قیر
1
قیر
قیر یکی از دو ماده اصلی تشکیل دهنده روسازی است.
قیر ماده ای چسباننده، ارزان قیمت، ضدآب، ترموپلاستیک و ویسکوالاستیک است.
قیر خالص ماده ای سیاهرنگ، چسبناک، نیمه جامد و کندروان است.
اولین کاربردهای قیر به حدود 400 سال پیش از میلاد مسیح در ملات چسبنده برای ساخت سازه های سنگی است.
سایر کاربردهای آن در مخازن، کانال ها و استخر جهت آببندی است.
اولین بار در اواسط قرن نوزدهم بصورت مدرن قیر در روسازی بکار گرفته شد.
قیر در یکپارچگی، صلبیت و نفوذناپذیری روسازی موثر است.
2
قیر
قیر مخلوط چسباننده سیاه و یا تیره رنگ جامد و ویسکوزی است.
قیر دارای وزن مولکولی زیادی است.
قیر ممکن است بصورت گاز، مایع، نیمه جامد و یا جامد وجود داشته باشد.
قیر ماده ای قهوه ای رنگ بوده که بطور کامل در دی سولفید کربن حل می شود.
ریزساختار قیر بصورت سیال قطبی پراکنده شده است.
تجمع سه بعدی پیوسته مولکلول های قطبی (آسفالتین) در سیال غیرقطبی (مالتین)
قیر با افزایش دما از حالت جامد در آمده و جاری می شود.
قیر در دو نوع در طبیعت و یا تغییرات شیمیایی قابل دستیابی است.
بخش قابل توجهی از قیر را هیدروکربن ها تشکیل می دهند.
سایر مواد قیر عبارتند از: سولفور، نیتروژن، اکسیژن، هیدروژن و مقدار جزیی فلزاتی چون وانادیوم، نیکل، آهن، کبالت، منیزیم و کلسیم
3
قیر
آسفالتین و مالیتین دو هیدرکربن اصلی تشکیل دهنده قیر هستند.
این هیدروکربن ها به دو بخش رزین و روغن تقسیم می شوند.
آسفالتین ها وزن مولکولی زیادی دارند و ماده اصلی قیر را تشکیل می دهند.
رزین نقش چسبندگی قیر را برعهده دارد.
روغن ها کندروانی قیر را کنترل می کنند.
رفتار قیر تابع دما و زمان بارگذاری است.
در شرایط آب و هوایی داغ و بارهای پایا (کامیون کندرو) قیر خالص مانند مایعات کندروان رفتار می کند.
در اقلیم های سرد و تحت بارگذاری سریع (کامیون های تندرو) قیر خالص مانند جامد الاستیک رفتار می کند.
در شرایط محیطی قیر خالص مشخصات مایعات کندروان و جامدات الاستیک را بصورت توامان دارد.
قیر داغ روان بوده و بخوبی مصالح سنگی را پوشانده و سطحی صاف و توپر متراکم می شود.
پس از سرد شدن قیر بصورت چسب عمل می کند و ساختار جامد مصالح سنگی را کنار هم قرار می دهد.
4
انواع قیر
قیرهای طبیعی
قطران (Tar)
قیرهای نفتی
قیرهای طبیعی + قیرهای نفتی
قطران + قیرهای نفتی (BS 3690)
5
قیرهای طبیعی
دریاچه ای
به صورت طبیعی در برخی از نقاط یافت می گردد
از اعماق منابع نفتی به سمت سطح رویه زمین صعود نموده و در برابر عوامل جوی دچار تبخیر تدریجی می شوند.
معمولاً با مواد معدنی و آلی مخلوط می باشد.
6
قیرهای طبیعی
معدنی
از نفوذ قیر در سنگهای آهکی یا ماسه سنگها
محصولی در طبیعت موجود است
معادن این قیرها در اروپا (فرانسه، سوئیس و ایتالیا) نیز یافت می شود
تا حدود 12% قیر دارد
7
قیرهای طبیعی
برای تصفیه قیرهای طبیعی آنها را به قطعات کوچکتر تقسیم و تا درجه حرارت 160 درجه حرارت می دهند.
آب موجود در این قیرها تبخیر می شود.
با عبور قیر از الک های مخصوص دانه های درشت و مواد آلی آن جداسازی می شوند.
غالبا بعلت سفتی زیاد قیرهای طبیعی آنها را با قیرهای نفتی ترکیب و در راهسازی استفاده می کنند.
قیرهای دریاچه ای عمدتاً بصورت امولسیون هستند.
8
چشمه های قیر ماماتین -رامهرمز
9
چشمه های قیر ماماتین -رامهرمز
10
تشکوه – رامهرمز
11
تشکوه – رامهرمز
12
تشکوه – رامهرمز
13
قطران (Tar)
قیرهای خالص از نفت خام و قطران از ذغال سنگ به دست می آید.
قطران از کربنیزه شدن ذغال سنگ و یا چوب و یا نظیر آنها در خلاء حاصل می گردد.
معمولا جهت مشخص نمودن منشا قطران از پسوند چوب یا ذغال سنگ استفاده می گردد (قطران چوب یا قطران ذغال سنگ)
14
قطران (Tar)
قطران ذغال سنگ خود نیز می تواند به دو صورت تولید شود:
قیر قطرانی تهیه شده در دمای بالا یا قطران کوره ای (حدود 1200 درجه سانتیگراد
قیر قطرانی تهیه شده در دمای پایین یا قطران کم پخته شده (600 تا 700 درجه سانتیگراد)
15
کندروانی قطران
جهت اندازه گیری کندروانی قطران از یک نوع دستگاه کندروانی سنج استفاده می گردد.
این دستگاه که دارای سوراخی به قطر 10 میلیمتر است مقدار 50 میلی لیتر قطران را در مدت 50 ثانیه باید از خود عبور دهد.
درجه حرارتی که این مقدار قطران از دستگاه عبور می کند واحد اندازه گیری کندروانی قطران می باشد و آن را با حروف EVT نمایش می دهند- EquiViscous Temperature- دمای لزجت
استاندارد انگلیس (BS-76) در گروهبندی قطران آن را به 6 گروه از ETV مساوی با 30 درجه سانتیگراد تا ETV مساوی با 58 درجه سانتیگراد (با نسبت افزایش 4 درجه سانتیگراد برای هر گروه) تقسیم نموده است .
هر چه میزان EVT قطران بیشتر باشد روانی آن نیز کمتر خواهد بود.
برای ساختن جاده های دارای ترافیک سنگین از قطران نسبتاً سفت (مثلاً قطران با ETV مساوی 54 درجه سانتیگراد) و جهت ساخت جادههای با ترافیک سبک میتوان از قطران روانتر (مثلاً قطران با ETV مساوی 38 درجه سانتیگراد)
برای تهیه قشر رویه آسفالتی
قطران در مقایسه با قیر حساسیت کمتری در ترکیب با محصولات نفتی از خود نشان می دهد.
16
قیرهای طبیعی + قیرهای نفتی
با ترکیب قیرهای معدنی و قیرهای نفتی روان، قیرهایی تهیه می شوند که حساسیت حرارتی کمتری در مقایسه با قیرهای نفتی معمولی داشته و در صورت کنترل تولید، مرغوبیت بیشتر نیز خواهند داشت.
17
قطران + قیرهای نفتی
بیشتر به دلیل ایجاد چسبندگی بیشتر بین قیر و مصالح و طول عمر بیشتر مخلوط آسفالتی می باشد.
