مزایای استفاده از قیر طبیعی در روسازی آسفالت

مزایای استفاده از قیر طبیعی در روسازی آسفالت

پژوهش های علمی مزایای استفاده از ژیلسونیت در روسازی آسفالته را به اثبات رسانده اند. مطالعات انجام شده در سال 2015 توسط مرکز روسازی ممتاز (سوپرپیو) منطقه ای غربی در دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه نوادا واقع در رینو ثابت کرده اند که استفاده از بایندر (اتصال دهنده) های اصلاح شده توسط ژیلسونیت به میزان قابل توجهی عمر مفید روسازی آسفالته را افزایش می دهد. این موضوع خبر خوبی برای ارگان هایی که به دنبال کاهش هزینه های دراز مدت تعمیر و نگهداری روسازی آسفالته هستند به شمار می رود.

 

 

 

                       ( آسفالت حاوی ژیلسونیت )

یافته های حاصل از آزمایش های جامع نشان داده است که استفاده از بایندرهای اصلاح شده توسط ژیلسونیت منجر به بهبود قابل ملاحظه ای در موارد زیر شده است:

  • مقاومت (استحکام) کششی: افزودن ژیلسونیت به میزان قابل توجهی مقاومت کششی در شرایط مرطوب و در شرایط عادی را افزایش داده است.
  • مقاومت (استحکام) فشاری: استفاده از بایندرهای اصلاح شده توسط ژیلسونیت منجر به بهبود قابل ملاحظه ای در مقاومت فشاری شده است.
  • مقاومت (استحکام) شیارشدگی: استفاده از بایندرهای اصلاح شده توسط ژیلسونیت منجر به افزایش قابل ملاحظه طول عمر پیش بینی شده روسازی شده است. در همه موارد به جز یک مورد، افزودن ژیلسونیت منجر به افزایش 10 برابری طول عمر روسازی شده.
  • مقاومت خستگی: طول عمر پیش بینی شده برای روسازی در صورت استفاده از بایندرهای اصلاح شده توسط ژیلسونیت  5/1 تا 5 برابر بیشتر می شود.

میزان مصالح مورد نیاز را کاهش داده و موجب صرفه جویی در هزینه می شود

ژیلسونیت ویسکوزیته (لزجت) آسفالت را افزایش می دهد و بدین سان بر خلاف سایر مواد اصلاح کننده یا آسفالت های با مدول بالا بر اساس RAP، موجب مقاوم شدن جاده ها در مقابل تغییر شکل و خستگی حتی در دمای بالا می شود. گزارشات صنعتي زیادی مبنی بر دوام بيش از دو برابری آسفالت اصلاح شده توسط ژيلسونيت نسبت به مخلوط هاي اصلاح نشده وجود دارد. علاوه بر این، مدول بالای حاصل شده در اثر استفاده از ژیلسونیت این امکان را فراهم می سازد که لایه های بیس و بایندر تا 20٪ نازک تر باشند و در عین حال همان سطح عملکرد را ارائه دهند که این امر ما را قادر می سازد از مصالح کمتری استفاده کنیم. ژیلسونیت همچنین می تواند به عنوان یک گستراننده ارزان قیمت تر و با عملکرد بیشتر در مخلوطی حاوی پلیمرهای SBS عمل کند. با افزایش قابل ملاحظه عمر مفید روسازی آسفالته و امکان کاهش میزان مصالح روسازی مورد نیاز، ژیلسونیت نشان داده است به میزان قابل توجهی مقرون به صرفه است.

 ژیلسونیت در بازیافت آسفالت بهترین است

تنها بایندر اصلاح شده توسط ژیلسونیت به بایندر بازیافت شده متصل می شود و آن را تثبیت می کند و باعث می شود آسفالت بازیافت شده به اندازه آسفالت نو مقاوم و بادوام باشد. در مقابل، بایندرهای اصلاح شده توسط پلیمر مولکول های بزرگی را تشکیل می دهند که به صورت ضربدری به ماتریسی متصل می شوند که بایندر بازیافت شده نمی تواند به آن متصل گردد و موجب آسیب پذیر شدن روسازی در مقابل ترک خوردگی می گردد.

         ( بازیافت شده بدون ژیلسونیت)                ( بازیافت شده با ژیلسونیت)

بایندر اصلاح شده توسط ژیلسونیت درون بایندر RAP پخش می شود و در عین حال آن را اصلاح نیز می کند.

بایندر اصلاح شده توسط پلیمر با اتصال ضربدری قابلیت پخش شدن ندارد و بایندر RAP را اصلاح نشده باقی می گذارد.

 هیچ افزودنی دیگری نمی تواند تمام مزایای ژیلسونیت را داشته باشد:

  • استحکام و مقاومت خستگی بالا
  • کاهش حساسیت دمایی
  • مقاومت بالا در برابر تغییر شکل
  • افزایش مقاومت در برابر آب سایی (آب شستگی)
  • کاهش ضخامت روسازی
  • ایمن بودن و مسئولیت پذیری در مقابل محیط زیست

عملکرد ژیلسونیت ثابت شده است

خواص منحصر به فرد ژیلسونیت باعث می شود جاده ساخته شده حساسیت کمتری به دمای بالا و تغییر شکل داشته باشد. ژیلسونیت را می توان به طور مستقیم در کارخانه مخلوط گرم بدون تجهیزات اضافی افزود.

