بررسی انواع قیر مورد استفاده در آسفالت متخلخل
بیشتر کشورهایی که از آسفالت متخلخل استفاده می‌کنند، کارهای اولیه خود را با استفاده از مصالح اندود شده با قیر خالص انجام داده‌اند. ساختار باز آسفالت متخلخل و در نتیجه اکسیداسیون زودتر انواع قیر موجب شکنندگی و خرابی می‌شود. ملاحظه شده که قیرهای با درجه کمتر از ۱۰۰ (درجه نفوذ) نسبت به قیرهای نرم‌تر زودتر به حالت بحرانی شکنندگی می‌رسند. از طرف دیگر، آسفالت متخلخل ساخته شده با قیرهای نرم تر از ۲۰۰ (درجه نفوذ) مستعد چسبندگی غیر کافی و مقاومت در برابر تغییر شکل هستند.
قیر خالص
به منظور تاخیر در آغاز شکنندگی، در آسفالت متخلخل مقدار قیر بیشتری نسبت به یک آسفالت معمولی که دارای دانه‌بندی یکسان است، به کار می‌برند. در هر حال، در حالت معمول یک مقدار حداکثری از قیر خالص وجود دارد که هر جز مصالح سنگی مخلوط را بدون زهکشی نگهداری خواهد کرد. این زهکشی به علت این واقعیت است که قیر اصلاح نشده یک حد جاری شدن دارد به طوری که تحت تاثیر وزن خود، جاری می‌شود و اندود از روی مصالح سنگی زهکشی می‌شود و پس مانده فقط یک فیلم نازك است که مصالح سنگی را بوسیله نیروهای فیزیکی شیمیایی نگهداری می‌کند. در نتیجه، افزایش مقدار قیر بیشتر از حداکثر مقدار معمول، یک تجربه مشترك است. با توجه به این مشکلات ناگزیر به استفاده از قیرهای اصلاح شده یا الیاف هستیم.
بطور کلی برای کاربرد قیرهای خالص، به دلیل وجود دانه‌بندی باز مخلوط آسفالت متخلخل، بایستی از افزودنی‌ها استفاده نمود.
قیر پلیمری
پلیمرها زنجیره‌های بلندی از مواد آلی هستند که از قسمت‌های کوچکتری به نام منومر تشکیل شده‌اند و دارای خصوصیات منحصر به فردی هستند و به سه دسته کلی زیر تقسیم می‌شوند که شامل موارد زیر است.
- ترموپلاست
- الاستومر
- ترموپلاست الاستومر
پلیمرهای ترموپلاست
این دسته از پلیمرها در دماهای اختلاط و اجرا مشکلی نداشته و از گرانروی مناسبی برخوردار هستند اما در اجرا، خواص بهینه لازم را برای بهبود خواص قیر دارا نیستند.
پلیمرهای الاستومر
اینگونه پلیمرها در دماهای بهره‌وری مناسب بوده و خواص لازم را برای قیر تأمین می‌نمایند ولی در دمای اختلاط واجرا، گرانروی بسیار بالایی داشته و این دو عمل را با مشکل مواجه می‌کند.
پلیمرهای ترموپلاست الاستومر
این پلیمرها که جهت اختلاط با قیر سنتز شده‌اند جدیدترین و مؤثرترین پلیمرها برای تغییر خواص قیر به ویژه برای مصارف راهسازی هستند. مشکلات و نارساییهایی که در اختلاط لاستیک‌ها و پلاستیک‌ها با قیر، موجود بوده در این پلیمرها حل شده است. انواع پلیمرهای ترموپلاستیک الاستومر به شرح زیر هستند.
- پلی یورتان‌ها
- کوپلیمر پلی اتر- پلی استر
- کوپلیمرهای الفینیک
- کوپلیمرهای بلوک استایرنی
خواص آسفالت‌های پلیمری
خواصی که پلیمرهای ترموپلاستیک الاستومر در بتن‌های آسفالتی ایجاد می‌نماید به شرح زیر است.
