آسفالت

معرفی آسفالت

مخلوط‌های قیری که در ایران به آسفالت موسوم هستند از اختلاط قیر و مصالح سنگی به‌دست می‌آیند. آسفالت انواع مختلف دارد و از آن برای ساختن لایه‌های رویه، اساس و زیراساس روسازی راه‌ها و فرودگاه‌ها استفاده می‌شود. خصوصیات آسفالت‌ها بستگی به خصوصیات مصالح تشکیل‌دهندۀ آن یعنی قیر و مصالح سنگی دارد.

مصالح سنگی

مصالح سنگی معمولاً یا به‌طور طبیعی در طبیعت یافت می‌شوند و یا به‌طور مصنوعی و به‌صورت غیرمستقیم به‌صورت تفالۀ برخی از کارخانجات ذوب فلزات تولید می‌شود. مصالح سنگی طبیعی گاهی به‌صورت آماده از بستر رودخانه‌ها و یا معادن شن و ماسه‌ای که در طول مسیر راه‌ها قرار دارند به‌دست می‌آیند، لیکن در اغلب موارد لازم است که مصالح سنگی را از شکستن سنگ‌های موجود در معادن سنگ تهیه کرد. شکستن سنگ در کارخانجات سنگ‌شکن که انواع مختلفی دارد انجام می‌شود. اگر مقدار سنگ شکستۀ موردنیاز برای تهیۀ آسفالت قابل توجه باشد از کارخانجات سنگ‌شکن سیار استفاده می‌شود.

برای تهیۀ سنگ شکسته، ابتدا سنگ‌های بزرگ موجود در معادن سنگ با استفاده از مواد منفجره شکسته شده و سپس این سنگ‌ها به کارخانۀ سنگ‌شکن حمل می‌شود. در کارخانۀ سنگ‌شکن این سنگ‌ها در یک یا چند مرحله به‌کمک سنگ‌شکن‌ها شکسته می‌شوند، تا دانه‌بندی‌های لازم به‌دست آید.

شکستن سنگ‌ها معمولاً در دو، سه و یا در چهار مرحله انجام می‌شود. مرحلۀ اول شکستن سنگ‌ها به‌کمک سنگ‌شکن‌های اولیه که معمولاً از نوع فکی، چکشی، و یا دوار هستند انجام می‌شود. مصالح شکسته شده با استفاده از سرندهای لرزنده سرند شده و قسمت درشت‌دانه‌تر با استفاده از سنگ‌شکن‌های ثانوی که معمولاً از نوع چکشی، استوانه‌ای، و یا مخروطی هستند به مصالح با دانه‌های کوچک‌تر تبدیل می‌شود. برای شکستن و خردکردن بیشتر مصالح سنگی از آسیاب‌های میله‌دار، گوی‌دار و یا سنگ‌شکن استوانه‌ای استفاده می‌شود.

مصالح سنگی شکسته شده دارای قابلیت باربری و استقامت بیشتری نسبت به مصالح گردگوشه (رودخانه‌ای) است، زیرا دانه‌های این‌گونه مصالح دارای لبه‌های تیز و سطحی زبر بوده و بهتر در یکدیگر قفل و بست می‌شود. مصالح شکسته شده از مصالح رودخانه‌ای یا گردگوشه گران‌تر است و از این نظر در مواردی به هر دو نوع مصالح دسترسی باشد، باید در انتخاب آن‌ها عوامل اقتصادی درنظر گرفته شود. در مواردی که استفاده از مصالح رودخانه‌ای تنها راه‌حل است، باید به‌منظور افزایش استقامت و ظرفیت باربری بیشتر، مصالح سنگی را شکسته و سپس مورد استفاده قرار دارد.

امروزه علاوه بر مصالح سنگی طبیعی، استفاده از مصالح سنگی مصنوعی نیز در اغلب ممالک صنعتی دنیا متداول گشته است. این مصالح معمولاً به‌طور غیرمستقیم و به‌صورت تفالۀ کارخانه‌هایی نظیر کارخانۀ آهن‌گدازی به‌دست می‌آید. این مصالح که به اسلگ موسوم است سیلیسی بوده و به‌علت داشتن وزن مخصوص کمتری از وزن مخصوص آهن در بالای کورۀ آهن‌گدازی جمع شده که آن را به‌سادگی از آهن مذاب جدا می‌کنند. این مواد را معمولاً در اثر سردکردن ناگهانی که به‌کمک پاشیدن آب بر روی مواد مذاب صورت می‌گیرد خرد کرده و از آن در راهسازی استفاده می‌کنند.

مصالح سنگی که برای ساختن انواع آسفالت به‌کار می‌رود باید دارای مشخصات ویژه‌ای باشد. مشخصات موردنظر عبارت‌اند از: دانه‌بندی، سختی، دوام، تمیزی، شکل دانه‌ها و کیفیت سطح دانه‌ها.

