشتر دما ،قیر یک رفتار شکننده (Birittle) را از خود به نمایش می گذارد).)Huber ,G, A 1993 به طور کل محدودیت های خواص قیرهای معمولی موجود را به شرح زیر میتوان عنوان کرد:
• در دمای بالا و بارگذاری طولانی مدت، امکان جاری شدن قیر و قیرزدگی و تغییر شکل دائم و شیارشدگی وجود دارد.
• در دماهای پایین و بارگذاری طولانی مدت، تحت اثر تنش های حرارتی، امکان بروز ترک در مخلوط آسفالتی وجود دارد.
• در دماهای پایین و بارگذاری کوتاه مدت، قیر شکننده شده و امکان ایجاد ترکهای مکانیکی بوجود میآید.
• عدم امکان استفاده در برخی از مخلوطهای آسفالتی نظیر آسفالت متخلخل و یا ماستیک آسفالت.
• عدم امکان استفاده در روکش های نازک که دارای
کیفیت و دوامکافی نم یباشد (امیدی، (1393
-1آزمایشات قیر در سیستم های درجه بندی
1-1 آزمایشات فیزیکی قیر
آزمایشات فیزیکی قیر در سیستم های درجه بندی نفوذی و گرانروی شامل موارد زیر است:
· تعیین نقطه اشتعال
· آزمایش حلالیت قیر در تترا کلرید کربن
· آزمایش تقطیر قیرهای محلول
· آزمایش ویسکوزیته قیر
· آزمایش وزن مخصوص قیر
· آزمایش درجه نفوذ
· آزمایش تعیین نقطعه نرمی
· آزمایش انگمی قیر
· آزمایش افت حرارتی قیر
· آزمایش نقطه شکنندگی فراس
آزمایش های خواص فیزیکی در دماهای آزمایش استاندارد انجام میشود و نتایج آزمایش مورد استفاده قرار میگیرد تا تعیین شود که آیا مواد معیار های مشخصات را بر آورده می کند. در هر حال ، در آنچه نتایج این آزمایش ها فراهم می کند محدودیت هایی وجود دارد. بسیار ی از آزمایش ها تجربی هستند یعنی قبل از آنکه از نتایج آزمایش ، اطلاعات با معنی حاصل آید به تجربه عملکرد روسازی نیاز است. درجه نفوذ و عملکرد بایستی از طریق تجربه بدست آید. اشکال روش تجربی آن است که ممکن است نسبت بین نتیجه آزمایش و عملکرد خیلی خوب نباشد
. آزمایش ها اطلاعات مربوط به حدود تغییرات واقعی دماهای روسازی را ارائه نمی دهند.همچنین ویسکوزیته یک مقیاس اساسی روانی می باشد و فقط رفتار ویسکوز نزدیک دمای بالاتر را فراهم می آورد. دماهای آزمایش های استاندارد 60و 25 درجه سانی گراد می باشد. همچنین درجه
نفوذ فقط یکنواختی را در دمای متوسط 25 درجه سانتی گراد تشریح می کند. از این داده ها رفتار الاستیک دمای
2-1 آزمایشات ماده چسبنده قیری روسازی ممتاز
آزمایشات قیر در روش روسازی ممتاز شامل آزمایشات مقدماتی و اصلی می شود.آزمایشات مقدماتی شامل :
آزمایش لعاب نازک چرخشی Rolling Thin Film ( Oven test ) RTFO و آزمایش محفظه تسریع پیری
PAV
( Pressure Aging Vessel test ) است.
