تاثیر دانه بندی مصالح بر خصوصیات آسفالت
با توجه به این که دانه بندی بخش اعظمی از حجم و جرم یک مخلوط را به خود اختصاص میدهد، بدیهی است که جزء مهمی از مخلوط آسفالتی بوده و نقش مهمی در انتخاب مخلوط بهینه داشته باشد.
ارائه یک طرح اقتصادی برای سازه و اسکلت روسازی همانند سایر سازههای مهندسی دیگر بسیار بااهمیت است و یک روسازی با طراحی اولیه نامناسب، هزینههای تعمیر زیادی را بر پروژه تحمیل خواهد کرد. از این رو طراحی اولیه ساختمان روسازی، با توجه به این که ساخت و نگهداری روسازی را در آینده به صورت مستقیم تحت تأثیر قرار میدهد، از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از مهمترین پارامترها که برای ارائه طرح اختلاط مناسب روسازی در گام اول باید در نظر گرفته شود، تعیین اسکلت دانه بندی مناسب برای مخلوط است. به گونهای که خصوصیات مصالح در دسترس و همچنین شرایط محیطی و ترافیکی که انتظار میرود روسازی در آینده با آن مواجه شود، در این انتخاب در نظر گرفته شده باشد.
طرح مخلوط آسفالتی مانند سایر مخلوطها شامل انتخاب اجزای سازنده آن برای دست یابی به خواص عملکردی مناسب برای روسازی است. میتوان گفت دانه بندی مهمترین ویژگی یک مخلوط آسفالتی است که تقریباً تمام خصوصیات مهم آن، شامل پایداری، ماندگاری، نفوذپذیری، کارآیی، مقاومت خستگی، مقاومت لغزشی و مقاومت در برابر آسیب رطوبتی را تحت تأثیر قرار میدهد. لذا با توجه به این که سهم زیادی از یک مخلوط آسفالتی را سنگ دانههای آن تشکیل میدهد، دانه بندی مصالح سنگی تأثیر قابل توجهی بر خصوصیات مخلوط آسفالتی خواهد گذاشت، به طوری که تأثیرات دانه بندی بر عملکرد مخلوطهای آسفالتی گرم همواره موضوعی در حال تحقیق و بررسی بوده است.
معمولاً حدود دانه بندیهای مناسب توسط آیین نامههای فنی، به صورت محدوده مشخصات تعیین میشوند. محدوده مشخصات معرفی شده، اغلب به صورت دو منحنی حدی هستند که منحنی دانه بندی مصالح سنگی باید بین این دو منحنی و تا حد امکان در وسط و به موازات آنها قرار بگیرد. البته باید توجه داشت که دانه بندیهای پیشنهاد شده توسط آیین نامههای فنی فقط جنبه راهنما داشته و اگر در منطقهای استفاده ازدانه بندیهایی به غیر از آن چه که این آیین نامهها مشخص کردهاند نتیجه خوبی داده باشد، میتوان از این گونه دانه بندیها استفاده کرد.
برای ارزیابی و مقایسه مخلوطهای ساخته شده با دانه بندیهای متفاوت، اقدام به انجام آزمایشهای مارشال، حساسیت رطوبتی و خزش دینامیکی شده است.
آزمایش مارشال
آزمایش مارشال در مهندسی راه هم برای طرح مخلوط و هم برای ارزیابی آن مورد استفاده قرار میگیرد و با وجود این که روش مارشال اساساً یک روش تجربی است، ولی برای مقایسه مخلوطها در شرایط خاص قابل استفاده است. از آزمایش مارشال برای تعیین پایداری، روانی و خارج قسمت مارشال مخلوطها استفاده شده است. استقامت مارشال به طور چشمگیری با زاویه اصطکاک داخلی مصالح و ویسکوزیته قیر در دمای ۶۰ درجه سانتی گراد تحت تأثیر قرار میگیرد. به طور کلی میتوان گفت که مقدار استقامت مارشال نشان دهنده توانایی مخلوط آسفالتی برای مقاومت در برابر شیارشدگی و برآمدگی تحت بارگذاریهای سنگین ترافیکی است.
روانی مقدار تغییر شکل عمودی نمونه در هنگام اعمال مقدار بار ماکزیمم است. روانی بالا نشان دهنده یک مخلوط پلاستیک است که تحت بارگذاری ترافیکی تغییر شکل بالایی را تجربه خواهد کرد. در حالی که مقادیر پایین روانی نشان دهنده یک مخلوط با مقدار فضای خالی بیشتر از مقدار نرمال و مقدار قیر ناکافی است. مقدار خارج قسمت مارشال از حاصل تقسیم استقامت مارشال به روانی بدست میآید. این پارامتر گاهی اوقات برای تعیین خصوصیات مخلوط استفاده میشود و مقدار بالای آن نشان دهنده مخلوط سفتتر است.
