عوامل عريان شدن در روسازي آسفالتي

مقدمه

جدا شدن قير از سطوح مصالح سنگي معدني در حضور آب پديده جديدي در مهندسي بزرگراهها نمي‌باشد. اين پديده به دفعات از زماني كه روسازي‌هاي آسفالتي به وجود آمده، مشاهده گرديده است. تا اينكه اخيراً مهندسي با نتايج كاملاً عدم رضايت بخشي ناشي از عريان شدن كه مقصر واقعي قير با كيفيت ضعيف باشد مواجه گرديدند، اما ندرتاً آزمايشات انجام شده روي قير از چنين نتيجه‌گيري حمايت نمودند. از آنجايي كه عريان شدن به عنوان يك مشكل مشخص گرديد، بسياري مطالعات، صدها مقاله و بحث فني براي حل آن اختصاص داده شد. هنوز عريان شدن در بسياري از نواحي اتفاق مي‌افتد. هدف اين مقاله مشخص نمودن بعضي از عوامل عريان شدن و راههاي پيشنهادي جهت كاهش بروز آن مي‌باشد. گرچه عريان شدن در همه انواع روسازي‌هاي آسفالتي ممكن است اتفاق بيفتد، بعضي از اصول بحث شده فقط براي مخلوطهاي آسفالتي گرم كاربرد دارند.

با بيان ساده عريان شدن، شكست پيوند چسبندگي بين سطح مصالح سنگي و قير مي‌باشد. معمولاً عريان شدن از زير لايه آسفالتي شروع مي‌شود و به سمت بالا حركت مي‌كند تا ساختمان روسازي ضعيف شود. زيرا با ترافيك تركها ظاهر مي‌شوند و در مراحل پيشرفته روسازي شروع به خرد شدن مي‌كند و عامل اصلي آن آب است.

مكانيزم عمل به اين ترتيب است كه آب بين لايه نازك قير و سطح مصالح سنگي دست مي‌يابد و از آنجايي كه سطح مصالح سنگي جاذبه بيشتري نسبت به آب دارند تا به قير، پيوند چسبندگي شكسته مي‌شود.

اتصال قير و سنگدانه‌ها با نيروي جاذبه بين مولكولهاي غيرمشابه كه آنها را محكم به هم مي‌چسباند حاصل مي‌شود. چسبيدن يك ماده به ماده ديگر پديده‌اي سطحي است. چسبندگي به تماس نزديك دو ماده و جاذبه دو طرفه سطوح آن بستگي دارد.

چندين تئوري چسبندگي براي تشريح پيوند يا عدم پيوند قير به كانيهاي مصالح سنگي پيشنهاد شده است. براساس عمومي‌ترين تئوري پذيرفته شده، چسبندگي انرژي آزاد روي سطح سنگ كه انرژي آزاد روي سطح مايع (قير يا آب) را جذب مي‌كند، به وجود مي‌آيد. اين انرژي آزاد همچنين كشش سطحي ناميده مي‌شود. براي امكان نزديكترين تماس بين قير و سطح مصالح سنگي، قير بايد توسط گرم شدن، امولسيون نمودن يا مخلوط شدن با حلالهاي نفتي به صورت مايع درآيد. توانايي قير مايع شده به ايجاد تماس نزديك با سطوح مصالح سنگي، قدرت پوشش مصالح ناميده مي‌شود. قدرت پوشش قير به مقدار زيادي با ويسكوزيته آن كنترل مي‌شود. اگر همه شرايط يكسان باشد، ويسكوزيته كمتر، قدرت پوشش بالاتر را به همراه دارد. توانايي مصالح سنگي براي تماس كامل با يك مايع، توانايي پوشش شدن ناميده مي‌شود.

قير عملاً جاذبه‌اي براي آب ندارد، از طرف ديگر، بيشتر مصالح جاذبه هم به قير و هم به آب را دارند. بنابراين اگر يك لايه نازك آب روي سطح مصالح باشد، قير ممكن است به راحتي ذرات مصالح را بپوشاند، اما به سطح آن نخواهد چسبيد، مگر اينكه قير جانشين لايه نازك آب شود.