- خاصیت چسبندگی عالی
- عملکرد در هر دو محدوده دمای بالا و پایین
- ازدیاد طول و قابلیت الاستیسیته
- انعطاف‌پذیری بیشتر در دماهای پایین
- مقاومت بهتر در مقابل حرکت و تغییر شکل در دمای بالا
- کاهش حساسیت دمایی
- بهبود در استحکام کششی
- افزایش مدول سختی در دماهای بالا
مزایای استفاده از قیر پلیمری در راهسازی
- دوام آسفالت پلیمری در برابر آب
- مقاومت مخلوط آسفالتی پلیمری در مقابل تغییرشکل‌های شیاری(Rutting)
- انعطاف‌پذیری در دمای پایین
- مقاومت نسبت به پیرشدگی با اکسیژن و اشعه UV
- انواع اصلاح کننده های پرکاربرد در آسفالت متخلخل
پلیمر SBS
پلیمر SBS (استایرن- بوتادین-استایرن)، پلیمری از خانواده ترموپلاستیک الاستومرها است. به این مفهوم که ساختار مولکولی آن متشکل از واحدهایی با خواص ترموپلاستیکی (بلوک‌های پلی استایرن) و واحدهایی با خواص لاستیکی ( مولکول‌های پلی بوتادین) بوده، به بیان دیگر SBS دو خاصیت لاستیکی و ترموپلاستیکی را به طور همزمان دارا است.
مزیت عمده SBS نسبت به سایر پلیمرهای ترموپلاست در این است که پس از اختلاط کامل قیر و SBS زنجیره‌های SBS به صورت یک شبکه کامل لاستیکی درآمده و ذرات قیر را در درون خود به طور پراکنده نگهداری می‌نماید. به این فرآیند، تبدیل فاز یا Phase inversion گفته می‌شود. در حقیقت زمانی پلیمر کاملاً می‌تواند باعث بهبود خواص قیر شود که پدیده تبدیل فاز در آن به وقوع پیوندد.
زمانیکه قیر اصلاح شده SBS در لایه آسفالتی به کار رود این قیر می‌تواند خصوصیات زیر را بهبود دهد.
- چسبندگی دانه‌ها.
- نگهداری دانه‌ها (اولیه و بلند مدت).
- مقاومت خستگی و انعطاف‌پذیری در دمای پایین.
- مقاومت در برابر تغییرشکل‌های ثابت.
- مقاومت در برابر قیرزدگی.
پلیمر EVA
کوپلیمرهای استات اتیلن و استات وینیل با قیر سازگار هستند و از طریق جرم مولکولی یا شاخص جریان ذوب‌شدگی می‌توانند انواع مختلف قیر را اصلاح نمایند. مقدار استات وینیل می‌تواند بین درصد کم تا بیش از ۳۵ درصد متغیر باشد. مقدار زیاد استات وینیل، خصوصیات مقاومتی کم، سازگاری مناسب، مقاومت خمشی کم و کشش بالا را نتیجه می‌دهد و بالعکس. در مقدار استات وینیل بالا، خصوصیات خمش اصلاح شده مشابه پلیمرهای الاستومریک است. کوپلیمرهای EVA به منظور ارتقای کارایی و مقاومت در برابر شیارشدگی مخلوط آسفالتی گرم، مورد توجه است.
پلیمر SBR
پلیمر SBR یک پلیمر الاستومریک بوده که به شکل لاتکس به قیر و با برهمزدن افزوده می‌شود. در خدمت‌دهی با دمای بالا ( ۵۰ تا ۶۰ درجه سانتیگراد) رفتار قیر اصلاح شده با پلیمر SBR بوسیله افزایش ویسکوزیته و نرخ برشی بهبود می‌یابد. همچنین با افزایش سختی عملکرد قیر تحت بارهای با زمان ماندگاری بیشتر (فرکانس کمتر) بهبود می‌یابد. این ارتقای عملکرد به منظور مقاومت نرمی مخلوط و جلوگیری از شیارشدگی با اهمیت است.
