تاثیر دانه بندی مصالح بر خصوصیات آسفالت
با توجه به این كه دانه بندی بخش اعظمی از حجم و جرم یك مخلوط را به خود اختصاص میدهد، بدیهی است كه جزء مهمی از مخلوط آسفالتی بوده و نقش مهمی در انتخاب مخلوط بهینه داشته باشد.
ارائه یك طرح اقتصادی برای سازه و اسكلت روسازی همانند سایر سازههای مهندسی دیگر بسیار بااهمیت است و یك روسازی با طراحی اولیه نامناسب، هزینههای تعمیر زیادی را بر پروژه تحمیل خواهد كرد. از این رو طراحی اولیه ساختمان روسازی، با توجه به این كه ساخت و نگهداری روسازی را در آینده به صورت مستقیم تحت تأثیر قرار میدهد، از اهمیت بالایی برخوردار است. یكی از مهمترین پارامترها كه برای ارائه طرح اختلاط مناسب روسازی در گام اول باید در نظر گرفته شود، تعیین اسكلت دانه بندی مناسب برای مخلوط است. به گونهای كه خصوصیات مصالح در دسترس و همچنین شرایط محیطی و ترافیكی كه 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 عملكردی مناسب برای روسازی است. میتوان گفت دانه بندی مهمترین ویژگی یك مخلوط آسفالتی است كه تقریباً تمام خصوصیات مهم آن، شامل پایداری، ماندگاری، نفوذپذیری، كارآیی، مقاومت خستگی، مقاومت لغزشی و مقاومت در برابر آسیب رطوبتی را تحت تأثیر قرار میدهد. لذا با توجه به این كه سهم زیادی از یك مخلوط آسفالتی را سنگ دانههای آن تشكیل میدهد، دانه بندی مصالح سنگی تأثیر قابل توجهی بر خصوصیات مخلوط آسفالتی خواهد گذاشت، به طوری كه تأثیرات دانه بندی بر عملكرد 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 كه منحنی دانه بندی مصالح سنگی باید بین این دو منحنی و تا حد امكان در وسط و به موازات آنها قرار بگیرد. البته باید توجه داشت كه دانه بندیهای پیشنهاد شده توسط آیین نامههای فنی فقط جنبه راهنما داشته و اگر در منطقهای استفاده ازدانه بندیهایی به غیر از آن چه كه این آیین نامهها مشخص كردهاند نتیجه خوبی داده باشد، میتوان از این گونه دانه بندیها استفاده كرد.
برای ارزیابی و مقایسه مخلوطهای ساخته شده با دانه بندیهای متفاوت، اقدام به انجام آزمایشهای مارشال، حساسیت رطوبتی و خزش دینامیكی 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 كه روش مارشال اساساً یك 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 اصطكاك داخلی مصالح و ویسكوزیته قیر در دمای ۶۰ درجه سانتی گراد تحت تأثیر قرار میگیرد. به طور كلی میتوان گفت كه مقدار استقامت مارشال نشان دهنده توانایی مخلوط آسفالتی برای مقاومت در برابر شیارشدگی و برآمدگی تحت بارگذاریهای سنگین ترافیكی است.
روانی مقدار تغییر شكل عمودی نمونه در هنگام اعمال مقدار بار ماكزیمم است. روانی بالا نشان دهنده یك مخلوط پلاستیك است كه تحت بارگذاری ترافیكی تغییر شكل بالایی را تجربه خواهد كرد. در حالی كه مقادیر پایین روانی نشان دهنده یك مخلوط با مقدار فضای خالی بیشتر از مقدار نرمال و مقدار قیر ناكافی 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 یك مخلوط با مقدار خارج قسمت مارشال بالا در مقابل تغییر شكلهای دائمی مقاومت بیشتری دارد.
