سخت شدگی قیر

سخت شدگی قیر

مطالعات بلندمدت  نشان داده برای این که یک رویه آسفالت به طول عمر طراحی شده خود برسد ، قیر نباید در مدت انبارداری داغ شامل فرایند تولید آسفالت یا سرویس در سطح جاده  بیش از حد سخت شود.   قیر همانند بسیاری از مواد پلیمری بوسیله حضور اکسیژن، تابش ماوراءبنفش و تغییرات دما تحت تأثیر قرار می گیرد. این عوامل بیرونی باعث سخت شدن قیر و درنتیجه کاهش نقطه نفوذ و افزایش نقطه نرمی می شود و معمولاً یک افزایش در شاخص نفوذ اتفاق می افتد. در سالهای اخیر، پدیده سخت شدن قیر و بنابراین سخت شدن مخلوط آسفالت به عنوان یک پدیده مفید در لایه های آسفالت بررسی شده است زیرا باعث افزایش سختی مواد و درنتیجه افزایش قابلیت پخش بار در ساختار می شود. این سخت شدگی به عنوان “پخت (Curing)”  شناخته شده و اعتقاد بر این است که باعث افزایش طول عمر آسفالت می شود.

در لایه های سطح در قسمت هایی که مواد با محیط در تماس هستند ، سخت شدگی قیر می تواند خواص مخربی بر کارایی آن داشته باشد و می تواند منجر به فرسایش و ترک شود. این اثر به عنوان “سخت شدگی(hardening)” بیان می شود، وقتی از عنوان سخت شدگی استفاده می شود یعنی تغییرات در خواص قیر برای طول عمر لایه های سطح مضر است.  

1. سخت شدگی قیر

تمایل قیر برای سخت شدن تحت تأثیر شرایط اتمسفر سال‌هاست شناخته شده و مورد مطالعه قرارگرفته است. تمام پانزده فاکتور تأثیرگذار بر پیرشدگی قیر تعریف شده و جزئیات آن در جدول 1 آمده است.

مهم ترین مکانیسم های سخت شدگی قیر در بین پانزده مورد عبارت‌اند از:

• اکسیداسیون(oxidation)

• فراریت(volatilisation)

• فاکتورهای فیزیکی یا ساختار مولکولی(steric or physical factors)

• تبخیر روغن ها (exudation of oils)

جدول 1: مکانیسم های پیرشدگی قیر

اکسیداسیون

همانند بسیاری از مواد آلی، قیر وقتی در تماس با اکسیژن اتمسفر قرار می گیرد به آهستگی اکسید می شود. گروه های قطبی محتوی اکسیژن تشکیل می شوند و اینها تمایل به اجتماع در مایسل های با وزن مایسلی بالاتر دارند، درنتیجه ویسکوزیته قیر افزایش می یابد. گروه های قطبی هیدروکسیل، کربونیل و کربوکسیل تشکیل می شوند و منجر به مولکول‌های پیچیده تر و بزرگتر می شوند که قیر را سخت تر می کنند و انعطاف پذیری آن را کاهش می دهند. مقدار اکسیداسیون به شدت به دما، زمان و ضخامت لایه قیر بستگی دارد. در دمای بالای صد درجه سانتی گراد به ازای هر ده درجه افزایش دما سرعت اکسیداسیون دو برابر می شود. سخت شدگی به دلیل اکسیداسیون برای مدت زمان طولانی است که به عنوان عامل اصلی پیرشدگی قیر در نظر گرفته شده به طوری که عوامل دیگر کمتر در نظر گرفته شده است. به هرحال نشان داده شده است که اگرچه سایر فاکتورها اهمیت کمتری از اکسیداسیون دارند ولی قابل اندازه گیری می باشند.

از دست دادن مواد فرار

تبخیر مواد فرار به طور عمده به دما و شرایطی که قیر در معرض آن قرارگرفته بستگی داد. قیرهای درجه نفوذی یا پن گرید نسبتاً غیر فرار هستند و بنابراین مقدار سخت شدگی در اثر از دست دادن مواد فرار برای آن ها نسبتاً کم است.

سخت شدگی فیزیکی یا ساختار مولکولی

سخت شدگی فیزیکی زمانی اتفاق می افتد که قیر در دمای محیط است و به جهت گیری مجدد مولکول‌های قیر و کریستالی شدن آهسته واکس نسبت داده شده است. بر اثر گرم کردن سختی فیزیکی قابل بازگشت است و ویسکوزیته اصلی قیر به دست خواهد آمد.

این پدیده بوسیله اندازه گیری نفوذ نمونه قیر در آزمایشگاه (بدون گرم کردن مجدد) در طول دوره زمانی به سادگی بازسازی می شود. باگذشت زمان نفوذ نمونه کاهش می یابد.

سخت شدگی اگزوداتیو (Exudative)

سخت شدگی اگزوداتیو در اثر حرکت ترکیبات روغنی که از قیر به مواد معدنی تراوش می کنند ایجاد می شود و تابعی از تمایل قیر به تراوش و منافذ مواد معدنی است.