در اين مقاله، تاثير نوع فيلر در مشخصات مکانيکي و مقاومتي مخلوطهاي آسفالتي مورد بررسي قرار مي گيرد. اين مشخصات شامل مقاومت مارشال، رواني و مدول برجهندگي نمونه هاي آسفالتي مي باشند. سه نوع فيلر شامل: پودر سنگ، سرباره کارخانه ذوب آهن و سيمان مورد بررسي قرار گرفته است. مقدار فيلر مورد استفاده در طرح اختلاط برابر 9 درصد و بطور ثابت درنظر گرفته شده است. همچنين، تاثير درصد قير بکار رفته در هر طرح با پنج مقدار مختلف درصد قير در هر مخلوط مورد بررسي قرار گرفته است. مقادير قير مورد استفاده در طرح از 5/3 تا 5/5 درصد بطور افزايشي با مقدار افزايش 5/0 درصد بکار رفته است. نتايج نشان مي دهد درصد قير مخلوط تاثير قابل توجهی در نتايج مقاومت مارشال، رواني و مدول برجهندگي نمونه هاي آسفالتي دارد. نتايج همچنين نشان داد که استحکام نمونه های ساخته شده از فيلر سرباره بيش از دو نوع فيلر ديگر است و پودر سنگ در جايگاه دوم از نظر استحکام قرار دارد.
در ايران بالغ بر يکصدهزار کيلومتر راه برون شهري وجود دارد که حدود 70 هزار کيلومتر آن داراي رويه آسفالتي گرم، سطحي و يا ردميکس است. عليرغم اينکه سالانه ميلياردها ريال جهت اجراي رويه هاي آسفالتي در کشور هزينه مي شود هنوزهم در بسياري از مناطق، راهي با کيفيت مناسب براي برقراري تردد وجود ندارد. ضمن اين که افکار عمومي نيز نسبت به عمر و کيفيت روکش هاي آسفالتي بصورت جدي بدبين شده است. علاوه بر اين، با توجه به پراکندگي شهرها و روستاها و نياز به احداث راههاي جديد واضح است که چه حجم وسيعي از مخلوط هاي آسفالتي در سطح کشور استفاده مي شود. افزايش سرعت تردد خودروها و حجم و وزن و وجود مشکلات ناشي از تنوع آب و هوايي کشور و تنوع مصالح و قيرمصرفي و همچنين نبود پيمانکاران و مشاوران مجرب و متخصص در توليد و اجراي آسفالت باعث ايجاد اين وضعيت نه چندان دلچسب شده است. به اين همه، عدم وجود تحقيقات مدون و ميداني در زمينه توليد آسفالت را نيز بايد افزود. علاوه بر اين، استفاده از سرباره کوره ذوب آهن که هم اکنون به عنوان يک تهديد زيست مطرح است، پتانسيل کاربرد در آسفالت و نيز بعنوان پرکننده (فيلر) در مخلوط هاي اسفالتي گرم را دارا مي باشد، چرا که اين اطمينان وجود دارد که با افزايش کيفيت و مشخصات فني مخلوط هاي آسفالتي و افزايش عمر و ماندگاري آنها ضمن مساعدتر شدن قضاوت افکار عمومي به حرفه راهسازي، به رشد اقتصاد ملي کشور نيز کمک شاياني خواهد شد. مطلب ديگر، تخريب عرصه هاي طبيعي و ملي کشور به دليل برداشت بي رويه مصالح سنگي جهت توليد آسفالت در کشور است که بدون پرداخت هيچگونه هزينه اي صورت مي پذيرد. از طرف ديگر، محدوديت مکانهاي توليد سرباره در کشور و غير اقتصادي بودن هزينه حمل در فواصل زياد باعث عدم استقبال عمومي به استفاده از آن در راهسازي به صورت گسترده شده است. در اين تحقيق تاثير استفاده از سه نوع فيلر طبيعي در مخلوطهاي آسفالتي شامل: پودر سنگ سيليسي، سيمان و سرباره کوره ذوب آهن اصفهان بر مقاومت مارشال، درجه نرمي و مدول برجهندگي نمونه هاي آسفالتي مورد بررسي آزمايشگاهي قرار گرفته است. همچنين بحثي در خصوص درصد قير و فيلر بهينه در هر ترکيب انجام شده است.
