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 یك لایه سطحی به منظور هموار سازی بهتر سطح راه و جلوگیری از شن زدگی احداث می‌شود. نوع لایه سطحی بر اساس وظایف عملكردی روسازی و میزان ترافیك پیش بینی شده، تعیین می‌شود.
در جاده‌های پر ترافیك، این لایه سطحی معمولاً از مخلوط‌های آسفالتی توپر با كیفیت عالی (با اندازه اسمی ۱۹ میلیمتر) ساخته می‌شود. در سایر موارد می‌توان از مخلوط‌های آسفالتی حفاظتی نظیر آسفالت‌های میكروسرفیسینگ 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، شكل و كیفیت 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 الامكان در وسط و به موازات آنها قرار گیرد.
استقامت
به طور كلی استقامت مخلوط‌های آسفالتی تحت تأثیر ویسكوزیته قیر، دانه‌بندی و مقاومت مصالح سنگی موجود در مخلوط آسفالتی است. بطو‌ر چشمگیری وابسته به زاویه اصطكاك داخلی مصالح سنگی، اندازه سنگدانه‌های مورد استفاده و میزان چسبندگی قیر موجود در مخلوط است.
مشاهده می‌شود كه نوع مصالح سنگی بكار 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 كه 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 حداكثر چگالی تئوری مخلوط‌های آسفالتی بستگی دارد. می‌تواند از طریق افزایش تراكم، 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 تراكم موثر باعث می‌شود كه نمونه‌های ساخته شده دارای مقاومت برشی بیشتری شده و عملكرد آنها را بهبود بخشد. البته با این شرط كه درصد قیر مخلوط مناسب و در حد درصد قیر بهینه باشد. میزان چگالی مخلوط‌های آسفالتی تاثیر زیادی بر عملكرد آنها دارد.
روانی
روانی در مخلوط‌های آسفالتی به عنوان یك شاخص برای تعیین میزان انعطاف پذیری و دوام آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد. مقادیر بالای روانی در مخلوط‌های آسفالتی نشانگر آن است كه مخلوط دارای خاصیت انعطاف پذیری بالایی بوده و تغییر شكل‌های یكنواختی تحت ترافیك عبوری از خود نشان می‌دهد.
در عین حال مقدار كم روانی ممكن است نشانگر آن باشد كه یك مخلوط آسفالتی دارای حفره‌های بیش از حد طبیعی بوده و همچنین مقدار قیر كافی برای دوام آنها در مخلوط وجود ندارد. همین عوامل منجر به ایجاد ترك‌های زودرس ناشی از شكنندگی مخلوط در طول عمر روسازی می‌شود. بنابراین میزان بالای روانی در مخلوط‌های آسفالتی می‌تواند به عنوان یك عامل موثر در كیفیت مخلوط‌های آسفالتی مطرح باشد.
آزمایش شیارافتادگی
شیارافتادگی به تغییرشكل‌های دائمی اطلاق می‌شود كه به صورت شیار فرورفته در مسیر چرخ وسایل نقلیه و به موازات محور طولی راه دیده می‌شود. تكرار بارگذاری ناشی از عبور وسایل نقلیه سنگین، كیفیت نامناسب مخلوط آسفالتی یا سایر مصالح روسازی و نرسیدن به تراكم مورد نیاز منجر به ایجاد این نوع خرابی می‌شود. چنین پدیده‌ای بیشتر در مناطق گرمسیر اتفاق می‌افتد. تغییر شكل‌های دائمی در لایه‌های روسازی یا بستر آن تحت بارهای ترافیكی منجر به ایجاد شیار افتادگی در سطح روسازی می‌شود.
انواع شیارافتادگی در آسفالت درشت دانه
مكانیزم 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 كه 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 ترافیكی سنگین و در زمستان سایش ناشی از عبور لاستیك‌های یخ شكن است. نرخ خرابی این نوع از شیارافتادگی در فصل زمستان به علت فرسایش سنگدانه‌ها به سرعت افزایش می‌یابد. همچنین هنگامی كه سنگدانه‌ها از قیری كه به حالت شكننده در آمده جدا می‌شوند. این حالت از شیارافتادگی به علت شرایط محیطی و بارهای ترافیكی در سطح رویه شدت می‌گیرد.