در آسفالت سطحی نیز که حدوداً بین دو سوم تا نصف ارتفاع مصالح در قیر نفوذ کرده و باید توسط آن در سطح جاده نگه داشته شده و تماس لاستیک و سرعت وسائط نقلیه باعث جدا شدن آنها از سطح جاده نگردد، استفاده از این مخلوط ها مناسب می باشد.
استاندارد BS-3690 مشخصاتی برای این مخلوط ها تهیه کرده که استفاده از آنها را آسان نموده است.
18
قیرهای نفتی
روند تولید قیر در پالایشگاه
ابتدا نفت خام تا دمای 370 درجه حرارت و سپس در برج تقطیر
جز به جز که در آنجا تبخیر می گردد، آزاد می شود.
19
قیرهای نفتی
قیرهای خالص
قیرهای محلول
قیرهای امولسیونی
قیرهای دمیده
20
قیرهای خالص
این قیرها حاصل پالایش نفت خام بوده
بر حسب آنکه چه میزان مواد روغنی در خود داشته باشند، می توان قیرهای سفت (مخصوص مناطق گرمسیر) و قیرهای نرم (مخصوص مناطق سردسیر) ویا قیرهای فی مابین آن تولید کرد.
با تنظیم درجه حرارت و فشار داخلی برج های تقطیر، می توان قیرهای با درجه سختی متفاوت به دست آورد.
21
اجزای قیر
آسفالتین ها:
عامل پایداری سازه ای قیر
مواد جامد قیرند
نسبت کربن به هیدروژن بیش از 0/8
رزین ها:
مشخصه چسبندگی قیر را ایجاد می کنند
با نسبت کربن به هیدروژن بین 0/6 تا 0/8
آروماتیک ها:
مواد روغنی
حساسیت حرارتی قیر
شلی و سفتی قیر
نسبت کربن به هیدروژن کمتر از 0/4
22
قیرهای دمیده
این نوع قیرها از دمیدن هوای گرم در قیرهای خالص در پالایشگاه تولید می شوند
مصرف چندانی در راهسازی ندارد و بیشتر در صنایع عایق های رطوبتی بام ها کاربرد دارند
قیر دمیده دارای درجه نفوذ کمتر و درجه نرمی بیشتری نسبت به قیر خالص اولیه می باشد
قیر دمیده حساسیت کمتری نسبت به تغییرات درجه حرارت داشته و لذا حالت سخت شدن خود را خیلی بهتر از قیر اولیه در حرارت های بالاتر حفظ می کند
برای پر کردن ترکها و درزهای روسازی های بتنی بکار برده می شوند.
در ایران 3 نوع قیر دمیده R85/25، R90/15 و R110/10 تولید می شود.
عدد اول درجه نفوذ (25، 15 و 10) و عدد دوم نقطه نرمی قیر است.
23
قیرهای محلول
قیرهای محلول در پالایشگاه و در مراحل تولید قیر با درصدی مواد حلال از مواد سنگین نظیر گازوئیل تا مواد بسیار سبک و فرار نظیر بنزین تهیه می شوند
دسته بندی:
قیرهای محلول تندگیر (R.C.) – از اختلاط بنزین با قیر خالص
قیرهای محلول کندگیر (M.C.) – از اختلاط قیر خالص با نفت سفید
قیرهای محلول دیرگیر (S.C.) –از اختلاط قیر خالص با گازوئیل
24
قیرهای محلول
کیفیت قیرهای محلول به کیفیت قیرهای خالص، نوع و مقدار حلال های مصرفی وابسته است.
درصد حلال های مصرفی معمولاً در ایران 10 تا 50 درصد است.
هر اندازه حلال های نفتی در قیر بیشتر باشد، روانی آن بیشتر است.
بیشتر در اندودهای نفوذی و سطحی، آسفالت های سرد و مخلوط در محل کاربرد دارند.
دمای گرم کردن آنها 20 تا 115 درجه است.
اعداد نشان دهنده کندروانی براساس سانتی استوکس است.
25
قیرهای محلول
قبلاً قیرهای محلول با استفاده از اعداد صفر تا 5 مشخص می شد.
در ایران قیر محلول s-125 نیز با90 درصد قیر خالص AC80,100 ساخته می شود در اندود سطحی و نفوذی کاربرد دارد.
26
قیرهای امولسیونی
مخلوط کردن قیر+ آب و ماده امولسیون ساز
قیر بصورت گلبول یا کره هایی به قطر یک صدم تا یک هزارم میلیمتر در آب شناور هستند.
ماده امولسیون ساز مانع به هم پیوستن و لخته شدن قیر با باردار کردن دانه ها می شود.
برای افزایش پایداری در برابر لخته شدن و به هم پیوستن دانه ها از پایدار کننده مانند صابون پتاسیم استفاده می شود.
پایدارکننده موجب اندود بهتر مصالح سنگی و پایداری امولسیون در انبار می شود.
مقدار قیر 60 درصد، آب 40 درصد و کمتر از یک درصد ماده امولسیون ساز.
امولسیون های خنثی، کاتیونی و آنیونی
تهیه امولسیون به کاربرد قیر سرد در آسفالت کمک می کند.
محصول برخلاف قیر محلول گران تمام نمی شود.
در شرایط مرطوب بودن سطح راه نیز چسبندگی بین قیر و مصالح بوجود می آید.
اندازه گلبول ها در حدود 2 میکرون است.
فاز داخلی گلبول های کوچک و فاز خارجی یا پیوسته بخش بیرونی است.
27
تهیه قیرهای امولسیونی
دو روش مخلوط کن سریع و آسیاب کلوئیدی برای تهیه امولسیون استفاده می شود.
آسیاب کلوئیدی از یک میله درون استوانه تشکیل شده است.
فاصله میله و استوانه 3 تا 5 دهم میلیمتر است.
جهت تهیه امولسیون محلول داغ امولسیون ساز در آب و نیز قیر گرم با نسبت های مشخص بطور جداگانه وارد آسیاب در حال چرخش می شوند و از طرف دیگر محصول از آسیاب خارج می شود.
اندازه ذرات حاصل 1 تا 2 دهم میکرون است.
در مخلوط کن سریع، قیر داغ بطور هم زمان با جریان آب حاوی نمک قلیائی بداخل محفظه وارد می شود. در محفظه قیر مذاب و آب به کمک پروانه داخل محفظه با سرعت زیاد چرخیده و مخلوط می شود.
ماده امولسیون ساز در اثر فعل و انفعال شیمیائی بین نمک قلیائی موجود در آب و مواد اسیدی موجود در قیر بوجود می آید.
اندازه گلبول ها 1 تا 10 میکرون خواهد بود.
کیفیت محصول آسیاب کلوئیدی بهتر است.
پس از تهیه امولسیون آن را توسط پمپ به مخازن مربوطه هدایت و سرد می کنند.
برای جلوگیری از پوسته بستن توصیه می شود امولسیون تا حد امکان سریعاً سرد شود.
28
آسیاب کلوئیدی
در آسیاب های کلوئیدی، از برش شدید سیال در یک جریان پرسرعت برای پراکندن ذرات یا قطره های مایع برای تشکیل سوسپانسیون یا امولسیون های پایدار استفاده می شود.
اندازه نهایی ذرات یا قطره ها معمولاً کم تر از 5 میکرومتر است.
کاهش اندازه در این آسیاب ها کم است و آنچه که اصولاً انجام می شود گسیختگی توده هایی است که اتصال سستی دارند.