ژیلسونیت باعث تقویت جاده ها می گردد

برای داشتن جاده ای که به مدت طولانی تری نسبت به جاده معمولی که ممکن است 10 سال دوام داشته باشد عمر کند، ژیلسونیت آسفالتی قوی تر با اتصال بهتر تولید می کند که می تواند 25 سال دوام داشته باشد.

 استفاده از ژیلسونیت به عنوان جزئی مقرون به صرفه از پلیمر اصلاح شده

افزودنی های پلیمری اصلاح شده می توانند عملکرد بایندر را تحت شرایط دشوار خاصی بهبود بخشند. هرچند هزینه پلیمرهای SBS بیش از دو برابر ژیلسونیت است. راه حل مقرون به صرفه تر ترکیب ژیلسونیت با پلیمرهای  SBSجهت دستیابی به درجه مورد نظر است.

 آسفالت حاوی ژیلسونیت در برابر شیار شدگی مقاوم است

ژیلسونیت باعث افزایش ویسکوزیته آسفالت شده و در نتیجه بر خلاف سایر مواد اصلاح کننده یا آسفالت های با مدول بالا بر اساس RAP، موجب مقاوم شدن جاده ها در مقابل تغییر شکل و خستگی حتی در دمای بالا می شود.

 ژیلسونیت از سایر اصلاح کننده های قیر بهتر عمل می کند

  • منبع منحصر به فرد با رسوبات دارای خلوص بالا
  • استخراج با آلودگی کم
  • نقطه نرمی ایده آل برای اصلاح قیر
  • خواص آنتی اکسیدان طبیعی که باعث مقاومت در برابر سخت شوندگی و تخریب به مرور زمان می شود

 ساختن جاده های محکم تر برای بیش از 100 سال

ژیلسونیت نام تجاری آسفالت طبیعی کشف شده در حوضه یونیتا در شمال شرقی ایالت یوتا است. از دهه 1860، شرکت وی ژیلسونیت مشغول تولید ژیلسونیت برای تقویت جاده های آسفالته می باشد. ژیلسونیت به راحتی در کیسه های قابل ذوب در دسترس است.

ژیلسونیت چند منظوره و مقرون به صرفه بوده و بعد جدیدی از مقاومت را به آسفالت می افزاید. ژیلسونیت یک رزین هیدروکربن طبیعی است که مقاومت، دوام و طول عمر فوق العاده ای به جاده های آسفالته می بخشد. ژیلسونیت یک افزودنی مقرون به صرفه با عملکردی بی نظیر است.

ارزیابی مخلوط آسفالت اصلاح شده توسط گیلسونیت

ژیلسونیت که یک افزودنی مقرون به صرفه است که باعث افزایش مقاومت، کاهش شیار شدگی و ترک خوردگی می شود، به عنوان افزودنیبه منظور بهبود عملکرد روسازی های آسفالته برای بیش از 100 سال استفاده شده است. در حالی که تجربه میدانی مزایای استفاده از ژیلسونیت را نشان داده است، ویژگی های منحصر به فرد آسفالت اصلاح شده توسط ژیلسونیت به دلیل عدم وجود یک ارزیابی جامع به خوبی نشان داده نشده است.

هرچند پژوهش انجام شده در سال 2015 توسط مرکز روسازی ممتاز (سوپرپیو) منطقه ای غربی در دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه نوادا واقع در رینو به طور کامل روسازی های آسفالته مختلف را با استفاده از آخرین پیشرفت ها در زمینه آزمایش مواد، مدل سازی روسازی، و آنالیز چرخه عمر مورد تجزیه و تحلیل قرار داده است.

نکات کلیدی پژوهش

این ارزیابی تحت استانداردهای دقیقی انجام پذیرفت:

  • یک تامین کننده مستقل نمونه های کنترلی و نسخه های اصلاح شده توسط ژیلسونیت با دو درجه عملکرد آسفالت (PG) مختلف را تهیه نمود: PG64-28 که نشان دهنده عملکرد طراحی شده برای محدوده دمای روسازی بین منهای 28 درجه سانتی گراد تا 64 درجه سانتی گراد است، و PG76-16 که برای محدوده دمای روسازی بین منهای 16 تا 76 درجه سانتی گراد طراحی شده است.
  • تمام بایندرهای آسفالت مطابق مشخصات بزرگراههای دولتی قابل اجرا بر اساس سیستم PG سوپرپیو (روسازی ممتاز) برای بایندرهای آسفالت بودند.
  • میزان بایندر بهینه OBC هر مخلوط آسفالت از طورق روش طرح اختلاط حجمی سوپرپیو تعیین شد.
  • تجهیزات آزمایشگاهی شامل تستر عملکرد مخلوط آسفالت (AMPT) بود.
  • خواص مهندسی مخلوط های آسفالت در میزان بایندر بهینه آنها و بر حسب منحنی مرجع مدول دینامیکی E* اندازه گیری شد.
  • ويژگي هاي عملكردی زیر برای مخلوط های آسفالت مورد ارزيابي قرار گرفت:
  • مقاومت در برابر شیار شدگی بر حسب عدد جریان
  • مقاومت در برابر ترك خوردگي حرارتی بر حسب دمای شکست و تنش شکست
  • مقاومت در برابر ترك خوردگي خستگی در خمش

کمی سازی عملکرد

ژیلسونیت مدت هاست به منظور افزایش عملکرد بایندرهای آسفالت مورد استفاده قرار گرفته است. حال مطالعه مورد نظر به بیان مزایای آن پرداخته است.