آزمایش خزش دینامیكی
آزمایش خزش دینامیكی با استفاده از دستگاه UTM-5 به منظور اعمال تنش محوری تكراری به نمونه مخلوط آسفالتی و اندازه گیری تغییر شكل قائم با استفاده از سنسورهای جابجایی متغیر خطی (LVDT) انجام شده است. دادههای ورودی شامل ابعاد نمونه (قطر و ارتفاع)، تنش پیش بارگذاری،فركانس اعمال تنش و مقدار تنش تماسی با استفاده از نرم افزار دستگاه كنترل میشود.
یكی از مهمترین اهدف آزمایش خزش دینامیكی، مطالعه عملكرد مخلوط آسفالتی در برابر شیار افتادگی است و مهمترین پارامتر به دست آمده از این آزمایش، كرنش تجمعی است كه به نوعی به مقاومت شیارشدگی مخلوط آسفالتی بستگی دارد، لذا، از این آزمایش برای مقایسه بین انواع مختلف نمونههای آسفالتی استفاده میشود.
آزمایش خزش دینامیكی خروجیهای متعددی دارد كه میتواند برای تخمین پتانسیل تغییر شكل دائمی در مخلوط مورد استفاده قرار گیرد. از خروجی، عدد روانی، كه از نمودار خزش (نمودار كرنش پلاستیك تجمعی در برابر تعداد سیكل بارگذاری) به دست میآید، به عنوان یك پارامتر برای مقایسه مخلوطهای مختلف استفاده شده است. نقطه یا سیكلی كه تغییر شكلهای برشی پلاستیك خالص در نمونه اتفاق میافتد، عدد روانی نامیده میشود. در این سیكل نمونه به طور چشمگیری شروع به تغییر شكل كرده و مصالحی كه اسكلت مخلوط را میسازند شروع به حركت در كنار یكدیگر میكنند.
آزمایش حساسیت رطوبتی
آزمایش كشش غیر مستقیم در اصل یك آزمایش قطری است كه در آن نمونه استوانهای تحت اثر نیروی فشاری وارد بر سطح جانبی آن قرار میگیرد. این نحوه بارگذاری سبب به وجود آمدن تنشهای كششی در امتداد قطر بارگذاری شده میشود و در نتیجه نمونه در امتداد قطر بارگذاری شده میشكند.
دانه بندی حد پایین از نظر پارامترهای عملكردی (خارج قسمت مارشال، تغییر شكل دائمی و حساسیت رطوبتی) رفتار مناسبتری نسبت به دانه بندیهای دیگری را نشان میدهد. همچنین دانه بندی حد بالا در كل دارای خصوصیات عملكردی مناسبی نیست. قابل ذكر است كه مخلوطهای ساخته شده با این دانه بندی تنش كششی غیر مستقیم در حالت خشك بالاتری نسبت به سایر دانه بندیهای مورد بررسی دارند، كه میتواند نشان دهنده مقاومت بالای مخلوط ساخته شده با این دانه بندی در برابر خستگی باشد، لذا نتیجه میشود كه برای تمام معادن، دانه بندی حد وسط لزوماً بهترین دانه بندی انتخابی نیست.
دانه بندیهای درشتتر رفتار بهتری در برابر تغییر شكلهای دائمی دارند و دانه بندیهای ریزتر از عملكرد خستگی مناسبتری برخوردار هستند، به نظر میرسد كه دانه بندی مناسب بایستی بر اساس عملكردی كه 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 كمتر (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 فاكتورها روی همرفته باعث میشود مخلوط حاصل رفتار خزشی و حساسیت رطوبتی مناسبی از خود نشان دهد.
انجام آزمایش آب جوشان نشان میدهد كه میزان عریان شدگی در دانه بندیهای حد بالا بیشتر از سایر دانه بندیها است و دانه بندی حد پایین كمترین مقدار عریان شدگی را داراست كه میتوان دلیل آ ن را ضخامت غشای قیر كمتر مخلوطهای ساخته شده با دانه بندی حد بالا دانست. تحلیل واریانس صورت گرفته نشان میدهد كه تأثیر دانه بندی بر روی رفتار خزشی مخلوطهای حاصل بیشتر از سایر پارامترهای عملكردی دیگر است.
