بررسی اثر پلیمر در مخلوط آسفالتی
رطوبت همواره به عنوان يکی از عوامل عریان شدگی آسفالت مطرح است. از بين بردن يا کاهش آثار رطوبت در مخلوطهای آسفالتی گرم از مهم‌ترین مسائل متداول روسازی است و يکی از راه‌های دستیابی به اين هدف، استفاده از مواد افزودنی و تغییر در ساختار دانهبندی آسفالت است. تغییر در نوع دانه بندی به دلیل تغییر در میزان قیر بهینه و در واقع افزایش میزان قیر بهینه می‌تواند تأثیر بسزایی در کاهش نفوذ آب به سنگدانه‌ها و در نتیجه کاهش حساسیت رطوبتی داشته باشد.
راه‌ها، نخستین و طبیعی‌ترین وسیله ارتباط انسان‌ها هستند که به عنوان شریان‌های حیاتی یک سرزمین، نقش اساسی در توسعه و پیشرفت جوامع ایفا می‌کنند. روسازی، یکی از اجزای مهم و زیربنایی جاده محسوب میشود و بایستی بر حسب اهمیت مسیر در شبکه حمل و نقل جاده‌ای کشور، از شرایط ویژه و مناسبی برخوردار باشد تا در طول عمر بهره برداری، ضمن تأمین عبور و مرور ایمن، جذابیت یک سفر مطمئن را برای استفاده کنندگان راه فراهم سازد. از این رو همواره تلاش محققین و مهندسان برآن بوده است تا با افزایش کیفیت و دوام مخلوطهای آسفالتی، مانع از ایجاد خرابی‌های زودرس در روسازی شوند و تا حد ممکن، این خرابی‌ها را به تعویق بیندازند.
محققین سعی بر این دارند تا با ایجاد تغییراتی در قیر مصرفی، استفاده از مواد افزودنی مانند انواع پلیمرها و ایجاد تغییر در ساختار دانه بندی آسفالت، به اهداف خود دست یابند. اجرای رویه‌های آسفالتی با دانه بندی پیوسته، در راه‌های با آمد و شد زیاد و بار محوری سنگین به ویژه در مناطق گرمسیری، گاهی خرابی‌‌هایی نظیر شیارشدگی مسیر چرخ و قیر زدگی را به دنبال دارد.
این خرابی‌ها مستلزم اجرای عملیات تعمیر و بهسازی در فواصل زمانی نسبتاً کوتاه پس از بهره‌برداری است که هزینه‌های زیادی را در بر خواهد داشت. در سال‌های اخیر، در برخی کشورهای اروپایی، ایالات متحده آمریکا و کانادا جهت تأمین برخی انتظارات خاص روسازی و تحمل بار محوری سنگین، از مخلوطهای آسفالتی، با استخوان بندی سنگدانه‌ای (SMA) استفاده شده است.
آسفالت SMA که از مقاو‌مترین انواع مخلوطهای آسفالتی شناخته شده تا به امروز است، فرآیند انتقال و تنزیل بار را از طریق تماس مستقیم سنگ روی سنگ صورت می‌دهد. به منظور فراهم نمودن تماس سنگ روی سنگ در این نوع از مخلوطهای آسفالتی، می‌بایست دانه بندی از نوع میان تهی را به منظور طرح اختلاط ساخت این نوع مخلوط بکار بریم که در نتیجه این عمل مقدار فضای خالی این نوع مخلوط را بسیار زیاد خواهد شد.
افزایش بیش از اندازه فضای خالی مخلوط آسفالتی باعث کاهش محسوس مقاومت آن خواهد شد. در نتیجه به منظور جلوگیری از این مشکل باید فضای خالی اضافی را با ملات قیر، فیلر و افزودنی پر کرده تا به مقدار مجاز درصد هوا برسیم. برخلاف آسفالت گرم معمولی که کلیه اجزای مخلوط آسفالتی در تحمل و انتقال بار موجود عمل می‌کنند، در مخلوطهای SMA اسکلت سنگدانه‌ای عمده بار وارده را تحمل می‌کند و نقش ملات قیری در درجه دوم قرار دارد. البته این مسئله به این معنی نیست که ملات قیری در مخلوطهای SMA از اهمیت کمی برخوردار است، بلکه اساساً در اولویت دوم قرار دارد.