خصوصیات PG سوپرپیو مورد استفاده در آزمایش

سیستم درجه بندی عملکرد سوپرپیو (PG) از خواص رئولوژیکی بایندر آسفالت برای تعیین عملکرد آن در شرایط زیست محیطی غالب در محل پروژه استفاده می کند. خصوصیات بایندرهای مورد استفاده در آزمایش در جدول زیر خلاصه شده است.

بررسی دقیق داده ها نشان می دهد که افزودن ژیلسونیت به مخلوط PG 76-16 منجر به تولید بایندر آسفالتی با حساسیت کمتر به پیرشدگی کوتاه مدت و بلند مدت شده است.

استاندارد صنعت

سیستم درجه بندی عملکرد سوپرپیو (PG) شامل مشخصات بایندر آسفالتی است که به طور معمول در ایالات متحده مورد استفاده قرار می گیرد.

افزایش قابل ملاحظه در استحکام با مقدار بایندر مشابه

سیستم سوپرپیو مقدار بایندر بهینه (OBC) را بر اساس سطح حفرات هوای 4 درصدی تعیین می کند در حالی که باقی خواص حجمی مشخص شده را حفظ می کند. آزمایشات نشان داده اند که OBC با نمونه های کنترل شده و نمونه های اصلاح شده توسط ژیلسونیت قابل مقایسه بوده است. مخلوط های PG 64-28 نیاز به افزودن آهک هیدراته به منظور رسیدن به خصوصیات حساسیت به رطوبت داشتند. بایندرهای اصلاح شده توسط ژیلسونیت بهبود قابل توجهی در مقاومت کششی (TS) و مقاومت فشاری محصور نشده (UCS) نشان دادند.

خلاصه ای از مقدار بایندر بهینه و مقدار آهک، خصوصیات مقاومت کشش در شرایط مرطوب و شرایط عادی و مقاومت فشاری محصور نشده مخلوط های مختلف در جدول زیر ارائه شده است.

 

 

PG76-16  کنترلی

PG76-16

ژیلسونیت

PG64-28

کنترلی

PG64-28

ژیلسونیت

مقدار بایندر بهینه (%) وزن کل مخلوط

5/20

5/10

4/50

4/50

حفرات هوا در  مقدار بایندر بهینه (%)

4/0

3/9

4/2

4/2

مقدار آهک (٪)، وزن خشک

بدون آهک

بدون آهک

1/00

1/00

TS در شرایط معمولی  77° F, psi

168

265

115

126

TS تحت شرایط خاص  77° F, psi

102

154

95

113

UCS  در شرایط معمولی  77° F, psi

734

909

 

 

UCS تحت شرایط خاص  77° F, ps UCS i

448

573

 

 

 

 

مدول دینامیکی (E*) نشان دهنده مقاومت و پایداری است

طراحی مکانیکی-تجربی انجمن ادارات حمل و نقل و راههاي ايالتي آمريكا (AASHTO) از منحنی مرجع مدول دینامیکی به عنوان خصوصیت مهندسی لایه بتونی آسفالت برای ارزیابی پاسخ ساختاری روسازی آسفالته در ترکیبات مختلف بار ترافیکی، سرعت و شرایط محیطی استفاده می کند.

E* بیشتر نشان دهنده مخلوط مقاوم تر و پایدارتر است و منجر به تولید تنشهای کمتری در روسازی آسفالته تحت شرایط محیطی و بارگذاری مشخص می گردد. داده های منحنی مرجع در شکل زیر نشان می دهد که مخلوط های ژیلسونیت به طور قابل ملاحظه ای خواص E * بیشتری نسبت به مخلوط های کنترلی در سراسر طیف فرکانس بارگذاری نشان می دهند.

ثبت طیفی از متغیرها

منحنی مدول دینامیکی ترکیبات مختلفی از فرکانس بارگذاری و دما را نشان می دهد.

داده های موجود در نمودارهای زیر خصوصیت E * مخلوط ها در فرکانس بارگذاری 10Hz که معادل حرکت یک کامیون با سرعت 60 مایل در ساعت (108 کیلومتر در ساعت) است را با هم مقایسه می کنند. دمای 104 درجه فارنهایت (40 درجه سانتیگراد) و 70 درجه فارنهایت (21 درجه سانتیگراد) انتخاب شده اند زیرا به ترتیب نشان دهنده دمای بحرانی شیار شدگی و خستگی هستند.

شکل سمت راست: ژیلسونیت؛ خصوصیات مدول دینامیکی برای آنالیز شیار شدگی (پیرشدگی کوتاه مدت)

شکل سمت چپ: کنترلی؛ خصوصیات مدول دینامیکی برای آنالیز خستگی (پیرشدگی دراز مدت)

 

ژیلسونیت به کاهش شیارشدگی کمک می کند

ژیلسونیت لزجت آسفالت را افزایش داده و بنابراین باعث مقاومت جاده در برابر خستگی و تغییر شکل حتی در دمای بالا می گردد.