29
امولسیون ساز
آنیونیک
کاتیونیک
غیریونی
کلوئیدی
30
نحوه باردار شدن دانه های قیر امولسیون
31
انواع امولسیون قیر
امولسیون آنیونی
املاح قلیایی اسیدهای آلی
بار منفی در سطح دانه های قیر
امولسیون کاتیونی
نمک های آمونیوم یا آمین
بار مثبت در سطح دانه های قیر
امولسیون سازهای غیریونی و کلوئیدی در تهیه قیر کاربرد ندارد.
32
قیرهای امولسیونی
امولسیون های قیر پس از مصرف در تماس با مصالح سنگی شکسته شده و قیر آن به صورت لایه نازکی سطح دانه ها را اندود کرده و آب آن تبخیر شده و یا جریان پیدا می کند.
از این نوع قیر برای تهیه آسفالت سرد، آسفالت سطحی، درزگیری و لکه گیری، تثبیت مصالح ماسه ای و غبارنشانی استفاده می شود.
از نظر زیست محیطی و مسائل اقتصادی قیر امولسیون مطلوب است.
بر اساس سرعت شکستن امولسیون قیر ، دسته بندی زیر برای قیرهای امولسیون صورت می گیرد :
الف ) قیر امولسیون ناپایدار یا زودشکن (RS)
ب ) قیر امولسیون نیمه پایدار یا کندشکن (MS)
ج ) قیر امولسیون پایدار یا دیرشکن (SS)
مصالح زودشکن دارای تمرکز کم مواد امولسیون کننده بوده و حساسیت زیادی به شکست دارند.
عموماً امولسیون زودشکن با قیر خالص 150-120 یا 200-150 تهیه می شود.
33
قیرهای امولسیونی
34
قیرهای امولسیونی
حرف h، معرف آن است که قیر خالص به کاررفته در تهیه امولسیون تا حدی سخت تر از نوع مشابه است.
اعداد 1 و 2، به ترتیب معرف درصد قیر خالص کمتر و بیشتر در قیرابه می باشد.
پیشوند HF، معرف ایجاد پوشش قیری با ضخامت بیشتر روی سنگدانه هاست (زمان بیشتر درآزمایش پیاله شناور).
پسوند s در قیرابه HFMS-2s، نشانه کاربرد این قیرابه برای اختلاط با مصالح ماسه ای است.
طبقه بندی اصلی در قیرهای امولسیون برمبنای شدت شکست مواد امولسیونی است.
شدت شکست یا پایداری توسط نوع ماده امولسیون کننده کنترل می شود.
مصالح زودشکن دارای تمرکز کم مواد امولسیون کننده بوده و حساسیت زیادی به شکست دارند.
قیرهای زودشکن با قیرهای خالص 150-120 و 200-150 شناخته می شوند.
با توجه به مقدار قیر دو درجه 1 و 2 دارند.
نوع RS-2 دارای درصد قیر بیشتری نسبت به RS-1 بوده و امولسیون با لزجت زیاد نامیده می شود.
35
36
کاربرد قیرآبه ها
37
قیرهای امولسیونی
نقطه ضعف امولسیون دفع آب ناشی از شکستن امولسیون در لایه های ضخیم و حمل بیهوده آب در فواصل دور است.
در صورت انجام اقدامات احتیاطی بشکه های امولسیون قابلیت نگهداری تا چند ماه را دارند.
برودت، ورود اتفاقی مصالح سنگی یا مواد شیمیائی یا مخلوط نمودن دو امولسیون با بار ذره ای مخالف موجب شکستن پیش از موعد امولسیون می شود.
از انبار نمودن امولسیون ها در گرمای کمتر از 2+ درجه سانتیگراد خودداری شود.
بهتر است بشکه های حاوی امولسیون گاه به گاه غلتانده شوند.
بشکه های امولسیون جهت جلوگیری از تبخیر آب هیچگونه منفذی که از طریق آن هوا به درون بشکه نفوذ کند نباید داشته باشند.
38
مکانیزم شکستن امولسیون
تغییر رنگ از قهوه ای شکلاتی به رنگ سیاه نشانگر شکستن امولسیون است.
میزان شکستن امولسیون به عوامل زیر بستگی دارد: تبخیر آب، تخلخل سطحی، خواص فیزیکی و شیمیائی مصالح و تاثیرمکانیکی غلتک ها و ترافیک
شکستن امولسیون در مراحل اولیه تبخیر آب برگشت پذیر بوده و اگر باران شدید ببارد امولسیون شسته می شود.
اگر شکستن بطور کامل انجام شده باشد در صورت ریزش باران خطری وجود ندارد.
خواص فیزیکی و شیمیائی مصالحی که با امولسیون آنیونیک در تماس باشد تاثیر جزئی در میزان شکستن امولسیون دارد. برعکس در امولسیون های کاتیونیک تاثیر این خواص زیاد است.
مصالح راهسازی معمولاً اسیدی بوده و دارای بار منفی ضعیف پس در مجاورت امولسیون کاتیونیک جاذبه الکتریکی و چسبندگی آنی بوجود می آید.
اگر سطح راه و مصالح خشک باشد حذف آب امولسیون بهتر و سریعتر انجام می شود.
از کاربرد مصالح حاوی گرد و غبار زیاد در راهسازی خودداری شود.
39
انتخاب نوع قیر
نوع قیری که راهسازی به کار می رود با توجه به عوامل و شرایط جوی ، نوع و شدت ترافیک ، نوع روسازی ، جنس و دانه بندی مصالح سنگی و نحوه اجرای روسازی مشخص می گردد
40
موارد کلی استفاده از انواع قیر در راهسازی ( انسیتو آسفالت و آیین نامه روسازی آسفالتی راههای ایران )
41
آزمایش های قیرهای خالص
– آزمایش تعیین چگالی قیر
– آزمایش تعیین حلالیت قطر
– آزمایش درجه نفوذ قیر
– آزمایش نقطه نرمی قیر
– آزمایش خاصیت شکل پذیری
– آزمایش تعیین نقطه اشتعال قیر
– آزمایش تعیین کندروانی
– آزمایش افت وزنی قیر در اثر حرارت
– آزمایش نقطه شکنندگی فراس
– آزمایش لعاب نازک قیر
– آزمایش لعاب نازک دوار قیر
42
آزمایش های غلظت
غلظت بیانگر درجه سیال بودن قیر خالص در یک دمای مشخص است.
آزمایش های کندروانی مطلق، کندورانی کینماتیکی، درجه نفوذ و نقطه نرمی برای سنجش آن پیشنهاد می شود.
43
آزمایش درجه نفوذ
مقدار نفوذ سوزنی با مشخصات استاندارد تحت اثر وزنی معادل 100 گرم در مدت 5 ثانیه در قیر C۫25 بر حسب یک دهم میلی متر
درجه نفوذ کمتر نشانه قیر سفت تر و درجه نفوذ بیشتر نشانه قیر شل تر است
قیرهای متداول مورد مصرف در راهسازی دارای درجه نفوذ 40-50، 60-70 و 85-100 می باشند.
سایر موارد عبارتند از: 150-120 و 300-200
هر قدر آب و هوای منطقه گرمتر و یا برای یک منطقه معین میزان آمد و شد وسایل نقلیه بیشتر باشد، باید از قیر با درجه نفوذ کمتری استفاده کرد.
به طور مثال در مناطق گرمسیر از قیر 50-40 و در مناطق سردسیر از 150-120 استفاده می توان کرد.
