آسفالت‌ درشت دانه

از مخلوط‌ آسفالت درشت دانه معمولاً برای ساخت لایه‌های میانی و آستر روسازی‌های انعطاف پذیر استفاده می‌شود. غالباً بر روی اینگونه از مخلوط‌ها یک لایه سطحی به منظور هموار سازی بهتر سطح راه و جلوگیری از شن زدگی احداث می‌شود. نوع لایه سطحی بر اساس وظایف عملکردی روسازی و میزان ترافیک پیش بینی شده، تعیین می‌شود.
در جاده‌های پر ترافیک، این لایه سطحی معمولاً از مخلوط‌های آسفالتی توپر با کیفیت عالی (با اندازه اسمی ۱۹ میلیمتر) ساخته می‌شود. در سایر موارد می‌توان از مخلوط‌های آسفالتی حفاظتی نظیر آسفالت‌های میکروسرفیسینگ و اسلاری سیل و آسفالت سطحی جهت پوشش مخلوط‌های آسفالتی درشت دانه استفاده نمود.

مصالح سنگی آسفالت درشت دانه

مصالح سنگی مورد استفاده در بتن آسفالت درشت دانه باید از نظر دانه بندی، سختی، دوام، تمیزی، شکل و کیفیت سطح دانه‌ها دارای مشخصات ویژه‌ای باشند. دانه بندی مصالح سنگی با انجام آزمایش دانه بندی و رسم منحنی مربوط به آن مشخص می‌شود. دانه بندی مناسب با توجه به عوامل متعددی از قبیل نوع روسازی، نوع و محل قرار گرفتن لایه مورد نظر در سیستم روسازی، ضخامت لایه آسفالتی و اندازه بزرگترین دانه انتخاب می‌شود. دانه بندی مصالح سنگی باید مطابق با استاندارد و در بین دو منحنی حدی بالا و پایین و حتی الامکان در وسط و به موازات آنها قرار گیرد.

استقامت

به طور کلی استقامت مخلوط‌های آسفالتی تحت تأثیر ویسکوزیته قیر، دانه‌بندی و مقاومت مصالح سنگی موجود در مخلوط آسفالتی است. بطو‌ر چشمگیری وابسته به زاویه اصطکاک داخلی مصالح سنگی، اندازه سنگدانه‌های مورد استفاده و میزان چسبندگی قیر موجود در مخلوط است.
مشاهده می‌شود که نوع مصالح سنگی بکار رفته در مخلوط‌های آسفالتی تاثیر بسزایی در استقامت مخلوط‌های آسفالتی دارد. بنابراین استفاده از مصالح سنگی درشت دانه می‌تواند میزان استقامت مخلوط‌های آسفالتی را افزایش داده به صورتی که با استفاده از نتایج آزمایشگاهی این میزان افزایش استقامت تا حد ۲.۲۵ برابر نسبت به حالت دانه بندی متداول نتیجه شده است.

چگالی

میزان چگالی مخلوط‌های آسفالتی به حداکثر چگالی تئوری مخلوط‌های آسفالتی بستگی دارد. می‌تواند از طریق افزایش تراکم، افزایش درصد قیر، افزایش میزان فیلر و یا هر روشی دیگری به میزان چگالی مورد نظر دست پیدا نمود.
افزایش میزان چگالی ناشی از افزایش میزان تراکم موثر باعث می‌شود که نمونه‌های ساخته شده دارای مقاومت برشی بیشتری شده و عملکرد آنها را بهبود بخشد. البته با این شرط که درصد قیر مخلوط مناسب و در حد درصد قیر بهینه باشد. میزان چگالی مخلوط‌های آسفالتی تاثیر زیادی بر عملکرد آنها دارد.

روانی

روانی در مخلوط‌های آسفالتی به عنوان یک شاخص برای تعیین میزان انعطاف پذیری و دوام آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقادیر بالای روانی در مخلوط‌های آسفالتی نشانگر آن است که مخلوط دارای خاصیت انعطاف پذیری بالایی بوده و تغییر شکل‌های یکنواختی تحت ترافیک عبوری از خود نشان می‌دهد.
در عین حال مقدار کم روانی ممکن است نشانگر آن باشد که یک مخلوط آسفالتی دارای حفره‌های بیش از حد طبیعی بوده و همچنین مقدار قیر کافی برای دوام آنها در مخلوط وجود ندارد. همین عوامل منجر به ایجاد ترک‌های زودرس ناشی از شکنندگی مخلوط در طول عمر روسازی می‌شود. بنابراین میزان بالای روانی در مخلوط‌های آسفالتی می‌تواند به عنوان یک عامل موثر در کیفیت مخلوط‌های آسفالتی مطرح باشد.