مقاومت در برابر شیار شدگی

خصوصیت عدد جريان به منظور بررسی مقاومت مخلوط ها در برابر شیار شدگی و تعیین ضرایب مدل شیار شدگی مورد ارزیابی قرار گرفت. شکل زیر به مقایسه مدل های شیار شدگی مخلوط ها می پردازد. مخلوط PG 28 -64 اصلاح شده توسط ژیلسونیت مدل شیارشدگی کمتری در دمای 104 درجه فارنهایت (40 درجه سانتیگراد) نسبت به مخلوط کنترلی نشان داد که نشان می دهد مخلوط ژیلسونیت مقاومت بیشتری در برابر شیارشدگی فراهم می کند. مدل شیار شدگی مخلوط اصلاح شده توسط ژیلسونیت PG 76-16 در دمای 104 درجه فارنهایت (40 درجه سانتیگراد) کمی بیشتر از مخلوط کنترلی بود.

همانطور که در ادامه مشاهده می گردد، اضافه کردن ژیلسونیت به مخلوط PG  76-16 عدد جریان را در 60 درجه سانتیگراد (140 درجه فارنهایت) 66 درصد افزایش داد  (از 454 به 754). اضافه کردن ژیلسونیت به مخلوط PG  64-28 منجر به مقاومت در برابر جریان ثالثیه در دمای 48 درجه سانتیگراد (118 درجه فارنهایت) شد. این موضوع نشان می دهد که مخلوط های اصلاح شده توسط گیلسونیت در دمای روسازی بالا مقاومت بیشتری در برابر شیارشدگی نشان می دهند.

 

عدد جریان مربوط به مخلوط های PG  76-16 و PG  64-28

 

آماده سازی نمونه مربوطه

از آنجایی که شیارشدگی شکستی است که در اوایل عمر روسازی اتفاق می افتد، مخلوط  های مورد نیاز برای آزمون عدد موج تنها دارای پیرشدگی کوتاه مدت بودند.

مقاومت در برابر ترک خوردگی حرارتی

به منظور تعیین توانایی مقاومت یک مخلوط آسفالت مشخص در برابر ترک خوردگی در دمای پایین، آزمون ها دمایی که در آن شکستگی رخ داده است و همچنین تنش مورد نیاز برای ایجاد شکستگی های اولیه را مورد اندازه گیری قرار دادند.

در نمونه های PG  64-28 هم بایندر کنترلی و هم بایندر اصلاح شده توسط گیلسونیت هر دو از مشخصات مربوط به دمای پایین (سرد) عبور کردند و بنابراین انتظار ترک خوردگی برای آنها نمی رفت.

نمونه PG  76-16 اصلاح شده توسط ژیلسونیت در دماي 2 درجه سانتی گراد گرم تر از مشخصات، ترک خوردگی نشان داد. با این وجود، انرژی شروع ترک محاسبه شده 20٪ بیشتر از نمونه کنترلی بود بنابراین انتظار نمی رفت در شرایط عادی ترک بخورد.

خصوصیات ترک خوردگی حرارتی مخلوط های ارزیابی شده

 

مخلوط

PG76-16

PG76-16

PG64-28

PG64-28

 

کنترلی

ژیلسونیت

کنترلی

ژیلسونیت

میانگین حفرات هوا (%)

6/9

7/1

6/2

7/1

میانگین دمای شکست  (C)

-19

-14

-35

-30

میانگین تنش شکست  (psi)

340

335

550

420

انرژی شروع ترک (Pa/mm/mm)

322

387

 

 

 

 

مقاومت در برابر ترک خوردگی خستگی

مقاومت مخلوط های مختلف در برابر ترک خوردگی خستگی با استفاده از آزمون تیرچه خمشی مورد بررسی قرار گرفت که در آن یک نمونه تیر تحت لنگر خمشی ثابت در مرکز نمونه قرار گرفت. سختی خمشی اولیه در پنجاهمین چرخه بار اندازه گیری شد. شکست خستگی به صورت تعداد چرخه مربوط به کاهش 50 درصدی در سختی اولیه تعریف شد.

در شکل های زیر مدل های خستگی مربوط به مخلوط ها با هم مقایسه شده اند. آزمون های تعداد چرخه منجر به شکست نتایج قابل قیاسی برای نمونه های کنترلی و ژیلسونیتی PG 76-16 نشان داد. در مخلوط های PG  64-28 نمونه کنترلی نسبت به مخلوط ژیلسونیتی روابط خستگی نسبتا بالاتری را نشان داد. شایان ذکر است که مقادیر محاسبه شده برای اثر E * های خیلی بالاتر در بایندر اصلاح شده توسط ژیلسونیت در نظر گرفته نمی شوند.

مدل های ترک خوردگی خستگی برای مخلوط های PG 76-16 و PG  64-28 در دمای 70 درجه فارنهایت آزمایش در زمان مناسب

ترک خوردگی حرارتی و ترک خوردگی خستگی شکستگی های مربوط به اواخر عمر روسازی هستند که معمولا پس از پنج سال رخ می دهند. پیرشدگی مخلوط های مورد آزمایش بر این اساس انجام شد.