قير همچنين ممكن است ذرات سنگ پوشيده با غبار را بدون چسبيدن به آنها بپوشاند. لايه غبار از تماس قير با سطح سنگ جلوگيري مي‌كند. حتي اگر مصالح سنگي خشك باشند، ذرات غبار ممكن است حفره‌هاي ريزي در لايه نازك قير ايجاد نمايند كه اجازه مي‌دهد آب از آنها بگذرد.

در مورد قيرهاي امولسيوني بايد اذعان داشت كه هر دو نوع قيرهاي امولسيوني آنيونيك و كاتيونيك مي‌توانند خصوصيات چسبدگي و عمل آوري داشته باشند (با توجه به نوع مصالح). تجربه نشان داده است كه امولسيونهاي آنيونيك (با بار منفي روي ذرات قير) بيشتر مناسب استفاده با مصالح سنگي كه بارهاي سطحي مثبت دارند مي‌باشند. بالعكس امولسيونهاي كاتيونيك (با بار مثبت روي ذرات قير) بيشتر مناسب مصالح سنگي كه داراي بارهاي سطحي منفي هستند مي‌باشد. در كاربرد قيرها امولسيوني آنيونيك يا كاتيونيك، ته نشست اوليه ذرات قير يك واكنش الكتروشيميايي است، اما پيوند اصلي مقاومت بين لايه نازك قير و مصالح سنگي بعد از، تبخير آب امولسيون و آبي كه ممكن است روي سطح مصالح سنگي باشد، ايجاد مي‌گردد. همچنين بافت سطحي مصالح، پوكي و خصوصيات جذب آنها روي چسبندگي قير به مصالح سنگي اثر مي‌گذارند. مصالح سنگي با سطح صاف به خوبي مصالح سنگي با سطح خشن، لايه نازك قير را نگه نخواهند داشت. ذرات متخلخل كه قير را جذب مي‌كنند بهتر از مصالح سنگي با سطح صاف لايه نازك قير را نگه خواهند داشت. مصالح سنگي متخلخل قير بيشتري نسبت به مصالح غيرمتخلخل نياز دارند.

انواع عريان شدن

عريان شدن زماني كه پيوند بين قير و مصالح سنگي با آب شكسته شود، اتفاق مي‌افتد. به علت كامل خشك نشدن، آب ممكن است روي سطح مصالح يا داخل خلل و فرج سنگدانه‌ها باشد يا ممكن است از منابع ديگري بعد از اجرا آب نفوذ كرده باشد. حداقل به 6 روش به شرح زير ممكن است پيوند بين قير و مصالح سنگي شكسته شود:

1- به شكل ذرات ريز و پايدار در آمدن

علت عريان شدن تحت عنوان خود به خود خرد شدن و به شكل ذرات ريز و پايدار درآمدن.

2- تفكيك

جدا شدن قير از سطح مصالح سنگي توسط لايه نازك آب بدون شكست واضح و قابل ديد در لايه نازك قير است كه نهايتاً لايه نازك قير مي‌تواند كاملاً از مصالح سنگي جدا شود.

3- جابجايي

اين امر هنگامي است كه چسبندگي قير به سطح مصالح سنگي توسط آب ضعيف شود. در اين نوع عريان شدن، آب آزاد از طريق نفوذ در پوشش قيري به سطح سنگدانه‌ها راه مي‌يابد. شكست ممكن است از پوشش ناكافي سنگدانه‌ها هنگام مخلوط كردن آسفالت در كارخانه آسفالت يا گسيختگي لايه نازك قير باشد.

4- گيسختگي لايه نازك

اين پديده نيز يك روش عريان شدن است كه در واقع مي‌توان آنرا اولين گام در عريان شدن ناميد. گسيختگي لايه نازك قير روي ذرات مصالح سنگي عموماً بعلت اعمال تنشهاي ناشي از ترافيك ايجاد خرابي در لبه‌ها و گوشه‌هاي تيز كه پوشش قير در آنها بسيار نازكتر است، اتفاق مي‌افتد.

5- فشار آب حفره‌اي

اين فشار عاملي براي تشديد عريان شدگي مي‌باشد. در مخلوطهاي آسفالتي با فضاي خالي زائد، آب ممكن است آزادانه از ميان فضاهاي خالي مرتبط داخلي عبور كند. ترافيك ممكن است درصد فضاي خالي روسازي را كاهش داده، مسيرهاي عبور بين فضاهاي خالي را ببندد و آب را محبوس نمايد. به علت جريان ترافيك و عبور مكرر آب، فشار آب حفره‌اي به حدي مي‌رسد كه عريان شدن قير از سطح مصالح سنگي را ايجاد مي‌نمايد.