درجه نفوذ قیر خالصی اگر 80 گزارش شود یعنی چه؟
44
45
46
مزایای آزمایش درجه نفوذ
آزمایش در دمای 25 درجه سانتیگراد که تقریباً برابر متوسط دمای روسازی است انجام می شود.
نتایج آن تطابق بیشتری با خواص قیر در دمای پایین دارد.
حساسیت قیر به دما می تواند با تغییر دمای 25 درجه قیر مطالعه شود.
آزمایش سریع و ارزان است.
47
معایب آزمایش درجه نفوذ
تجربی بودن آن و عدم اندازه گیری دقیق ویسکوزیته
شدت تنش برشی متغیر بوده و لذا قیر در دمای 25 درجه سانتیگراد دارای رفتاری غیر نیوتنی است که می تواند نتایج آزمایش را تحت تاثیر قرار دهد.
حساسیت قیر به دما نمی تواند تنها در دمای 25 درجه اندازه گیری شود.
این آزمایش هیچ اطلاعاتی در خصوص رفتار قیر و مخلوط آسفالتی در دمای اختلاط و تراکم بدست نمی دهد.
48
آزمایش تعیین نقطه نرمی قیر
قیر گرم شده و در داخل حلقه ریخته می شود.
پس از سرد شدن حلقه ها در ظرف آب با C۫4 درجه، قرار داده می شود.
گلوله های فلزی بر روی حلقه قرار می گیرند.
به شکل غیرمستقیم از پایین به ظرف حرارت می دهند تا این که قیر نرم شده و گلوله از داخل آن عبور کند و با صفحه زیرین تماس بگیرد.
دمایی که در آن این گلوله به صفحه زیرین برسد را نقطه نرمی می گویند.
درجه نرمی قیرهای مورد استفاده در روسازی معمولاً بین C۫70-35 می باشد
49
50
51
ویسکوزیته
تعریف
خاصیت یک ماده (که قابلیت روانی داشته باشد) به صورت مقاومت در برابر تغییر شکل برشی هنگام حرکت می باشد- نسبت تنش برشی به کرنش برشی وارده است.
مقاومت سیال در برابر جریان یافتن است.
قیرهائی که درجه نفوذ یکسانی دارند در درجه حرارت های بالا ممکن است سختی متفاوتی داشته باشند.
آزمایش کندروانی برای تعیین خاصیت روانی قیرها در درجه حرارت های بالا است.
ویسکوزیته دینامیکی (یا مطلق)
واحد ویسکوزیته دینامیکی در SI ، Poiswill است که برابر 10 پوآز می باشد.
همچنین به صورت Pas.sec نیز معرفی می شود.
ویسکوزیته سینماتیکی
در سیستم SI واحد آن است
در سیستم .C.G.S واحد آن استوکس (St) است
ویسکوزیته سی بولت فیورول
آزمایش تعیین کندروانی قیر
52
ویسکوزیته دینامیکی (یا مطلق)
در صورت قرار گیری نمونه در حالت عمودی باید خلاء اعمال شود.
قیر مابین دو صفحه که بالایی با سرعت حرکت می کند، قرار می گیرد.
تنش به این صورت محاسبه می شود:
ضخامت قیر است و (اتا) ضریب ویسکوزیته برشی یا اختصاراً ویسکوزیته نام دارد
واحد ویسکوزیته دینامیکی در SI ، Poiswill است که برابر 10 پوآز (در سیستم .C.G.S ) می باشد. همچنین به صورت Pas.sec نیز معرفی می شود:
53
تعیین ویسکوزیته مطلق
مقدار 40 گرم قیر را در دمای C۫60 در داخل دستگاه ریخته تا پس از تحت شرایط خلاء قرار دادن آن، قیر به خط نشانه اول برسد.
دمای 60، نزدیک به حداکثر دمای سطح روسازی در تابستان است.
قیر از سمت بزرگتر ریخته می شود تا به خط پر شدن برسیم.
با عبور قیر از هر خط نشانه بعدی ، زمان عبور اندازه گیری می شود تا تمامی نشانه ها را طی کند.
زمان های اندازه گیری شده در هر نشانه بر حسب ثانیه را در ضریب مربوط به هر نشانه ضرب می کنند.
میانگین ارقام به دست آمده به عنوان ویسکوزیته مطلق بر حسب پواز به دست می آید.
54
ویسکوزیته مطلق
از آزمایش لزجت مطلق برای طبقه بندی قیرها و تعیین حداکثر دمای گرم کردن در هنگام ساخت استفاده می شود.
درجات مختلف لزجت با دو حرف AC و اعداد بعد از آن که یکصدم مقدار ویسکوزیته دینامیکی است نشان داده می شود.
بطور مثال AC20 نشان دهنده قیری با ویسکوزیته دینامیکی 2000 پوآز است.
قیرهای با ویسکوزیته زیاد را در مناطق گرمسیر و ویسکوزیته کم مناطق سردسیر بکار می روند.
55
آزمایش کندروانی مطلق
56
ویسکوزیته سینماتیکی
با دستگاهی به نام Gravity Flow Viscometers تعیین می شود
روش نیروی ثقل مایع موثر است و تابعی از ویسکوزیته مطلق قیر و وزن مخصوص آن می باشد
در سیستم SI واحد آن است
در سیستم .C.G.S واحد آن استوکس (St) است
57
تعیین ویسکوزیته سینماتیکی
توسط یک دستگاه ویسکومتر جاذبه ای تعیین می گردد.
قیر تا خط پر شدن ریخته می شود.
زمان جریان مایع قیر بین دو نقطه در لوله موئین بر حسب ثانیه و در دمای 135 درجه سانتیگراد
ضرب این زمان در ضریب ثابت دستگاه
ویسکوزیته کینیماتیکی قیر بر حسب سانتی استوکس
اگر کندروانی کینماتیکی 800 سانتی استوکس (معادل 8 استوکس) و وزن مخصوص آن برابر 1/03 باشد، کند روانی مطلق برحسب پوآز چند است؟
58
آزمایش کندروانی کینماتیک
59
آزمایش کندروانی کینماتیک
60
ویسکوزیته سی بولت فیورول
زمان لازم برحسب ثانیه برای حجم 60 سانتی متر مکعب از قیر در حرارت 135 درجه به عنوان ویسکوزیته سی بولت فیورول قیر ثبت می گردد.
𝜂 𝑆𝐹 ≈ 1 2 𝜂 𝐾
61
62
مزایای آزمایش ویسکوزیته
آزمایش بر پایه اصول مهندسی بنا شده است.
با توجه به دماهای 25، 60 و 135 درجه دمای متوسط و حداکثر در زمان ساخت و دمای زمان اجرای روسازی تقریباً در نظر گرفته شده است.
حساسیت قیر در دماهای مختلف بررسی شده است.
انجام آزمایش راحت است.
63
معایب آزمایش ویسکوزیته
در سیستم نامگذاری AC مقدار ویسکوزیته لعاب نازک قیر خشک شده برای درجه بندی های یکسان اعداد مختلفی است.
درجه بندی که در دمای 25 درجه انجام می شود، خواص رئولوژیکی قیر را بدقت مشخص نمی کند.
این آزمایش در مقایسه با آزمایش درجه نفوذ به زمان طولانی تری احتیاج و پرهزینه است.
64
حساسیت دمایی
حساسیت دمائی نرخ تغییر غلظت قیر خالص با دما است.
قیرهای خالصی که به تغییر دما حساسیت زیادی دارند مطلوب نیستند.
کندروانی این قیرها در دمای 135 درجه بسیار کم است و در دماهای پایین خیلی زیاد است.