تحلیل مکانیستی تأثیر شرایط واقعی را بررسی می کند

ارزیابی دانشگاه علاوه بر آزمایشات آزمایشگاهی پیشرفته شامل تحلیل مکانیستی نیز بود. یک آزمایش آزمایشگاهی برای مقایسه مدل های ترک خوردگی خستگی دو مخلوط آسفالت طراحی شد که تنها رفتار نسبی مخلوط ها را بدون هیچ نشانی از اثرات نسبی آن ها روی طول عمر روسازی بررسی می کند.

مزیت اصلی تحلیل مکانیستی توانایی آن در ترکیب ویژگی مهندسی مخلوط آسفالت (E *) با خصوصیات مربوط به ترک خوردگی شیار شدگی و خستگی آن به منظور تعیین تاثیر واقعی بارهای ترافیکی بر طول عمر روسازی است. در این تحلیل روسازی های نازک (لایه سیمان (قشر مرکب) آسفالت (AC) کوچکتر از 4 اینچ و لایه بیس سنگریزه ای (CAB) 8 اینچی ) و روسازی های ضخیم (لایه AC 6 اینچی و لایه CAB 12 اینچی) مورد ارزیابی قرار گرفتند. شرایط دینامیکی شامل بار سنگین اعمال شده توسط یک تریلر 18 چرخ با بار قانونی که با سرعت 60 مایل در ساعت (96 کیلومتر در ساعت) بدون ترمزگیری و با سرعت 10 مایل در ساعت (16 کیلومتر در ساعت) با ترمزگیری حرکت می کند می باشد.

تحلیل مکانیستی مقاومت در برابر شیار شدگی نشان داد که در همه موارد بجز یک مورد، طول عمر روسازی مربوط به مخلوط های اصلاح شده توسط ژیلسونیت 10 برابر بیشتر از طول عمر پیش بینی شده بود. در مورد مقاومت در برابر خستگی، طول عمر پیش بینی شده روسازی مربوط به مخلوط های اصلاح شده توسط ژیلسونیت 1/5 تا تقریبا 5 برابر طول عمر پیش بینی شده مربوط به مخلوط کنترلی بود.

خلاصه ای از مقایسه تحلیل های مکانیستی مربوط به مخلوط های مختلف

 

مخلوط سرعت روسازی                                                           شیارشدگی  @ 104°F (40°C)                                     خستگی @ 70°F (21 °C)

er                       Nr                 شیارشدگی                   e,                       N(                 خستگی

(میکرون) (میلیون) نسبت طول عمر (میکرون) (میلیون) نسبت طول عمر

 

 

76-16G

138

6.8

 

160

8/7

 

نازک 4-AC ST- CAB

60

76-16G

82

>100

>10

131

36/7

4.2

بدون ترمز

64-28C

429

0/01

 

196

44/9

 

 

 

64-28G

185

6/2

>10

153

>100

2.2

 

 

76-16G

242

0.94

 

185

3.7

 

نازک 4-AC 8"-CAB

10

76-16G

137

20/4

>10

147

18/0

4.9

ترمز

64-28C

1101

بدون طراحی

 

248

12/2

 

 

 

64-28G

350

0/37

>10

181

59/1

4.8

 

 

76-16G

134

25/4

 

98

>100

 

ضخیم 6"-AC 12” - CAB

60

76-16G

81

>100

4/0

81

>100

 

بدون ترمز

64-28C

400

0/05

 

120

>100

 

 

 

64-28G

178

33.6

>10

94

>100

 

 

 

76-16G

230

3.8

 

114

66/5

 

ضخیم 6"-AC 12-- CAB

10

76-16G

132

>100

>10

90

>100

1.5

ترمز

64-28C

1001

بدون طراحی

 

156

>100

 

 

 

64-28G

330

2/2

>10

112

>100

 

 
 

 

 

در تئوری و در عمل

تحلیل مکانیستی تصویری را که با تست آزمایشگاهی آغاز شده کامل می سازد.

نیروهای قائم و افقی مؤثر بر طول عمر روسازی

هنگامی که یک تریلر 18 چرخ در شرایط نورد آزاد (رانندگی بدون ترمزگیری) قرار دارد، بارهای قائم به طور مساوی روی محورهای مختلف توزیع می شوند. هنگام ترمزگیری، بارهای قائم روی محورها مجددا توزیع می گردند و بارهای افقی قابل ملاحظه ای روی سطح مشترک تایر / روسازی به وجود می آیند. این بارهای افقی به طور قابل توجهی باعث افزایش تنش های برشی و عمودی در لایه AC گشته و دلیل اصلی شکست های شدید در شیارشدگی و فتیله شدن (کنار رفتگی) در محل تقاطعات و رمپ های خروجی می باشد.

 

 

 

یافته های حاصل از تحلیل مکانیستی:

  • مخلوط کنترلی PG 64-28 نمی تواند به گونه ای طراحی شود که به اندازه کافی در مقابل عمل ترمزگیری تریلر 18 چرخ در هر دو ساختار روسازی نازک و ضخیم مقاومت کند.
  • مخلوط های PG 64-28 و PG 76-16 اصلاح شده با ژیلسونیت به میزان قابل ملاحظه ای عمر شیارشدگی روسازی های نازک و ضخیم را تحت شرایط بدون ترمزگیری و با ترمزگیری بهبود بخشیدند.
  •  مخلوط ژیلسونیتی PG 76-16 به طور قابل توجهی عمر خستگی روسازی نازک را تحت شرایط بدون ترمزگیری و با ترمزگیری بهبود بخشیدند.

