سبد خرید شما خالی است.
آزمایش فیزیکی بیتومن مشخصات درجه نفوذ و ویسکوزیته می توان قیرهای مختلف با درجه یکسان را طبقه بندی نمود. چون در حقیقت امکان دارد این قیر ها خصوصیات عملکرد و دمای متفاوتی را دارا باشند. خواص رئولوژیک و خصوصیات مکانیکی قیرها وتاثیر حرارت بر این خواص مهم ترین نقش را ایفا می کند.
درجه ی نفوذ یا ویسکوزیته ی قیر صرف نظر از نوع ،کیفیت و خواص ناهمگون فیزیکی و شیمیایی منابع مختلف نفت خام و فرآیندهای متنوع پالایش ، یا کاهش ،یا افزایش درجه حرارت تغییر می کند.
در دمای بالا، قیر رفتار یک سیال نیوتونی را از خود نشان می دهد. ولی با کاهش دما ، قیر رفتار کشسان یا الاستیک ، همچنین با کاهش بیشتر دما ،قیر یک رفتار شکننده (Birittle ) را از خود به نمایش می گذارد (1993 A, G ,Huber .)
به طور کل محدودیت های خواص قیرهای معمولی درآزمایش فیزیکی بیتومن موجود را به شرح زیر می توان عنوان کرد:
• در دمای بالا و بارگذاری طولانی مدت، امکان جاری شدن قیر و قیرزدگی و تغییر شکل دائم و شیارشدگی وجود
دارد.
• در دماهای پایین و بارگذاری طولانی مدت، تحت اثر تنش های حرارتی، امکان بروز ترک در مخلوط آسفالتی وجود دارد.
• در دماهای پایین و بارگذاری کوتاه مدت، قیر شکننده شده و امکان ایجاد ترکهای مکانیکی بوجود می آید.
• عدم امکان استفاده در برخی از مخلوطهای آسفالتی نظیر آسفالت متخلخل و یا ماستیک آسفالت.
• عدم امکان استفاده در روکش های نازک که دارای کیفیت و دوام کافی نمی باشد.
1-1 آزمایش فیزیکی بیتومن
آزمایشات فیزیکی قیر در سیستم های درجه بندی نفوذی و گرانروی شامل موارد زیر است:
1- تعیین نقطه اشتعال
2- آزمایش حاللیت قیر در تترا کلرید کربن
3- آزمایش تقطیر قیرهای محلول
4- آزمایش ویسکوزیته قیر
5- آزمایش وزن مخصوص قیر
6- آزمایش درجه نفوذ
7- آزمایش تعیین نقطعه نرمی
8- آزمایش انگمی قیر
9- آزمایش افت حرارتی قیر
10- آزمایش نقطه شکنندگی فراس
آزمایش های خواص فیزیکی ،آزمایش فیزیکی بیتومن، در دماهای آزمایش استاندارد انجام می شود و نتایج آزمایش مورد استفاده قرار می گیرد تا تعیین شود که آیا مواد معیار های مشخصات را برآورده می کند. در هر حال ، در آنچه نتایج این آزمایش ها فراهم می کند محدودیت هایی وجود دارد. بسیار ی از آزمایش ها تجربی هستند یعنی قبل از آنکه از نتایج آزمایش ، اطلاعات با معنی حاصل آید به تجربه عملکرد روسازی نیاز است. درجه نفوذ وعملکرد بایستی از طریق تجربه بدست آید. اشکال روش تجربی آن است که ممکن است نسبت بین نتیجه آزمایش وعملکرد خیلی خوب نباشد . آزمایش ها اطلاعات مربوط به حدود تغییرات واقعی دماهای روسازی را ارائه نمی دهند.همچنین ویسکوزیته یک مقیاس اساسی روانی می باشد و فقط رفتار ویسکوز نزدیک دمای بالاتر را فراهم می آورد. دماهای آزمایش های استاندارد 06و 52 درجه سانتی گراد می باشد. همچنین درجه نفوذ فقط یکنواختی را در دمای متوسط 52 درجه سانتی گراد تشریح می کند.
از این داده ها رفتار الاستیک دمای پایین تر نمی تواند به طور واقعی تعیین و عملکردهای پایین پیش بینی می شود.