آزمایشات اصلی شامل:
آزمایش رئومتر برش دینامیکی یا Dynamic Shear
Rheometer test(DSR)
آزمایش ویسکومتر چرخشی یا Rotational (RV)
Viscometer test
آزمایش رئومتر تیرچه خمشی یا Bending (BBR)
Beam Rheometer test
آزمایش کشش مستقیم یا Direct Tensile Tester
test( DTT)
است. آزمایش لعاب نازک چرخشی Rolling Thin
Film Oven test(RTFO)
مشخصات ماده چسبنده قیری روسازی ممتاز به منظور محدود کردن تغییر شکل دائمی ، ترک خوردگی در دمای پایین و ترک خوردگی ناشی از خستگی روسازی ، برای بهبود اجرای روسازی های قیری تهیه گردیده است. در سیستم روسازی ممتاز خواص فیزیکی مورد نیاز برای تمام درجات اجرا ( PG) ثابت می ماند. در هر حال ، این خواص با توجه به پیش بینی شرایط آب و هوایی ماده
پایین تر نمی تواند به طور واقعی تعیین و عملکردهای پایین پیش بینی می شود(زیاری ، حسن و دیگران (1385
چسبنده برای دماهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. برای مثال وقتی قیر با PG 52-40 تعیین می شود ، برای شرایط محیطی که میانگین حداکثر دمای هفت روز روسازی 52c ˚ و حداقل دمای طرح روسازی -40c˚ را تحمل می نماید مناسب می باشد ( – 1SP انستیتو آسفالت امریکا).(1379
-2 سیستم های درجه بندی
طبقه بندی قیر ها بر اساس خواص فیزیکی قیر و به منظور تعیین مشخصات آنها صورت می گیرد. سیستم های طبقه بندی متفاوتی از یک حالت ساده مانند درجه بندی نفوذی تا حالت پیچیده آن مانند سیستم های SHRP برای چسباننده قیری به کار می رود که در زیر به شرح آنها می پردازیم.
1-2 درجه بندی نفوذی
سیستم درجه بندی نفوذی در اوایل قرن نوزدهم و در سال 1902 برای مشخص کردن قوام قیر های نیمه جامد به کار برده شده. این درجه بندی معمولا برای قیر های حاصل از باقیمانده برج تقطیر اتمسفریک بوده که بعدا تحت فرآیندهایی مثل تقطیر در خلاء تبدیل یا شکست حرارتی اکسیداسیون جزیی با روش هایی مثل هوادهی و رسوب گذاری از طریق حلال قرار می گیرد ، می باشد. ترکیبی از این فرآیندها نیز می تواند گرید های مختلفی از درجه بندی نفوذی را ارائه دهد.درجه بندی نفوذی قیر براساس آزمایش درجه قیر تعیین می شود(یوسفی ، علی اکبر . (1383 مقادیر درجه بندی نفوذی معمولا با مشخصات زیر ذکر می شود :
- درجه نفوذ در (77 ˚F) , 25˚C
- نقطه اشتعال بر حسب درجه فارنهایت
- کشش قیر در (77 ˚F) , 25˚C
- حلالیت در تری کلرو اتیلن
- آزمایش بر روی قیر باقی مانده از لعاب نازک قیر ( 325 ˚F ), 163 ˚C به مدت 5 ساعت و سپس افت حرارتی
- درجه نفوذ قیر باقیمانده بر حسب درصد قیر اولیه
- کشش قیر باقیمانده در (77 ˚F) , 25˚C
در این درجه بندی عمق درجه نفوذ بطور تجربی و آن هم فقط بطور تقریبی به عملکرد بایندر قیری مرتبط می شود.بدین ترتیب بایندر قیری که درجه نفوذ بالایی داشته باشد قیر نرم نامیده شده و در مناطق سرد به کار میرود و برعکس بایندر قیری با درجه نفوذ پایین ،قیر سخت نامیده شده و برای شرایط آب و هوایی گرم به کار می رود(شمشیری ، مصطفی (1382
جدول 1-2 انواع قیر درجه بندی نفوذی و کاربرد های آن(صاحبی ، زهرا (1383
هرواحد درجه نفوذ به عنوان محدوده ای از نفوذ بر حسب mm1/0می باشد.
در جدول زیر مزایا و معایب درجه بندی نفوذی را می توان بصورت کلی ملاحظه نمود.
جدول 2-2 مزایا و معایب درجه بندی نفوذی (صاحبی ، زهرا (1383
2-2 درجه بندی بر اساس گرانروی
در اوایل 1960 یک سیستم درجه بندی اصلاح شده که تا اندازه ای از معیارهای علمی برخوردار بود براساس آزمایشات گرانروی بدست آمد. این آزمایش علمی جایگزین آزمایش نفوذ که کاملا تجربی بود ، شد و برای تعیین مشخصات قیری به کار میرود. این درجه بندی بر اساس مشخصات زیر تعیین می گردد.
-ویسکوزیته در (144˚F) 60˚ C
- ویسکوزیته در (275˚F) 135˚ C
- درجه نفوذ در (77˚F) 25˚ C
-نقطه اشتعال بر حسب درجه فارنهایت
- کشش قیر در (77˚F) 25˚ C
-حلالی در تری کلرو اتیلن
