توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش سوم

Share

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش سوم

مخلوط سرد با فوم قیر

تهیه مخلوط سرد از طریق ترکیب فوم قیر با سنگدانه های معدنی مرطوب در دمای محیط، فرآیندی است که به‌طور گسترده مورداستفاده قرارگرفته است. هنگامی‌که فوم قیر و سنگدانه ها ترکیب می‌شوند، فروپاشی حباب‌ها به‌سرعت آغازشده، قطرات ریز قیر ترک‌خورده و تااندازه‌ای سنگدانه ها را پوشش می‌دهند. رطوبت در داخل مخلوط شرایطی را فراهم می‌کند که قطرات قیر بتواند در داخل مخلوط پراکنده شوند. رطوبت، مخلوطی باکیفیت منحصربه‌فرد ارائه می‌کند که به‌طور مثال قابلیت به‌کارگیری و فشرده‌سازی در دمای محیط پس از اختلاط را دارد.

انواع موادی که برای تولید مخلوط فوم مورداستفاده قرار می‌گیرد شامل شن و ماسه و خرده‌سنگ است. مخلوط فوم تولیدشده می‌تواند برای لایه‌های بیس و ساب بیس آسفالت و روسازی مورداستفاده قرار گیرد. ضخامت لایه، محل قرارگیری لایه در ساختار آسفالت و سطح ترافیک از عوامل مؤثر در انتخاب مواد مخصوص برای ترکیب با فوم قیر است. برخی از ویژگی‌های مخلوط سرد شامل:

  • میزان مصرف انرژی کم به دلیل آن‌که در این مخلوط فقط قیر حرارت داده‌شده و ذرات و سنگدانه ها نیاز به گرم شدن ندارند.

  • مقاومت خوب در برابر تغییر شکل دائمی نسبت به مخلوط داغ معادل

  • حساسیت پایین‌تر به فرکانس بارگذاری و درجه حرارت نسبت به مخلوط آسفالت داغ (HMA)

  • استحکام کششی کم‌تر نسبت به مخلوط آسفالت داغ معادل

  • قابلیت ذخیره‌سازی برای چندین ماه

انتخاب مقدار بایندر برای مخلوط فوم همواره کم‌تر از مقدار آن برای مخلوط داغ معادل است. این در درجه اول ناشی از پوشش جزئی ذرات درشت به‌وسیله فوم قیر و ترک‌خوردگی بیش‌تر قطرات قیر برای ساختن ملات مخلوط است. معمولاً قیر با نفوذپذیری نرم‌تر از 80 برای استفاده به‌عنوان فوم استفاده می‌شود.

برخی الزامات عملی در ساخت و به‌کارگیری مخلوط فوم سرد شامل:

  • درجه حرارت ذرات و سنگدانه ها نباید به کم‌تر از 10 درجه سانتی‌گراد کاهش یابد؛ زیرا این امر اثر معکوس بر استحکام کشش مخلوط دارد (مشاهده شکل شماره 6).

  • مقدار رطوبت سنگدانه ها قبل از اختلاط باید کم‌تر از مقدار مطلوب (تقریباً 60 الی 80 درصد) باشد.

  • استفاده از برخی از عوامل ضد سلب‌کننده در مخلوط فوم توصیه‌شده است.

  • سطح تراکم 97 تا 100 درصد چگالی AASHTO اصلاح‌شده می‌تواند به‌راحتی به دست آید، اما مقدار حفرات خالی معادل مخلوط آسفالت داغ (HMA) به علت حضور رطوبت در مخلوط در زمان فشرده‌سازی، قابل‌دستیابی نیست.

  • مخلوط سرد با فوم قیر ازلحاظ تغییر شکل و بازشدگی در ابتدای تشکیل و قبل از انجام پخت قابل‌توجه، آسیب‌پذیر است. به‌موجب پخت در طول فرآیند، آب از مخلوط در زمان بعد از فشرده‌سازی خارج‌شده که این امر به آب‌وهوا، عمق لایه، تخلخل، نفوذپذیری و عوامل دیگر بستگی دارد. این فرآیند معمولاً با افزایش استحکام مخلوط سرد همراه است. نرخ پخت مخلوط فوم به‌طور قابل‌توجهی سریع‌تر از مخلوط قیر امولسیونی است.

مخلوط سرد

شکل 6  تأثیر حرارت ذرات بر استحکام کششی و سختی مخلوط شن و فوم


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش چهارم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش سوم
5 (100%) 11 votes

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش اول

Share

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش اول

بهینه‌سازی فوم قیر

1   انواع فوم قیر

پارامترهای مهم در هنگام در نظر گرفتن پایداری فوم قیر برای استفاده در اتصال ذرات معدنی به یکدیگر شامل موارد زیر است:

  • نسبت انبساط که معیاری برای ویسکوزیته فوم بوده و چگونگی پراکنش بایندر را در مخلوط تبیین می‌کند. این معیار به‌صورت نسبت بیش‌ترین حجم فوم به حجم اصلی قیر محاسبه می‌شود.

  • نیمه‌عمر که معیاری برای پایداری فوم بوده و نرخ فروپاشی فوم را در طول اختلاط مشخص می‌کند. این معیار به‌صورت زمان فروپاشی (برحسب ثانیه) فوم به مقدار نیمی از بیش‌ترین حجم آن محاسبه می‌شود.