تحمل بار

تحلیل مکانیستی نشان می دهد که کدام مخلوط ها به میزان قابل توجهی طول عمر جاده ها را بهبود بخشیدند.

نتایج و توصیه های خاص

به طور خلاصه، برنامه ارزیابی به این نتیجه دست یافت که افزودن گیلسونیت به بایندرهای آسفالتی اصلاح شده با PG  76-16 خالص و پلیمری PG 64-28 منجر به ویژگی های منحصر به فرد و قابل اندازه گیری شده است که جایگزین های عالی در موقعیت های زیر ارائه می دهند:

  • مخلوط PG  76-16 مقاومت بسیار بالایی در برابر شیارشدگی و فتیله شدن با خصوصیات پیرشدگی دراز مدت بسیار خوب برای استفاده در لایه سطحی روسازی آسفالته ارائه می دهد.
  • هر دو مخلوط PG  76-16 و PG64-28 مقاومت بسیار بالایی در برابر ترک خوردگی خستگی ارائه می دهند که برای استفاده به عنوان لایه بایندر/بیس روسازی های آسفالته ماندگار مفید است.
  • مخلوط  PG64-28 می تواند در برابر عمل ترمزگیری پشت چراغ قرمز در سطح خیابان های شهری و رمپ های خروجی مقاومت کند.

مقرون به صرفه بودن

اضافه کردن ژیلسونیت با افزودن خواصی که باعث افزایش مقاومت در برابر شیارشدگی، فتیله شدن و ترک خستگی می گردد می تواند به میزان قابل توجهی عمر مفید روسازی آسفالته را افزایش دهد. گزارش های صنعتي از آسفالت های اصلاح شده با ژیلسونیت که بیش از دو برابر مخلوط های اصلاح نشده عمر کرده اند فراوان است.

علاوه بر این مدول بالای حاصل از افزودن گیلسونیت این امکان را فراهم می سازد که لایه های بیس و بایندر تا بیست درصد نازک تر باشند و در عین حال همان سطح عملکرد را ارائه دهند که این امر ما را قادر می سازد از مصالح کمتری استفاده کنیم.

ژیلسونیت همچنین می تواند به عنوان یک گستراننده ارزان قیمت تر و با عملکرد بیشتر در مخلوط حاوی پلیمرهای SBS عمل کند.

ژیلسونیت با افزایش قابل ملاحظه عمر مفید روسازی آسفالته و امکان کاهش میزان مصالح روسازی مورد نیاز، نشان داده که به میزان قابل توجهی مقرون به صرفه است.

استفاده از ژیلسونیت در آسفالت جاده ها

ژیلسونیت (قیر طبیعی) مواد هیدروکربنی طبیعی است که با نقطه نرمی بالا (بالای 110 درجه سانتیگراد) در گروه آسفالتیت مشخص می گردد. این مواد بسیار شبیه سایر مواد معدنی استخراج می شوند و عمدتا در همان کشور به فروش می رسند. این مواد کاملا با آسفالت سازگار هستند و از دیرباز به عنوان سخت کننده آسفالت و مواد تقویت کننده شناخته می شدند. ژیلسونیت در حال حاضر در سراسر جهان به عنوان اصلاح کننده قیر جاده و به صورت پودر دانه ای جامد خشک به فروش می رسد.

مخلوط ژیلسونیت (قیر طبیعی) با آسفالت جاده به یک ترکیب بیس مربوط می شود که ترکیبی از قیر طبیعی و بقایای لاتکس لاستیک است. بیس را می توان به تنهایی به عنوان یک ماده روسازی و یا به صورت امولسیون با قیر طبیعی که موارد مصرف متعددی دارد مورد استفاده قرار داد. مخلوط قیر طبیعی آسفالت را در برابر شیار شدگی مقاوم می کند و ضخامت آسفالت را کمتر می کند.

این ابداع به ترکیب سیمان آسفالت متشکل از آسفالت نفتی، قیر طبیعی، روغن واکنش پذیر و یک الاستومر انجامید. الاستومر دارای محتوی ژله ای تا حدود 95 درصد وزنی است.

آسفالت جاده اصلاح شده با ژیلسونیت (قیر طبیعی) به ویژه در مناطق با ترافیک بسیار شدید موفق عمل کرده است. قیر طبیعی به عنوان بیشترین ماده تشکیل دهنده مخلوط، با پلیمرهای باکره مانند استایرن - بوتادین - استایرن (SBS) و اتیل وینیل استات (EVA) ترکیب شده است. بایندرهای آسفالت اصلاح شده توسط ژیلسونیت معمولا میزان نیاز به بایندر آسفالت در مخلوط های روسازی را افزایش نمی دهند.

درجه بندی عملکرد بایندرهای آسفالت و مخلوط های روسازی از طریق FHWA 50 میلیون دلاری، برنامه تحقیقات استراتژیک راه ها "SHRP" در مارس 1993 به حقیقت پیوست. "SHRP" مشخصات بایندر آسفالت و معیارهای آزمایش جدیدی را بر اساس خواص مهندسی مربوط به عملکرد روسازی تدوین نموده است.