آزمایش شیارافتادگی

شیارافتادگی به تغییرشکل‌های دائمی اطلاق می‌شود که به صورت شیار فرورفته در مسیر چرخ وسایل نقلیه و به موازات محور طولی راه دیده می‌شود. تکرار بارگذاری ناشی از عبور وسایل نقلیه سنگین، کیفیت نامناسب مخلوط آسفالتی یا سایر مصالح روسازی و نرسیدن به تراکم مورد نیاز منجر به ایجاد این نوع خرابی می‌شود. چنین پدیده‌ای بیشتر در مناطق گرمسیر اتفاق می‌افتد. تغییر شکل‌های دائمی در لایه‌های روسازی یا بستر آن تحت بارهای ترافیکی منجر به ایجاد شیار افتادگی در سطح روسازی می‌شود.

انواع شیارافتادگی در آسفالت درشت دانه

مکانیزم به وجود آمدن شیارافتادگی را می‌توان به سه عامل اساسی زیر تقسیم بندی نمود.

• شیارافتادگی سطحی ناشی از فرسایش
• شیارافتادگی ناشی از ضعف بستر و سیستم روسازی
• شیارافتادگی ناشی از ضعف لایه آسفالتی

شیار افتادگی سطحی

این نوع از شیارافتادگی که ناشی از فرسایش سطحی است، در اثر جداشدگی و از بین رفتن مصالح سنگی از سطح رویه آسفالت (در مسیر چرخ‌ها) به وجود می‌آید. عامل اصلی این نوع از شیار افتادگی در تابستان گرمای هوا و بارهای ترافیکی سنگین و در زمستان سایش ناشی از عبور لاستیک‌های یخ شکن است. نرخ خرابی این نوع از شیارافتادگی در فصل زمستان به علت فرسایش سنگدانه‌ها به سرعت افزایش می‌یابد. همچنین هنگامی که سنگدانه‌ها از قیری که به حالت شکننده در آمده جدا می‌شوند. این حالت از شیارافتادگی به علت شرایط محیطی و بارهای ترافیکی در سطح رویه شدت می‌گیرد.

شیارافتادگی ناشی از ضعف بستر و سیستم روسازی

این نوع از شیارافتادگی به علت تراکم و فشردگی تدریجی لایه‌های تحتانی ناشی از تکرار آمد و شد وسایل نقلیه به وجود می‌آید. مهمترین عامل بروز شیار تحت تاثیر این مکانیزم، ضعف لایه‌های تحتانی ا ز جمله خاک بستر است.ترک‌هایی که در سطح رویه آسفالت به وجود می‌آیند نیز می‌توانند عاملی برای این نوع از شیارافتادگی باشند. چنین شیارهایی معمولاً عریض بوده و دارای پهنایی به عرض ۰.۷۵ تا ۱ متر هستند. این نوع از شیار دارای مقطعی به شکل کاسه‌ای، کم عمق و بدون ترک هستند. ترسیم مقطع طولی در امتداد مسیر چنین شیارهایی، می‌تواند نشان دهد که ضخامت روسازی ثابت مانده و لایه‌های زیرین، نظیر خاک بستر یا مصالح دانه‌ای اساس و یا زیر اساس تغییر شکل یافته‌اند.

شیارافتادگی ناشی از ضعف لایه آسفالتی

این نوع شیار به دلیل حرکت جانبی مخلوط آسفالتی تحت تاثیر تنش‌های برشی ناشی از عبور ترافیک و یا در اثر رفتا‌ر ویسکوالاستیک قیر و نرم شدن قیر در گرما به وجود می‌آید. عمدتاً ناشی از ضعف در مقاومت برشی لایه آسفالتی است. چنانچه روسازی آسفالتی در برابر تغییر شکل، سخت و صلب باشد، ممکن است در مسیر چرخ‌ها ترک‌هایی به وجود آید. این نوع از خرابی در اثر تغییر شکل‌های برشی مخلوط آسفالتی به وجود می‌آید. مصالح مخلوط آسفالتی روی سطوح برشی به صورت جانبی جابجا می‌شوند و در اثر فرورفتگی ناحیه بارگذاری شده در مسیر چرخ‌ها و همچنین برآمدگی رویه در کنار مسیر چرخ‌ها، شیارافتادگی ایجاد می‌شود.

در مسیر چرخ‌ها، سطح جاده معمولاً صاف است و سطح شیار نیز صاف و به شکل کاسه‌ای است. تغییر شکل برشی در اثر فقدان مقاومت مخلوط آسفالتی در برابر نیروهای برشی ناشی از اعمال بار قائم بر سطح راه ایجاد می‌شود.

 عوامل موثر بر شیارافتادگی

عوامل کلی که بر میزان مقاومت شیارافتادگی مخلوط‌ها آسفالت درشت دانه تأثیر گذارند، شامل مشخصات مصالح سنگی،قیر، شرایط آب و هوایی و شرایط ترافیکی هستند.