دو روش شاخص درجه نفوذ و عدد نفوذ- کندروانی برای تعیین حساسیت دمایی کاربرد دارد.
65
نشانه درجه نفوذ قیر (PI)
نقطه نرمی همچنین برای برای تعیین نشانه درجه نفوذ قیر (PI) به کار می رود.
در درجه حرارات نقطه نرمی قیرها، میزان درجه نفوذ آنها برابر 800 می شود.
PI بیانگر حساسیت حرارتی قیر است و مقدار آن به منبع نفت خام و نحوه تولید و پالایش قیر بستگی دارد.
𝐴= logPenT 1 −log𝑃𝑒𝑛 𝑇 2 𝑇 1 − 𝑇 2 𝑃𝐼= 20−500𝐴 1+50𝐴
66
مثال
درجه نفوذ قیر خالصی در دمای 25 درجه 120 و در دمای 4/4 درجه برابر 10 است، شاخص درجه نفوذ آن چیست؟
هر چه شاخص درجه نفوذ قیر خالصی کمتر باشد، حساسیت دمایی آن بیشتر است.
اکثر قیرهای خالص درجه نفوذی بین 1+ و 1- دارند.
قیرهای خالص با درجه نفوذ کمتر از 2- شدیداً حساس به دما بوده و در دمای پایین دچار شکنندگی شده و مستعد ترک خوردگی عرضی در هوای سرد است.
𝐴= log120−log10 25−4.4 = 0 052 𝑃𝐼= 20−500( 0 052 1+50( 0 052 =− 1 67
67
عدد نفوذ- کندروانی (PVN)
68
عدد نفوذ- کندروانی (PVN)
هر چه PVN قیر خالص کمتر باشد حساسیت دمای آن بیشتر است.
PVN اکثر قیرهای خالص بین 0/5+ تا 2- است.
69
آزمایش خاصیت شکل پذیری قیر (خاصیت انگمی)
قیر را گرم کرده و در قالب مخصوص دستگاه می ریزند.
قالب را در محفظه آبی که دمای معمولاً C۫25 می باشد غوطه ور می نمایند.
نمونه را در داخل دستگاه اندازه گیری می گذارند.
یک سر قالب در موقعیت ثابت قرار دارد در حالی که سر دیگر آن به طور افقی با نسبت معینی ( 5 سانتی متر در دقیقه ) کشیده می شود.
مقدار افزایش طول نمونه قیر در لحظه پاره شدن بر حسب سانتی متر را به عنوان قابلیت شکل پذیری تعیین می نمایند.
70
71
آزمایش نقطه اشتعال قیر
قیر را در یک ظرف مخصوص فلزی ریخته و آن را بر روی محل گرمخانه دستگاه قرار داده و از زیر به آن حرارت می دهند.
سرعت افزایش دما C 16.7در هر دقیقه می باشد، وقتی که درجه حرارت قیر گرم شده و به C ۫56 رسید سرعت گرم شدن را به 5 درجه در دقیقه کاهش می دهند.
در این حالت یک شعله کوچک مستقیم به فواصل معین (حدود هر 3 درجه سانتیگراد) از روی سطح قیر حرارت داده شده عبور داده می شود.
با افزایش درجه حرارت مواد زائد و فرار موجود در قیر از آن جدا می شوند.
همچنان که آزمایش ادامه می یابد به حدی می رسد که به اندازه کافی مواد فرار در سطح قیر حرارت داده شده جمع خواهد شد.
این مواد سبب جرقه زدن و ایجاد شعله می نماید.
درجه حرارتی که در آن درجه شعله ظاهر شود را درجه اشتعال قیر می نامند.
72
73
آزمایش نقطه شکنندگی فراس
در داخل ظرف مخصوص این آزمایش، صفحه فلزی کوچکی قرار گرفته که تحت تاثیر بار خم می شود.
در این صفحه، فیلم نازک قیری را به ضخامت 0/5 میلی متر پخش کرده
پس از سرد شدن در دمای محیط، قیر را در داخل دستگاه با سرعت یک درجه در دقیقه سرد می کنند و صفحه را تحت تاثیر بار خم می کنند.
بالاخره قیر در یک دمایی می شکند.
درجه حرارتی که در آن اولین ترک در قیر به وجود بیاید، به عنوان نقطه شکنندگی فراس تعیین می گردد.
74
75
آزمایش خلوص
قیر خالص تصفیه شده بطور کامل در سولفور کربن حل می شود.
نمونه ای از قیر با وزن معلوم در تری کلرور اتیلن حل می شود.
سولفور کربن قابل اشتعال و خطرناک است.
سپس با صافی پشم شیشه ای، صاف می شود.
مصالح حل نشده باقی مانده روی صافی، ناخالصی قیر بوده، خشک شده و وزن می شود.
حداقل 99 درصد حلالیت در تری کلرور اتین لازم است.
76
آزمایش وزن مخصوص
نسبت وزن مصالح در دمای معلوم به وزن آب هم حجم در همان دما است.
قیر خالص با گرم کردن منبسط و وزن مخصوص آن تغییر می کند.
وزن پیکنومتر تعیین ، پیکنومتر با آب مقطر در دمای معین پر شود.
وزن آب و پیکنومتر با هم تعیین شود
پیکنومتر با بیرون ریختن آب، با مصالح در دمای مشخص کامل پر شود و وزن تعیین شود
وزن مخصوص قیر تعیین شود
معمولاً وزن مخصوص در دمای 15/6 درجه بکار می رود.
در محاسبه هزینه ها و حمل و انبارسازی قیر خالص تغییر وزن مخصوص در نظر باشد.
77
آزمایش لعاب نازک قیر
در این آزمایش قیر را در ظرف مخصوص (به قطر 14 سانتی متر و عمق 0/95 سانتی متر) به شکل قشر نازکی به ضخامت تقریبی 3 میلیمتر قرار می دهند.
ظرف را به مدت 5 ساعت داخل گرمخانه با دمای C۫163 قرار می دهند.
آزمایش های درجه نفوذ و نقطه نرمی قیر را بعد از آن انجام می دهند.
نتیجه را به صورت نسبت نتایج قبل و بعد از آزمایش گزارش می نمایند.
78
79
رفتار قیر
قیر ماده ای ویسکوالاستیک (Viscoelastic) است.
قیر در دماهای بالا روان است و در دماهای پایین (20- درجه سانتی گراد) شکننده است.
رفتار ماده ویسکوالاستیک تابع زمان است. هر چه زمان بیشتر باشد، روان شدن بیشتر است.
در دماهای میانی محیط قیر به صورت ویسکوالاستیک عمل می کند؛ یعنی حالت بین این دو مورد را دارد.
قیر در دمای بالا سیال نیوتنی است. یعنی نسبت تنش برشی به نرخ کرنش برشی ثابت است.
در دماهای پائین نسبت تنش برشی به نرخ کرنش برشی ثابت نیست و قیر غیرنیوتنی است.
80
مدلهای توصیف کننده رفتار قیر
81
الاستیک
از قانون هوک پیروی می کند.
تناسب بین تنش و کرنش
82
ویسکوز
شبیه سازی مصالح ویسکوز با میراگر
تنش متناسب است با نرخ تغییر کرنش نسبت به زمان
در اینجا ویسکوزیته است.
83
ماکسول
تحت یک تنش ثابت، کرنش کل برابر مجموع کرنش فنر و میراگر است.
84
کلوین
فنر و میراگر به حالت موازی قرار دارند.
