شیار شدگی آسفالت

شیار افتادگی به تغییر شکل‌های دائمی اطلاق می‌شود که به صورت یک شیار فرو رفته در مسیر چرخ وسایل نقلیه به موازات محور طولی راه دیده می‌شود. تکرار بارگذاری ناشی از عبور وسایل نقلیه سنگین، کیفیت نامناسب مخلوط آسفالتی و نرسیدن به تراکم مورد نیاز منجر به ایجاد این نوع خرابی می‌شود. چنین پدیده‌ای بیشتر در مناطق گرمسیر اتفاق می‌افتد. گاهی نیز ممکن است بر آمدگی رویه در کنار مسیر چرخ‌ها منجر به بروز شیار جای چرخ شود. عامل اصلی شیار افتادگی تغییر شکل‌های دائمی در لایه‌های روسازی یا بستر تحت بار ترافیک است.

به منظور تعیین مقاومت شیار افتادگی آسفالت از دو روش طرح اختلاط مارشال و سوپرپیو استفاده شده است. همزمان با اجرای روش‌های طرح اختلاط در دانه بندی‌های مختلف و تعیین مقدار قیر در این دانه بندی‌ها مقدار فضای خالی مصالح سنگی درشت دانه در حالت خشک در مخلوط مصالح سنگی در دانه بندی‌های مختلف با استفاده از آزمایش تراکم کوبه مطابق استاندارد ASTM-C29 تعیین می‌شود. همچنین مقدار فضای خالی مصالح سنگی درشت دانه در مخلوط‌های آسفالتی با مقدار قیر بهینه با استفاده از روابط حجمی به دست آمده که از نسبت این دو پارمتر برای قضاوت در مورد نوع دانه بندی‌ها و نیز در مدلسازی ریاضی استفاده می‌شود.

علاوه بر این دو پارامتر به منظور بررسی‌های بیشتر مقدار شکستگی و گوشه داری مصالح سنگی ریز دانه با تعیین مقدار فضای خالی مصالح ریزدانه غیر متراکم به دست می‌آید. سپس نمونه‌های آسفالتی از هر یک با مقدار قیر بهینه تهیه شده و با استفاده از دستگاه شیار افتادگی ویل تراک میزان شیار افتادگی نمونه‌ها تعیین می‌شود.

در پایان نیز با بررسی داده‌های به دست آمده از جمله پارامترهای حجمی مخلوط‌ها شامل فضای خالی مخلوط آسفالتی، فضای خالی مخلوط مصالح سنگی‌، فضای خالی مصالح سنگی درشت دانه‌، فضای خالی مصالح سنگی ریزدانه و پارامترهای دیگر مخلوط‌ها (دانه بندی و …) و نیز مقدار عمق شیار افتادگی‌، اثر عوامل مختلف بر مقدار شیار افتادگی مخلوط‌های آسفالتی ارزابی شده و با استفاده از پارامترهای فیزیکی‌، مکانیکی مخلوط‌های آسفالتی به عنوان متغییر‌های مستقل و مقدار عمق شیار افتادگی به عنوان متغییر وابسته، مدل سازی ریاضی تخمین مقاومت شیار افتادگی صورت می‌گیرد.

طرح اختلاط سوپرپیو

در روش طرح اختلاط سوپرپیو ویژگی‌های مصالح سنگی در روسازی آسفالتی نظیر زاویه دار بودن یا شکستگی مصالح سنگی درشت دانه و ریزدانه درصد سنگدانه‌های پهن و دراز، درصد رس، سختی (لس آنجلس)، سلامت (افت وزنی در مقابل سولفات سدیم و منیزیم)، مواد مضر و .. مورد بررسی قرار گرفته و سپس با حدود مشخصات استانداردهای پیشنهادی در سوپرپیو با توجه به میزان آمد و شد و عمق از سطح رویه روسازی (کمتر از ۱۰۰ میلیمتر) مقایسه می‌شود. در روش طرح اختلاط سوپرپیو، نوع قیر آسفالتی با توجه به طبقه بندی عملکردی و بر اساس درجه حرارت محیطی، میزان آمد و شد و سرعت بارگذاری انتخاب می‌شود.

نسبت فضای خالی مصالح سنگی درشت دانه

این نسبت به صورت نسبت مقدار فضای خالی مخلوط مصالح سنگی درشت دانه در دانه بندی‌های مختلف به مقدار فضای خالی مصالح سنگی درشت دانه در مخلوط‌های آسفالتی در مقدار بهینه تعیین می‌شود.

گوشه داری مصالح سنگی ریزدانه

این پارامتر مطابق استاندارد AASHTO-TP33 برای مصالح سنگی ریزدانه رد شده از الک نمره ۸ و مانده ری الک ۲۰۰ انجام می‌شود. در این آزمایش درصد فضای خالی مصالح سنگی ریزدانه تعیین می‌شود. درصد فضای خالی بیشتر به معنای وجوه شکسته بیشتر است. در فرایند آزمایش یک نمونه از مصالح سنگی ریزدانه شسته شده توسط یک قیف استاندارد درون یک استوانه با حجم مشخص ریخته می‌شود و سپس جرم مصالح سنگی که داخل استوانه را پر می‌کند، اندازه گیری می‌شود. مقدار فضای خالی مصالح سنگی ریزدانه از اختلاف حجم استوانه و حجم مصالح سنگی تعیین می‌شود. بدین ترتیب با توجه به وزن مخصوص حقیقی مصالح سنگی ریزدانه مقدار گوشه داری مصالح سنگی ریزدانه به دست می‌آید.