امروزه اهمیت آسفالت به دلیل استفاده از آن در شبکه های جاده ای، فرودگاه ها، بزرگراه ها و غیره برای همه در سراسر جهان بدیهی است.

استفاده از آسفالت با کیفیت مناسب از جنبه های مختلفی اهمیت دارد:

جنبه اقتصادی: بخش قابل توجهی از بودجه شهرداریها، توسعه و عمران شهری، بخش های مهندسی، راه سازی و حمل و نقل، برای تولید، اجرا و تعمیر و نگهداری آسفالت صرف می شود. اگر بتوان آسفالتی با دو تا سه برابر طول عمر موثر بیشتر تولید کرد، هزینه های مربوط به تعمیر و نگهداری آسفالت متناسب با آن کاهش خواهد یافت. همچنین پر واضح است که اگر بتوان از مواد ارزانتر به عنوان اصلاح کننده یا قیر برای آسفالت استفاده کرد، هزینه کاهش خواهد یافت.

جنبه زیست محیطی: قیر موجود در آسفالت به علت داشتن مواد آروماتیک سنگین که ممکن است مقدار کمی از آن پس از بارندگی به محیط زیست وارد شود، محیط زیست و به ویژه آب های زیرزمینی را آلوده می کند. با جایگزینی درصد کمی از قیر با مواد سبز مانند جیلسونیت (قیر طبیعی) یا استفاده از مواد کمپلکس کننده می توان این آلودگی را کاهش داد.

جنبه رانندگی: بدیهی است که آسفالت خوب بر رانندگی تاثیر می گذارد. امروزه آسفالت با کیفیت خوب با حساسیت کم نسبت به تغییر شکل، حساسیت کم به دما، مقاومت بالا در برابر آب سایی و نرخ اصطکاک بالا به ایمنی رانندگی در سرعت های بالا و در شرایط مختلف آب و هوایی (سرد، گرم، انجماد) کمک خواهد کرد.

جنبه حفظ و نگه داری از مواد معدنی و منابع طبیعی: در تولید آسفالت در کنار قیر و سایر مواد افزودنی از مواد سنگی نیز استفاده می شود. با افزایش عمر مؤثر آسفالت، میزان استفاده از این مواد نیز کاهش خواهد یافت. در کشورهای پیشرفته به منظور افزایش صلبیت و طول عمر آسفالت و دستیابی به اهداف ذکر شده، مخلوط های مختلفی از قبیل PPA، EVA و SBS به عنوان اصلاح کننده و پرکننده مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد گران قیمت و سمی هستند. بنابراین تولید یک آسفالت اصلاح شده با هزینه تولید کمتر، سمیت کمتر و کیفیت برابر یا بهتر از اهداف پژوهشگران در زمینه آسفالت است.

طی دهه گذشته در ایران از اصلاح کننده های آسفالت به دلیل قیمت بالای آنها استفاده نشده است. این امر منجر به کاهش قابل ملاحظه کیفیت آسفالت و طول عمر مؤثر آن شده است، به طوری که طول عمر آسفالت ایران یک سوم آسفالت آمریکای و اروپای است.

در این راستا، این شرکت تعاونی با استفاده از پودر ژیلسونیت میکرونیزه با اندازه مش 200 و حلالیت بیش از 85 درصد در دیسولفید کربن، تلاش کرده است تا آسفالت را به منظور افزایش صلبیت و اصطکاک و کاهش نرخ نفوذ، هزینه تولید و سمیت اصلاح نماید.

ما از ژیلسونیت به عنوان یک اصلاح کننده قوی هم به عنوان پرکننده و هم حجم دهنده کرده ایم. ژیلسونیت یکی از محصولات جانبی قیر است که می تواند تا 15٪ جایگزین قیر پالایشگاهی شود.

هدف: پودر تولید شده به طور مستقیم در قیر جاده گرم مورد استفاده قرار می گیرد و میزان قیر را 10-20 کاهش می دهد. از پودر ژیلسونیت میکرونیزه به عنوان یک اصلاح کننده در آسفالت گرم به منظور افزایش عملکرد، صلبیت، پایداری و طول عمر آن استفاده می شود. همچنین ژیلسونیت موجب کاهش نرخ نفوذ و افزایش ویسکوزیته، نقطه نرمی، مقاومت حرارتی، مقاومت در برابر تغییر شکل و مقاومت در برابر آب سایی می شود. همچنین این پودر به علت داشتن مواد هتروسیکلیک حاوی نیتروژن، باعث افزایش اصطکاک بین جاده و چرخ های اتومبیل می گردد که به نوبه خود باعث افزایش کیفیت رانندگی در باران و هنگام ترمز گرفتن می شود.

نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که صلبیت آسفالت حاوی 10٪ ژیلسونیت 1357 کیلوگرم است در حالی که در غیاب ژیلسونیت این مقدار برابر با 1097 کیلوگرم است.

آسفالت اصلاح شده با ژیلسونیت دارای صلبیت، مقاومت و عمر مؤثر بیشتری نسبت به آسفالت معمولی است. علاوه بر این، ارزان تر و سازگارتر با محیط زیست و حاوی قیر بیشتری است.