درباره فيلرها و نقش آن در مشخصات مخلوطهاي آسفالتي گرم تحقيقات فراواني از 85 سال قبل تاکنون انجام شده است. نخستين پژوهش در اين زمينه توسط ريچاردسن در سال 1914 نشان داد که فيلر نقشي فراتر از يک پرکننده در مخلوطهاي آسفالتي دارد و بين فيلر و قير يک فرآيند مرکب فيزيکي شيميايي رخ ميدهد بنحويکه با کاربرد پودرسنگ سيليسي يا آهکي و يا سيمان بعنوان فيلر بدليل آنکه ضخامت بيشتري از غشا قير را جذب ميکند عملکرد بهتري از نسبت به ديگر انواع فيلر دارد. در سال1930 بسياري از تحقيقات انجام شده در اين زمينه به نتايج مشخصي در مورد تعيين خصوصيات اين ماده معدني در رابطه با عملکرد آن در مخلوط هاي آسفالتي منجرگرديدکه البته شامل افزايش مدول سفتي قير خالص و تغييرات اين مدول با نوع و جنس فيلر، نرمي و دانه بندي ميباشد . همچنين مشخص شد که فيلر بر خواص حساسيت حرارتي و برشي مخلوط هاي آسفالتي گرم اثر فراوان دارد . در ميان موسسات علمي که در اين زمينه تحقيقات وسيعي را انجام دادهاند، انستيستو آسفالت نقش ويژهاي داشت و به بررسي اثر همزمان مشخصات فني آسفالت، دانه بندي و گام خميري و خواص فيزيکي از قبيل وزن مخصوص نرمي و سطح مخصوص نيز پرداخت که نتيجه تحقيقات نشان دهنده مکانيسم نقش دوگانه فيلردر مخلوطهاي آسفالتي گرم به شرح مختصر زير بود :
• مخلوط آسفالت گرم از يک سيستم سه بعدي شامل مصالح سنگي قير و فضاي خالي تشکيل ميشود.
• براي آن گروه از مخلوط ها با دانه بندي پيوسته نسبتهاي حجمي تشکيل دهنده تقريبا معادل 72 و17 و 4درصد ميباشد. دراين فضا ضخامت قشر قيري که کليه سطوح جانبي را اندود ميکند متفاوت است. اين ضخامت باتوجه به عواملي نظير مقدار قير مصرفي دانه بندي مصالح سنگي نوع وکيفيت از 9تا 25 ميکرون متغير است.
• در مخلوط آسفالتي بخشي از دانههاي فيلرکه ابعاد آنها از ضخامت غشاء قيري کمتر است بدون آنکه با مصالح درشت تر در تماس باشد در اين غشا قيري فرو ميروندکه در نتيجه، مخلوط حاصل از اختلاط قير و فيلرهاي ريزدانه براي ديگر مصالح سنگي با ابعاد درشتتر، ماده چسبانندهاي به شکل ملات آسفالتي ولي با غلظت بيشتر تشکيل ميدهد.
• بخش ديگر دانه هاي فيلر که ابعادي بزرگتر از ضخامت غشا قيري دارند در شمار ساير سنگدانه هاي در تماس با يکديگر قرار گرفته و در هم قفل وبست ميشوند. اين نقش دو گانه فيلر بطور مشخصي آنرا از ساير سنگدانه هاي ريز و درشت موجود در آسفالت جدا ميکند. آنچه در نمود اين خاصيت دوگانه موثراست دانه بندي مصالح سنگي، درصد قير ،مقدار فضاي خالي و چگونگي ساختار آن و شکل و بافت دانه هاي فيلر ميباشد.
• نتايج تحقيقات بطور خلاصه نشان ميدهد:
1-فيلر سختي قير را افزايش ميدهد و اين نتيجه بر حسب نوع ماده معدني بطور واضح تغيير ميکند.
2- براي يک نوع فيلر معين هرقدر فيلر نرمتر و ريزتر باشد افزايش سفتي قير بيشتر است .
معرفي فيلر
فيلر به عنوان يکي از اجزاي تشکيل دهنده مخلوط هاي آسفالتي نقش مهمي در مشخصات و رفتار مخلوط ايفا ميکند. فيلر نقش يک ماده داخلي براي پرکردن خلا بين مصالح درشت دانه در مخلوط را دارد. از جهت ديگر، فيلر به خاطر نرمي و مشخصات سطحي خود نقش يک ماده فعال را ايفا ميکند. استفاده از فيلر در ايجاد چسبندگي بين قير و توده سنگي نقش مهمي دارد. اين خصوصيات اثر زيادي بر اصلاح خواص مخلوط بتن آسفالتي همچون رفتار مکانيکي درصد قير بهينه دوام و قابليت نفوذ اين مخلوط دارد[12]. در هر نقطه از کشورمان متناسب با وضعيت آب و هوايي و وضعيت جغرافيايي آن و با توجه به مصالح موجود محلي ميتوان با انتخاب قير، مصالح و فيلر مناسب به اصلاح خصوصيات بتن آسفالتي پرداخت که با توجه حجم عظيم مصرف بتن آسفالتي در کشور نتيجه هرتجربه کوچک در اين زمينه ميتواند باعث صرفه جوييهاي بسيار بزرگ در سطح ملي شده و با عنايت به اين موضوع که در سطح کشور هيچ تحقيق مدوني در زمينه کاربرد انواع مختلف فيلر در بتن آسفالتي صورت نگرفته است، توجه به اين مطلب از اهميت خاصي برخوردار است.