قیر

ویژگی‌های قیر اثر زیادی بر تغییر شکل‌های دائمی مخلوط آسفالتی دارد. هر چه قیر سخت‌تر باشد، شیارافتادگی مخلوط آسفالتی در دماهای بالا کمتر خواهد بود. امروزه در برخی از کشورها قیرها بر اساس روش جدید SHRP با توجه به شرایط عملکرد آتی آن‌ها، درجه بندی می‌شوند که برای هر درجه مشخصاتی ارائه شده است. هر یک از مشخصات و خواص ارائه شده، در رابطه با یک نوع خرابی خاص است و هر مشخصه از قیر نیز دمای آزمایش متفاوتی با دیگری دارد. با افزایش سفتی قیر، سختی مخلوط آسفالتی و در نتیجه مقاومت آن در برابر شیارافتادگی افزایش می‌یابد.

مقدار قیر به کار رفته در مخلوط آسفالت درشت دانه در مقاومت شیار افتادگی تاثیر بسزایی دارد، به طوریکه با افزایش مقدار قیر میزان شیارافتادگی بیشتر خواهد شد، تحقیقات نشان می‌دهد که قیرهای اصلاح شده پلیمری، مقاومت شیارافتادگی را با سخت‌تر شدن در دماهای بالاتر افزایش می‌دهند.

ترک‌های خستگی در آسفالت درشت دانه

اگر نقطه‌ای مشخص از روسازی آسفالتی در نظر گرفته شود، هنگامی که چرخ وسیله نقلیه در این نقطه قرارمی‌گیرد، تغییر شکلی که در لایه بتن آسفالتی ایجاد می‌شود، باعث ایجاد کرنش کششی در زیر لایه می‌شود. با عبور وسیله نقلیه از این نقطه، لایه بتن آسفالتی تمایل بازگشت به موقعیت قبلی را دارد. با تکرار این عمل در صورتی که تنش یا کرنش کششی در زیر لایه آسفالتی از تنش یا کرنش کششی قابل تحمل لایه آسفالتی تجاوز کند، ترک‌هایی در زیر لایه آسفالتی ایجاد می‌شود که به مرور زمان، این ترک‌ها به سمت بالای لایه آسفالتی حرکت و در سطح لایه ظاهر می‌شوند. از به هم پیوستن این ترک‌ها، ترک‌های موسوم به ترک‌های خستگی به وجود می‌آیند. به طورکلی ترک‌های خستگی به دو گروه تقسیم بندی می‌شوند.

• ترک‌های خستگی ناشی از تکرار بارگذاری به علت عبور وسایل نقلیه.
• ترک‌های خستگی حرارتی ناشی از تغییرات دما.

جمع بندی کلی

در رابطه با خصوصیات مخلوط آسفالت درشت دانه می‌توان به مزایای فنی و اقتصادی متعددی اشاره داشت. بعضاً معایبی نیز وجود دارد که موارد زیر را می‌توان خلاصه‌ای از آن‌ها دانست.

امکان اجرای آسفالت در ضخامت زیاد

آسفالت‌های حاوی مصالح سنگی درشت دانه امکان اجرای لایه آسفالت در ضخامتی بیشتر از ضخامت اجرای آسفالت‌های با دانه‌بندی‌های متوسط و ریز را فراهم می‌کنند‌. به این ترتیب که ضخامت لایه‌های آسفالتی بر اساس دستورالعمل‌های آئین نامه‌ای نباید بیش از ۱.۵ برابر اندازه بزرگترین سنگدانه‌های مخلوط باشد. با بکارگیری مصالح درشت دانه حاصل ضرب بزرگترین اندازه سنگدانه‌ها در عدد فوق رقم بزرگتری را حاصل می‌دهد. لذا با استفاده از مصالح سنگی درشت دانه می‌توان لایه‌های آسفالتی را در ضخامتی تا دو برابر ضخامت‌های متداول متراکم نمود، مشروط بر آنکه از روش تراکم سنگین استفاده شود.

مقاومت

اتصال سنگدانه‌های درشت به یکدیگر در یک مخلوط عموماً منجر به حصول مقاومت بیشتر مخلوط آسفالت می‌شود. با انتخاب مصالح درشت دانه در صورتی که سنگدانه‌ها خود دارای مقاومت کافی بوده و از جنس مصالح سست نباشند، این مقاومت در مقایسه با مخلوط‌های با دانه‌بندی ریزتر به مراتب بیشتر است.

