بخشی از مقاله
خلاصه
حساسیت رطوبتی، تمایل مخلوطهای آسفالتی بهسوی برهنگی است. شستشوی هیدرولیکی در اثر اعمال بار ترافیکی، مهمترین عامل جدا شدن قیر از سنگدانه در مخلوطهای آسفالتی اشباع میباشد. در این تحقیق با استفاده از روش تحلیلی، میزان شدت و مدتزمان فشار تایر روی سطح روسازی و همچنین، مدتزمان تلفشده برای آبی که از زیر چرخ جریان مییابد، محاسبه شد. با توجه به تحلیلها و مباحث انجامگرفته، مشاهده شد فشار حفرهای آب نقش عمدهای میتواند در برهنگی مخلوطهای آسفالتی داشته باشد. این فشار حفرهای ممتد، جزئی از مکانیسم شستشوی هیدرولیکی بهحساب میآید. با توجه به اینکه، در روشهای رایج آزمایشگاهی بررسی پتانسیل برهنگی، مکانیسم شستشوی هیدرولیکی لحاظ نشده است، بهتر است که مکانیسم فشار و مکش آب در داخل روسازی زیر بارهای چرخ شبیهسازی شود.
کلمات کلیدی: مخلوطهای آسفالتی، حساسیت رطوبتی، عریانشدگی، Hydraulic Scouring، شستشوی هیدرولیکی
1.مقدمه
حساسیت رطوبتی، تمایل مخلوطهای قیری بهسوی برهنگی است. مشکل مذکور از ابتدای پیدایش تکنولوژی مخلوطهای قیری، مدنظر طراحان بوده است. یکپارچگی کم یک بتن آسفالتی به خاطر سست شدن اتصال میان مصالح دانهای و قیر بهعنوان برهنگی شناخته میشود. علت اصلی این پدیده در مخلوطهای آسفالتی از بین رفتن چسبندگی بین قیر و سنگدانهها میباشد.[1]برهنگی معمولاً در لایههای پایین شروع میشود و تدریجاً به سمت بالا کشیده میشود. تشخیص برهنگی خیلی سخت است و ممکن است سالهای زیادی طول بکشد تا در سطح جاده ظاهر شود. بنابراین بدون باز کردن سطح روسازی و انجام آزمایشهای مخرب، تشخیص این مشکل صرفاً بر اساس مشاهدات سطح روسازی در مراحل اولیه کار دشواری است.
لذا بهترین راه برای ارزیابی این مشکل، استفاده از تستهای آزمایشگاهی برای بررسی پتانسیل وجود این مشکل در مخلوطهای آسفالتی است.[2] امروزه تستهای آزمایشگاهی زیادی برای بررسی خرابی رطوبتی وجود دارد، که در این میان آزمایش خزش دینامیکی و استاتیکی نسبت به سایر آزمایشات سنتی، توانسته بهتر شرایط واقعی را شبیهسازی کند4]،.[3 تستهای آزمایشگاهی باید در شرایطی بر روی نمونهها انجام شود که بتواند شبیهسازی خوبی از واقعیت را داشته باشد؛ و این مهم نیاز به تحلیلهای دقیق از رفتار مخلوطهای قیری در شرایط بارگذاری واقعی را میطلبد. در این مقاله سعی شده با بررسی مکانسیمهای مختلف برهنگی و پرداختن به مؤثرترین آن، یک روش تحلیلی برای شبیهسازی این مکانیسم انجام گردد.
2.مروری بر تحقیقات گذشته
محققان 6]،5،[1، مکانیسمهای تفکیک، جابهجایی، امولسیون خودبهخودی، فشار آب حفرهای و شستشوی هیدرولیکی را پنج مکانیسم اصلی برهنگی معرفی میکنند. بنا بر عقیده برخی محققان، شستشوی هیدرولیکی سنگدانهها در اثر اعمال بار ترافیکی، مهمترین عامل جدا شدن قیر از سنگدانه در رویههای آسفالتی اشباع میباشد7]،.[1 زمانی که یک چرخ از روی سطح روسازی اشباع حرکت میکند، آب در داخل حفرههای سازه روسازی در جلوی بار متحرک با فشار وارد میشود و بلافاصله از پشت بار بیرون میجهد. فشار حفرهای در بالای روسازی در حدود 200 تا 600 کیلو پاسکال متغیر است. فشار حفرهای به فشار مکش اطلاق میشود.
بهطوریکه کالبد جامد با قالب پوشانده شده و آب از داخل فضای خالی مکیده میشود. این پدیده به عامل شستشوی هیدرولیکی که سبب برهنگی در قیر است اطلاق میشود. بنابراین لایههای سطحی محکم چسبیده در محلهایی که بارهای اعمالی بزرگ هستند، توسط سرعت سریع مد آب معکوس برهنه میشوند.[8] شستشوی هیدرولیکیعموماً توسط بازرسیهایی که از نمونههای روسازی برهنه شده انجام میگیرد، مشخص میشود زیرا برهنگی اغلب در لایههای پایین مخلوطهای آسفالتی شروع میشود و رو به بالا پیشرفت میکند9]،.[1 Taylor و [8] Khosla، دلیل این رفتار را اینگونه تشریح کردهاند که، آسفالت در لایههای پایین روسازیمعمولاً تحت بارهای اعمالی به سطح تحت کشش قرار میگیرد و با در معرض قرار گرفتن رطوبت، متأثر میشود.