مهمترين نقش فيلر در بتن آسفالتي افزايش عمر روسازي و ازدياد مقاومت آن در برابر نفوذ آب است. علاوه بر اين، استفاده از فيلر در بتن آسفالتي سبب ازدياد قدرت باربري، كاهش تغيير شكل نسبي، افزايش مقاومت در برابر ضربه، افزايش مقاومت برشي و فشاري، افزايش كندرواني قير و كاهش شكنندگي آن مي شود، ضمن اينكه مصرف زياد فيلر در بتن آسفالتي باعث سخت شدن مخلوط و مشكل شدن عمليات تراكم ميشود، بطوريكه اگر فيلر را بدون افزايش قير استفاده نمايند، مقاومت مارشال كاهش مييابد. به همين منظور برخي از آيين نامهها نسبت وزني فيلر به قير را به 6/0 تا 2/1 محدود كردهاند. يكي ديگر از وظايف فيلر در بتن آسفالتي پر نمودن فضاي خالي بين حفرات ميباشد. فيلر كه مادهاي با ضخامت كم مي باشد، فاصله خالي بين مصالح سنگي و ذرات قير را پر ميكند. جدول 1، دانه بندي فيلر بتن آسفالتي توصيه شده توسط ASTM و انستيتو آسفالت را نشان مي دهد.
جدول 1. دانه بندي فيلر بتن آسفالتي
شماره الک | درصد رد شده از الک | |
ASTM | انستيتو آسفالت | |
شماره 30 | 100 | 100 |
شماره 50 | 100-95 | 100-95 |
شماره 100 | ---- | 100-90 |
شماره 200 | 100-70 | 100-70 |
مطابق جدول 1، درصد قابل توجهي از فيلر از الک شماره 200 عبور ميکند که اين فيلر بايد عاري از مواد رسي و آلي بوده و گام خميري آن از 4 درصد تجاوز ننمايد. ماده معدني فيلر ميتواند از انواع شامل: گرد سنگ، پودر سنگدانه سرباره کورههاي آهن گدازي، آهک شکفته، سيمان پرتلند و يا انواع مواد معدني مناسب ديگر باشد. فيلر بهنگام مصرف بايد کاملا خشک و به شکل نرمه سنگ روان بوده و اساساً فاقد کلوخه هاي حاصل از بهم پيوستن ومتراکم شدن مصالح و مواد ريزدانه تر باشد.
انواع فيلر
· فيلرهاي طبيعي: به فيلرهايي گفته ميشود که معمولا از پودر کردن مصالح سنگي بدست ميآيد. در تهيه آن فعل و انفعالات شيميايي دخالت ندارند و معمولاً منشا آنها همان سنگدانه هاي مخلوط آسفالتي، ماسه، پودرسنگ سيليس و پودرسنگ آهک است.
·فيلرهاي مصنوعي: فيلرهايي هستند که بصورت مصنوعي تهيه شده و از نظر خواص فيزيکي خود به دو صورت فعال و غيرفعال طبقه بندي ميشوند. فيلرهاي مصنوعي غيرفعال اصولاً هيچ نقشي در خواص فيزيکي و شيميايي قير نداشته و صرفاً بعنوان پرکننده فضاهاي خالي مصالح بکار ميروند. نمونه بارز اين نوع فيلر خرده شيشه است. فيلرهاي مصنوعي فعال در صورت اختلاط با قير روي خواص آن تاثير مشخص و ملموس داردند. از اين نمونه فيلرها ميتوان به سيمان، آهک و سرباره کوره ذوب آهن اشاره نمود. از بين اين سه نوع فيلر، مشخصات سرباره در ادامه تشريح ميشود.
بافت ميکروسکوپيک دانههاي سه نوع فيلر مورد استفاده در اين تحقيق، شامل: پودر سنگ، سيمان و سرباره در شکل 1 نشان داده شده است.
