بخشی از مقاله
خلاصه
از آنجاییکه تعداد و وزن بارهای وارده بر روسازی ها دائماً در حال رشد می باشد، مهندسان حوزه روسازی همواره در تلاشند تا با استفاده از مواد افزودنی، خصوصیات و مشخصات عملکردی مخلوط های آسفالتی را بهبود بخشند. این اصلاح کننده ها به این علت مورد استفاده قرار می گیرند که قیر نمی تواند عملکرد مناسبی در تمام شرایط محیطی و بارگذاری داشته باشد.
نانو مواد از جمله جدیدترین تکنولوژی هاییست که در علوم مختلف به سرعت در حال پیشرفت می باشد. مزایای فراوان این تکنولوژی سبب گردیده که محققان حوزه روسازی از آن در بهبود مخلوط های آسفالتی مورد استفاده قرار دهند. در این تحقیق به دنبال آن هستیم تا با استفاده از نانو اکسید آهن - Fe2O3 - در ساخت مخلوط های آسفالت ماستیک درشت دانه، مقاومت آن را در برابر پدیده خستگی افزایش داده و طول عمر آن را بهبود بخشیم.
در نتیجه درصد های مختلفی از نانو اکسید آهن به قیر افزوده شده و از آنها در ساخت مخلوط آسفالتی مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج آزمایش خستگی به روش کشش غیر مستقیم نشان می دهد که استفاده از نانو اکسید آهن سبب بهبود مقاومت مخلوط های آسفالت ماستیک درشت دانه در برابر پدیده خستگی می شود.
.1 مقدمه
راه ها به عنوان شریان های اقتصادی هر کشوری بوده که دارای اهمیت ویژه ای می باشد. به همین دلیل زیر ساخت های حمل و نقل و در نتیجه روسازی راه ها همواره به عنوان سرمایه های هر کشوری مطرح هستند. در نتیجه حفاظت از این سرمایه ها از الویت های سیاست گذاری کشورها می باشد. عمر روسازی های آسفالتی در کشورمانمعمولاً بسیار کم تر از دوره طراحی آن می باشد.
برای این امر دلایل بسیاری مانند اجرای ضعیف، عدم انجام عملیات ترمیم و نگهداری به موقع، استفاده از مصالح نامرغوب و غیره وجود دارد. اما یکی از روشهایی که می تواند عمر روسازی آسفالتی را افزایش دهد، ارتقاء مشخصات اجزای تشکیل دهنده مخلوط آسفالتی، یعنی ماده چسباننده قیری و مصالح سنگی می باشد که در سال های اخیر تلاش ها و مطالعاتی در این باره در سرتاسر دنیا و کشور عزیزمان صورت گرفته است. یکی از روش های ارتقا مشخصات آنها استفاده از مواد افزودنی می باشد. مهم ترین عواملی که در به کارگیری مواد افزونی در مخلوط های بتن آسفالتی مؤثر می باشد عبارتند از:
➢ قیمت آسفالت: در صورتی که قیمت مصرفی قیر بالا باشد، بعضی مواد افزونی این خاصیت را دارند که با قیمت پایین تر بتوانند جایگزین مقادیری از قیر مورد نیاز در تهیه بتن آسفالتی شده و باعث صرفه جویی در مقدار قیر مصرفی و در نتیجه کاهش مخارج تهیه آسفالت شوند.
➢ ضخامت کم لایه های آسفالتی حاوی بعضی مواد افزودنی: استفاده از بعضی مواد افزودنی باعث افزایش استقامت و قدرت باربری بتن آسفالتی شده است و استفاده از لایه های آسفالتی نازک تری را امکان پذیر می سازد و در نتیجه مقدار مصالح سنگی و قیر مصرفی کم تر شده و در خیلی موارد، مخارج تهیه و پخش و کوبیدن آسفالت نیز کاهش می یابد.
➢ کاهش عملیات ترمیم و نگهداری و طولانی تر شدن فواصل بین به سازی های عمده: ازدیاد روزافزون ترافیک در راه های اصلی، بستن مسیر و بهسازی و مرمت را مشکل می کند. هم چنین با بالا رفتن مخارجمرّمت، به کار گرفتن آسفالت هایی با کیفیت بهتر را بیش از پیش ضروری می سازد. با استفاده از مواد افزودنی مختلف می توان خواص مکانیکی بتن آسفالتی را در دراز مدت بهبود بخشید و میزان بهسازی و مرمت را کاهش داد.
➢ به کار گرفتن تولیدات جدید صنعتی و وسائل جدید در تولید و اجرا: پیشرفت صنایع و افزایش تنوع در تولیدات جدید، هر روزه مواد جدیدی را به بازار عرضه می کند که می توان در تهیه بتن آسفالتی از آن استفاده کرد. پیشرفت تکنولوژی راهسازی، استفاده از چنین موادی را در بتن های آسفالتی امکان پذیر می کند. هم چنین، به بازار آمدن ماشین آلات و وسایل آزمایشگاهی دقیق تر و مدرن تر، کارکردن با آسفالت های مخلوط با مواد جدید را عملی و آسان می سازد. امروزه استفاده بهینه از خواص مواد معمول و در دسترس، مواد ویژه ای تهیه می شود کهاثرات کاملاً متفاوتی با تصورات انسان ها دارد.