Kiggundu و همکارانش [10]، از تحقیقات خود نتیجه گرفتهاند که اثر فشار حفرهای ایجادشده از آب فرورفته در خلل و فرج سازهای تحت بار ترافیک سنگین و سیکلهای ذوب و یخ، مشدد میشود. تحت بار ترافیکی سنگین، آب محبوس شده در فضاهای خالی تحتفشار و مکش جریان مییابد که موجب شستشوی هیدرولیکی میشود و پی آمد آن برهنگی آسفالت است.اثر نفوذپذیری و سرعت وسیله روی فشار حفرهای آب در روسازیها توسط Novak و همکارانش [11] موردبررسی قرارگرفته است. در این تحقیق آنالیز المان محدود روی بخشی از نوعی روسازی ضخیم شنی تحت بار ترافیکی و حالت تمام اشباع انجامگرفته است. فشار حفرهای برای مقادیر مختلف نفوذپذیری و سرعت وسایل اندازهگیری شده و آنالیز نشان داده که برگشت اعظم فشار حفرهای در مدتزمان اعمال بار 0/2 ثانیه رخ میدهد.
3.ملاحظات تئوری
قبل از اینکه یک روش کار منطقی را بتوان گسترش داد، ضروری است نگاهی به ملاحظات تئوری برای خرابی رطوبتی در مخلوطهای قیری انداخته شود. این ملاحظات مربوط به موارد خاصی است که نیاز است توسعه یابند. ازاینرو در این مورد، هدف توسعه یک پروسه برای شبیهسازی شستشوی هیدرولیکی به سبب ایجاد فشار حفرهای مکرر است .یک نگاه به کار انجامشده توسط Novak و همکارانش [11]، معلوم میکند که فشار حفرهای قابلتوجهی زیر اعمال بار چرخ زمانی که روسازی اشباع است، ایجاد میشود. در این تحقیق لایههای روسازی در همه جهات، بهجز زیر چرخ بارگذاری شده و پایین بستر، نفوذپذیر فرض شدند. اگرچه این حالت ممکن است فقط در آزمایشگاه رخ دهد ولی در اکثر انتهای حالات یکی از لایههای میانی نفوذناپذیر میشود و آب در لایه پایینی یا بالایی و در همه جوانب - اثر وان حمامی - محبوس میشود.
فشار حفرهای در این حالت اکثر به حالت اشباع غیر زهکشی مربوط میشود تا به حالت زهکشی شده. برای تعیین فشار آب حفرهای گسترشیافته تحت بار چرخ با توجه به رفتار روسازی غیر زهکشی، یک آنالیز المان محدود بهکاربرده میشود.به همین منظور، همان نمونه از یکلایه روسازی فرض شده توسط Novak و همکارانش [11]، با همان بارگذاری و شرط مرزی جامد بهکاربرده میشود. از نتایج آنالیز غیر زهکشی و مقایسه با نتایج بهدستآمده برای حالت زهکشی توسط Novak و همکارانش به نظر میرسد که حالت فشار حفرهای زهکشی نشده تقرباًی 200 کیلو پاسکال بزرگتر از فشار حفرهای حالت زهکشی شده است - شکل. - 1نتایج زیر میتواند از ملاحظات تئوری به دست آید:
- 1 یک فشار حفرهای خیلی بالا، متجاوز از600 کیلو پاسکال، میتواند در لایههای فوقانی روسازی آسفالتی وجود داشته باشد.
- 2 فشار حفرهای ایجادشده تحت حالت زهکشی نشده اشباع بیشتر از فشار ایجادشده در حالت زهکشی شده است.
3 - اثر فشار حفرهای روی شستشوی هیدرولیکی مخلوطهای روسازی با بار ترافیک بالا افزایش مییابد.
4.تحلیل و مباحث
روش تحلیلی که در ادامه آورده شده است، میزان شدت و مدتزمان فشار تایر روی سطح روسازی، و مدتزمان تلفشده توسط آب تا از زیر چرخ جریان یابد را، محاسبه میکند.فرض کنید: =w وزن کامیون =N تعداد تایر=L طول تایر در تماس با سطح =W عرض تایر در تماس با سطح=LW=A مساحت - سطح - تایر در تماس با سطح =P فشار اعمالشده به سطحیادآوری میشود که فشار بهعنوان نیرویی که در واحد سطح وارد میشود، تعریف میشود. بنابراین فشار اعمالشده به سطح توسط معادله زیر به دست میآید:بهعنوانمثال، برای یک تریلر 18 چرخ با وزن 32 تن، و سطح تماس تایر با سطح روسازی که عرضش 200 - W - میلیمتر و طول - L - تماس 159 میلیمتر است،فشار تقریباً 548 کیلو پاسکال به دست میآید.
برای تخمین طول زمان موردنیاز برای حالتی که آب در زیر تایر فشرده میشود و بعد یکمرتبه آب تحت نیرویی به بیرون پاشیده میشود، المانی همانند شکل 2 در نظر گرفته میشود. با فرض w وزن فشار رو به پایین روی سطح A با طول L و عرض W، فشار همان مقدار بهدستآمده از رابطه بالا خواهد بود. با توجه به اصل بقای انرژی، فشار برابر انرژی جنبشی چگالی آبی است که از اطراف خارج میشود. ازاینرو میتوانیم بنویسیم:
