بخشی از مقاله
چکیده
مشکلات بوجود آمده در تراکم مخلوطهای سوپرپیو در دهه های 1980و1990 باعث شد که سازندگان ادوات راهسازی، غلتکهای ویبره تولیدی خود را با ابعادی بزرگتر، سنگین تر و با فرکانس لرزشی بیشتری ارتقا دهند. در پاره ای از موارد، این غلتکها آنقدر قدرتمند بودند که در زمان عملیات تراکم باعث شکست مصالح سنگدانه ای آسفالت، ایجاد ترک در مخلوط آسفالتی پخش شده و وارد آمدن آسیبهای سازه ای جدی به ساختمانهای مجاور و تاسیسات شهری مدفون در زیر آسفالت میگشتند. بهره گیری از تکنولوژی نوسانی در ابتدا در کشور آلمان در سال 1983 توسعه یافت و پس از گذشت چندین سال از بهره گیری آن در قاره اروپا، این غلتکهای نوسانی در سال 2003 به کشور آمریکا معرفی گردید.
سیستم غلتکهای نوسانی از دو وزنه مقابل هم که بصورت گریز از مرکز عمل نموده و در یک راستا بدور محور غلتک گردش می نماید تشکیل یافته و یک حرکت جنبشی را در غلتک ایجاد می کنند. این حرکت جنبشی، نیروی برشی به سمت بالا و پایین و افقی را ایجاد می کند که تراکم بیشتری را در بتن آسفالتی ایجاد خواهد نمود که حتی این میزان تراکم در مخلوطهای آسفالتی با درجه حرارت های پایین نیز محسوس است.
در کشور ایران طی یک شیوه سنتی عملیات تراکم آسفالت از طریق غلتکهای لاستیکی تامین میگردد. عبور مداوم و بی وقفه این غلتکها پس از اتمام عملیات پخش تا زمان کسب تراکم مورد نظر علاوه بر مشکلات هدایت ترافیکی، هزینه بالایی از بابت نیروی انسانی و تجهیزات را طلب می نماید. لذا سعی بر این شده است که در این مقاله ضمن معرفی مشخصات و مزایای این غلتکها، قدمی در جهت جایگزینی روشهای نوین تراکم در مقایسه با سیستمهای معمول کنونی در کشور ایران برداشته شود.
-1 مقدمه
یکی از کلیدی ترین پارامترهای تاثیرگذار بر عملکرد مناسب و طولانی مدت روسازی های بتن آسفالتی راهها، دستیابی به درصد تراکم مناسب در مخلوط آسفالتی در زمان پخش میباشد. در پروسه تراکم مخلوطهای آسفالتی گرم - HMA - سه رویداد اصلی در مخلوط آسفالتی بوقوع می پیوندد که عبارت است از:
- 1 مصالح سنگی آغشته به قیر به یکدیگر فشرده میشوند.
- 2 درصد فضای خالی مخلوط کاهش می یابد.
- 3 تراکم مخلوط آسفالتی افزایش می یابد.
✓ با فشرده شدن سنگدانه های موجود در مخلوط آسفالتی، سطح تماس سنگدانه ها با یکدیگر بیشتر و میزان اصطکاک بین ذرات افزایش می یابد. این پدیده باعث افزایش استحکام مخلوط آسفالتی و ارتقاء مقاومت سازه ای روسازی میگردد.
✓ کاهش درصد فضای خالی آسفالت تا حد بهینه - در حدود %3 تا - %8 باعث میگردد که روسازی تقریبا نفوذناپذیر شده و از ورود آب و هوا به داخل مخلوط آسفالتی جلوگیری گردد. از اینرو خرابی هایی از جمله: سخت شدگی قیر آسفالت، عریان شدگی و پدیده ذوب و یخبندان به حداقل ممکن تقلیل می یابد.
✓ در نهایت غلتک میبایست تراکم مورد انتظار را در مخلوط آسفالتی ایجاد نماید. در غیر اینصورت پس از بازگشایی مسیر بر روی ترافیک عبوری، بدلیل متراکم شده مخلوط آسفالتی در مسیر چرخ وسایط نقلیه، پدیده شیارشدگی در سطح آسفالت ایجاد گردد که مشکلات ایمنی را به همراه خواهد داشت.