دانه‌بندی

دانه‌بندی مصالح سنگی یکی از مهم‌ترین عواملی است که بر روی استقامت و ظرفیت باربری آسفالت تأثیر می‌گذارد. دانه‌بندی مصالح سنگی با انجام آزمایش دانه‌بندی و رسم منحنی دانه‌بندی مشخص می‌شود. دانه‌بندی ممناسب مصالح سنگی آسفالت با توجه به عوامل متعددی از قبیل: نوع روسازی، نوع و محل قرارگرفتن لایۀ موردنظر در سیستم روسازی، ضخامت لایۀ آسفالتی و اندازۀ بزرگ‌ترین دانه انتخاب می‌شود. حدود دانه‌بندی‌های مناسب در هر مورد توسط آیین‌نامه‌های فنی مشخص می‌شوند که معمولاً به‌صورت دو منحنی حدی هستند که منحنی دانه‌بندی مصالح سنگی باید بین این دو منحنی حدی و حتی‌الامکان در وسط و به موازات آن‌ها قرار گیرد.

مصالح سنگی را می‌توان از نقطه‌نظر نوع دانه‌بندی، به یکی از سه نوع: توپر، توخالی (باز)، و یک اندازه تقسیم نمود. مصالح سنگی با دانه‌بندی توپر با مصالحی اطلاق می‌شود که اندازۀ دانه‌های آن به‌طور یکنواخت از ریز تا درشت تغییر کرده و به اندازۀ کافی دانه‌های با اندازه‌های مختلف داشته باشد. مصالح سنگی با این نوع دانه‌بندی بسیار مناسب برای ساختن بتن آسفالتی گرم است.

مصالح سنگی با دانه‌بندی توخالی دارای منحنی دانه‌بندی یکنواختی نبوده و در مقایسه با مصالح سنگی با دانه‌بندی توپر دارای مقدار ریزدانۀ کمتر و تخلخل بیشتری است. از مصالح سنگی با این نوع دانه‌بندی معمولاً برای ساختن لایه‌های آسفالتی زیرین روسازی استفاده می‌شود.

مصالح سنگی با دانه‌های یک‌اندازه همان‌طوری که از نام آن برمی‌آید دارای دانه‌های کم و بیش یک‌اندازه است و از آن برای ساختن رویۀ آسفالت سطحی، اساس و رویه‌های ماکادام، و اندودهای آب‌بندی استفاده می‌شود.

مصالح سنگی با دانه‌بندی توپر دارای وزن مخصوص، استقامت و ظرفیت باربری بیشتری نسبت به مصالح سنگی با دانه‌بندی توخالی و یا مصالح سنگی با دانه‌های یک‌اندازه هستند. باید توجه داشت که علاوه بر نوع دانه‌بندی اندازۀ بزرگ‌ترین دانۀ مصالح سنگی نیز در میزان وزن مخصوص مصالح آسفالتی مؤثر است.

سختی

مصالح سنگی که در ساختن آسفالت‌ها به‌کار می‌روند باید در برابر وزن وسایل نقلیۀ سنگین و همچنین وزن غلتک‌ها مقاومت کافی داشته باشد و نباید در اثر تنش‌های ناشی از وزن آن‌ها شکسته و خرد شود. با استفاده از آزمایش سایش لوس‌آنجلس، نشانه‌ای از مقاومت مصالح سنگی در برابر تنش‌های وارد به آن‌ها به‌دست می‌آید. مصالح سنگی که برای رویه، اساس و زیراساس آسفالتی به‌کار می‌روند نباید میزان ساییدگی آن‌ها در آزمایش سایش لوس‌آنجلس از مقدار معینی بیشتر باشد.

دوام

مصالح سنگی که در ساختن آسفالت‌ها به‌کار می‌روند باید در برابر عوامل جوی مقاوم باشند. مصالحی که در اثر یخبندان و یا در اثر تغییرات رطوبت شکسته و خرد می‌شوند نباید در لایه‌های آسفالتی روسازی مصرف شوند. نشانه‌ای از مقاومت مصالح سنگی در برابر عوامل جوی به‌کمک آزمایش دوام و با استفاده از سولفات‌سدیم یا منیزیم انجام می‌گیرد. آزمایش تعیین مقاومت مصالح سنگی در برابر عوامل جوی معمولاً فقط در مواردی به‌کار می‌ود که اطلاعات تجربی کافی در مورد نحوۀ عملکرد مصالح سنگی موردنظر در شرایط جوی مورد بحث موجود نباشد.

مصالح سنگی در برابر سولفات‌منیزیم مقاومت کمتری در مقایسه با سولفات‌سدیم از خود نشان می‌دهند و لذا میزان افت آن‌ها بیشتر است. طبق آیین‌نامۀ سازمان برنامه و بودجه افت مصالح سنگی در آزمایش دوام پس از آنکه به تعداد ۵ بار با استفاده از محلول سولفات‌سدیم مورد آزمایش قرار گرفت نباید از ۸ درصد وزنی مصالح بیشتر شود. آیین‌نامۀ ASTM حداکثر افت مصالح سنگی را وقتی به تعداد ۵ بار با استفاده از محلول سولفات‌سدیم و یا سولفات‌منیزیم مورد آزمایش قرار می‌گیرد به‌ترتیب به ۱۲ درصد و ۱۸ درصد محدود می‌کند.