اگرچه کار تجربی با مخلوط فومی به شناسایی مقادیر مطلوب نسبت انبساط و نیمه‌عمر کمک می‌کند، ولی این دو متغیر به یکدیگر وابسته بوده و یافتن مقدار بهینه آن‌ها ساده نیست. این پارامترها متغیرهای وابسته‌ای بوده و به‌طور مثال، هردو آن‌ها تابع نرخ آب فوم می‌باشند (مشاهده شکل شماره 2).

فوم قیر

شکل 2   مثالی از خصوصیات نسبی فوم به مقدار آب فوم اضافه‌شده

این شکل یک آنالیز حساسیت معمول است که در حال حاضر برای تعیین مقدار آبی که باید به انواع خاصی از قیر برای تولید فوم مطلوب اضافه شود، مورداستفاده قرار می‌گیرد. انتخاب نرخ مطلوب مصرف آب فوم از شکل شماره 2 امکان‌پذیر نبوده، زیرا این واقعیت که مشخصات فوم بهینه به نوع به‌کارگیری آن‌ها مانند تولید مخلوط سرد و یا مخلوط نیمه گرم بستگی دارد، در نظر گرفته نشده است.

شاخص فوم که معیار ترکیبی از نرخ انبساط (ER) و نیمه‌عمر (t1/2) است، نشان داده که برای شناسایی مشخصات بهینه مناسب است (Jenkins و همکاران). به‌جای استفاده صرف از این دو معیار که فروریختن فوم را مشخص می‌کنند (ER و t1/2)، می‌توان از شاخص فوم که از منحنی کل انبساط در برابر زمان محاسبه می‌شود استفاده کرد.

2   شاخص فوم

ناحیه تحت منحنی انفجاری برای فوم قیر به‌عنوان شاخص فوم تعریف می‌شود. این ناحیه به‌منظور بهینه‌سازی نرخ به‌کارگیری آب فوم اندازه‌گیری می‌شود. مقدار 4 برای نرخ انبساط برای حداقل مقدار مناسب ویسکوزیته مخلوط جهت فوم تبیین شده است. به‌منظور محاسبه برای زمان‌های مختلف به تخلیه به‌عنوان‌مثال، اسپری فوم تحت شرایط آزمایشگاهی که ممکن است برای تنظیمات مختلف به مقدار 2 تا 20 ثانیه، متفاوت باشد نیاز داریم. به‌این‌ترتیب، نرخ انبساط واقعی (ERa) ممکن است از نرخ انبساط اندازه‌گیری شده (ERm) به دست آید (مشاهده شکل شماره 3 و شکل شماره 4).

Foam Index=A1+A2

فوم قیر

شکل 3   شاخص فوم محاسبه‌شده برای فروپاشی تقریبی در اولین نرخ به‌کارگیری آب فوم

فوم قیر

شکل 4   شاخص فوم برای فروپاشی غیرمعمول فوم در اولین نرخ به‌کارگیری آب فوم

آنالیز حساسیت فوم برای تبیین شرایط مطلوب و بهینه تولید فوم موردنیاز است. نرخ به‌کارگیری آب فوم متنوع بوده و شاخص فوم نیز تعیین‌شده است. از این طریق، رابطه نشان داده‌شده در شکل شماره 5 به‌دست‌آمده است.

تغییر در مقدار شاخص فوم برای قیر دوز بندی شده با آب فومی (و یا Foamant) چشمگیر است. این نتیجه‌ای از افزایش متناسب شاخص فوم (FI) به افزایش نیمه‌عمر است. فرمول محاسبه FI برای فوم با فروپاشی تقریبی به‌صورت زیر است (فرمول شماره 2):

فوم قیر

که در آن:

ERm= بیش‌ترین نرخ انبساط اندازه‌گیری شده (به‌سرعت پس از تخلیه، جایی که انبساط خالص فوم در نظر گرفته‌شده)

ERa= بیش‌ترین نرخ انبساط واقعی

C= ERm/ERa

t1/2= نیمه‌عمر (ثانیه)

ts= مدت‌زمان اسپری برای تخلیه تمام فوم (ثانیه)

فوم قیرشکل 5  بهینه‌سازی مشخصات فوم قیری با استفاده از شاخص فوم

طبق فرمول شماره 2 با افزایش در t1/2، شاخص نفوذ FI نیز به نسبت افزایش می‌یابد. انبساط برای کپسوله سازی مهم است اما پایداری برای مخلوط سرد اهمیت نسبی بیش‌تری دارد. شاخص نفوذ نباید به‌صورت جداگانه در نظر گرفته شود بلکه باید در رابطه با ERa و t1/2 باشد. مقادیر محدود این پارامترها برای انواع مختلف فوم در جدول شماره 1 ارائه‌شده است.

فوم قیر

جدول 1  مقادیر محدود مشخصات فوم برای مخلوط‌های مختلف، بر پایه فروپاشی تقریبی فوم


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش دوم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها

توسعه استفاده از فوم قیر در آسفالت جاده‌ها- بخش اول
5 (100%) 11 votes