-2 تاریخچه
در سالیان نخستین اجرای عملیات آسفالتی در سطح جهان، تراکم مخلوط آسفالتی توسط غلتکهای فولادی تامین میگردید. تراکم ایجاد شده، حاصل از نیروی عمودی وزن غلتکها بوده که عموما دارای وزنی برابر با 8 تا 12 تن بودند. در اواخر دهه 1950 غلتکهای ویبره به این عرصه پای نهادند. در این روش، نیروی ویبره از طریق نوسان یک وزنه گریز از مرکز با سرعت بسیار بالا که در درون چرخ غلتک تعبیه شده بود، ایجاد میشود. چرخ غلتک از سطح روسازی جدا شده و سپس از طریق نیروی وارده، مجددا به سطح آسفالت برخورد می نماید و باعث متراکم شدن مخلوط آسفالتی میگردد.
میزان تراکم کسب شده تابع عوامل متعددی از جمله وزن غلتک، دامنه نوسان - یا ارتفاع سقوط - چرخ غلتک و تعداد نوسانات چرخ غلتک ویبره در هر دقیقه - فرکانس - میباشد. سرعت حرکت رو به جلوی غلتک و فرکانس بارگذاری میبایستی بگونه ای تنظیم گردد تا حداقل 10 ضربه در هر 30 سانتیمتر 33 - ضربه در هر متر - به سطح آسفالت پخش شده وارد گردد. این پروسه با ایجاد تراکم حداکثر، سطحی هموار را نیز تولید می نماید. غلتکهای ویبره در سالیان متمادی با داشتن عملکردی عالی به عنوان یکی از ادوات تراکم مخلوطهای آسفالتی در سطح جهان شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته اند.
در طی اواخر دهه1980 و اوایل دهه 1990 تحقیقات گسترده ای توسط سازمان شارپ - SHRP - بر روی توسعه مخلوط آسفالتی سوپرپیو انجام پذیرفت و این مخلوط در کشور آمریکا مورد استفاده قرار گرفت. در طرح مخلوط آسفالتی بروش سوپرپیو، افزایش مقاومت روسازی های آسفالتی در برابر سه خرابی عمده آسفالتی مورد توجه بود که عبارت بودند از: تغییرشکل شیارشدگی، ترکهای خستگی و ترکهای ناشی از درجه حرارت های پایین. این مخلوطها بگونه ای طراحی گشته اند تا در مقابل ترافیک عبوری پیش بینی شده و شرایط محیطی مخرب تکرار شونده - چرخه روزانه تنش/ تغییر شکل نسبی - مقاومت نمایند.
بعلاوه این مخلوطهای آسفالتی جدید بگونه طراحی شده اند تا در مقابل شیارشدگی مقاومت نمایند که دلیل آن بهره گیری از مصالح سنگدانه ای با درصد شکستگی بالا و قیرهای سخت تر است و به همین دلیل مخلوط تولیدی با این مشخصات فنی، در برابر عملیات تراکم مقاومت نموده و به سختی متراکم میشوند. - Schericman, 1997:26 - و - Schericman, 2000:58 - برخی از مخلوطها دارای "محدوده نرم" هستند که در آنها عملیات تراکم در یک محدوده دمایی مشخص به سختی انجام می پذیرد. سازندگان تجهیزات راهسازی تلاش نمودند تا این مشکل را از طریق ساخت غلتکهای سنگین تر و با فرکانس لرزشی بالاتر برطرف نمایند.
علی الرغم اینکه این غلتکهای قدرتمند، میزان نیروی تراکم آسفالت را افزایش دادند لیکن در اغلب موارد موجب شکست مصالح سنگدانه ای آسفالت شده و همچنین ترکهایی نیز در مخلوط آسفالتی گرم تازه اجرا شده ایجاد نمودند. بعلاوه خساراتی را نیز در تاسیسات شهری مدفون در زیر آسفالت و ساختمانهای مجاور در عملیات آسفالتی وارد نمودند. پس از مطرح شدن مخلوطهای سوپرپیو، بسیاری از کشورهای اروپایی با مشکلات عدیده ای در زمینه تراکم مخلوطهای بتن آسفالتی گرم دست به گریبان شدند.
خیابانهای باریک درون شهری و وجود ساختمانهای تاریخی واقع در این خیابانها، امکان بهره گیری از این غلتکهای ویبره قدرتمند را در اغلب موارد امکان ناپذیر مینمود. بر این اساس ایده ساخت و بهره گیری از غلتکهای نوسانی توسعه داده شدند. این غلتکها غیرمخرب بوده و از دو بخش نیروی استاتیک وزنی و نیروی برشی افقی - بصورت عمود بر نیروی عمودی وزن غلتک - در جهت تراکم بهره می جستند که ضمن غلبه بر مشکلات مطرح در خیابانهای شهری، تراکم قابل قبولی را نیز در آسفالت اجرا شده تامین نمودند. در شکل - 1 - تاریخچه پیشرفت غلتکهای تراکم آسفالت نشان داده شده است.