به عبارت دیگر یک مخلوط با مقدار خارج قسمت مارشال بالا در مقابل تغییر شکلهای دائمی مقاومت بیشتری دارد.
آزمایش خزش دینامیکی
آزمایش خزش دینامیکی با استفاده از دستگاه UTM-۵ به منظور اعمال تنش محوری تکراری به نمونه مخلوط آسفالتی و اندازه گیری تغییر شکل قائم با استفاده از سنسورهای جابجایی متغیر خطی (LVDT) انجام شده است. دادههای ورودی شامل ابعاد نمونه (قطر و ارتفاع)، تنش پیش بارگذاری،فرکانس اعمال تنش و مقدار تنش تماسی با استفاده از نرم افزار دستگاه کنترل میشود.
یکی از مهمترین اهدف آزمایش خزش دینامیکی، مطالعه عملکرد مخلوط آسفالتی در برابر شیار افتادگی است و مهمترین پارامتر به دست آمده از این آزمایش، کرنش تجمعی است که به نوعی به مقاومت شیارشدگی مخلوط آسفالتی بستگی دارد، لذا، از این آزمایش برای مقایسه بین انواع مختلف نمونههای آسفالتی استفاده میشود.
آزمایش خزش دینامیکی خروجیهای متعددی دارد که میتواند برای تخمین پتانسیل تغییر شکل دائمی در مخلوط مورد استفاده قرار گیرد. از خروجی، عدد روانی، که از نمودار خزش (نمودار کرنش پلاستیک تجمعی در برابر تعداد سیکل بارگذاری) به دست میآید، به عنوان یک پارامتر برای مقایسه مخلوطهای مختلف استفاده شده است. نقطه یا سیکلی که تغییر شکلهای برشی پلاستیک خالص در نمونه اتفاق میافتد، عدد روانی نامیده میشود. در این سیکل نمونه به طور چشمگیری شروع به تغییر شکل کرده و مصالحی که اسکلت مخلوط را میسازند شروع به حرکت در کنار یکدیگر میکنند.
آزمایش حساسیت رطوبتی
آزمایش کشش غیر مستقیم در اصل یک آزمایش قطری است که در آن نمونه استوانهای تحت اثر نیروی فشاری وارد بر سطح جانبی آن قرار میگیرد. این نحوه بارگذاری سبب به وجود آمدن تنشهای کششی در امتداد قطر بارگذاری شده میشود و در نتیجه نمونه در امتداد قطر بارگذاری شده میشکند.
دانه بندی حد پایین از نظر پارامترهای عملکردی (خارج قسمت مارشال، تغییر شکل دائمی و حساسیت رطوبتی) رفتار مناسبتری نسبت به دانه بندیهای دیگری را نشان میدهد. همچنین دانه بندی حد بالا در کل دارای خصوصیات عملکردی مناسبی نیست. قابل ذکر است که مخلوطهای ساخته شده با این دانه بندی تنش کششی غیر مستقیم در حالت خشک بالاتری نسبت به سایر دانه بندیهای مورد بررسی دارند، که میتواند نشان دهنده مقاومت بالای مخلوط ساخته شده با این دانه بندی در برابر خستگی باشد، لذا نتیجه میشود که برای تمام معادن، دانه بندی حد وسط لزوماً بهترین دانه بندی انتخابی نیست.
دانه بندیهای درشتتر رفتار بهتری در برابر تغییر شکلهای دائمی دارند و دانه بندیهای ریزتر از عملکرد خستگی مناسبتری برخوردار هستند، به نظر میرسد که دانه بندی مناسب بایستی بر اساس عملکردی که از مخلوط انتظار میرود، تعیین شود.
دانه بندی حد پایین انتخابی، دارای ضخامت غشای قیر بیشتری بر روی سطح مصالح است و از طرف دیگر به دلیل وجود فضای خالی کمتر (به خصوص در بخش درشت دانه) تماس سنگ به سنگ در مخلوطهای ساخته شده با این دانه بندی بیشتر از سایر دانه بندیها است. این فاکتورها روی همرفته باعث میشود مخلوط حاصل رفتار خزشی و حساسیت رطوبتی مناسبی از خود نشان دهد.
انجام آزمایش آب جوشان نشان میدهد که میزان عریان شدگی در دانه بندیهای حد بالا بیشتر از سایر دانه بندیها است و دانه بندی حد پایین کمترین مقدار عریان شدگی را داراست که میتوان دلیل آ ن را ضخامت غشای قیر کمتر مخلوطهای ساخته شده با دانه بندی حد بالا دانست. تحلیل واریانس صورت گرفته نشان میدهد که تأثیر دانه بندی بر روی رفتار خزشی مخلوطهای حاصل بیشتر از سایر پارامترهای عملکردی دیگر است.