فيلر سيمان |
فيلر سرباره |
فيلر پودر سنگ |
شکل 1. بافت ميکروسکوپيک سه نوع فيلر مورد استفاده در اين تحقيق، شامل: پودر سنگ، سيمان و سرباره
سرباره
تفالههاي کورههاي ذوب چون سبکتر از فلز مذاب است روي آن قرار ميگيرد و از اين رو سرباره ناميده ميشوند. سرباره عبارتست ازماده مذابي که بر اثر فعل و انفعال بين مواد گدازه، سنگ آهن، سوخت و ناخالصيهاياکسيد موجود در فلز بوجود ميآيد و در اثر اين فعل انفعالات، ناخالصيهايي کهنبايد درچدن وجود داشته باشد از آهن خام جدا ميشود. مواد متشکله اصلي سرباره عبارت استاز: MgO , Al2O3 , SiO2 , CaO که جمعا 90 درصدسرباره را تشکيل ميدهند. ده درصد بقيه مواد عبارتند از CaS , MnS, MnO , FeO و غيره. اين اكسيدها به صورت مخلوط يا محلول ساده با يكديگر نبوده، بلكه در درجات بالاتر از نقطه ذوب آنها (1600درجه سانتيگراد و بالاتر) به صورت محلول ساده در ميآيد و درحاليكه هنوز به صورت مايع هستند خواصي از خود بروز مي دهند كه نشان ميدهد محلول سادهاي نيستند بلكه تركيبي از مواد معدني مختلف است. اين چهار اكسيد حداقل از 22 ماده معدني مختلف كه هر يك، تركيب شيميايي و فيزيكي معني داري دارند تشكيل شده و فقط 7 ماده از اين 22 ماده در حد تركيب سرباره كوره بلند قراردارد. سرباره برحسبترکيب شيميايي، خواص فيزيکي و نحوه سرد کردن، موارد کاربرد مختلفي دارد. سرباره را به سه شکل سرد ميکنند و بر حسب نحوه سرد کردن به سه شکل: سرباره سرد شده با هوا، خرد و غربال شده، سرباره دانه دانه شده با آب و سرباره سبک بکار ميرود. شکل و اندازه دانه هاي سرباره کوره بلند بر حسب نوع سرد کردن در شکل 2 نشان داده شده است.
|
|
|
|
|
|
شکل 2. شکل انوع سرباره کورده بلند
سرباره كلوخه اي كوره بلند (سرباره كلوخه اي) خصوصيات فيزيكي و مكانيكي مطلوبي دارد. مزاياي عمده مخلوطهاي آسفالتي ساخته شده از آن به شرح زير است:
• سنگدانه هاي سرباره كلوخه اي كوره بلند خاصيت بازي (9=PH ) دارند. همانند واكنش شيميايي فاز اسيدي قير و فاز بازي سنگدانه، در واكنش شيميايي با يكديگر شركت كرده و تركيب نفوذ ناپذيري در برابر رطوبت به وجود مي آورند. بنابراين، سنگدانه هايي كه خاصيت بازي دارند، در مقابل پديده عريان شدگي مقاومت خوبي از خود ارائه مي دهند.
• بافت سطحي سرباره هاي كلوخه اي زبر و شكل ظاهري آنها تيزگوشه و زاويه دار مي باشد، لذا مخلوط هاي آسفالتي حاوي آنها بعد از خنك شدن قفل و بست مناسبي دارند كه اين باعث بالارفتن مقاومت در برابر گودي مسيرچرخ مي گردد.
• مخلوطهاي آسفالتي حاوي سرباره كلوخه اي كوره بلند به خاطرداشتن سطحي ناهموار، تيزگوشه، حفره دار و سختي بالا، مقاومت اصطكاكي بالايي دارند. سنگدانه كلوخه اي كوره بلند مقدار بالايي از عدد اصطكاكي سنگ(PSV) بر طبق آزمايش812: Part 3 BS برخوردار است. مقدار بالايPSV سنگدانه باعث بالا رفتن مقاومت اصطكاكي مخلوطهاي آسفالتي و روكشهاي ساخته شده از آنها مي گردد.
روش تحقيق و شرح آزمايشات در اين تحقيق از سه نوع فيلر شامل فيلر سربارهي کوره بلند، سيمان و پودر سنگ آهک در تهيه نمونه هاي آسفالتي گرم استفاده شده است. پس از ساخت نمونه ها، آزمايشات تعيين دانه بندي، درجه نفوذ، درصد جذب قير، فضاي خالي، وزن مخصوص، مقاومت مارشال و مدول برجهندگي انجام شده است. در ادامه، روش تهيه نمونه ها، طرح اختلاط، تعداد و نوع نمونه ها و ساير جزئيات ساخت و روش انجام آزمايشات تشريح شده است.
تهيه مصالح براي ساخت نمونه ها با توجه به لزوم يکسان بودن مصالح سنگي، به جز فيلر، در ساخت کليه نمونه ها، مصالح بادامي، نخودي و ماسه از معدن کارخانه آسفالت شهيدکلانتري واقع در شرق اصفهان که از يک کوه آهکي به صورت مصنوعي (انفجار، کوبيت و سرند) توليد ميشود استفاده شده است. کارخانه آسفالت مذکور که از نوع ماريني با ظرفيت 120 تن در ساعت ميباشد، سابقه طولاني در تهيه آسفالت جهت پروژه هاي راهسازي در شعاع 50 کيلومتري شهر اصفهان داشته است.
انتخاب دانه بندي مناسب مصالح با توجه به مشخصات فني ذکر شده در فصل 20 نشريه 101 ( مشخصات فني عمومي راه ) و لزوم يکپارچگي در تهيه کليه نمونه ها، از جدول 20-1 ستون چهارم نشريه مذکور که دانه بندي پيوسته مخلوط هاي آسفالتي را جهت آستر و رويه پيشنهاد کرده است، استفاده شد. اين دانه بندي در جدول 2 نشان داده شده است.