آزمایشات قیر آزمایش فیزیکی بیتومن در روش روسازی ممتاز شامل آزمایشات مقدماتی و اصلی می شود.آزمایشات مقدماتی شامل :
آزمایش لعاب نازک چرخشی Film Thin Rolling
RTFO) test Oven ) و آزمایش محفظه تسریع پیری PAV
.است ( Pressure Aging Vessel test)
آزمایشات اصلی شامل:
آزمایش رئومتر برش دینامیکی یا Shear Dynamic
Rheometer test(DSR)
آزمایش ویسکومتر چرخشی یا )RV )Rotational
Viscometer test
آزمایش رئومتر تیرچه خمشی یا )BBR )Bending
Beam Rheometer test
آزمایش کشش مستقیم یا Tester Tensile Direct
test( DTT)
است. آزمایش لعاب نازک چرخشی Thin Rolling
Film Oven test(RTFO)
مشخصات ماده چسبنده قیری روسازی ممتاز به منظور محدود کردن تغییر شکل دائمی ، ترک خوردگی در دمای پایین و ترک خوردگی ناشی از خستگی روسازی ، برای بهبود اجرای روسازی های قیری تهیه گردیده است. در سیستم روسازی ممتاز خواص فیزیکی مورد نیاز برای تمام درجات اجرا (PG ) ثابت می ماند. در هر حال ، این خواص با توجه به پیش بینی شرایط آب و هوایی ماده چسبنده برای دماهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
برای مثال وقتی قیر با 06-25 PG تعیین می شود ، برای شرایط محیطی که میانگین حداکثر دمای هفت روز
روسازی ˚ 25c و حداقل دمای طرح روسازی ˚06c -را تحمل می نماید مناسب می باشد ( 3SP – انستیتو آسفالت
امریکا).
2 -سیستم های درجه بندی
طبقه بندی قیر ها بر اساس خواص فیزیکی قیر و (آزمایش فیزیکی بیتومن)به منظور تعیین مشخصات آنها صورت می گیرد. سیستم های طبقه
بندی متفاوتی از یک حالت ساده مانند درجه بندی نفوذی تا حالت پیچیده آن مانند سیستم های SHRP برای چسباننده قیری به کار می رود که در زیربه شرح آنها می پردازیم.
2-1 درجه بندی نفوذی
سیستم درجه بندی نفوذی در اوایل قرن نوزدهم برای مشخص کردن قوام قیر های نیمه جامد به کار برده شده. این درجه بندی معموال برای قیر های حاصل از باقیمانده برج تقطیر اتمسفریک بوده که بعدا تحت فرآیندهایی مثل تقطیر در خلا تبدیل یا شکست حرارتی اکسیداسیون جزیی با روش هایی مثل هوادهی و رسوب گذاری از طریق حلال قرار می گیرد ، می باشد.
ترکیبی از این فرآیندها نیزمی تواند گرید های مختلفی از درجه بندی نفوذی را ارائه دهد.درجه بندی نفوذی قیر براساس آزمایش درجه قیر تعیین می شود.
مقادیر درجه بندی نفوذی معمولا با مشخصات زیر ذکر می شود :
)33 ˚F) , 25˚C در نفوذ درجه-
– نقطه اشتعال بر حسب درجه فارنهایت(33 ˚F) , 25˚C در قیر کشش-
– حلالیت در تری کلرو اتیلن
– آزمایش بر روی قیرباقی مانده ازلعاب نازک قیر C ˚163 ), F ˚152 ) به مدت 2 ساعت و سپس افت
حرارتی
– درجه نفوذ قیر باقیمانده بر حسب درصد قیراولیه
– کشش قیر باقیمانده در C˚25) , F ˚33)
در این درجه بندی عمق درجه نفوذ بطور تجربی و آن هم فقط به طور تقریبی به عملکرد بایندر قیری مرتبط می شود.بدین ترتیب بایندر قیری که درجه نفوذ بالایی داشته باشد قیر نرم نامیده شده و در مناطق سرد به کار می رود و برعکس بایندر قیری با درجه نفوذ پایین ،قیر سخت نامیده شده و برای شرایط آب و هوایی گرم به کار می رود.
Penetration Grade Comment
سخت ترین درجه 06-26
گرید معمولی که در راهسازی به کار می رود
36-06
با توجه به نوع کاربرد 32-366
با توجه به نوع کاربرد 356-326
نرم ترین گرید که برای مناطق سرد مثل شمال کانادا به کار می رود
166-566
هرواحد درجه نفوذ به عنوان محدوده ای از نفوذ بر حسب 6/mm3می باشد.