شیارافتادگی ناشی از ضعف بستر و سیستم روسازی
این نوع از شیارافتادگی به علت تراكم و فشردگی تدریجی لایه‌های تحتانی ناشی از تكرار آمد و شد وسایل نقلیه به وجود می‌آید. مهمترین عامل بروز شیار تحت تاثیر این مكانیزم، ضعف لایه‌های تحتانی ا ز جمله خاك بستر است.ترك‌هایی كه 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 شكل كاسه‌ای، كم عمق و بدون ترك هستند. ترسیم مقطع طولی در امتداد مسیر چنین شیارهایی، می‌تواند نشان دهد كه ضخامت روسازی ثابت مانده و لایه‌های زیرین، نظیر خاك بستر یا مصالح دانه‌ای اساس و یا زیر اساس تغییر شكل یافته‌اند.
شیارافتادگی ناشی از ضعف لایه آسفالتی
این نوع شیار به دلیل حركت جانبی مخلوط آسفالتی تحت تاثیر تنش‌های برشی ناشی از عبور ترافیك و یا در اثر رفتا‌ر ویسكوالاستیك 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 شكل، سخت و صلب باشد، ممكن است در مسیر چرخ‌ها ترك‌هایی به وجود آید. این نوع از خرابی در اثر تغییر شكل‌های 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 كنار مسیر چرخ‌ها، شیارافتادگی ایجاد می‌شود.
در مسیر چرخ‌ها، سطح جاده معمولاً صاف است و سطح شیار نیز صاف و به شكل كاسه‌ای است. تغییر شكل 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 كلی كه بر میزان مقاومت شیارافتادگی مخلوط‌ها آسفالت درشت دانه تأثیر گذارند، شامل مشخصات مصالح سنگی،قیر، شرایط آب و هوایی و شرایط ترافیكی هستند.
قیر
ویژگی‌های قیر اثر زیادی بر تغییر شكل‌های دائمی مخلوط آسفالتی دارد. هر چه قیر سخت‌تر باشد، شیارافتادگی مخلوط آسفالتی در دماهای بالا كمتر خواهد بود. امروزه در برخی از كشورها قیرها بر اساس روش جدید SHRP با توجه به شرایط عملكرد آتی آنها، درجه بندی می‌شوند كه برای هر درجه مشخصاتی ارائه شده است. هر یك از مشخصات و خواص ارائه شده، در رابطه با یك 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 كار رفته در مخلوط آسفالت درشت دانه در مقاومت شیار افتادگی تاثیر بسزایی دارد، به طوریكه با افزایش مقدار قیر میزان شیارافتادگی بیشتر خواهد شد، تحقیقات نشان می‌دهد كه 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 كه چرخ وسیله نقلیه در این نقطه قرارمی‌گیرد، تغییر شكلی كه در لایه بتن آسفالتی ایجاد می‌شود، باعث ایجاد كرنش كششی در زیر لایه می‌شود. با عبور وسیله نقلیه از این نقطه، لایه بتن آسفالتی تمایل بازگشت به موقعیت قبلی را دارد. با تكرار این عمل در صورتی كه تنش یا كرنش كششی در زیر لایه آسفالتی از تنش یا كرنش كششی قابل تحمل لایه آسفالتی تجاوز كند، ترك‌هایی در زیر لایه آسفالتی ایجاد می‌شود كه به مرور زمان، این ترك‌ها به سمت بالای لایه آسفالتی حركت و در سطح لایه ظاهر می‌شوند. از به هم پیوستن این ترك‌ها، ترك‌های موسوم به ترك‌های خستگی به وجود می‌آیند. به طوركلی ترك‌های خستگی به دو گروه تقسیم بندی می‌شوند.
- ترك‌های خستگی ناشی از تكرار بارگذاری به علت عبور وسایل نقلیه.
- ترك‌های خستگی حرارتی ناشی از تغییرات دما.
جمع بندی كلی
در رابطه با خصوصیات مخلوط آسفالت درشت دانه می‌توان به مزایای فنی و اقتصادی متعددی اشاره داشت. بعضاً معایبی نیز وجود دارد كه موارد زیر را می‌توان خلاصه‌ای از آنها دانست.
