سخت شدن قیر در لایه های سطح آسفالت جاده

سخت شدن قیر در لایه های سطح آسفالت جاده

سخت شدن قیر در جاده

 مقدار قابل توجهی از سخت شدگی قیر در هنگام اختلاط و میزان کمتری در هنگام ذخیره سازی و حمل و نقل اتفاق می افتد. به هرحال، سخت شدن بایندر در جاده تا رسیدن به یک مقدار محدودی ادامه خواهد داشت. این رفتار به عنوان طول عمر پیرشدگی توصیف شده و در شکل 4 نشان داده شده است. شکل شاخص پیرشدگی قیر بعد از اختلاط، ذخیره سازی، حمل و نقل، آسفالت و سرویس های بعدی را نشان می دهد. توجه داشته باشید که شاخص پیرشدگی تعریف بنیادی ندارد و معمولاً به صورت نسبت دو مقدار مانند ویسکوزیته، نرمی یا نفوذ در زمان های مختلف بیان می شود.

شکل 4: نمودار پیرشدگی قیر در هنگام اختلاط، ذخیره سازی، حمل و نقل و سرویس

سخت شدن قیر در لایه های سطح آسفالت

مهم ترین فاکتوری که بر سخت شدگی قیر در جاده تأثیر می گذارد تعداد منافذ مخلوط است. جدول 2 خواص قیرهای بازیافت شده از سه مخلوط بتن آسفالت بعد از 15 سال سرویس را نشان می دهد. قیر بازیافت شده از مخلوط با تعداد منافذ کمتر خیلی کم سخت شده است. به هرحال جایی که تعداد منافذ زیاد است، اجازه ورود هوا به اندازه ثابتی را می دهد درنتیجه سخت شدگی اتفاق می افتد. شاخص نفوذپذیری برای مواد با منافذ بیشتر به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. این محدودیت ها مقدار تنش را کاهش می دهد که میتواند اتفاق بیافتد و احتمالاً باعث ترک برداشتن مواد فشرده گردد. به طور مشابه، شکل 5 خواص درجای قیر حاصل از بتن آسفالتی قدیمی پنج ساله با تعداد منافذ از 3 تا 12 درصد را نشان می دهد.

جدول 2: سخت شدن قیر در شرایط سرویس

شکل 5: تأثیر تعداد منافذ بر سخت شدگی قیر رد جاده

برای منافذ کمتر از 5 درصد سخت شدگی بسیار کمی در شرایط سرویس رخ می دهد. به هرحال برای منافذ بیشتر از 9 درصد نفوذ درجا از 70 به 25 کاهش می یابد.

قیر در سطح جاده بسیار سریع تر از قیر توده آسفالت سخت می شود. برای این پدیده سه دلیل وجود دارد:

• وجود یک منبع ثابت از اکسیژن تازه

• ایجاد گاه به گاه دمای بسیار بالا در سطح جاده

• فتو اکسیداسیون قیر بوسیله تابش ماوراءبنفش

فتو اکسیداسیون به سرعت باعث ایجاد یک پوسته با ضخامت 4 تا 5 میکرومتر روی سطح فیلم قیر می شود. این بوسیله تابش طبیعی ماوراءبنفش اعمال می شود و اعتقاد بر این است که در ضخامت 10 میکرومتری بالای فیلم قیر جذب می شود. نشان داده شده است که پوسته تشکیل شده می تواند جذب اکسیژن و از دست دادن مواد فرار را به تعویق اندازد. به هرحال مواد اکسید شده در آب باران محلول هستند و می تواند ساییده شد و درنتیجه قیر تازه نمایان شود.

هر دو مخلوط لایه سطح continuously-graded و gap-graded به صورت متراکم در نظر گرفته می شوند، مواد gap-graded به عنوان مواد با دوام تر در نظر گرفته می شود. یک فاکتور که بر دوام تأثیر می گذارد قابلیت نفوذ مخلوط نسبت به هوا است. به طور کلی اینگونه در نظر گرفته شده است که مخلوط های gap-graded نسبت به مخلوط های continuously graded با حفره های مشابه، نسبت به هوا کمتر نفوذپذیر است. به این دلیل که حفره ها در مخلوط های gap-graded به طور کلی گسسته هستند و مانند مخلوط های continuously-graded با هم تماس ندارند.

سرعت اکسیداسیون سطح در شکل 6 نشان داده شده است، در این شکل نفوذ، نقطه نرمی و شاخص نفوذ قیر (PI) بدست آمده از سطح و توده مخلوط بتن آسفالتی طی چندین سال رسم شده است.

شکل 6: سخت شدگی قیر در سطح و عمق متوسط لایه سطح بتن آسفالت

بعد از 7 سال، نفوذ قیر سطح برابر 25 است در حالی که نفوذ قیر توده مخلوط برابر با 45 است. به طور مشابه، تفاوت قابل توجهی بین PI وجود دارد. PI در توده مخلوط اندکی تغییر می کند در صورتی که PI قیر در سطح به بالای 4 افزایش می یابد. در حقیقت اکسیداسیون سطح مطلوب است زیرا باعث می شود قیر به سرعت فرسایش یافته و سنگ دانه های جدید سطح نمایان شود که این امر باعث افزایش مقاومت ترمز جاده می شود.

همچنین محتوی قیر (ضخامت فیلم قیر) نقش مهمی را در سرعت سخت شدگی جاده بازی می کند. کارهای آزمایشگاهی نشان داده است که اکسیداسیون یک فیلم قیر در دمای بالای محیط، یعنی 40 تا 60 درجه سانتی گراد همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است به یک عمق 4 میکرومتری محدود می شود. اهمیت این به ضخامت میانگین فیلم وابسته خواهد بود و همان طور که قبلاً گفته شده 5 تا 15 میکرومتر است. پیشنهاد شده است که حداقل ضخامت فیلم قیر بین 6 تا 8 میکرومتر برای کارایی راضی کننده هر دو مخلوط gap-graded و continuously-graded لازم است؛ بنابراین به طور کلی، مقدار کمتر قیر باعث ایجاد فیلم نازک تر و درنتیجه افزایش سرعت سخت شدگی می شود.

شکل 7: رابطه بین اکسیژن جذب شده در 50 درجه سانتی گراد و ضخامت فیلم

روش های مختلفی برای اندازه گیری ضخامت قیر وجود دارد. ضخامت های معمولی به شرح زیر است:

• ماکادام پوشش داده شده متراکم بزرگتر از 5 میکرومتر

• آسفالت گرم کوب (hot rolled asphalt) بزرگتر از 7 میکرومتر

• آسفالت متخلخل بزرگتر از 12 میکرومتر

روش اندازه گیری ضخامت فیلم فاکتورهای ناحیه سطح را برای دانه های کوچکتر از 75 میکرومتر نشان می دهد. به طور واضح، برخی مواد که این غربال را می گذرانند به طور قابل ملاحظه ای ریزتر از 75 میکرومتر هستند، بویژه برای موادی که فیلر سنگ آهکی به مخلوط اضافه شده است؛ بنابراین برای مواد با مقدار فیلر زیاد مانند آسفالت گرم کوب ضخامت فیلم قیر کمتر از مقدار ارائه شده در بالا خواهد بود. به هرحال فرض شده است که قیر و فیلر دانه های درشت و ریز را پوشش داده اند سپس ضخامت فیلم بایندر مانند بالا تخمین زده شده است.