جدول 2. دانه بندي منتخب نشريه 101
اندازه الک (ميليمتر) | 19 | 12/5 | 4/75 | 2/36 | 0/3 | 0/75 |
درصدوزني ردشده از الک | 100 | 100- 90 | 74-44 | 58-28 | 21-5 | 10-2 |
نوع و درصد قير مورد استفاده در اين تحقيق از قير 70-60 توليدي پالايشگاه اصفهان استفاده شده است که مشخصات فيزيکي آن در جدول 3 آمده است.
جدول 3. مشخصات فيزيکي قير مصرفي
خصوصيات | قير A | استاندارد |
چگالي ويژه | 1/019 | ASTM D70 |
نفوذ درآب 25 درجه | 68 | ASTM D5 |
نقطه نرمي (درجه) | 52 | ASTM D36 |
کشش پذيري | 100+ | ASTM D113 |
نقطه اشتعال (درجه) | 250+ | ASTM D95 |
طرح اختلاط نمونه ها با توجه به لزوم حداکثر يکنواختي در تهيه مخلوطهاي آسفالتي، در اين تحقيق نمونههاي آسفالتي براي هر سه نوع فيلر با ثابت نگه داشتن وزن نمونه (1200 گرم) و براساس مقادير مختلف درصد قير (پنج مقدار) تهيه شده و مقدار وزن مصالح براساس جدول 2 محاسبه و به تفکيک مصالح درشت دانه و ريزدانه طبقه بندي شدند. طبق توصيه نشريه 101 و بعنوان يک فرمول کارگاهي مناسب، جهت مصالح بادامي 25% ، مصالح نخودي 20% ، ماسه 46% و باقيمانده به عنوان فيلر 9% وزني انتخاب و در محاسبات لحاظ گرديد. ضمناً در جهت اطمينان و بالابردن حداکثر يکنواختي نمونه ها، ماسه مورد مصرف در کارخانه کاملا شسته شده و ميزان مورد نياز رد شده از شماره 30 حذف و فيلر مورد نظر برابر 9 درصد اضافه گرديد. درصد اختلاط و وزن مصالح براي هر نوع فيلر و با پنج مقدار مختلف درصد قير در جدول 4 نشان داده شده است. وزن مخصوص نمونههاي ساخته شده با سه نوع فيلر در جدول 5 نشان داده شده است.
جدول 4. محاسبه وزن مصالح و قيرمورد نياز هر نمونه برحسب درصد قير (گرم)
نخودي | بادامي | ماسه | فيلر | وزن مصالح بدون قير | وزن قير | درصد قير |
6/231 | 5/289 | 68/532 | 22/104 | 1158 | 42 | 5/3% |
4/230 | 288 | 92/529 | 68/103 | 1152 | 48 | 4% |
2/229 | 5/286 | 16/527 | 14/103 | 1146 | 54 | 5/4% |
228 | 285 | 4/524 | 6/102 | 1140 | 60 | 5% |
8/226 | 5/283 | 64/521 | 06/102 | 1134 | 66 | 5/5% |
جدول 5. مشخصات وزن مخصوص نمونه هاي ساخته شده با سه نوع فيلر (کيلوگرم بر متر مکعب)
وزن مخصوص | وزن در آب | وزن در هو | درصد قير | ||||||||
سرباره | سيمان | پودر سنگ | سرباره | سيمان | پودر سنگ | سرباره | سيمان | پودر سنگ | |||
346/2 | 4539/2 | 3899/2 | 686 | 5/711 | 693 | 5/1195 | 2/1201 | 6/1191 | 5/3 | ||
3529/2 | 4248/2 | 4222/2 | 688 | 706 | 704 | 5/1196 | 5/1201 | 1199 | |||
354/2 | 4487/2 | 4139/2 | 688 | 707 | 700 | 1196 | 1195 | 1/1195 | |||
4057/2 | 4535/2 | 4175/2 | 703 | 698 | 699 | 1/1203 | 2/1178 | 1/1192 | 4 | ||
3999/2 | 4416/2 | 4116/2 | 699 | 709 | 701 | 3/1198 | 8/1200 | 6/1197 | |||
4058/2 | 4334/2 | 4326/2 | 698 | 707 | 703 | 5/1194 | 2/1200 | 7/1193 | |||
406/2 | 4649/2 | 4012/2 | 703 | 713 | 695 | 1203 | 7/1199 | 1191 | 5/4 | ||
4255/2 | 4907/2 | 4179/2 | 5/703 | 719 | 701 | 1197 | 3/1201 | 4/1195 | |||
4528/2 | 4434/2 | 4114/2 | 709 | 707 | 707 | 1197 | 8/1196 | 5/1197 | |||
4271/2 | 4591/2 | 4274/2 | 705 | 703 | 708 | 1199 | 8/1184 | 1204 | 5 | ||
4533/2 | 4671/2 | 4167/2 | 713 | 706 | 710.5 | 6/1203 | 2/1187 | 1212 | |||
4619/2 | 4732/2 | 4317/2 | 713 | 711 | 713 | 7/1200 | 6/1193 | 1211 | |||
4544/2 | 4773/2 | 4354/2 | 714 | 714 | 712 | 9/1204 | 3/1197 | 1208 | 5/5 | ||
4409/2 | 4742/2 | 4428/2 | 5/708 | 714 | 707 | 2/1200 | 3/1198 | 1197 | |||
4757/2 | 4864/2 | 4421/2 | 715 | 715 | 711 | 5/1199 | 1196 | 1204 |
پس از تهيه 45 نمونه مذکور، آزمايشات تعيين استحکام مارشال، رواني (Flow) و مدول برجهنگي بر روي کليه نمونهها انجام شد. براي اين منظور از تجهيزات موجود در آزمايشگاه UTM اداره کل راه و ترابري استان اصفهان استفاده شد.