مزایا و معایب
این آزمایش،آزمایش فیزیکی بیتومن در دمای 52 درجه سانتی گراد که نزدیک به شرایط واقعی جاده است انجام می شود.
پایه این آزمایش فیزیکی بیتومن تجربی بوده و هیچ پارامتر مهندسی مثل گرانروی در آن اندازه گیری نمی شود.
ارتباط بهتری با خواص آسفالت در دمای پایین نسبت به آزمایش گرانروی که در دمای 06 درجه سانتی گراد انجام می شود ، برقرار می کند.
سرعت برش در هنگام آزمایش متغیر و زیاد می باشد و چون قیر در حال عادی رفتار یک سیال نیوتونی را دارد روی آزمایش تاثیرزیادی دارد .
حساسیت حرارتی با استفاده از این آزمایش در دماهای دیگر امکان پذیر می شود.
حساسیت حرارتی نمی تواند به وسیله یک آزمایش تنها تعیین شود.
آزمایش سریع و ارزان بوده وبه آسانی می تواند در هر محل به کار رود.
آزمایش اطلاعاتی را درباره دماهای اختلاط وفشردگی نمی دهد.
2-2 درجه بندی بر اساس گرانروی
در اوایل 3306 یک سیستم درجه بندی اصالح شده که تا اندازه ای از معیارهای علمی برخوردار بود براساس آزمایشات گرانروی بدست آمد. این آزمایش علمی جایگزین آزمایش نفوذ که کامال تجربی بود ، شد و برای تعیین مشخصات قیری به کار می رود. این درجه بندی بر اساس مشخصات زیر تعیین می گردد.
(300˚F( 06˚ C در ویسکوزیته-
(532˚F( 312˚ C در ویسکوزیته-
(33˚F) 52˚ C در نفوذ درجه-
-نقطه اشتعال بر حسب درجه فارنهایت
(˚F) 52˚ C در قیر کشش-
-آزمایش بر روی قیر باقیمانده از لعاب نازک قیر حرارت c˚ 301) F ˚152 ) به مدت 2 ساعت و سپس افت حرارتی
– ویسکوزیته قیر باقیمانده در C˚ 06( F˚300گرانروی )
مزایا معایب
بر خلاف عمق نفوذ ، گرانروی یک پارامتر مهندسی بنیادی می باشد.
اصول رده بندی در 52 درجه سانتی گراد انجام شده که ممکن است بطور دقیق منعکس کننده رئولوژی قیردر دمای
پایین نباشد.
آزمایش در دماهای متفاوت انجام شده و ارتباط خوبی با :
دمای متوسط روسازی
دمای بالای روسازی
دمای اختلاط آسفالت گرم دارد.
وقتی از سیستم درجه بندی AC
استفاده می شود گرانروی آزمایش آون فیلم نازک می تواند اختلاف زیادی با همان درجه داشته باشد. بنابراین اگرچه قیر دارای همان درجه می باشد ولی ممکن است رفتار مفاوتی را بعد از ساخت نشان دهد.
حساسیت دمایی می تواند تا حدی بدلیل اندازه گیری گرانروی در سه دمای مختلف تعیین شود.(نفوذ فقط در یک
دما اندازه گیری می شود).
آزمایش گرانرو زمان برتر از آزمایش درجه نفوذ می باشد.
درجه بندی بر اساس گرانروی می تواند روی نمونه هایی که در شرایط واقعی تهیه شده اند که با نام درجه بندی AC
و یا نمونه های پیر شده با نام درجه بندی انجام می شود.
آزمایش گرانروی در آزمایش فیزیکی بیتومن براساس گرانروی نمونه های پیر شده از آزمایش آون چرخان فیلم نازک (RTFO )بدست می آید، بدین ترتیب درجه بندی AC مشخصات بایندر قیری قبل از استفاده در واحدهای آسفالتی و درجه بندی سعی بر شبیه سازی خواص آسفالت بعد از بکارگیری قیر در واحد های آسفالتی به منظور شبیه سازی بیشتر رفتار بایندر قیری با آسفالت جاده به کار می رود .
