بخشی از مقاله
خلاصه
روسازیهای آسفالتی برای مقاومت در مقابل خرابیهای بنیادی از جمله: شیارشدگی، خستگی و ترکخوردگی دماهای پایین طراحی میشوند. عملکرد مخلوط آسفالتی بستگی به نوع قیر و مصالح سنگی مصرفی و خصوصیات حجمی مخلوط آسفالتی دارد که باید برای شرایط آب و هوایی و محیطی محل مورد نظر طراحی گردد. تحقیقات نشان داده است، خصوصیات قیر در خصوصیات ویسکوالاستیک و کنترل زمان و میزان بروز خرابیهای بنیادی مخلوطهای آسفالتی بسیار مؤثر است.
بنابراین محققان در پی بدست آوردن روشی سریع، کم هزینه و با دقت بالا هستند تا با استفاده از کنترل رفتار قیر مقاومت شیارشدگی، عمر خستگی و ترکهای حرارتی در دماهای پایین را کنترل کنند. تحقیقات در راستای سنجش صحت و دقت آزمایشات جدید قیر همچنان ادامه دارد. در این مقاله اعتبار آزمایش جاروب دامنه خطی مورد ارزیابی قرار گرفت. با توجه به اعمال کرنشهای متعدد و انجام آزمایش در دمای عملکردی این آزمون شرایط بارگذاری در حوزه میدانی را به خوبی مدلسازی میکنند. تحقیقات انجام شده تقریبا دقت نتایج این آزمایش را تایید میکنند. میتوان انتظار داشت با انجام تحقیقات بیشتر و اصلاحاتی چند در طرح آزمایش همبستگی نتایج آزمایش جاروب دامنه خطی را با نتایج دادههای میدانی افزایش داد.
1. مقدمه
پدیده شکست بر اثر تکرار، تغییر و تناوب دینامیکی بار خستگی نامیده میشود، که ممکن است حتی کمتر از مقاومت نهایی استاتیکی مخلوط آسفالتی باشد. اندازه گیری خصوصیات خستگی نمونههای مخلوط آسفالتی در محدودههای ترافیکی، آب و هوایی و شرایط محیطی مختلف اهمیت ویژهای دارد و فرآیند مهمی در طراحی روسازیهای آسفالتی جدید میباشد
عوامل تاثیرگذار بر روی رفتار خستگی مخلوطهای آسفالتی شامل مشخصات مواد تشکیل دهنده مخلوط آسفالتی - درصد هوا، نوع و مقدار قیر، ضخامت غشای قیر، مشخصات رئولوژیکی قیر و نوع و دانهبندی مصالح سنگی - و شرایط بارگذاری - روش آزمایش، دما، مد بارگذاری، زمان استراحت بین بارهای متوالی، اندازه و فرکانس پارامترهای تنش یا کرنش که در طول آزمایش کنترل میشوند - میباشند.
با نگاه اجمالی بر این عوامل میتوان دریافت اگرچه قیر سهم وزنی کمی در مخلوط آسفالتی دارد، نقش بسزایی در رفتار خستگی روسازی ایفا میکند. بنابراین میتوان انتظار داشت با تغییر در نوع قیر و ثابت نگه داشتن عوامل مختلف، بتوان تاثیر خصوصیات خستگی قیر را در میزان مقاومت خستگی روسازی بتن آسفالتی بررسی نمود. با استفاده از آزمایشهای جدید خستگی قیر و آزمایشهای خستگی بتن آسفالتی میتوان انتظار داشت، با بدست آوردن یک رابطه بین پارامتر خستگی قیر و پارامتر خستگی آسفالت بتوان با صرف هزینه و وقت کمتر تاثیر افزودنیهای مختلف روی مقاومت خستگی روسازی را بدست آورد.
2. آزمایشات خستگی قیر
قیر بریسکو1 در سال 1987 نشان داد میتوان با استفاده از دستگاه رئومتر برش دینامیکی2 که در شکل - 12-2 - آمده است، رفتار ویسکوالاستیک قیر را در دمای بالا و میانی مورد بررسی قرار داد .[2] در ادامه بهیا3 و اندرسون4 در سال 1993 نشان دادند میتوان رفتار ویسکوالاستیک مواد را با استفاده از انرژی ذخیره شده و از دست رفته مورد ارزیابی قرار داد و توازن انرژی به خواص رئولوژیکی قیر وابسته است که خود به دما و نرخ بارگذاری نیز بستگی دارد .بهیا و همکارانش در سال 1995 روابط بین مدول پیچیدگی، مدول ذخیره، مدول کاهش و زاویه فاز را تعیین نمودند
بنابراین استاندارد آزمایش مقاومت برشی دینامیکی قیر تهیه گردید که در استاندارد آشتو - AASHTO T 315-08 - آمده است. این آزمایش در دمای 6 الی 88 درجه سانتیگراد، فرکانس 10 هرتز و بار اعمالی 100 پاسکال الی 10 مگاپاسکال با استفاده از دستگاه رئومتر برش دینامیکی انجام میشود.
تحقیقات نشان داد نتایج آزمایش مقاومت برشی دینامیکی به خوبی اثر پیر شدگی بلند مدت را بر روی خواص قیر نشان میدهد، اما ارزیابی واقعی از مقاومت در برابر خرابی را شامل نمیشود. همچنین تاثیر ساختار روسازی و نوع بارگذاری ناشی از ترافیک را لحاظ نمیکند و تنها در یک دامنه بارگذاری مشخص انجام میشود و برای قیرهای اصلاح شده پلیمری نتایج قابل قبولی را ارائه نمیدهد. بنابراین نیاز به یک آزمون جامع برای تعیین مشخصات خستگی قیرهای خالص و اصلاح شده، محققان را بر آن داشت تا آزمونی جامع ابداع کنند.