تمیزی

مصالح سنگی آسفالت‌ها باید تمیز باشد و از هرگونه مواد خارجی و مضر از قبیل مواد آلی، سنگ‌های نرم و کم‌دوام و خاک رس عاری باشد. برای تعیین مقدار نسبی خاک رس و مواد ریزدانه در مصالح سنگی از آزمایش هم‌ارز ماسه (ارزش ماسه‌ای) استفاده می‌شود. مصالح سنگی که در راه‌سازی برای ساختن لایه‌های آسفالتی به‌کار می‌روند نباید بیش از حد مجاز مواد رسی و ریزدانه داشته باشند. به عبارت دیگر ضریب هم‌ارز ماسۀ این مصالح نباید از حدی کمتر باشد. طبق آیین‌نامۀ سازمان برنامه و آیین‌نامۀ BCEOM حداقل مقدار قابل قبول هم‌ارز ماسۀ مصالح سنگی بتن آسفالتی برابر ۵۰ درصد است. در آیین‌نامۀ انستیتو آسفالت مقدار حداقل مجاز هم‌ارز ماسۀ مصالح سنگی تابعی از نوع لایۀ آسفالتی و میزان آمدوشد وسایل نقلیه است.

خصوصیات سطح و شکل دانه‌ها

استقامت و قابلیت باربری لایه‌های آسفالتی متناسب با استقامت و قابلیت باربری مصالح سنگی آن است. از این جهت مصالح سنگی باید دارای زاویه اصطکاک داخلی زیادی باشد تا دانه‌های آن به‌خوبی در یکدیگر قفل و بست شده و در اثر نیروهای خارجی استقامت زیادی داشته باشد. مصالح سنگی شکسته شده بیش از مصالح سنگی طبیعی (گردگوشه) دارای استقامت و ظرفیت باربری است. در مواردی که دسترسی به مصالح سنگی کاملاً شکسته نباشد می‌توان از مصالح سنگی طبیعی شکسته شده در ساختن لایه‌های آسفالتی استفاده کرد. هر اندازه دانه‌های مصالح سنگی طبیعی بیشتر شکسته شوند به همان نسبت استقامت آن نیز بیشتر شده و ظرفیت باربری آن افزایش می‌یابد.

میزان شکستگی مصالح سنگی با انجام آزمایش درصد شکستگی تعیین می‌شود. براساس آیین‌نامۀ BCEOM مصالح مصرفی برای بتن آسفالتی و آسفالت سطحی باید کاملاً شکسته باشند. دانه‌های مصالح سنگی باید علاوه بر داشتن سطوح شکسته سطحی زبر داشته باشند و باید از به‌کاربردن مصالح سنگی با دانه‌های پهن و یا دراز برای تهیۀ آسفالت خودداری شود. دانه‌های پهن یا دراز در اثر تنش‌های ناشی از وزن غلتک‌ها و یا وسایل نقلیۀ سنگین خرد می‌شوند. طبق آیین‌نامۀ ASTM دانه‌های پهن و یا دراز به دانه‌هایی اطلاق می‌شود که نسبت بزرگ‌ترین بعد به کوچک‌ترین بعد منشور محاطی آن دانه بزرگ‌تر از عدد ۵ باشد.

دانه‌های مصالح سنگی لایه‌های آسفالتی باید قادر باشند که قیر مصرفی را به‌خوبی به خود جذب کرده و نگه دارند تا عمل چسبیدن دانه‌های سنگی به یکدیگر به‌خوبی انجام شود. هر اندازه اندود قیری بهتر به دانه‌ها بچسبد و بیشتر پایدار باشد استقامت آسفالت نیز بیشتر بوده و دوام آن نیز بیشتر خواهد بود. سنگ‌هایی نظیر بازالت، دلومیت و سنگ‌های آهکی به‌خوبی قیر را جذب کرده و سطح قیراندود شده حتی در مجاورت آب نیز نسبتاً پایدار است. این‌گونه سنگ‌ها به سنگ‌های هایدروفوبیک موسوم هستند. سنگ‌های سیلیسی نظیر کوارتزها اندود قیری را به‌خوبی به خود نگه نداشته و این اندود به‌خصوص در مجاورت آب به‌سهولت از مصالح سنگی جدا می‌شود. این نوع سنگ‌ها به سنگ‌های هایدروفیلیک موسوم هستند. برای به‌دست‌آوردن نشانه‌ای از مقاومت مصالح سنگی قیراندود شده در برابر اثر آب، آزمایش فشاری تک‌محوری انجام می‌شود.

منبع: روسازی راه، امیرمحمد طباطبایی، مرکز نشر دانشگاهی.