امكان اجرای آسفالت در ضخامت زیاد
آسفالت‌های حاوی مصالح سنگی درشت دانه امكان اجرای لایه آسفالت در ضخامتی بیشتر از ضخامت اجرای آسفالت‌های با دانه‌بندی‌های متوسط و ریز را فراهم می‌كنند. به این ترتیب كه ضخامت لایه‌های آسفالتی بر اساس دستورالعمل‌های آئین نامه‌ای نباید بیش از ۱٫۵ برابر اندازه بزرگترین سنگدانه‌های مخلوط باشد. با بكارگیری 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 متراكم نمود، مشروط بر آنكه از روش تراكم سنگین استفاده شود.
مقاومت
اتصال سنگدانه‌های درشت به یكدیگر در یك مخلوط عموماً منجر به حصول مقاومت بیشتر مخلوط آسفالت می‌شود. با انتخاب مصالح درشت دانه در صورتی كه سنگدانه‌ها خود دارای مقاومت كافی 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 كلیدی در عملكرد آسفالت دارد.در این مخلوط‌ها در مناطق گرمسیری الزاماً باید از قیرهای سفت استفاده كرد تا آسفالت تهیه شده با آن دچار تغییرشكل نشود. بالعكس در مناطق سردسیری باید از قیرهای نسبتاً روان استفاده شود تا آسفالت دچار ترك‌های حرارتی نشود.
كاهش میزان مصرف قیر
یكی از پارامترهایی كه 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. بالعكس هر چه دانه‌بندی درشت تر باشد، با كاهش سطح مخصوص سنگدانه‌ها، میزان مصرف قیر در مخلوط افزایش می‌یابد؛ بطوری كه برای مثال، مخلوط‌های آسفالت ماستیكی كه عمدتاً حاوی مصالح سنگی ریز دانه هستند بعضا تا حدود ۱۰ درصد قیر دارند.
تولید آسفالت دارای قابلیت زهكشی
از آنجا كه عموماً میزان فضای خالی بین مصالح سنگی در مخلوط‌های آسفالتی حاوی مصالح درشت دانه زیاد است، این مخلوط‌ها قابلیت زهكشی مناسبی داشته و ضمن تأمین مقاومت می‌توانند آب‌های بارندگی را از خود عبور دهند. شاید به همین دلیل است كه در طراحی مخلوط‌های اساس آسفالتی، مصالح سنگی با دانه‌بندی‌های درشت بیشتر مورد كاربرد قرار می‌گیرند.
دشواری تراكم
از آنجا كه ضخامت آسفالت‌های حاوی مصالح سنگی درشت دانه معمولاً بیشتر از ضخامت مخلوط‌های آسفالتی متداول است. لذا امكان متراكم نمودن آنها با غلتك‌های معمولی و سبك بسیار دشوار خواهد بود. لذا توصیه آن استكه برای متراكم نمودن لایه‌های آسفالتی حاوی مصالح سنگی درشت دانه و لایه‌های ضخیم از غلتك‌های سنگین (نظیرغلتگ استاتیك ده تن) یا غلتك‌های ویبره استفاده شود تا تراكم 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 كه 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) امكان متلاشی شدن سنگدانه‌ها وجود خواهد شد. در این شرایط شكننده بودن سنگدانه‌ها حتی اگر در زمستان نیز پدیده اضمحلال آسفالت را خود نشان ندهد، سطوح شكسته شده و سنگدانه‌ها نیاز به جذب قیر دارند. قیر موجود در مخلوط جذب سطوح سنگدانه‌های شكسته شده و باعث سخت شدن آسفالت می‌شود. این شرایط زمینه‌های اضمحلال زودرس روسازی را فراهم می‌آورد.
كاربردهای 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 یك لایه سطحی به منظور هموار سازی بهتر سطح راه و جلوگیری از شن زدگی احداث می‌شود. نوع لایه سطحی بر اساس وظایف عملكردی روسازی و میزان ترافیك پیش بینی شده، تعیین می‌شود. در جاده‌های پرترافیك، این لایه سطحی معمولاً از مخلوط‌های آسفالتی توپر با كیفیت عالی (با اندازه اسمی ۱۹میلیمتر) ساخته می‌شود. در سایر موارد می‌توان از مخلوط‌های آسفالتی حفاظتی نظیر آسفالت‌های میكروسرفیسینگ 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.