کاهش تاثیر نقش قیر در مخلوط

در مخلوط‌های آسفالتی ریز دانه نظیر مخلوط آسفالت ماسه‌ای، خصوصیات قیر نقش کلیدی در عملکرد آسفالت دارد.در این مخلوط‌ها در مناطق گرمسیری الزاماً باید از قیرهای سفت استفاده کرد تا آسفالت تهیه شده با آن دچار تغییرشکل نشود. بالعکس در مناطق سردسیری باید از قیرهای نسبتاً روان استفاده شود تا آسفالت دچار ترک‌های حرارتی نشود.

کاهش میزان مصرف قیر

یکی از پارامترهایی که در میزان مصرف قیر مخلوط‌ها آسفالت درشت دانه موثر است، سطح مخصوص سنگدانه‌های مخلوط است. در این راستا هر چه دانه بندی مصالح انتخاب شده ریزتر باشد، سطح مخصوص سنگدانه‌ها بیشتر شده و مصرف قیر مخلوط بالا می‌رود. بالعکس هر چه دانه‌بندی درشت تر باشد، با کاهش سطح مخصوص سنگدانه‌ها، میزان مصرف قیر در مخلوط افزایش می‌یابد؛ بطوری که برای مثال، مخلوط‌های آسفالت ماستیکی که عمدتاً حاوی مصالح سنگی ریز دانه‌ هستند بعضا تا حدود ۱۰ درصد قیر دارند.

تولید آسفالت دارای قابلیت زهکشی

از آنجا که عموماً میزان فضای خالی بین مصالح سنگی در مخلوط‌های آسفالتی حاوی مصالح درشت دانه زیاد است، این مخلوط‌ها قابلیت زهکشی مناسبی داشته و ضمن تأمین مقاومت می‌توانند آب‌های بارندگی را از خود عبور دهند. شاید به همین دلیل است که در طراحی مخلوط‌های اساس آسفالتی، مصالح سنگی با دانه‌بندی‌های درشت بیشتر مورد کاربرد قرار می‌گیرند.

دشواری تراکم

از آنجا که ضخامت آسفالت‌های حاوی مصالح سنگی درشت دانه معمولاً بیشتر از ضخامت مخلوط‌های آسفالتی متداول است. لذا امکان متراکم نمودن آن‌ها با غلتک‌های معمولی و سبک بسیار دشوار خواهد بود. لذا توصیه آن استکه برای متراکم نمودن لایه‌های آسفالتی حاوی مصالح سنگی درشت دانه و لایه‌های ضخیم از غلتک‌های سنگین (نظیرغلتگ استاتیک ده تن) یا غلتک‌های ویبره استفاده شود تا تراکم لازم حاصل شود.

هوازدگی

در مخلوط‌ها آسفالت درشت دانه نقش سنگدانه‌های درشت دانه هم در لایه‌های رویه و هم در لایه‌های زیرین زیاد است. به این ترتیب که در لایه‌های رویه مستقیماً و در لایه‌های زیرین به صورت غیرمستقیم در تماس با عوامل آب و هوایی قرار می‌گیرد. در صورت ضعف در مقاومت و یا وجود تخلخل زیاد (بخصوص در مناطق سردسیر دارای شرایط یخبندان) امکان متلاشی شدن سنگدانه‌ها وجود خواهد شد. در این شرایط شکننده بودن سنگدانه‌ها حتی اگر در زمستان نیز پدیده اضمحلال آسفالت را خود نشان ندهد، سطوح شکسته شده و سنگدانه‌ها نیاز به جذب قیر دارند. قیر موجود در مخلوط جذب سطوح سنگدانه‌های شکسته شده و باعث سخت شدن آسفالت می‌شود. این شرایط زمینه‌های اضمحلال زودرس روسازی را فراهم می‌آورد.

کاربردهای آسفالت درشت دانه

از مخلوط‌ها آسفالت درشت دانه معمولاً برای ساخت لایه‌های میانی و آستر روسازی‌های انعطاف پذیر استفاده می‌شود. غالباً بر روی اینگونه از مخلوط‌ها یک لایه سطحی به منظور هموار سازی بهتر سطح راه و جلوگیری از شن زدگی احداث می‌شود. نوع لایه سطحی بر اساس وظایف عملکردی روسازی و میزان ترافیک پیش بینی شده، تعیین می‌شود. در جاده‌های پرترافیک، این لایه سطحی معمولاً از مخلوط‌های آسفالتی توپر با کیفیت عالی (با اندازه اسمی 19میلیمتر) ساخته می‌شود. در سایر موارد می‌توان از مخلوط‌های آسفالتی حفاظتی نظیر آسفالت‌های میکروسرفیسینگ و اسلاری سیل و آسفالت سطحی جهت پوشش مخلوط‌های آسفالتی درشت دانه استفاده نمود.

مطالب بیشتر در این زمینه در نشریه شماره ۷۰۶ گردآوری شده است.