2-1 درجه بندی بر اساس عملکرد
(Performance Grade(PG
بعد از مشخص شدن مشکلات ذاتی سیستم مشخصات قدیمی قیرها ، در امریکا پروژه ای به نام (SHRP ) با یک بودجه 26 میلیون دلاری تعریف شد که هدف اصلی آن توسعه روش ها و سیستم مشخصاتی جدید برای دسته بندی و پیش بینی کارایی قیر در رویه ی آسفالتی بر مبنای علمی بود.این آزمایشات و مشخصات دقیقا برای پارامترهای عملکرد قیر در راه سازی مثل شیارشدگی ،شکست ناشی از خستگی و شکست حرارتی طراحی شده اند. درجه بندی کارایی (PG ) که مبتنی بر رفتار کامل قیر و شناخت دقیق از خصوصیات عملکردی آن است ارائه شده است.
در این طبقه بندی قیر با پارامترهایی مانند :
– مقاومت در برابر تغییر شکل ها
– مقاومت در برابر ترک خوردگی در اثر سرما
– مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از خستگی
– پیش بینی چگونگی سخت شدن قیر در کارخانه آسفالت و هنگام تهیه مخلوط آسفالتی
– پیش بینی چگونگی سخت شدن قیر در اثرمرور زمان
مورد ارزیابی قرار گرفته و قیر مناسب با توجه به درجه حرارت محل اجرای پروژه (کمترین درجه حرارت و
متوسط هفت روز بیشترین درجه حرارت سالیانه برای طرح روسازی )، میزان آمد و شد ،سرعت بارگذاری و موقعیت
جغرافیایی انتخاب می گردد. بنابراین در این درجه بندی ، قیری که بطور مثال در منطقه بندرعباس بکار می رود
دارای خواص متفاوتی نسبت به قیر بکاررفته در جاده های کوهستانی سردسیر می باشد. البته این مفهوم جدید نبوده و
انتخاب درجه گرانروی ویا نفوذ قیر بر اساس همین منطق می باشد ولی ارتباط بین خواص قیر و شرایط بکار رفته در
سیستم درجه بندی کارآیی بسیار کامل تر و دقیق ترمی باشد. با آنکه طبق این پروژه نتایج اولیه پیش بینی حاصل شده و اینک روز به روز در جهان بر مقبولیت آن افزوده می شود.متاسفانه در ایران این سیستم مشخصا جدید بطور شایسته شناخته نشده است ودر جایگاه خود قرار ندارد. درجه کارایی PG) Grade performance )
دارای دو عدد است .عدد سمت چپ حداکثر دمای قابل تحمل قیر رانشان می دهد وعدد سمت راست که منفی است حداقل دمای قابل تحمل قیررا نشان می دهد.
مقدار PG به طور تقریبی از روابط زیر براورده می شود :
PG = H , – L
H = TR&B +20 ˚C )3)
L = 2T FRASS ˚C (2)
لازم به ذکر است که در PG ،تغییرات 0 درجه ای می باشد یعنی اینکه هر 0درجه تغییر درH و L یک درجه تغییر را در
PG سبب می شود. قیرهای دسته بندی بر اساس کارایی بسته به نوع شرایط جوی و دمای محیطی که در آن می
توانند بکار برده شوند انتخاب می شوند.
سامانه مشخصات pave Super برای بهبود کارایی بوسیله محدود کردن پتانسیل قیر در شیار دار شدن ،ترکهای حرارتی و خستگی در جاده طراحی شده است. سامانه جدید تفاوتهای اساسی با سامانه قدیمی دارد.در این سامانه خواص فیزیکی مورد لزوم برای تمام درجه های کارایی ثابت می ماند ولی دمایی که این خواص باید بدست آیند بسته به
شرایط جوی که قیر باید خدمت کند تغییر می کند. هرچه بخواهیم درجه کارایی در گرما بالاتر باشد باید بخش اول
بزرگتر باشد و هرچه بخواهیم درجه کارایی در سرما بیشتر باشد بخش دوم باید منفی ترباشد(,.L. A, Epps
.)5663Glover, C. J. and Barcena, R.