85
رفتار ویسکوالاستیک آسفالت تحت بار استاتیکی
86
رفتار ویسکوالاستیک آسفالت تحت بار چرخ در حال حرکت (دینامیکی)
87
مدول برجهندگی
مدول الاستیسیته مورد استفاده در تئوری الاستیک است.
روسازی آسفالتی الاستیک نیست.
یک تغییر شکل دائمی بعد از هر بارگذاری در آن ایجاد می شود.
اگر بار در مقایسه با مقاومت مصالح کم باشد و در تعداد قابل توجهی تکرار شود، تغییر شکل قابل برگشت بوده و می توان حالت الاستیک فرض کرد.
مدول الاسیسته براساس کرنش قابل بازگشت طی بارگذاری تکراری مدول برجهندگی گفته می شود.
88
مدول برجهندگی
تنش محوری در یک آزمایش فشاری محدود نشده یا تنش محوری در آزمایش سه محوری
از آنجا که بار وارده کم است آزمایش مدول برجهندگی غیرمخرب است.
89
سامانه های درجه بندی قیرهای خالص
درجه بندی براساس درجه نفوذ
درجه بندی براساس کندروانی
90
درجه بندی درجه نفوذ
دمای 25 درجه به متوسط دمای بهره برداری روسازی نزدیک است.
اما روش تجربی بوده و شباهت قیرها در دمای 25 درجه از لحاظ عملکرد در دماهای بالاتر و پائین تر بهره برداری گمراه کننده خواهد بود.
کندروانی مورد نیاز برای تعیین دماهای اختلاط و تراکم مشخص نمی شود.
91
درجه بندی کندروانی
قیرهای خالص کندروانی در 60 درجه و قیرهای پیر شده RTFO در 60 درجه
کندروانی خاصیت بنیادی است و آزمایش تجربی نیست.
دمای 60 درجه نزدیک به حداکثر دمای روزهای گرم تابستان است.
برای نمایش عملکرد در دماهای متوسط یا پائین گمراه کننده است.
به لحاظ حفاظت در برابر ترک خوردگی در دمای پائین کافی نیست.
کندروانی RTFO، خواص قیر بعد از تولید مخلوط آسفالتی داغ در کارخانه آسفالت را نشان می دهد.
مدت آزمایش با RTFO بیشتر و نیاز به وسیله دارد.
92
درجه بندی کندروانی
93
درجه بندی کندروانی
94
نقصانهای استانداردهای فعلی
عدم اندازه گیری خصوصیات قیر در دماهای پایین
عدم تطابق شرایط فیزیکی آزمایشات با شرایط واقعی جاده
عدم تناسب آزمایشات برای اندازه گیری خصوصیات قیر در حرارت های بالا
عدم پیش بینی چگونگی سخت شدن قیر در طول زمان
درجه نفوذ و شکل پذیری تجربی هستند و وابسته به عملکرد روسازی نیستند.
پیرشدگی کوتاه مدت با آزمایش TFO و RTFO در نظر گرفته می شود.
سامانه درجه بندی اعم از درجه نفوذ یا کندروانی، خصوصیات دمائی و عملکردی متفاوتی می تواند بدست دهد.
آزمایش ها برای قیرهای اصلاح شده کاربرد ندارد.
95
اصلاح آزمایش ها با SHRP
برنامه 5 ساله SHRP طی سال های 1978 تا 1992 در ایالات متحده انجام شد.
ویژگی های برجسته آزمایش ها:
در بر گیرنده قیرهای اصلاح شده و اصلاح نشده
دما با توجه به درجه قیر انتخابی برای شرایط غالب آب و هوائی تغییر می کند.
معیارهای برآورد ثابت است.
از اصول مهندسی وابسته به عملکرد میدانی برای سنجش خواص فیزیکی استفاده می شود.
شبیه سازی 3 مرحله: قیر دست نخورده، قیر پس از تولید و اجرای مخلوط آسفالتی داغ و قیر در دوره زمانی طولانی خدمت دهی
در نظر گرفتن بازه کامل دماهای روسازی در کارگاه
انجام آزمایشات برای حذف 3 نوع خرابی:ترک خستگی در دماهای متوسط، شیارشدگی در دماهای بالا و ترک دمائی در دماهای پائین.
96
روسازی ممتاز
در نتیجه تحقیقات استراتژیک 5 ساله اداره راه های آمریکا با هدف شناسائی طراحی رویه های آسفالتی با عملکرد دراز مدت است.
هدف اصلی تحقیقات، تعریف و شناسائی خواص قیر، سنگدانه و مخلوط آسفالتی و تاثیر آن بر عملکرد روسازی و ارائه روش های توسعه یافته برای دستیابی به مشخصات بهینه است.
97
روش پیشنهادی شارپ (SHRP)
آزمایشاتی که بتواند موارد زیر را برای قیر ارزیابی کند:
مقاومت در برابر تغییر شکل
مقاومت در برابر ترک خوردگی حرارتی (در اثر سرما)
مقاومت در برابر خستگی (در اثر بارگذاری)
پیش بینی چگونگی سخت شدن قیر در کارخانه آسفالت
پیش بینی چگونگی سخت شدن قیر در اثر مرور زمان
98
آزمایشات شارپ
1- برش دینامیکی Dynamic Shear Rheometer (DSR)
2- آزمایش خمش تیرک (BBR) Bending Beam Rheometer
3- آزمایش کشش مستقیم Direct Tension Tester (DTT)
4- آزمایش لعاب نازک دوار قیر ROLLING THIN FILM OVEN (RTFO)
5- آزمایش محفظه تحت فشار PRESSURE AGING VESSEL (PAV)
6- ویسکومتر دورانی (RV) Rotational Viscometer
99
100
4 آزمایش لعاب نازک دوار قیر ROLLING THIN FILM OVEN (RTFO)
تبخیر روغن های سبک در قیر و اکسیداسیون (واکنش با اکسیژن محیط) است.
علت پیر شدگی مواد چسبنده قیری:
101
آزمایش لعاب نازک چرخان
پیرشدگی قیر در مرحله تولید و اجرای آسفالت داغ را شبیه سازی می کند.
در حین چرخش بطور پیوسته قیر تازه در معرض هوای گرم و جریان هوا قرار می گیرد.
به علت چرخش اصلاح کننده ها در قیر پراکنده می شوند.
اجازه تشکیل پوسته سطحی مانع از پیرشدگی لایه های زیرین، بعلت چرخش داده نمی شود.
بجای 5 ساعت، فقط 75 دقیقه لازم است.
محصولی برای آزمایش DSR بوجود می آورد.
102
آزمایش لعاب نازک دوار قیر ROLLING THIN FILM OVEN (RTFO)
هنگام تهیه مخلوط آسفالتی گرم و در حین جابجایی آن
103
آزمایش لعاب نازک دوار قیر ROLLING THIN FILM OVEN (RTFO)
مقدار کاهش جرم معلوم می شود
104
آزمایش لعاب نازک دوار قیر ROLLING THIN FILM OVEN (RTFO)
هدف دیگر :
فراهم نمودن ماده چسبنده قیری پیر شده جهت سایر آزمایشات
105
آزمایش محفظه تحت فشار PRESSURE AGING VESSEL (PAV)
پیرشدگی طولانی مدت
106
مخزن پیرسازی تحت فشار
فشار 2070 کیلوپاسکال و دماهای 90، 100 و 110 درجه
مزایای پیرسازی تحت فشار:
اتلاف مواد فرار محدود می شود.
