بررسی اثر پلیمر در مخلوط آسفالتی

رطوبت همواره به عنوان یکی از عوامل عریان شدگی آسفالت مطرح است. از بین بردن یا کاهش آثار رطوبت در مخلو ط های آسفالتی گرم از مهم ترین مسائل متداول روسازی است و یکی از راه های دستیابی به این هدف، استفاده از مواد افزودنی و تغییر در ساختار دانهبندی آسفالت است. تغییر در نوع دانه بندی به دلیل تغییر در میزان قیر بهینه و در واقع افزایش میزان قیر بهینه می تواند تأثیر بسزایی در کاهش نفوذ آب به سنگدانه ها و در نتیجه کاهش حساسیت رطوبتی داشته باشد.

راه ها، نخستین و طبیعی ترین وسیله ارتباط انسان ها هستند که به عنوان شریان های حیاتی یک سرزمین، نقش اساسی در توسعه و پیشرفت جوامع ایفا می کنند. روسازی، یکی از اجزای مهم و زیربنایی جاده محسوب می شود و بایستی بر حسب اهمیت مسیر در شبکه حمل و نقل جاده ای کشور، از شرایط ویژه و مناسبی برخوردار باشد تا در طول عمر بهره برداری، ضمن تأمین عبور و مرور ایمن، جذابیت یک سفر مطمئن را برای استفاده کنندگان راه فراهم سازد. از این رو همواره تلاش محققین و مهندسان برآن بوده است تا با افزایش کیفیت و دوام مخلوط های آسفالتی، مانع از ایجاد خرابی های زودرس در روسازی شوند و تا حد ممکن، این خرابی ها را به تعویق بیندازند.

محققین سعی بر این دارند تا با ایجاد تغییراتی در قیر مصرفی، استفاده از مواد افزودنی مانند انواع پلیمرها و ایجاد تغییر در ساختار دانه بندی آسفالت، به اهداف خود دست یابند. اجرای رویه های آسفالتی با دانه بندی پیوسته، در راه های با آمد و شد زیاد و بار محوری سنگین به ویژه در مناطق گرمسیری، گاهی خرابی هایی نظیر شیارشدگی مسیر چرخ و قیر زدگی را به دنبال دارد.

این خرابی ها مستلزم اجرای عملیات تعمیر و بهسازی در فواصل زمانی نسبتاً کوتاه پس از بهره برداری است که هزینه های زیادی را در بر خواهد داشت. در سال های اخیر، در برخی کشورهای اروپایی، ایالات متحده آمریکا و کانادا جهت تأمین برخی انتظارات خاص روسازی و تحمل بار محوری سنگین، از مخلوط های آسفالتی، با استخوان بندی سنگدانه ای (SMA) استفاده شده است.

آسفالت SMA که از مقاو مترین انواع مخلوط های آسفالتی شناخته شده تا به امروز است، فرآیند انتقال و تنزیل بار را از طریق تماس مستقیم سنگ روی سنگ صورت می دهد. به منظور فراهم نمودن تماس سنگ روی سنگ در این نوع از مخلو ط های آسفالتی، می بایست دانه بندی از نوع میان تهی را به منظور طرح اختلاط ساخت این نوع مخلوط بکار بریم که در نتیجه این عمل مقدار فضای خالی این نوع مخلوط را بسیار زیاد خواهد شد.

افزایش بیش از اندازه فضای خالی مخلوط آسفالتی باعث کاهش محسوس مقاومت آن خواهد شد. در نتیجه به منظور جلوگیری از این مشکل باید فضای خالی اضافی را با ملات قیر، فیلر و افزودنی پر کرده تا به مقدار مجاز درصد هوا برسیم. برخلاف آسفالت گرم معمولی که کلیه اجزای مخلوط آسفالتی در تحمل و انتقال بار موجود عمل می کنند، در مخلو ط های SMA اسکلت سنگدانه ای عمده بار وارده را تحمل می کند و نقش ملات قیری در درجه دوم قرار دارد. البته این مسئله به این معنی نیست که ملات قیری در مخلو ط های SMA از اهمیت کمی برخوردار است، بلکه اساساً در اولویت دوم قرار دارد.

در مخلوط های آسفالتی متداول، عریان شدگی سنگدانه ها از اندود قیری پدیده ای است که به علت اثرات رطوبت بر مخلوط به وجود می آید. این پدیده به خاصیت چسبندگی بین قیر و مصالح سنگی مربوط می شود و به عوامل دیگری نظیر میزان فضای خالی مخلوط رویه آسفالتی، مقدار قیر، دمای محیط و … بستگی دارد. به منظور مقابله با این خرابی باید خاصیت چسبندگی بین قیر و مصالح سنگی بهبود یابد.