در مخلوطهای آسفالتی متداول، عریان شدگی سنگدانه‌ها از اندود قیری پدیده‌ای است که به علت اثرات رطوبت بر مخلوط به وجود می‌آید. این پدیده به خاصیت چسبندگی بین قیر و مصالح سنگی مربوط میشود و به عوامل دیگری نظیر میزان فضای خالی مخلوط رویه آسفالتی، مقدار قیر، دمای محیط و … بستگی دارد. به منظور مقابله با این خرابی باید خاصیت چسبندگی بین قیر و مصالح سنگی بهبود یابد.
نیروی جاذبه مصالح نسبت به قير، تمايل آنها برای جذب و چسبيده ماندن به قير است. قير بايستی مصالح سنگی را بپوشاند و از عريان شدگی آن در حضور آب جلوگيری كند. اگر چه تئوری‌های متعددی در رابطه با فعل و انفعال شيميايی (كه در پديده عريان شدگی اتفاق می‌افتد)، وجود دارد ولی هيچ یک از آنها نمی تواند اين پديده را به طور كامل شرح دهد. جاذبه بيشتر بعضی از مصالح به سمت آب، نسبت به قير (مصالح هيدروفيليک)، از اهميت بسیاری برخوردار است. اين مصالح در حضور آب تمايل به عريان شدگی (جدا شدن قير از سطح مصالح) دارند. مصالح سيليسی مثل کوارتزيت و بعضی از گرافيت‌ها، نمونه‌هايی از مصالح هيدروفيلیکی (آ‌بدوست) هستند. از سوی ديگر مصالح هيدروفوبیک (آبگريز)، جاذبه بيشتری نسبت به قير دارند. سنگ آهك و دولوميت نمونه‌هايی از مصالح هيدروفوبیک هستند.
از آنجا که در مخلوطهای آسفالتی با استخوان بندی سنگدانه‌ای، درصد فضای خالی کم و در صد قیر در مخلوط زیاد است، احتمال وقوع پدیده عریان‌شدگی سنگدانه‌ها در صورت کم بودن درصد ریزش قیر مخلوط، اندک خواهد بود. از طرف دیگر چسبندگی قیر به سنگدانه و خواص فیزیکی و شیمیایی اجزاء قیر، به مرور زمان تحت تأثیر حرارت و فرآیندهای ناشی از پیر شدگی تغییر می کند. وقتی که قیر بتدریج و با گذشت زمان کهنه میشود، سختتر و شکننده‌تر میشود، در نتیجه چسبندگی و خاصیت چسبانیدن را از دست می‌دهد. بنابراین به منظور دستیابی به خدمت دهی دراز مدت قیر و افزایش پایایی و دوام آن، باید فرآیندهای کهنه شدن، اکسیداسیون و سایر تغییرات فیزیکی وشیمیایی حذف یا کاهش یابند. کاهش درصد فضای خالی و افزایش غشاء قیری اطراف سنگدانه‌ها در مخلوطهای آسفالتی با استخوان بندی سنگدانه‌ای، فرآیندهای اکسیداسیون و کهنه شدن را به تأخیر می‌اندازد و موجب دوام بیشتر رویه های آسفالتی میشود.
اگر چه این مقدار زیاد قیر باعث دوام بیشتر مخلوط آسفالتی میشود، ولی از سوی دیگر در صورت استفاده نکردن از یک نگهدارنده مناسب به عنوان تثبیت کننده مخلوط، امکان وقوع پدیده ریزش قیر در مخلوطهای SMA بسیار زیاد شده و در زمان بارگذاری ممکن است قیر از مصالح سنگی جدا شده و به صورت لکه‌های قیرزدگی در روی سطح آسفالت اجرا شده ظاهر شود که نتیجه معکوس خواهد داد. به این دلیل، از قیر اصلاح شده و یا افزودنی‌های نگهدارنده یا تثبیت کننده‌های قیر استفاده میشود. پلیمرها و الیاف از جمله تثبیت کننده‌هایی هستند که در آسفالت SMA بکار می‌روند. یکی از مشکلات استفاده از پلیمرها، نحوه اختلاط آنها در قیر است که نیازمند استفاده از همزن‌های با دور بالاست که علاوه بر صرف زمان، هزینه و انرژی زیاد، نیروی متخصص ویژه‌ای را در این زمینه نیازمند است.
به طور کلی نمونه‌های حاوی پلیمر، عملکرد بهتری در آزمایش مدول برجهندگی و نسبت مدول برجهندگی که در شرایط اشباع و غیر اشباع (خشک) صورت پذیرفت، نسبت به نمونه‌های معمولی، از خود نشان دادند. چسبندگی بالای قیر اصلاح شده منجر به قفل و بست مناسب در سنگدانه‌ها و افزایش مقاومت در نمونه‌ها میشود. با افزایش درصد پلیمر، عملکرد بهتر میشود.