فرآیند اکسیداسیون بدون توسل به دماهای بالا انجام می شود.
در یک نوبت می توان مقدار قیر کافی پیرسازی نمود.
پیرشدگی در طی 5 تا 10 سال خدمت دهی روسازی را شبیه سازی می کند.
PAV برای پیرسازی پسماند RTFO بکار می رود.
قیر 20 ساعت تحت فشار و دمای بالا قرار می گیرد.
ظرف PAV، 50 گرمی است.
برای خارج کردن هوای محبوس در نمونه، ظرف 30 دقیقه در گرمخانه با دمای 163 درجه قرار می گیرد.
نمونه برای آزمایش ریومتر برش دینامیکی، ریومتر تیر خمشی و آزمایش کشش مستقیم استفاده می شود.
107
آزمایش محفظه تحت فشار PRESSURE AGING VESSEL (PAV)
108
ویسکومتر دورانی (RV) Rotational Viscometer
گشتاور مورد نیاز جهت حفظ ثبات سرعت دورانی صفحه چرخنده
109
کندروانی سنج چرخشی
در روسازی ممتاز برای تعیین کندروانی قیر در دماهای بالا (بیش از 100 درجه) برای اطمینان از اینکه قیر برای پمپاژ و اختلاط به حد کافی مایع است استفاده می شود.
برای آزمایش قیرهای اصلاح شده مفید است.
کندروانی سنج چرخشی بروکفیلد هم گفته می شود.
گشتاور چرخشی مورد نیاز برای سرعت چرخشی یکنواخت (20rpm) دوک مستغرق در قیر در دمای ثابت محاسبه می شود.
دمای آزمایش 135 درجه است.
نمایشگر دیجیتال برحسب واحد سانتی پوآز است.
در روسازی ممتاز از واحد پاسکال. ثانیه استفاده می شود.
اعداد در 0/001 ضرب می شوند.
110
ویسکومتر دورانی (RV) Rotational Viscometer
Pa.s 3
حداکثر
111
ویسکومتر دورانی (RV) Rotational Viscometer
مقایسه تاثیر افزودنی های مختلف بر ویسکوزیته
112
رئومتر برش دینامیکی
برای مشخص کردن رفتار کندروان و الاستیک چسباننده های قیری در دماهای بالا و میانه بهره برداری بکار می رود.
مدول برشی مرکب و زاویه فاز بعنوان خروجی دستگاه محاسبه می شود.
مدول مرکب مقاومت کلی چسباننده در برابر تغییر شکل تحت برش تکراری است.
DSR تصویری از رفتار قیر در دماهای خدمت دهی می دهد.
در دماهای خیلی پائین قیر حالت الاستیک و در دماهای بالا مانند سیالات کندروان است.
در دماهای معمول قیر حالت وسط یعنی، ویسکوالاستیک دارد.
مواد ویسکوالاستیک تحت بار تغییر شکل الاستیک (برگشت پذیر) و کندروان (برگشت ناپذیر) دارند.
113
رئومتر برش دینامیکی
قیر B و قیر A مدول مرکب یکسانی دارند.
قیر B نسبت به قیر A مولفه الاستیک بزرگتری دارد.
مدول مرکب و زاویه فاز باید با هم برای مشخص کردن وضعیت رفتاری قیر در نظر گرفته شوند.
مولفه الاستیک یا مدول انبارش به مقدار انرژی تلف شده در نمونه در هر چرخه مربوط است.
مولفه کندروان یا مدول اتلاف به انرژی تلف شده در هر چرخه مربوط است.
114
اساس عملکرد رئومتر برش دینامیکی
آزمایش AASHTO TP5 اصول کامل را تشریح کرده است.
نمونه بین یک صفحه ثابت و نوسان کننده قرار می گیرد.
از نقطه A به B و از B به A و سپس C می رود.
این حرکات یک چرخه نوسان را نشان می دهد.
آزمایش های DSR روسازی ممتاز در بسامد 10 رادیان بر ثانیه یا 1/59 هرتز انجام می شود.
115
اساس عملکرد رئومتر برش دینامیکی
دو نوع رئومتر برش نوسان کننده تنش ثابت و کرنش ثابت وجود دارد.
آزمایش قیر روسازی ممتاز در حالت تنش ثابت انجام می شود.
ضخامت نمونه به دمای آزمایش بستگی دارد.
در دماهای بالا (46 و بیشتر) ضخامت 1 میلیمتر و در دماهای پائین 4 تا 40 درجه ضخامت 2 میلیمتر در نظر گرفته می شود.
116
اساس عملکرد رئومتر برش دینامیکی
DSR برای اندازه گیری خواص قیر در دماهای بالا و میانه خدمت دهی روسازی استفاده می شود.
دمای بالا با میانگین گیری از حداکثر دمای روسازی طی یک دوره زمانی 7 روزه در طول تابستان بدست می آید.
دمای میانه، میانگین تقریبی از حداکثر میانگین 7 روزه و دمای طرح حداقل بدست می آید.
دو نوع رئومتر تنش ثابت و کرنش ثابت وجود دارد.
ضخامت نمونه بستگی به دما دارد: دماهای بالا (46 درجه) ضخامت 1 میلیمتر و دماهای پایین (4 تا 40) 2 میلیمتر
قطر دماهای بالا 25 میلیمتر و دماهای پایین 7 میلیمتر
اندازه گیری مدول مرکب و زاویه فاز در DSR، برای قیر در شرایط اصلی (پیر نشده)، پیر شده در گرمخانه (RTFO) و پیر شده در PAV صورت می گیرد.
برای تعیین مقاومت شیارشدگی، از چسبنده قیری اولیه و پیر شده در RTFO در دمای طرح حداکثر و
برای تعیین مقاومت ترک خوردگی خستگی، نمونه های پیر شده در PAV تحت فشار در دمای میانه مورد آزمایش قرار می گیرند.
117
برش دینامیکی Dynamic Shear Rheometer (DSR)
رفتار الاستیک و ویسکوز
118
پارامتر شیارشدگی (تنش ثابت)
برای مقاومت شیارشدگی، مدول مرکب زیاد و زاویه فاز کم مطلوب است.
هر چه مدول مرکب بیشتر، قیر سخت تر و هر چه زاویه فاز کمتر، قیر الاستیک تر است.
پیرشدگی دراز مدت قیر را سخت تر و مقاومت شیارشدگی را افزایش می دهد.
در هر چرخه بارگذاری ترافیک، برای تغییر شکل دادن رویه آسفالتی کار انجام می شود.
بخشی از این کار الاستیک و بخشی بصورت تغییر شکل دائمی و حرارت تلف می شود.
مقدار کار تلف شده در هر چرخه:
کار تلف شده با رابطه عکس دارد.
با افزایش مدول مرکب قیر سخت تر و با کاهش زاویه فاز الاستیک می شود.
مقدار برای قیر پیر نشده، حداقل 1 کیلوپاسکال و قیر پسماند RTFO حداقل 2 کیلوپاسکال
119
پارامتر خستگی (کرنش ثابت)
برای مقاومت خستگی، مدول مرکب کم و زاویه فاز کم مطلوب است.
مقدار کار تلف شده در هر چرخه بارگذاری:
مقدار کار تلف شده با پارامتر در ارتباط است.
هر چه مدول مرکب کمتر و زاویه فاز کمتر، ترک خوردگی خستگی کمتر می شود.
مقدار نباید از 5000 کیلوپاسکال بیشتر شود.