نیروی جاذبه مصالح نسبت به قیر، تمایل آنها برای جذب و چسبیده ماندن به قیر است. قیر بایستی مصالح سنگی را بپوشاند و از عریان شدگی آن در حضور آب جلوگیری کند. اگر چه تئوری های متعددی در رابطه با فعل و انفعال شیمیایی (که در پدیده عریان شدگی اتفاق می افتد)، وجود دارد ولی هیچ یک از آنها نمی تواند این پدیده را به طور کامل شرح دهد. جاذبه بیشتر بعضی از مصالح به سمت آب، نسبت به قیر (مصالح هیدروفیلیک)، از اهمیت بسیاری برخوردار است. این مصالح در حضور آب تمایل به عریان شدگی (جدا شدن قیر از سطح مصالح) دارند. مصالح سیلیسی مثل کوارتزیت و بعضی از گرافیت ها، نمونه هایی از مصالح هیدروفیلیکی (آ بدوست) هستند. از سوی دیگر مصالح هیدروفوبیک (آبگریز)، جاذبه بیشتری نسبت به قیر دارند. سنگ آهک و دولومیت نمونه هایی از مصالح هیدروفوبیک هستند.

از آنجا که در مخلو ط های آسفالتی با استخوان بندی سنگدانه ای، درصد فضای خالی کم و در صد قیر در مخلوط زیاد است، احتمال وقوع پدیده عریان شدگی سنگدانه ها در صورت کم بودن درصد ریزش قیر مخلوط، اندک خواهد بود. از طرف دیگر چسبندگی قیر به سنگدانه و خواص فیزیکی و شیمیایی اجزاء قیر، به مرور زمان تحت تأثیر حرارت و فرآیندهای ناشی از پیر شدگی تغییر می کند. وقتی که قیر به تدریج و با گذشت زمان کهنه می شود، سختتر و شکننده تر می شود، در نتیجه چسبندگی و خاصیت چسبانیدن را از دست می دهد. بنابراین به منظور دستیابی به خدمت دهی دراز مدت قیر و افزایش پایایی و دوام آن، باید فرآیندهای کهنه شدن، اکسیداسیون و سایر تغییرات فیزیکی وشیمیایی حذف یا کاهش یابند.

کاهش درصد فضای خالی و افزایش غشاء قیری اطراف سنگدانه ها در مخلوط های آسفالتی با استخوان بندی سنگدانه ای، فرآیندهای اکسیداسیون و کهنه شدن را به تأخیر می اندازد و موجب دوام بیشتر رویه های آسفالتی می شود.اگر چه این مقدار زیاد قیر باعث دوام بیشتر مخلوط آسفالتی می شود، ولی از سوی دیگر در صورت استفاده نکردن از یک نگهدارنده مناسب به عنوان تثبیت کننده مخلوط، امکان وقوع پدیده ریزش قیر در مخلو ط های SMA بسیار زیاد شده و در زمان بارگذاری ممکن است قیر از مصالح سنگی جدا شده و به صورت لکه های قیرزدگی در روی سطح آسفالت اجرا شده ظاهر شود که نتیجه معکوس خواهد داد.

به این دلیل، از قیر اصلاح شده و یا افزودنی های نگهدارنده یا تثبیت کننده های قیر استفاده می شود. پلیمرها و الیا ف از جمله تثبیت کننده هایی هستند که در آسفالت SMA بکار می روند. یکی از مشکلات استفاده از پلیمرها، نحوه اختلاط آنها در قیر است که نیازمند استفاده از همزن های با دور بالاست که علاوه بر صرف زمان، هزینه و انرژی زیاد، نیروی متخصص ویژه ای را در این زمینه نیازمند است.

به طور کلی نمونه های حاوی پلیمر، عملکرد بهتری در آزمایش مدول برجهندگی و نسبت مدول برجهندگی که در شرایط اشباع و غیر اشباع (خشک) صورت پذیرفت، نسبت به نمونه های معمولی، از خود نشان دادند. چسبندگی بالای قیر اصلاح شده منجر به قفل و بست مناسب در سنگدانه ها و افزایش مقاومت در نمونه ها می شود. با افزایش درصد پلیمر، عملکرد بهتر می شود.