6- جريان آب هيدروليكي

اين جريان بيشتر از لايه‌هاي سطحي روسازي‌هاي آسفالتي و در قسمت زيرين لايه اعمال مي‌شود. وقتي كه روسازي اشباع باشد، چرخهاي وسيله نقليه آب را به درون روسازي از جلو تايرها فشار مي‌دهند و آن را از پشت تايرها به بيرون مي‌مكند. اين حركت آب به عريان شدن مصالح سنگي كمك مي‌كند. همچنين غبار و ماسه و سنگدانه‌هاي رها شده در جاده نيز ممكن است با آب باران مخلوط شده و خراشيدگي لايه نازك قير را تسريع بخشند.

علت عريان شدن

به طور كلي فقط يك علت براي عريان شدن وجود دارد: آب بين لايه نازك قير و سطح مصالح سنگي راه يابد و جانشين قير به عنوان پوشش مصالح سنگي شود. آب به چند طريق ممكن است به سازه روسازي برسد. از ميان آنها مي‌توان به آب درون يا روي مصالح سنگي كه كاملاً خشك نشده‌اند، زه آب باران از ميان شانه‌ها، تركها يا روسازي متخلخل، آب زير سطحي (كه از نقاط بالاتر فشار هيدرواستاتيكي توليد مي‌نمايد)، آب موئينه از بستر راه و تبخير آب از لايه‌هاي زيرين اشاره نمود. به هر صورت آب به روشهاي مختلفي ممكن است به مصالح سنگي برسد.

كاهش عريان شدن يا جلوگيري كردن از آن

براي ساخت روسازي جديد، يا روكش يا بازيافت يك روسازي قديمي راهنمايي‌هاي زير بايد براي كاهش احتمال عريان شدن مورد توجه قرار گيرد:

1- براي روسازي‌هاي جديد تمام آسفالتي از دانه‌بندي پيوسته، خوب متراكم شده، مستقيماً بر روي بستر كاملاً آماده شده استفاده شود. تحقيقات نشان مي‌دهد، اگر اين روسازي‌ها به طور مناسب و خوب ساخته شوند حتي در بخش ترانشه هيچ آبي زير اين روسازي‌ها جمع نمي‌شود. بنابراين اين روسازي‌ها به طور مؤثري در مقابل عريان شدن مقاومت مي‌نمايند.

2- ايجاد زهكشي اصولي براي ساختمان روسازي ـ اگر آب آزاد سريعاً دفع شود يا از مخلوط مصالح سنگي و قير دور نگه داشته شود، عريان شدن ناشي از تشكيل امولسيون، جابجايي، گسيختگي لايه نازك يا جريان آب هيدروليكي توسعه نمي‌يابد. آب جدا از مخلوط نگه داشته مي‌شود كه باعث مقاومت عريان شدن بيشتر مصالح سنگي شود.

3- در اكثر حالات از مخلوطهاي سنگدانه و قير با دانه بندي متراكم به جاي دانه‌بندي باز براي لايه‌هاي مياني و اساس استفاده نمائيد استفاده از مخلوطهاي با دانه‌بندي پيوسته و خوب متراكم شده از ورود آب به لايه‌هاي روسازي جلوگيري مي‌كند. وقتي مخلوطهاي اساس با دانه‌بندي باز در تعمير تركها استفاده مي‌شود تعبيه سيستم مناسب زهكشي جهت جلوگيري از ايجاد فشار آب حفره‌اي و احمال عريان شدن ضروري مي‌باشد.

4- اطمينان نماييد كه همه لايه‌هاي روسازي كاملاً متراكم شده‌اند و در لايه‌هاي با دانه‌بندي پيوسته فضاهاي خالي مرتبط براي عبور آب از ميان آنها وجود نداشته باشد. روش آزمايش تجربي، «ASTM:D3637 نفوذپذيري مخلوطهاي آسفالتي» روشي را براي كنترل نفوذ پذيري روسازيهاي متراكم شده در صحرا را در برمي‌گيرد.