دستگاه آزمایش تعیین مقاومت مارشال دستگاه UTM-5 جهت تعيين مدول برجهندگي
شرح آزمايش تعيين مدول برجهندگي جهت پيش بيني عملکرد ميداني روسازي نياز به استفاده از مدلهاي پيش بيني است. اين مدلهاي پيش بيني بر اساس پارامترهاي مکانيکي و سازهاي روسازي عمل مي نمايند. بنابراين نياز به شناخت و تعريف پارامترهايي است که نشان دهنده عملکرد وخصوصيات مکانيکي و فيزيکي دقيق مصالح و مخلوط آسفالتي باشند در نتيجه موسسات و مراکز دانشگاهي به توسعه روشها وتجهيزات آزمايشگاهي در اين زمينه پرداختند. UTM-5 ، دستگاه آزمايشگاهي است که بر اين مبنا به وجود آمده است. اين دستگاه را مي توان نسل اول دستگاه UTM دانست. هم اکنون سري UTM-14 و UTM-25 نيز به بازار عرضه شده است. دستگاه UTM ، توانايي انجام آزمايشهاي مختلف را بر مبناي تجهيزات جانبي دارد. عدد 5 ، 14يا 25 نشان دهنده حداکثر باري است که دستگاه مي تواند بر روي نمونه برحسب کيلونيوتن وارد نمايد. شکل بالا ، تصويري از دستگاه UTM-5 را نشان مي دهد. دستگاهUTM به منظور انجام آزمايشات دقيق جهت شناسايي و تعيين پارامترهاي مکانيکي مهم مخلوط هاي آسفالتي و مصالح غيرچسبنده (درصورت وجود تجهيزات جانبي مناسب) تحت شرايط مشابه با روسازي سطح جاده بکار مي رود. مدول برجهندگي براي ارزيابي کيفيت نسبي مخلوط آسفالتي به عنوان داده ورودي طرح روسازي، ارزيابي و يا تحليل روسازي بکار ميرود. تغيير شکل هاي اندازه گيري شده براي محاسبه مدول برجهندگي آني و مدول برجهندگي کل بکار ميروند. مدول برجهندگي آني با استفاده از تغيير شکل برگشت پذير افقي که در هنگام باربرداري ايجاد مي شود محاسبه ميگردد. مدول برجهندگي کل با استفاده از تغيير شکل برگشت پذير کل شامل تغيير شکل برگشت پذير آني و تغيير شکل وابسته به زمان استراحت در يک سيکل باشد بدست مي آيد. آزمايش مدول برجهندگي غير مستقيم بر روي نمونه هاي ساخته شده در آزمايشگاه يا نمونه هاي مغزه گيري شده از مسيرهاي موجود انجام مي شود. مقادير درجه حرارت، بار، فرکانس بارگذاري و دوام مدت بارگذاري قابل تغيير است. دماهاي توصيه شده براي انجام آزمايش 5 ، 25 و 40 درجه سلسيوس (41،77و 104 درجه فارنهايت ) است، که در اين دماها بارها با فرکانس هاي مختلف روي نمونه وارد مي شود. براي مثال، در هر درجه حرارت، فرکانس هاي بارگذاري 33/0 ، 5/0 و 1 هرتز (HZ) آزمايش مي شود. اين مقادير توصيه شده درجه حرارت و فرکانس منجر به انجام 9 مورد آزمايش براي هر يک از نمونه ها مي شود، که در کل رفتار برجهندگي مخلوط ها را معين مي نمايد. دماي آزمايشگاه را همچنين ميتوان بعنوان دماي آزمايش اختصاص داد. در اين روش بار تکراري بصورت کششي غيرمستقيم براي تعيين مدول برجهندگي بکار مي رود. بارهاي فشاري بصورت شبه سينوسي (نيم سينوسي) يا بصورت موجي شکل به نمونه ها وارد مي شود. از اين طريق مقادير تغيير شکل هاي افقي نمونه ها اندازه گيري و از آنجا ضريب پوآسون نمونه قابل محاسبه است، که ضريب پوآسون در محاسبه مدول برجهندگي کاربرد دارد. با استفاده از نتايج تغييرشکل هاي اندازه گيري شده که حاصل از بارگذاري لحظه اي (آني) در يک سيکل است، مي توان مدول برجهندگي لحظه اي را محاسبه نمود. مدول برجهندگي کلي از تغيير شکل هاي کلي و يا منحني پوش تغيير شکل ها که در طول دوره بارگذاري استراحت هر سيکل ايجاد ميشود محاسبه ميشود. مقادير مدول برجهندگي مخلوطها را ميتوان جهت بررسي کيفيت آنها اسنفاده نمود و در طراحي، آناليز و ارزيابي روسازي ها مورد استفاده قرار داد. اين روش آزمايش مي تواند درجه حرارت، شدت بار، دوره استراحت و ... را نيز اندازه گيري کند. به علت اينکه اين روش آزمايش به صورت غير مخرب است، مي توان نمونه ها را در شرايط حرارتي و رطوبتي مختلف قرار داد.