مخلوط ژيلسونیت در آسفالت جاده

محققان دریافته اند که سیمان آسفالت می تواند با قیر طبیعی سخت شده و با یک روغن واکنش پذیر نازک شود.

روغن واکنش پذیر روغنی است که حاوی مقادیر بالایی اسید چرب غیر اشباع می باشد. با استفاده از یک روغن واکنش پذیر، روغن پس از ریختن سیمان آسفالت در بزرگراه آن را بهبود بخشیده یا واکنش نشان خواهد داد و در نتیجه کاربرد ویسکوزیته پایین تر را از طریق بهبودی آسفالت جهت جلوگیری از شیارشدگی ممکن می سازد.

ژیلسونیت مطلوب نقطه ذوب یا نرمی حدودا 300 درجه فارنهایت دارد. به طوری که در چنین دمایی راحت تر نرم شده و با آسفالت نفتی مخلوط می گردد.

ترکیب آسفالت که عمدتا شامل:

• 100 قسمت وزنی آسفالت نفتی؛

• از حدود 1 تا 10 قسمت وزنی قیر طبیعی.

• از حدود 1 تا 10 قسمت وزنی روغن واکنش دهنده نازک کننده حاوی حداقل حدود 60 درصد اسید چرب غیر اشباع دارای حدود 14 تا 24 اتم کربن و

• از حدود 1 تا 10 قسمت وزنی الاستومر.

مزیت استفاده از ژیلسونیت در آسفالت جاده

• به منظور بهبود عملکرد روسازی، پودر ژیلسونیت به مخلوط آسفالت روسازی اضافه می گردد. در این پروژه، طول عمر آسفالت در ایران دو برابر و سه برابر خواهد شد.

• با استفاده از این روش قیمت آسفالت حدود 10 درصد کاهش خواهد یافت.

• دیگر هیچ اصلاح کننده پلیمری شیمیایی برای اصلاح قیر مورد نیاز نیست.

• 60 درصد قیمت پایین تر قیر پلیمری تولید شده در مقایسه با انواع مشابه شیمیایی و مصنوعی آن.

• دیگر نیازی به اضافه کردن پلیمرهای شیمیایی و مصنوعی نخواهد بود

• افزایش پایداری حرارتی قیر (قیر پالایشگاهی در دمای بالای 70 درجه سانتیگراد ذوب می شود و در 0 درجه سانتیگراد ترک می خورد در حالی که این نوع قیر پلیمری دارای دامنه تحمل حرارتی -30 تا +110 درجه سانتیگراد است).

• کاهش نرخ نفوذ قیر و افزایش مقاومت در برابر آب سایی. باعث بهبود ظرفیت باربری و کاهش شیارشدگی و فتیله شدن می شود. افزایش ظرفیت جک مارشال آن.

• شکل پذیری و مقاومت در برابر ترک خوردگی در دمای پایین را بهبود می بخشد. افزایش دمای نقطه نرمی قیر.

• بهبود کارایی مخلوط در حین روسازی.

• افزایش ویسکوزیته بروکفیلد قیر

• افزایش طول عمر روسازی

• کاهش سمیت قیر حاصله در مقایسه با قیر پالایشگاهی و مصنوعی

• نوع پلیمر به علت کاهش مواد غیر اشباع

• امکان تولید کاملا مبتنی بر منابع و تکنولوژی داخلی

• آسفالت اصلاح شده با قیر پلیمری دارای PG بالاتری است و بر خلاف سایر اصلاح کننده ها می تواند با نیروی غلتک کمی با مخلوط های آسفالت دیگر مخلوط شود.

• قیر پلیمری به دست آمده بسیار ضد آب و مقاوم در برابر رسوبات قطبی و اسیدی و قلیایی است.

• آسفات را قوی تر کرده و چسبندگی آسفالت به دانه بندی را افزایش می دهد.

• نقش قیر طبیعی با سخت تر ساختن روسازی.

به طور معمول، 5٪ تا 15٪ ژیلسونیت به بایندر مخلوط اضافه می شود. به طور کلی تصور می شود ژیلسونیت ویژگی های دمای پایین روسازی را کاهش می دهد و آن را به ترک خوردگی حرارتی حساس می کند. قیر طبیعی (ژیلسونیت) ذوب شده در آسفالت گرم، نفوذ را کاهش و ویسکوزیته بایندر آسفالت را افزایش می دهد. ژیلسونیت همچنین ممکن است پیش از ترکیب با بایندر آسفالت، با دانه بندی ترکیبی شود. ویژگی های این محصول مانند نقطه نرمی، رطوبت، دانه بندی (مش 200)، درصد خاکستر، بافت خاکستر، حلالیت در دی سولفید کربن، درصد کربن های آروماتیک و غیره کنترل و بهینه می شود. شرکت معدن سرمک پس از انجام آزمایشات متعدد و تولید اسفالت فراوری شده در شهرهای کرمانشاه و مهران در ایران و ارزروم در ترکیه و تحت نظارت شهرداری های این شهرها، این محصول را استفاده کرده است و در حال حاضر این محصول (اصلاح کننده قیر، آسفالت و محصولات جانبی قیر) با کیفیت عالی و قیمت مناسب برای فروش عرضه می گردد.