دستگاه شیار افتادگی ویل تراک

دستگاه ویل تراک آزمایشگاه فنی و مکانیک خاک وزرات راه و ترابری با نام ماکروس مدل TR332، تکام یافته مدل هامبورگ بوده که برای یافتن مقاومت مخلوط آسفالتی در برابر شیار افتادگی تحت تاثیر آب و هوا و بار ترافیکی تهیه شده است. برای انجام آزمایش یک چرخ لاستیکی به قطر ۲۰ سانتی متر و ضخامت ۵ سانتیمتر با بار ثابت از روی سطح نمونه‌ای به ابعاد ۵×۳۰×۳۰ سانتیمتر که دمای پیرامونش ثابت است عبور داده می‌شود. مقدار فشار چرخ بارگذاری قابل تنظیم است و می‌تواند ۵/۵ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع تا ۶/۴ باشد. سرعت حرکت چرخ از ۱۰ تا ۳۰ دور بر دقیقه است و میزان شیار توسط یک گیج حطی دیجیتالی اندازه گیری می‌شود. دمای محفظه دستگاه نیز از صفر تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد قابل تغییر است.

برای تراکم نمونه‌های آسفالتی از دستگاه تراکم غلتکی ماکروس مدل TR-523M (متلعق به همان شرکت) استفاده می‌شود. در این دستگاه به منظور شبیه سازی نمونه‌های ساخته شده در آزمایشگاه با نمونه‌های واقعی میدانی از روش ورز دادن استفاده می‌شود. جابجایی چرخ غلتک ۳۲۰ تا ۴۲۰ میلیمتر و میانگین سرعت غلتک با توجه به این دو مورد به ترتیب ۱۷-۴/۳ و ۲۲-۵/۷ سانتیمتر بر ثانیه است. غلتک دارای شعاع ۴۶۰ میلیمتر، طول ۵۶۰ میلیمتر و وزن با اهرم ۲۲۰ کیلوگرم است. بار چرخ با تغییر طول بازو قابل تغییر است.

آزمایش‌های شیار افتادگی

جهت بررسی مقاومت شیار افتادگی مخلوط‌های آسفالتی، نمونه‌های آسفالتی از هر یک با درصد قیر بهینه تهیه شده و با استفاده از دستگاه شیار افتادگی ویل تراک میزان شیار افتادگی نمونه‌ها تعیین می‌شود. بدین ترتیب که پس از گرم کردن مصالح و قیر و اختلاط آنها با یکدیگر مخلوط آسفالتی درون قالب تراکم ریخته شه و زیر بار غلتک متراکم کننده قرار گرفت. تعدا سیکل رفت و برگشت غلتک ۸۰ انتخاب شد و میزان بار غلتک برابر ۶۰۰ کیلوگرم نیرو تنظیم شد. پس از تهیه و استقرار نمونه داخل دستگاه ویل تراک چرخ بارگذاری در قسمت میانی نمونه قرار گرفته و فشار چرخ بارگذاری برابر با ۵/۵ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع تنظیم شد و سرعت حرکت رفت و برگشتی چرخ بارگذاری برابر با ۲۷ رفت و برگشت در دقیقه تنظیم شد.

آزمایش شیار افتادگی در شرایط خشک و دمای ۶۰ درجه سانتیگراد انجام شده و مقدار ۸۰۰۰ سیکل بارگذاری بر روی نمونه‌ها اعمال شد.

آزمایش‌هایی که بر روی مخلوط‌های آسفالتی طراحی و تهیه شده به دو روش طرح اختلاط مارشال و سوپرپیو صورت گرفت به نتایجی منتهی شد که به آن پرداخته می‌شود.

با نزدیک شدن نسبت فضای خالی مصالح سنگی درشت دانه به عدد یک مقاومت شیار افتادگی مخلوط آسفالتی افزایش می‌یابد. این امر را می‌توان این گونه توجیه کرد که به نزدیک شدن این نسبت به مقدار ۱‌، فضاهای خالی بین مصالح سنگی درشت دانه در مخلوط آسفالتی به طور مناسب توسط مصالح ریزدانه و قیر پر می‌شود و مخلوط آسفالتی تقریباً همان اتصال سنگدانه‌ای مصالح درشت دانه در خالت تراکم خشک توسط کوبه را دارد. لذا نسبت فضای خالی مصالح درشت دانه باید به مقدار ۱ نزدیک باشد. در صورتی که این نسبت بیشتر از عدد ۱ باشد باید با انتخاب دانه بندی ریزدانه‌تر و اگر کمتر از عدد ۱ باشد با انتخاب دانه بندی درشت دانه‌تر نسبت به اصلاح آن اقدام شود.

مقاومت شیار افتادگی مخلوط‌های تهیه شده به روش سوپرپیو از مخلوط‌های تهیه شده به روش مارشال بیشتر است. این امر به نوع دانه بندی‌، روش طرح اختلاط و مهمتر از همه عمل آوری نمونه‌ها در مراحل مختلف نسبت داده می‌شود.

ارتباط خاصی بین استقامت مارشال  و مقاومت شیار افتادگی مخلوط‌های مختلف آسفالتی وجود ندارد.

دانلود مقاله تحت عنوان ارائه مدل پیش بینی عملکرد مقاومت شیار افتادگی مخلوط های آسفالتی گرم با استناد به نتایج آزمایش شبیه سازی شیار افتادگی ویل تراک