بررسی تجربیات استفاده از قیر اصلاح شده در آسفالت متخلخل
مواد بهبود دهنده مشخصات قیرها می‌تواند دوام و طول عمر آسفالت‌های متخلخل را هم تا حدود زیادی بالا ببرد، چون این نوع مواد موجب افزایش چسبندگی در مخلوط آسفالتی و افز ایش ضخامت فیلم قیر می‌شود بدون آنکه خطر زهکش شدن قیر مطرح باشد. علاوه بر آن اروپایی‌ها بر این باور بودند که مقاومت در برابر شن‌زدگی را با زیادتر کردن ویسکوزیته در دماهای بالا و بیشتر کردن انعطاف‌پذیری در درجه حرارت‌های پایین‌تر می‌توان بهینه سازی کرد. پلیمرهایی که آنها مورد استفاده قرار می‌دهند، بسته به تجربیات پیمانکاران متفاوت است و می‌تواند SBS یا EVA و پودر لاستیک باشد.
پارامترهای مؤثر در انتخاب قیر در آسفالت متخلخل
به علت بافت باز آسفالت متخلخل، لایه نازك قیر سریعتر دچار هوازدگی شده و در نتیجه اکسیداسیون زودتر قیر، موجب شکنندگی و خرابی می‌شود. به همین دلیل استفاده از قیرهای با ویسکوزیته زیاد ترجیح داده نمی‌شود. زیرا قیر سخت، سریعتر به نقطه بحرانی سختی می‌رسد. در انتخاب نوع قیر عوامل دیگری نظیر آب و هوا و حجم ترافیک نیز باید مورد نظر قرار گیرد. قیرهای نرم در آب و هوای گرم تمایل به روزدن دارند و این پدیده منشأ ایجاد تغییرشکل‌های پلاستیک در سطح راه می‌شود. استفاده از قیرهای سخت در مناطق سردسیر باعث می‌شود قیر زودتر به نقطه شکنندگی برسد.
پارامترهای مؤثر در انتخاب قیر در آسفالت متخلخل
- جاری شدن قیر
- دانهشدگی آسفالت
- عریان شدگی
- مقاومت فشاری، برشی و خمشی مخلوط آسفالتی
- هوازدگی
- ترافیک
- نوع آسفالت متخلخل
جاری شدن قیر
یکی از مشکلات مخلوط آسفالتی متخلخل، جاری شدن قیر از دانه‌بندی بدلیل ویسکوزیته کم یا میزان قیر زیاد است. این مشکل می‌تواند به صورت روان شدن قیر از عقب کامیون نیز مشاهده شود. در این مشکل،علاوه بر قیر ممکن است ترکیبی از قیر، افزودنی‌ها و مصالح دانه‌ریز جریان یابد. روش متداول برای حل این مشکل افزودن فیبر سلولز یا پلیمر به منظور افزودن ویسکوزیته قیر است.
مقاومت سایشی (آزمایش کانتابرو)
میزان قیر در مقدار مصالح کنده شده در اثر سایش چرخ وسایل نقلیه مؤثر است. مقاومت از دست دادگی مواد از طریق آزمایش سایشی کانتابرو انجام می‌شود که این آزمایش همانند آزمایش لس‌آنجلس انجام می‌شود.
عریان شدگی
هنگامی‌که مولکول آب در سیستم دوتایی قیر- مصالح وارد شود، چون قطبیت مولکول آب نسبت به مولکول‌های قیر خیلی بیشتر است. به همین دلیل مولکول‌های آب بهتر و سریعتر نسبت به مولکول‌های قیر، بار منفی موجود در سطح مصالح را خنثی می‌نمایند. در نتیجه نیروی جاذبه اتصال سنگ و آب، نسبت به اتصال سنگ و قیر خیلی بیشتر است. بنابراین در اثر حضور آب، اتصال قیر- مصالح شکسته می‌شود و در نتیجه مصالح عریان
می‌شوند. به دلیل اینکه استفاده از آسفالت متخلخل در مناطق با بارندگی زیاد است، انتخاب قیر مقاوم در مقابل آب، مسئله مهمی بوده، به همین دلیل استفاده از آزمایش لاتمن اصلاح شده در جهت انتخاب قیر مناسب توصیه می‌شود.
تعیین نوع مناسب قیر
نوع و مقدار قیر باید به گونه‌ای انتخاب شود که تاثیر همه عوامل مؤثر در آسفالت متخلخل از جمله، زهکش شدن قیر، دانهشدگی آسفالت، عریان شدگی، مقاومت فشاری، برشی و خمشی مخلوط آسفالتی، هوازدگی، ترافیک و نوع آسفالت متخلخل در سطح مطلوب باشد.