حتی با دانستن دماهای حداقل و حداکثر قیر دسته بندی شده اطلاعات بیشتری جهت انتخاب یک قیر لازم است. در نرم افزار pave super بخشی قرار دارد که استفاده کننده را یاری می دهد. در نرم افزار یک روش وجود دارد که با آنها
استفاده کننده قیر مورد نیاز خود را می تواند انتخاب کند :
3-منطقه جغرافیایی : نقشه ای جهت قیرهای استفاده شده بر اساس آب وهوا یا سیاست گذاری
-دمای جاده یا همان روکش آسفالتی :طراح دمای طراحی جاده را تعیین می کند.
-دمای هوا :طراح دمای هوای طراحی را عیین کرده و سپس ن را به دماهای طراحی جاده تبدیل می کند.
در نرم افزار pave super روش سوم بر اساس اطلاعات هواشناسی در کانادا و امریکا یا هر کشور دیگر به کار می
رود.
الف :
دمای هفت روز از گرم ترین روزهای هر سال در گذشته تعیین می شود.
متوسط دمای این هفت روز مشخص می شود (طبق نظر متخصصان شارپ این میانگین هفت روزه روش بهینه برای
مشخص کردن گرم ترین شرایط طراحی است ).
ب :
بطور مشابه سردترین روز هر سال در گذشته مشخص می شود و میانگین و انحراف از استاندارد آنها محاسبه می شود.
ایستگاه های هواشناسی که گزارش زیر 56 سال ذاشه باشند قابل استفاده نیستند معیار اصلی انتخاب نوع قیر دمای جاده است نه دمای هوا.
برای لایه رویی رویه ها ، pave super دمای بالای طراحی جاده را در عمق 56mm پوشش و دمای پایین طراحی جاده در سطح پوشش تعریف می کند با استفاده از تحلیل های شرایط عملی واقعی اجرا شده با مدل های انتقال حرارت کل و موازنه انرژی و فرض های مقدار نوعی جذب نور خورشید (36 ،)%انتقال تشعشع از طریق هوا (33 ،)% تشعشعات جوی (36 )%و سرعت باد (2/0
)m/s
Tmax pav (20mm) = (T max air – 0.00618 Lat2 +
0.2289 Lat + 42.2) * (0.9545 ) -33٫33
(3)
دمای پایین طراحی پوشش در سطح پوشش (جاده) تعریف شده و بصورت تابعی از میانگین پایین ترین دمای هوا با
استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود:
T min pav (surface) = 0.859 T min air + 1.7super
pave (4)
به طراحان اجازه تعیین درجه ریسک در دماهای بالا و پایین پوشش را با استفاده از قیر های مختلف می دهد.
نتیجه گیری
خواص فیزیکی از طریق اصول مهندسی مستقیما به عملکرد قیر مربوط می شود ، اما آزمایشات نفوذ تجربی بوده و مستقیما به عملکرد قیر مربوط نمی باشد. در درجه بندی بر اساس شاخص عملکردی PG معیار آزمایش ثابت بوده ولی دمای آزمایش با توجه به شرایط آزمایش متغیر می باشد. از جمله محدودیت های درجه بندی نفوذی ودرجه بندی بر اساس گرانروی این است که ، آزمایشات در یک دمای استاندارد بدون توجه به شرایطی که آسفالت در آن بکار رفته ، انجام می شود.
همچنین درسیستم روسازی ممتاز پیرشدگی برای سه حالت بحرانی شبیه سازی و آزمایش می شود :
-قیر قبل از اختلاط با ذرات
پیرشدگی قیر قبل از اختالط و اجرا
-پیرشدگی در طولانی مدت اما در سایر شاخص های عملکردی ذکر شده
آزمایشات پیرشدگی فقط در کوتاه مدت توسط آزمایش test oven film Thin انجام می شود ، در صورتیکه پیرشدگی در طولانی مدت در شکست ناشی از خستگی و شکست در دمای پایین بسیار قابل توجه است.
از دیگر مزیت های سیستم درجه بندی براساس شاخص عملکردی PG درجه بندی این است که بسیار دقیق بوده و
کمترین همپوشانی بین گرید ها وجود دارد و آزمایشات و مشخصات برای قیرهای اصالح شده و اصالح نشده اختصاص یافته است در صورتیکه در درجه بندی نفوذی و درجه بندی بر اساس گرانروی قیرهای با یک رده بندی دارای اختالف قابل توجهی در مشخصات می باشد. علاوه بر این ، این سیستم های درجه بندی برای قیرهای اصلاح شده مناسب نیستند.