گروهی از این مواد که امروزه تحت عنوان دانش نانو تکنولوژی ارائه می شود به دلیل مشخصات ویژه مواد در مقیاس نانو باعث ایجاد خواص ویژه ای می شود که در تولید و اصلاح مواد مختلف کاربرد پیدا کرده است. متأسفانه هنوز به کاربرد این دانش در علم روسازی توجه خاصی نشده است. در این تحقیق از نانو اکسید آهن به عنوان ماده ای که کاربرد آن به دلیل ویژگی های بسیار جالب آن در صنایع مختلف رو به گسترش می باشد به عنوان اصلاح کننده قیر استفاده می شود. در این تحقیق تاثیر اصلاح قیر با نانو اکسید آهن بر مقاومت مخلوط های آسفالت ماستیک درشت دانه - - SMA در برابردیده خستگی مورد بررسی قرار می گیرد.
.2 آسفالت ماستیک درشت دانه - SMA -
دست یابی به تکنولوژی آسفالت ماستیک سنگ دانه - SMA - و شیوه نوین تولید و استفاده از الیاف مسلح کننده در دهه 1960در آلمان انجام شد.[1] این محصول در برابر تغییر شکل های ناشی از ترافیک سنگین در دماهای بالا مقاومت بسیار خوبی را از خود نشان داد و تولید آن فراگیر شد، تا جایی که استاندارد آلمان و استاندارد مشابه در سایر کشورها در اروپای قاره، شرق دور و ایالات متحده آمریکا انتشار یافت .[2]
کاربردهای معمول آن در اروپا شامل استفاده در راه های با ترافیک سنگین، تاکسی وی ها و ران وی های فرودگاه ها، لایه آسفالتی عرشه پل ها، سطح مخازن و ایستگاه های اتوبوس می شد .[3] در ایالات متحده، تکنولوژی SMA در اوایل دهه 90 دچار یک تحول شد و از آن پس در سطح وسیعی قرار گرفت، پس از آن استفاده از SMA در ایالات متحده روند رو به رشد چشم گیری داشته است. این مخلوط آسفالتی تاکنون به دفعات در ایالات متحده آمریکا مورد استفاده قرار گرفته است .[4]
از آسفالت ماستیک درشت دانهعمدتاً به عنوان قشر رویه در مناطق گرمسیر و راه های با آمد و شد زیاد و بار محوری سنگین استفاده می شود. این آسفالت به دلیل استفاده از مصالح سنگین صد در صد شکسته و مرغوب، مصرفنسبتاً زیاد سنگ دانه های بزرگ تر از 4/75 میلی متر در مقایسه با دانه بندی های پیوسته، با ساختار تماس سنگ دانه های درشت به یکدیگر که عامل افزایش استحکام و مقاومت آسفالت در مقابل شیار افتادگی و تغییر شکل دائم می شود و مصرفنسبتاً زیاد قیر، از پایائی و دوام زیادتری نیز برخوردارد است.
.1,2 خستگی مخلوط های آسفالتی
خستگی عبارت است از پدیده شکست بر اثر تکرار بار و تغییر و تناوب دینامیکی بار که ممکن است حتی کمتر از مقاومت نهایی استاتیکی آسفالت باشد. همچنین مقاومت خستگی یک مخلوط آسفالتی برابر است با توانمندی مخلوط در مقابل بارهای خمشی تکراری بدون شکست. اندازه گیری خصوصیات خستگی نمونه های مخلوط آسفالتی در محدوده های ترافیکی، آب و هوایی و شرایط محیطی مختلف اهمیت ویژه ای دارد و فرآیند مهمی درطراحی روسازی های آسفالتی جدید می باشد.[5]
خستگی در اثر تنش ها و کرنش های تکراری ناشی از بارهای ترافیکی وارده بوجود می آید به طوری که به مرور زمان منجر به کاهش سختی روسازی شده و باعث بروز ترک هایی در زیر لایه و پیشرفت آن به سطح روسازی می شود و در نهایت با گسترش ترک ها در جهت های مختلف به صورت شبکه ای از ترک بنام ترک های پوست سوسماری نمایان می گردد. هزینه زیاد انجام آزمایش خستگی در آزمایشگاه و طولانی بودن انجام این آزمایش از مشکلات اصلی در زمینه بررسی رفتار خستگی مخلوط های آسفالتی می باشد.[6] عوامل و پارامترهای متعددی می تواند بر رفتارهای خستگی مخلوط آسفالتی تاثیر گذار باشد که عبارتند از:
· ضخامت لایه آسفالتی
· خصوصیات مخلوط بتن آسفالتی
· پیرشدگی
· دوام قیر
· درصد قیر
· درصد فضای خالی
· نوع ویسکوزیته قیر
· نوع و شکل دانه بندی مصالح
· فیلر
· سختی مخلوط