آزمايشات تکميلي جهت مقايسه شرايط نگهداري نمونه ها در محيط عادي و مرطوب، 12 نمونه اضافي با استفاده از فيلر سرباره و سيمان مجدداً ساخته شده و به مدت 24 ساعت در حمام آبگرم در دماي 60 و بمدت 24 ساعت نگهداري و آزمايشات مشابه بر روي آنها انجام گرفت. تصاويري از نمونه هاي قرارگرفته درحمام آبگرم در شکل زیر نشان داده شده است.
نمونه هاي تکميلي نگهداري شده در آبگرم
نتايج برای سه نوع فيلر در شرايط معمولی بر اساس توضيحات فوق و با توجه به خروجي دستگاه UTM که مدول برجهندگي کليه نمونه ها را همراه با منحنيهاي بارگذاري سينوسي ارائه ميدهد، نتايج آزمايش مدول برجهندگي، مقاومت مارشال و مدول نرمي 57 نمونه ساخته شده با سه نوع فيلر و 5 درصد قير انتخابي محاسبه شدند. اين نتايج در جدول 6 آورده شده است.
جدول 6. نتايج آزمايش براي سه نوع سرباره و پنج مقدار مختلف درصد قير (شرايط عادی)
نرمي |
|
استحکام |
|
مدول برجهندگي | درصد قير | ||||||
سرباره | سيمان | پودر سنگ | سرباره | سيمان | پودر سنگ | سرباره | سيمان | پودر سنگ | |||
667/2 | 921/2 | 794/2 | 1139 | 1025 | 1177 | 4744 | 3033 | 2533 | 5/3 | ||
286/2 | 667/2 | 921/2 | 1139 | 912 | 1291 | 5236 | 3273 | 4662 | |||
286/2 | 667/2 | 175/3 | 1291 | 1177 | 1215 | 3922 | 4523 | 3268 | |||
667/2 | 175/3 | 175/3 | 1367 | 1025 | 1215 | 4020 | 3469 | 1035 | 4 | ||
048/3 | 794/2 | 048/3 | 1329 | 911 | 1063 | 4878 | 3200 | 4721 | |||
667/2 | 794/2 | 175/3 | 1367 | 987 | 1253 | 3118 | 2955 | 2329 | |||
794/2 | 794/2 | 997/2 | 1253 | 950 | 1063 | 5764 | 3332 | 4194 | 5/4 | ||
175/3 | 921/2 | 844/2 | 1310 | 950 | 1063 | 5117 | 3393 | 5841 | |||
175/3 | 794/2 | 844/2 | 1247 | 911 | 1025 | 5386 | 3065 | 4589 | |||
302/3 | 175/3 | 895/2 | 1140 | 950 | 798 | 2298 | 2843 | 4302 | 5 | ||
175/3 | 175/3 | 175/3 | 1063 | 911 | 1063 | 3148 | 5464 | 4627 | |||
175/3 | 048/3 | 768/2 | 1329 | 855 | 1063 | 4916 | 3789 | 4654 | |||
556/3 | 302/3 | 895/2 | 1215 | 874 | 1025 | 1340 | 4578 | 4440 | 5/5 | ||
556/3 | 048/3 | 997/2 | 1101 | 931 | 911 | 1681 | 3482 | 4933 | |||
048/3 | 556/3 | 175/3 | 1290 | 987 | 860 | 1036 | 3119 | 3262 |
نتايج نشان میدهد با افزايش درصد قير و با توجه به اينکه درصد فيلر در کليه نمونهها ثابت نگهداشته شده است، شاهد بهبود مشخصات مقاومتی آسفالت تا درصد قير بهينه خواهيم بود. با افزايش درصد قير، همانگونه که پيشبينی میشد، مقاومت آسفالت کاهش يافته است. نتايج همچنين نشان می دهد با افزايش درصد قير، نرمی نيز افزايش يافته است که البته قابل انتظار بود. تغييرات مدول نرمی بر حسب درصد قير در شکل زیر نشان داده شده است. نمودارهای مشابهی برای تغييرات استحکام و مدول برجهندگی بر حسب درصد قير ترسيم شدند. نتايج در شکلهای زیر نشان داده شده است.