5- از مصالح سنگي تازه شكسته شده با مقاومت عريان شدن ضعيف استفاده نكنيد. قير از مصالح سنگي كه براي يك هفته يا بيشتر انبار شده‌اند كمتر لخت مي‌شود تا نسبت به همان مصالح سنگي كه بتازگي شكسته شده‌اند.

6- از مصالح سنگي گرم و خشك استفاده كنيد ـ اگر مصالح سنگي داراي سطح خشك باشند به طوري كه هيچ رطوبتي بين مصالح سنگي و لايه نازك قير موجود نباشد، عريان شدن كمتر اتفاق مي‌افتد.

7- از مصالح سنگي تميز استفاده كنيد ـ از مصالح سنگي درشت با ذرات رس نظير غبار كه به طور محكم به سطح آنها چسبيده است نبايد استفاده شود. حتي اگر قير به طور كامل سنگدانه را بپوشاند، غبار از چسبيدن قير به سطح سنگدانه جلوگيري خواهد نمود.

8- از مصالح سنگي با جاذب رطوبتي بالا در صورت در دسترس بودن انتخابهاي ديگر استفاده نكنيد لازم است مصالح سنگي كه بيشترين مقاومت را نسبت به عريان شدن دارا مي‌باشند، استفاده گردد. با انجام آزمايش حساسيت آبي مصالح و قير برگزيده براي پروژه، تعيين نماييد كدام مصالح سنگي براي پروژه بهترين مي‌باشد.

9- هنگامي كه استفاده از مصالح سنگي جاذب آب اجتناب ناپذير است، يك ماده ضد عريان شدن را به مقدار مناسب تعيين شده توسط آزمايشهاي حساسيت آبي و طرح مخلوط آزمايشگاهي اضافه نماييد آهك هيدراته ومواد مايع ضد عريان شدن پايدار در مقابل حرارت عملكرد صحرايي قابل قبولي با مصالح سنگي منتخب فراهم نموده‌اند. اگر آهك هيدراته و مواد مايع ضد عريان شدن پايدار در مقابل حرارت عملكرد صحرايي قابل قبولي با مصالح سنگي منتخب فراهم نموده‌اند. چنانچه آهك هيدراته انتخاب شود، بهترين نتايج وقتي حاصل مي‌گردد كه مصالح سنگي با ماده آبكي آهك هيدراته تثبيت شود. بهترين نتيجه بعدي، وقتي است كه آهك هيدراته به مخلوط آسفالتي در ضمن تهيه آن اضافه مي‌شود. با بعضي مخلوطها، مواد مايع ضد عريان شدن پايدار در مقابل حرارت مؤثر بوده‌اند. فرآورده‌اي را انتخاب نماييد كه با مواد خاص در مخلوط مؤثر باشد. انتخاب را فقط بعد از تكميل بررسيهاي آزمايشگاهي انجام دهيد.

10- اگر از يك ماده مايع ضد عريان شدن استفاده مي‌شود، مطمئن شويد كه ماده به مقدار مناسب پيشنهاد شده توسط آزمايشگاه اضافه شده است ـ بيش از اندازه افزودني مي‌تواند در حضور آب در ماده ضد عريان شدن بچرخد. در هر حالتي، هيچ ماده ضد عريان شدن به عنوان ساخت دستورالعمل خوب نبايد توصيه شود.

11- قيري را انتخاب نماييد كه وقتي مايع مي‌شود، مصالح سنگي را پوشش نمايد اما در سرويس‌دهي، ويسكوزيته بالايي به قدر كافي داشته باشد كه در مقابل عريان شدن مقاومت كند. ضمن آنكه ديگر اهداف طرح را برآورده نمايد ـ لايه‌هاي نازك يا ضخيم قير دسترسي آب به سطح مصالح سنگي را مشكل مي‌سازد.

12- مطمئن شويد كه ذرات مصالح سنگي به طور كامل و يكنواخت با لايه نازك قير ضخامتي كه مخلوط شروط مقاومت را برآورده نمايد، پوشش شود ـ لايه‌هاي نازك يا ضخيم قير دسترسي آب به سطح مصالح سنگي را مشكل مي‌سازد.

13- در تمام مدت ساخت روسازي كنترل كيفي خوبي انجام دهيد.