بهیا و همکارانش در سال 2001 نشان دادند، مشخصات خرابی قیر با خرابیهای مخلوط آسفالتی مرتبط میباشند. آنها در طول پروژه NCHRP10-9، با استفاده از دستگاه رئومتر برش دینامیکی یک روش آزمون بارگذاری متناوب برای ارزیابی مقاومت خستگی قیر ارائه دادند و آن را آزمون جاروب زمان نامیدند .[5] در ادامه اندرسون و همکارانش در سال 2001 و مارتونو5 و همکارانش در سال 2007 نشان دادند این آزمایش خرابی ناشی از خستگی نمونه تحت بارگذاری متناوب را توصیف نموده و تحت شرایط مورد نظر برای رسیدن به معیارهای عملکرد خستگی مناسب میباشد.
همچنین به منظور در نظر گرفتن کرنشهای مختلف روسازی بر اساس ساختار روسازی و بارگذاری ترافیک، میتوان دامنههای بار مناسبی را به نمونهها اعمال نمود. با این حال روند این آزمایش وقت گیر بود و در نتیجه استفاده از آن به عنوان یک آزمایش کاربردی غیر عملی خواهد بود 7 ]و.[6 به تازگی، چند روش آزمون برای جایگزینی آزمون جاروب زمان تحت بررسی قرار گرفته اند. روشهای تسریع یافته جدید نیاز به زمان بسیار کمتری دارند.
در این راستا جانسون6 همکارانش در سال 2009، آزمایش انرژی جاری شدن قیر7 را ابداع کردند که رابطه امیدوار کنندهای با عملکرد خستگی روسازی دارد، اما خصوصیات اساسی ماهیت رشد خرابی در طول آزمایش، برای برخی از قیرهای اصلاح شده به وضوح مشاهده نمیشود .[8] در ادامه تحقیقات مارتونو و بهیا در سال 2008 نشان داد که میتوان از روش جاروب دامنه خطی برای نشان دادن عملکرد خستگی قیر استفاده نمود
3. آزمون جاروب دامنه خطی1
آزمایش جاروب دامنه خطی طبق استاندارد AASHTO TP-101 انجام میشود و شامل یک سری از بارهای چرخهای است که دامنه کرنش آن بصورت سیستماتیک خطی در فرکانس ثابت 10 هرتز افزایش مییابد. این آزمایش در دستگاه رئومتر برش دینامیکی، بر روی نمونههای پیر شده در آزمایش RTFO و یا PAV، با استفاده از دو صفحه موازی به قطر 8 میلیمتر با فاصله استاندارد 2 میلیمتر انجام میشود. آزمایش جاروب دامنه خطی شامل دو مرحله است که مرحله اول یک آزمون جاروب فرکانس با دامنه کرنش بسیار پایین 0.1 درصد برای به دست آوردن خواص سالم ماده میباشد. در این مرحله بارگذاری در حالت کرنش ثابت 0.1 درصد با فرکانسهای 0.2، 0.4، 0.6، 0.8، 1، 2، 4، 6، 8، 10، 20 و 30 هرتز صورت میگیرد.
دادههای مربوط به ** - برحسب پاسکال - و - برحسب درجه - برای هر فرکانس ثبت و به صورت نمودار ترسیم میگردد. بلافاصله پس از آزمون جاروب فرکانس که هیچ خسارتی در این مرحله به نمونه وارد نمیشود، آزمون جاروب دامنه را انجام میگیرد. بارگذاری با 100 چرخه بارگذاری سینوسی در کرنش 1 آغاز میشود. سپس در هر مرحله به ازای افزایش 1 درصدی میزان کرنش اعمالی، 100 سیکل بارگذاری انجام میشود. مراحل بارگذاری بین 1 الی 30 کرنش برای ارزیابی مقدار خرابی پیشنهاد شده است. انجام هر دو آزمایش حدود 10 دقیقه بعلاوه زمان آماده سازی دستگاه و نمونه طول میکشد.
نتایج این آزمون را میتوان با استفاده از روش خرابی محیط پیوسته ویسکوالاستیک - VECD - ، که به طور گسترده در مدلسازی رفتار خستگی قیر و بتن آسفالتی استفاده شده است، تجزیه و تحلیل نمود. مزایای اصلی استفاده از روش VECD این است که میتوان از نتایج حاصل از اجرای آزمون تنها در یک شرایط خاص برای پیش بینی رفتار مواد تحت شرایط متغیر گوناگون استفاده نمود. برنامههای VECD طبق تئوری پتانسیل کار شیپری2 رشد خرابی را مدلسازی میکنند.
4. تحقیقات انجام شده در زمینه خستگی قیر با استفاده از آزمایش جاروب دامنه خطی قیر
تحقیقات بهیا و جانسون در سال 2010 نشان داد اگرچه مقدار عمر خستگی تخمین زده شده با استفاده از آزمون جاروب زمان و آزمون جاروب دامنه برای هر یک از قیرهای بکار برده شده متفاوت میباشد، اما زمانی که مقادیر دو روش آزمایش در برابر یکدیگر رسم گردد، یک ارتباط قوی بین دادهها مشاهد میشود و میتوان یک رابطه خطی برای تعیین عمر خستگی اندازه گیری شده با آزمایش جاروب زمان، با استفاده از نتایج آزمایش جاروب دامنه برقرار کرد که در شکل - - 14-2 و - 15-2 - نشان داده شده است