نتايج برای سه نوع فيلر در شرايط حمام آب گرم پيشبينی میشود، آب بر روی نمونه های ساخته شده از فيلر سرباره و سيمان تاثير گذار باشد. بدين منظور، تعداد کل 12 نمونه اضافی با درصد قير 4 و 5/4 درصد با همان مشخصات و در دو حالت فيلر سرباره و سيمان ساخته شدند و به مدت 24 ساعت در حمام آب گرم قرار گرفتند. پس از خارج کردن نمونه ها، آزمايشات نرمی، استحکام و مدول برحهندگی بر روی نمونه های مذکور انجام گرفت. نتايج در جدول 7 خلاصه شده است.
نرمي |
|
استحکام |
|
مدول برجهندگي | درصد قير | |||
سرباره | سيمان | سرباره | سيمان | سرباره | سيمان | |||
5/3 | 42/3 | 570 | 6/759 | 1784 | 3608 | 4 | ||
5/3 | 3/3 | 60 | 6/702 | 2184 | 3505 | |||
2/3 | 43/3 | 620 | 6/759 | 2119 | 3605 | |||
4 | 55/3 | 750 | 627 | 4385 | 5075 | 5/4 | ||
2/3 | 43/3 | 785 | 703 | 4018 | 4534 | |||
4 | 43/3 | 600 | 646 | 3853 | 4589 |
تغييرات نرمی، استحکام و مدول برجهندگی نمونههای نگهداری شده در شرايط حمام آب گرم و نمونه های تهيه شده در شرايط عادی در نمودارهای شکلهای زیر نشان داده شده است. لازم به ذکر است که متوسط اعداد حاصل از نتايج آزمايشات در اين مقايسه بکار گرفته شده اند. نتايج نشان میدهد نگهداری نمونههای آسفالتی در حمام آب گرم منجر به کاهش نرمی آسفالت، افزايش استحکام می شود. همچنين، نگهداری نمونه ها در حمام آب گرم باعث کاهش مدول برجهندگی برای فيلر سيمان و افزايش آن در نمونه سرباره-ای می شود.
شکل تغييرات مدول نرمی، استحکام و مدول برجهندگی نمونه¬های معمولی و نگهداری شده در حمام با فيلر سرباره
شکل تغييرات مدول نرمی، استحکام و مدول برجهندگی نمونه¬های معمولی و نگهداری شده در حمام با فيلر سيمان
نتايج اين تحقيق نشان داد:
• با افزايش درصد قير، همانطور که پيشبينی میشد، مدول نرمی افزايش میيابد.
• مدول نرمی نمونههای ساخته شده از فيلر سرباره در مقادير درصد قير بيش از 5/4 درصد از بقيه بيشتر و بعد از آن فيلر سيمان قرار داشته و فيلر پودر سنگ از هر سه پايينتر است. در قير کمتر از 5/4 درصد، بيشترين مدول نرمی مربوط به فيلر پودر سنگ و کمترين آن مربوط به فيلر سرباره است.
• با افزايش درصد قير، استحکام برای فيلر پودر سنگ و سيمان کاهش ولی برای فيلر سرباره تا قير 4% افزايش و برای مقادير قير بيشتر، کاهش میيابد.
• برای استحکام مارشال نمونههای آسفالتی به ترتيب بيشترين مقدار مربوط به فيلر سرباره و کمترين آن مربوط به فيلر سيمان است.
• مدول برجهندگی نمونههای ساخته شده با هر سه نوع فيلر، با افزايش درصد قير يکبار کاهش، يک بار افزايش (برای فيلر پودر سنگ و سرباره در محدوده قير 5/4-4 درصد و برای فيلر سيمان در محدوده قير 5-4 درصد)، و سپس مجدداً کاهش میيابد. در قير 4-3 درصد، بيشترين مدول برجهندگی مربوط به فيلر سرباره و کمترين آن مربوط به فيلر پودر سنگ است. همچنين در محدوده قير 5/5-4 درصد، بيشترين مدول برجهندگی مربوط به فيلر پودر سنگ و کمترين آن مربوط به فيلر سرباره است. برای فيلر سيمان، نتايج مدول برجهندگی در محدوده وسط دو نوع فيلر ديگر قرار دارد.
• نتايج نشان از افزايش شديد در مدول برجهندگی نمونه آسفالتی با فيلر پودر سنگ با افزايش درصد قير از 4 به 5/4 درصد و افت شديد مدول برجهندگی نمونه آسفالتی با فيلر پودر سنگ برای درصد قير بالاتر از 5/4 درصد دارد.
نظرات شما عزیزان:
برچسبها: