آسفالت
آسفالت بطور کلی مخلوطی است از مصالح سنگی با دانه بندی پیوسته و یک ماده چسباننده که معمولا قیر است. آسفالت با توجه به کاربرد آن به صورتهای گوناکون ساخته می شود.
آشناترین نوع آسفالت همان آسفالت گرم یا بتن آسفالتی گرم است. مصالح سنگی معمولا بیش از 90 درصد مخلوط آسفالت را تشکیل میدهند. از اینرو مصالح سنگی تاثیر بسزایی در کیفیت آسفالت حاصله دارد.
بتن آسفالتی
بتن آسفالتی ، پوسته متراکم و سیاهرنگی است که قسمت عمده و بطور کلی استخوان بندی آن را مصالح سنگی دارای دانه بندی پیوسته (با کمترین فضای خالی) تشکیل میدهد و ذرات آن به توسط قیر به هم چسبیدهاند. بتن آسفالتی جسم همگن و توپری است که خود بار میبرد، مقاومت برشی نسبتا زیاد دارد، در برابر عوامل جوی و چرخ وسایل نقلیه پایداری میکند و نیاز به تعمیر همیشگی ندارد.
به عبارت دیگر بتنی است که در آن ، به جای دوغاب سیمان ، قیر بکار رفته است و برای پر کردن هر چه بیشتر فضاهای خالی آن از گرد سنگ استفاده شده است. بتن آسفالتی را به روش گرم و معمولا در ماشینهای خودکار ساخته و مخلوط میکنند و سپس در سطح راه پخش نموده و میکوبند. آسفالت را تا 4 یا 5 سانتیمتر در یک قشر و کلفت تر از آن را در بیش از یک قشر میسازند.
ویژگیهای آسفالت در قسمتهای مختلف راه
معمولا قشرها از رویه و آستر تشکیل میشود. لایه رویی که تحت تاثیر عوامل جوی و چرخ وسایل نقلیه است، باید از جنس ممتاز ساخته شود. یکی از وظایف اصلی لایه زیرین که در روی پی (زیرسازی) راه قرار میگیرد و ممکن است خود از یک یا چند لایه درست شده باشد، انتقال بار از رویه به زیرسازی راه است. قشر آستر معمولا با دانه بندی درشت تر و قیر کمتر و قشر رویه با دانه بندی ریزتر و قیر بیشتر ساخته میشود.
در زمان تهیه آسفالت ، علاوه بر نوع مصرفی که خواهد داشت به حمل مصرف آن توجه میشود. از آن جمله است: آفتابی یا سایه بودن محل ، روباز بودن یا قرار گرفتن درون تونل ، خشکی و نمناکی محل کار ، تغییرات دمایی که باید تحمل کند، فصل ساختن راه و مانند آن
.
انواع مصالح سنگی آسفالت
مصالح سنگی درشت
شامل ذرات درشت تر از الک شماره 8 (یا 10) است. این مصالح که معمولا از شن طبیعی و سنگ یا قلوه سنگ شکسته است، باید عاری از مواد پوشاننده سطح دانهها (مانند لای یا رس) یا هر نوع ماده مضر دیگر که مانع چسبیدن قیر به ذرات میشود ذرات سست و کلوخههای گلی و سنگهای تجزیه شده باشد. ساییدگی این مصالح در 500 دور چرخش ماشین لوس آنجلس نباید از 40 برای آستر و از 30 برای رویه تجاوز کند. همچنین باید لااقل 60 درصد وزنی دانههای درشت ، حداقل در دو چشمه شکسته باشند. مقاومت اینگونه مصالح در مقابل عوامل جوی پس از 5 چرخه آزمایش با سولفات سدیم نباید از 8 درصد بیشتر باشد.
مصالح سنگی ریز
به مصالحی اطلاق میگردد که از الک شماره 8 میگذرند، ولی روی الک شماره 200 باقی میمانند. این مصالح از شکستن سنگ یا شن یا از ماسه طبیعی یا مخلوطی از آنها بدست میآیند. مصالح سنگی ریز ، باید تمیز و سخت و بادوام و تا حد امکان گوشهدار و عاری از پوشش رسی ، لای یا هرگونه مواد مضر دیگر ، که مانع چسبیدن قیر به ذرات میگردد، باشند. علاوه بر آن باید عاری از کلوخههای رسی و دانههای سست سنگهای تجزیه شده باشند. مقاومت این مصالح در مقابل عوامل جوی پس از 5 چرخه آزمایش با سولفات سدیم باید کمتر از 8 درصد باشد (افت وزنی کمتر از 8 درصد(.
مصالح سنگی فیلر (پرکننده)
فیلر به دانههای ریزی از مصالح سنگی اطلاق میشود که از الک شماره 200 میگذرند. این ذرات باید عاری از مواد آلی و رس باشند. فیلر را میتوان از شکستن و خرد کردن سنگهای مناسب بدست آورد. هرگاه فیلر موجود (حاصل از شکستن سنگ یا قلوه سنگ و شن) کافی یا مرغوب نباشد، میتوان از گرد سنگهای آهکی ، آهک شکفته ، سیمان پرتلند یا سایر موارد معدنی مشابه که خمیرسان نباشند و با استاندارد کار وفق دهند، استفاده کرد.
فیلر مصرفی در آسفالت ، چه به صورت فیلر موجود در مصالح سنگی درشت و ریز و چه به صورت فیلری که احیانا جداگانه تهیه و به مخلوط اضافه میشود، باید به اندازهای باشد که دانه بندی مصالح سنگی و فیلر به روی هم در حدود فرمول کارگاهی شود.
ویژگیهای مصالح سنگی بتن آسفالتی
مصالح سنگی بتن آسفالتی باید دارای دانه بندی پیوسته باشد. به نحوی که ذرات ریز فضاهای بین ذرات درشت تر را پر نماید. دانه بندی مصالح سنگی و فضای خالی آن فوق العاده در کیفیت آسفالت حاصله تاثیر دارد. مصالح سنگی پس از آن که بر طبق فرمول کارگاهی مخلوط شدند، باید آزمون ارزش ماسهای بر روی آنها انجام شود. نتیجه این آزمون باید لااقل 50 باشد. قیر مصنوعی در آسفالت گرم معمولا 70/60 است. البته ممکن است، با توجه به وضع آب و هوا و نوع ترافیک ، از انواع دیگر قیر نیز استفاده شود. مقدار قیر مصرفی در مخلوط آسفالت بیشتر به صورت درصد قیر نسبت به مخلوط آسفالت نشان داده میشود.
کمیت و کیفیت مصالح سنگی و قیر و نحوه اختلاط آنها معمولا بر طبق بررسیهایی که در مورد همان کار مخصوص انجام گرفته و به طرح آسفالت موسوم است، انجام میشود. آسفالتها انواع دیگری نیز دارند که از آن میان میتوان از آسفالت نفوذناپذیر نام برد که برای جلوگیری از نفوذ آب به داخل جسم راه اجرا میشود یا آسفالت سرد که در آن به عنوان ماده چسبنده از مخلوط قیر و قطران ، که در سرما نیز مایع است، استفاده میشود. آسفالت سرد را بیشتر بطور برجا میسازند
.
مزیتهای رویه های بتنی RCCP بر آسفالت |
|
استفاده از رویه های بتنی RCCP برای روکش معابر مدت هاست در کشورهای توسعه یافته مد نظر قرار گرفته، با این حال هنوز در ایران آسفالت تنها گزینه روکش معابر است. |
|
تخریب و تعویض های متوالی آسفالت معابر سواره رو خیابانها و شبکه های بزرگراهی و محوطه های صنعتی در کشور ما، در کنار تحمیل خسارات میلیاردی به اقتصاد ملی ، ضریب ایمنی جاده ها و خیابانهای کشور را نیز به شدت کاهش داده است. همچنین خسارات فراوانی نیز به خودروها وارد می کند. تکنولوژی فعلی ساخت معابر قادر به پاسخگویی و رفع این معضل نیست. طراحی و ساخت معابر سواره رو و ترافیکی نیازمند تغییر ساختاری و تکنیکی است. معضل زیست محیطی استفاده از مواد نفتی و هیدرو کربن ها در ترکیب آسفالت قیری در کنار پائین بودن قابلیت های آسفالت قیری برای احراز بسیاری از مشخصات فنی مورد لزوم در معابر ترافیکی بالاخص دوام و پایداری در برابر تغییرات جوی و سیکل های یخبندان ، گزینه رویه های بتنی RCCP را پیش رو قرار داده است. این گزینه مدت هاست در کشورهای توسعه یافته مد نظر قرار گرفته، با این حال هنوز در ایران آسفالت تنها گزینه روکش معابر است. با این همه برخی از مراکز تحقیقاتی در صددند با طراحی بتن های ویژه روکش معابر فرصت های جدیدی را در اختیار شهرسازان قرار دهند. رویه بتنی فریمکو RCCP که توسط مجتمع تولیدی تحقیقاتی ایران فریمکو به عنوان راه حلی برای مشکل طراحی و ساخت معابر سواره رو ارائه شده از آن جمله است. کارشناسان این مجتمع معتقدند، این بتن می تواند، با رقابت با نمونه های خارجی روکش مناسب و مقاومی برای سطح سواره رو ها باشد.
برخی از قابلیت های فنی رویه بتنی توانمند زود سخت شونده فریمکو (RCCP اصلاح شده ) از سویی این مجتمع به این ترتیب اعلام شده است. 1- دامنه کاربرد بسیار وسیع در ساخت جاده ها و خیابانهای اصلی و فرعی، آزادراه ها ، باند پرواز و آشیانه هواپیما ، کف سالن های صنعتی ، محوطه های صنعتی و انبارها ، باراندازها ، جاده معادن ، پیاده روها ، ورزشگاهها ، پیست اتومبیلرانی ، کف نمایشگاه های صنعتی و تجاری ، محوطه های تجاری، بنادرواسکله ها ، دامداریها ، سردخانه ها ، جاده های شیب دار ، لوپ ها ، میادین ، دورها، پلها و کف ترمینالها وایستگاه های اتوبوس و کامیون (گاراژها) و ... 2- تحمل بارهای سنگین ترافیکی به ویژه در محل شیبها، دورها و ایستگاه ها و بارهای ترافیکی و ایستگاه های سنگین. بالا بودن مقاومت فشاری (بیش از 3 برابر ماکزیمم مقاومت فشاری ثبت شده برای آسفالت) این قابلیت را برای رویه بتنی فریمکو فراهم کرده ، بارهای سنگین و فوق سنگین را به راحتی تحمل کند. 3- صلب بودن و تغییر شکل ندادن در برابر بارهای وارده و ضربات ناشی از سقوط اجسام سخت. 4- دوام بلند مدت نسبت به آسفالت قیری در مناطق گرمسیر و معتدل. این بتن در برابر افزایش دما مقاوم بوده و هیچگونه تغییر شکلی در آن ایجاد نمی شود. 5- قابلیت بهره برداری زود هنگام حتی در مواقع اضطرار ( 12 ساعت پس از اجرا ) 6- دوام بلند مدت رویه بتنی فریمکو در مناطق دارای سیکل های یخبندان و سردسیر. بخش قابل توجهی از افت کیفیت آسفالت های قیری در عبور از فصل سرما و یخبندان اتفاق می افتد و عواملی از قبیل پدیده جذب آب و یخ زدگی و آب شدگی ، نفوذ آب به لایه های زیرین و یا استفاده از نمک برای یخ زدایی از جمله عوامل اصلی تخریب آسفالت های قیری در عبور از فصل سرما است. رویه بتنی (RCCP) به خاطر جذب آب پایین و مقاوم بودن در برابر سیکل های یخبندان در مواجهه با آسیب های احتمالی پیش رو از آسفالت های قیری ایمن و مقاومت بیشتری دارد. 7- سرعت بالای اجرا و سهولت نگهداری و ایجاد تغییرات آسان و کم هزینه به منظور ترمیم و یا مرمت محل های آسیب دیده . 8- صرفه جویی در مصرف سوخت و حذف آلودگیهای حین پخت و انتقال آسفالت . 9- رویه بتنی فریمکو ، به خاطر نفوذ ناپذیری مواد متشکله آن به بافت مصالح و طبیعت ، به عنوان رویه سازگار با محیط زیست هیچگونه مشکل زیست محیطی در محدوده کاربردی خود ندارد و تا پایان دوره دوام مواد و مصالح متشکله آن به عنوان بخشی از طبیعت تعریف می شود. 10- مقاوم در برابر ریزش انواع مواد نفتی و هیدرو کربن ها و بسیاری از اسیدها. این نکته از جمله نقاط ضعف آسفالت قیری است. زیرا در آسفالت های قیری به خاطر هم خانوادگی مواد نفتی با قیر ، واکنش های ترکیبی و شیمیایی صورت گرفته به شدت مشخصات فنی آسفالت قیری را تحت تأثیر قرار می دهد. این در حالیست که مواد نفتی و هیدروکربن ها و بسیاری از اسیدها در مواجهه باRCCP به عنوان ماده خنثی عمل می کند. 11- رنگ خاکستری و خنثی RCCP ، ضمن ایجاد کنتراست و چشم انداز لطیف ضریب جذب دمای پایین تری دارد و این به خاصیت پایین آوردن دمای محیط کمک می کند. 12- امکان تعبیه کف های رنگی برای کل محوطه و قسمت های ضروری و راه که پایداری آن نسبت به روش متداول رنگ زدن و خط کشی قابل توجه است.
|
تاثير فناوري نانو بر آسفالت
در سال 2005 ايده ساخت آسفالتي براي بزرگراهها که بتوانند خودشان را تعمير کنند براي بسياري دور از ذهن به نظر ميرسيد. بنابراين صنعت آسفالت-قير به يک تحول نياز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوري نانو را ديده و مزاياي آن را درک نمايند.
دکتر ليوينگستون، فيزيکدان برنامه تحقيقات زيربنايي پيشرفته در اداره کل بزرگراههاي فدرال (FHWA)، ميگويد: ”آسفالت و سيمان هر دو جزء نانومواد ميباشند. تاکنون ما نتوانستهايم بفهميم که در اين سطح چه اتفاقي ميافتد، اما اين اثرات بر عملکرد مواد تاثير ميگذارند.“
بنا بر گفته ليوينگستون، يک ماده پليمري ساختاري که ميتواند به طور خود به خودي ترکها را اصلاح نمايد، قبلاً توليد شده است. اين پيشرفت قابل ملاحظه با استفاده از يک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و يک آغازکننده شيميايي کاتاليستي درون يک بستر اپوکسي ايجاد شده است.
يک ترک در حال ايجاد موجب گسستن ميکروکپسولهاي موجود شده، در نتيجه عامل اصلاحکننده با استفاده از خاصيت مويينگي درون ترک رها ميشود. با تماس عامل اصلاحکننده با کاتاليزور موجود، اين عامل شروع به پليمريزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم ميچسباند.
اين روش ميتواند منجر به توليد آسفالتي شود که ترکهاي خود را اصلاح ميکند. ليوينگستون ميگويد: ”هيچکس نميتواند براي رشد اين فناوري زماني را پيشبيني کند، اما پيشرفت واقعي در حال انجام است و قابليتهاي موجود بسيار هيجانآور ميباشند.“
با اين حال، براي استفادهکنندگان فعلي آسفالت، تصور نبود دستانداز، يا نبود تأخير به خاطر تعميرات آسفالت، بسيار دور از دسترس بوده و نگرانيهاي جدي آنها را برطرف نميسازد.
محيط زيست عامل اصلي تأثيرگذار در فرايند تصميمگيري براي پروژههاي بزرگراه در بسياري از کشورها است. مزاياي يک آسفالت متفاوت براي جادهها از ديدگاه زيستمحيطي و مصرف انرژي، تنها يک بخش
مهم از فرآيند تصميمگيري است. ديدگاههاي زيستمحيطي موجب تسريع پيشرفتهاي فني و اجتماعي ميشوند. نيازهاي چندگانه حفاظت از محيط زيست شامل: محدود نمودن انتشار گازهاي گلخانهاي، مصرف کمتر انرژي، کاهش سر و صداي ترافيک و اطمينان از سلامتي و راحتي در رانندگي، اهدافي هستند که به دليل ايجاد مسئوليت مشترک، مهمتر از تمام پيشرفتهاي علمي ميباشند.
يکي از اين اهداف بستن چرخه مواد يا استفاده صد در صدي از مواد قابل بازيافت در ساخت جاده است. صنعت در اين زمينه تجربه زيادي در مورد استفاده از محصولات فرعي در آسفالت به دست آورده است.
مثالهايي از مواد زايدي که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفتهاند، عبارتند از: تفاله کوره شيشهدمي، خاکستر حاصل از سوزاندن زبالههاي شهري، خاکستر موجود در مراکز توليد برق به وسيله زغال، آجرهاي خرد شده، پلاستيک حاصل از سيمهاي برق قديمي و لاستيک حاصل از تايرهاي کهنه.
با اين حال، استفاده موفقيتآميز از اين محصولات وابسته به تحقيقات کامل در زمينه منابع و ويژگيهاي آنها بوده و معمولاً در سطح پاييني قابل انجام است. در اين حالت امکان بررسي پيوسته عملکرد آسفالت نيز وجود دارد که خود موضوعي مورد بحث است.
با اين حال، مطابق گفتههاي مارك بلشه، مدير آسفالت لاستيک در پروژه آسفالتسازي آرام آريزونا، حمايت عمومي - نه تحقيقات علمي- کليد توسعه صنعت توليد آسفالت با استفاده از محصولات فرعي است.
پرژه آريزونا ارزشي معادل 34 ميليون دلار داشته و در همين سال به پايان خواهد رسيد. اين پروژه تقريباً 70 درصد (185 کيلومتر)آزادراه ناحيه فونيكس را دربرگرفته و آسفالت آن قادر خواهد بود تا مدت طولاني صداي ناشي از اصطکاک را در جاده کاهش دهد.
آسفالتِ داراي لاستيک تنها درصد بسيار کم و تقريباً بياهميتي از درآمد صنعت ساختماني را به خود اختصاص ميدهد، اما بلشه ميگويد که با افزايش رغبت عمومي اين درصد افزايش خواهد يافت.
به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقيقات آسفالت لاستيک (JARRG)، که شامل مجموعهاي از توليدکنندگان تاير و شرکتهاي آسفالتسازي ميباشد، يک اتصالدهنده آسفالت بسيار ويسکوز را توسعه دادهاند که از انبساط و پخش تايرهاي کهنهاي که به صورت بسيار ريز ساييده شدهاند، توليد ميشود. اين اتصال دهنده
در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته ميشود.اين ماده ميتواند به عنوان يک ماده الاستيک مابين مواد متراکم ديگر عمل نموده و از اين طريق، ارتعاش و صدا را کاهش دهد. بنا بر اعلام JARRG اقبال عمومي به اين محصول بسيار خوب است.
بلشه ميگويد: ”افرادي که در صنعت آسفالت لاستيک درگير بودهاند، همواره سعي کردهاند که آن را به دليل ويژگيهاي مهندسي بسيار عالياش به فروش برسانند. امّا بيش از هر چيز اين محصول به عنوان کاهش دهنده صدا شناخته شده است و در پشت اين قضيه، استقبال عمومي قرار دارد.“
وزارت حمل و نقل آريزونا (ADOT) سه سال پيش يک نوع آسفالت را در بزرگراه سوپر استيشن در ناحيه آريزونا به کار برد. بلشه ميگويد كه به محض اتمام آسفالت اين بزرگراه، ADOT و مسئولين محلي سيل عظيمي از تلفنها و ايميلها را دريافت نمودند که از اشتياق مردم نسبت به اين جاده کمصداتر حکايت داشت.
البته همه چيز آسفالت لاستيک کامل نيست. اين مخلوط باعث ايجاد بخار و بو در فرآيند آسفالت کردن شده، هنوز در مورد قابل بازيافت بودن آن بحث وجود دارد. اين آسفالت نسبت به آسفالتهاي معمول بسيار گرانتر بوده و آسفالتکاراني که تا به حال با اين ماده چسبناک کار نکردهاند، ممکن است در کار کردن با آن، که بايد در يک بازه دمايي معين انجام شود، دچار مشکل باشند.
ممکن است نظر بلشه در مورد نظر عمومي درست باشد، اما روي ديگر سکه اين است که خواست استفادهکنندگان از جاده کمصداتر و در عين حال داراي اثرات زيستمحيطي کمتر، افزايش يافته است. اين امر باعث تمرکز بيشتر تحقيقات بر روي مسائل مربوط به حمل و نقل، از جمله مواد مورد استفاده در جاده شده است.
افزايش عمومي در ميزان حمل و نقل، بار بيشتر بر روي محور، و فشار بيشتر تاير بر روي جاده، تقاضا براي آسفالتهاي قويتر وبادوامتر را افزايش ميدهد. حمل و نقل بيشتر به اين مفهوم نيز ميباشد که ايجاد مشکل در حمل و نقل براي تعميرات جادهاي مطلوب نيست و اين امر موجب ايجاد تقاضاي بيشتر براي تحقيق و توسعه مؤثر ميگردد.