120
برش دینامیکی Dynamic Shear Rheometer (DSR)
کرنش : زاویه فاز
تنش : مدول پیچیده قیر
موارد اندازه گیری شده:
121
Dynamic Shear Rheometer (DSR) Test
انجام آزمایش در درجه حرارت حداکثر روسازی برای در نظر گرفتن تغییر شکل
انجام آزمایش در درجه حرارت متوسط برای در نظر گرفتن خستگی
122
Dynamic Shear Rheometer (DSR) Test
123
رئومتر تیر خمشی
تمایل طبیعی قیر به ترک خوردگی دمائی را می سنجد.
ترک خوردگی دمائی در مناطق سرد در موقع افت سریع دما رخ می دهد.
با منقبض شدن روسازی، تنش ها درون لایه های روسازی جمع می شود.
در صورتی که انقباض سریع باشد، ممکن است تنش ها از قابلیت رهاسازی تنش بیشتر شود و روسازی ترک بخورد.
آزمایش BBR یک بار خزشی زودگذر را بصورت خمشی به یک تیر قیری وارد می کند.
جزئیات در AASHTO TP1 و ASTM D790 آمده است.
از این آزمایش بار و نتایج افت و خیز ثبت می شود.
پارامتر سختی خزشی و m بعنوان معیار چگونگی مقاومت قیر در برابر بارگذاری ثابت و نرخی تغییر سختی خزشی با زمان بدست می آید.
نمونه پسماند RTFO و PAV آزمایش می شود.
سختی خزشی و شدت تغییرات سختی در مدت بارگذاری، پتانسیل ترک خوردگی در دمای آزمایش را نشان می دهد.
هر چه مقدار سختی بیشتر و شدت آن کمتر پتانسیل ترک خوردگی بیشتر خواهد بود.
شیب کم نشان دهنده کاهش توانایی در مقابل تنش های حرارتی است.
124
روش آزمایش
تیر قیری به طول 125 میلیمتر، عرض 6/25 میلیمتر و ارتفاع 12/5 میلیمتر تهیه شود.
نمونه در فریزر سرد و از قالب جدا شود.
قبل از آزمایش 60 دقیقه نمونه در حمام آزمایش نگهداری شود.
بعد از پیش بارگذاری، بار 100 گرمی به مدت 240 ثانیه به تیر وارد شود.
افت و خیز تیر در مدت بارگذاری ثبت شود.
سختی خزشی در حداقل دمای طرح روسازی، بعد از 2 ساعت بارگذاری مد نظر است.
با توجه به اصل بر هم نهی، زمان- دما با بالا بردن دمای آزمایش به میزان 10 درجه، زمان بارگذاری 60 ثانیه مد نظر است.
125
آزمایش خمش تیرک (BBR) Bending Beam Rheometer
بار 100 گرمی به مدت 4 دقیقه
126
127
آزمایش خمش تیرک(BBR) Bending Beam Rheometer
128
Bending Beam Rheometer (BBR) Test
سختی خزشی محاسبه می گردد
بار خزشی، تنشهای حرارتی را که به تدریج هنگام افت دما ایجاد می شود، مدل می کند
129
Bending Beam Rheometer (BBR) Test
مایع درون حمام نبایستی یخ زده یا سخت شود، تا بتواند به راحتی در دماهای عادی آزمایش (تا 36- درجه سانتیگراد) داخل حمام بچرخد. معمولاً مایعاتی مثل متانل، اتانل، اتیلن گلیکل، آب و ترکیبی از اینها مورد استفاده قرار می گیرد.
130
آزمایش کشش مستقیم
بین سختی قیر و مقدار کش آمدن قبل از گسیختگی رابطه وجود دارد.
سختی خزشی BBR برای توصیف کامل رفتار دمای پائین از لحاظ ترک خوردگی دمائی کافی نیست.
برخی قیرهای اصلاح شده سختی خزشی زیادی دارند اما ترک نمی خورند زیرا قبل از پاره شدن باز هم کش می آیند.
DTT برای مواردی که در BBR سختی بین 300 تا 600 مگاپاسکال دارند ابداع شد.
DTT کرنش کششی نهائی دمای پائین قیر در محدوده دمائی 0 تا 36- است.
نمونه پسماند RTFO و PAV آزمایش می شود.
نمونه تا پاره شدن تحت بار کششی با نرخ ثابت 1 میلیمتر در دقیقه قرار می گیرد.
کرنش گسیختگی نمونه محاسبه می شود.
در روسازی ممتاز کرنش گسیختگی حداقل باید برابر 1 درصد باشد.
131
آزمایش کشش مستقیم Direct Tension Tester (DTT)
آزمایش DTT فقط برای مواد چسبنده ای که سختی خزشی بین 300 تا 600 MPa دارند، به کار می روند
132
مقدار کرنش ماده چسبنده در دماهای خیلی پایین
در آزمایش DTT ، 4 نمونه به طور مجزا و هر یک کمتر از 1 دقیقه انجام می شود
3- آزمایش کشش مستقیم Direct Tension Tester (DTT)
133
آزمایشات شارپ
134
قیر روسازی ممتاز
برای کلیه درجات عملکردی (PG)، خواص فیزیکی ثابت باقی می ماند.
لیکن دمائی که در آن این خواص باید تامین شود، بسته به شرایط آب و هوائی بهره برداری فرق می کند.
PG64-28، برای محیط با میانگین 7 روزه حداکثر دمای روسازی 64 و دمای حداقل 28- درجه است.
طبقه بندی PG، قیر براساس مشخصات و پارامترهای زیر مورد بررسی و آزمایش قرار می گیرد:
کنترل درجه اشتعال در دمای حداقل 230 درجه سانتیگراد
کنترل کندروانی در دمای 135 درجه
تعیین دمائی که در آن قیر خالص، بزرگتر مساوی 1 کیلوپاسکال دارد
انجام آزمایش RTFO و TFO
کنترل افت وزنی تا حداکثر 1 درصد
تعیین دمائی که قیر پیر شده، بزرگتر مساوی 2/2 کیلو پاسکال دارد.
انجام آزمایش PAV با RTFO و TFO
تعیین دمائی که قیر PAV/RTFO/TFO نسبت کمتر از 5000 کیلوپاسکال دارد.
135
قیر روسازی ممتاز
تعیین دمائی که در آن S در آزمایش BBR در مدت 60 ثانیه، کوچکتر یا مساوی 300 مگاپاسکال و مقدار m بزرگتر یا مساوی 0/3 است.
در صورتی که سختی BBR بیش از 300 مگاپاسکال باشد، در آزمایش DTT حداقل دمائی که در آن کرنش گسیختگی بیش از 1 است، تعیین شود.
136
Superpave Asphalt Binder Specification
The grading system is based on Climate
PG 64 – 22
Performance Grade
Average 7-day max pavement temperature
Min pavement temperature
137
PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82
(Rotational Viscosity) RV
90 90 100 100 100 (110) 100 (110) 110 (110)
(Flash Point) FP
46 52 58 64 70 76 82
46 52 58 64 70 76 82
(ROLLING THIN FILM OVEN) RTFO Mass Loss < 1.00 %
(Direct Tension) DT
(Bending Beam Rheometer) BBR Physical Hardening
28
-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34
Avg 7-day Max, oC
1-day Min, oC
(PRESSURE AGING VESSEL) PAV
ORIGINAL
> 1.00 kPa
< 5000 kPa
> 2.20 kPa
S < 300 MPa
m > 0.300
Report Value
> 1.00 %
20 Hours, 2.07 MPa
10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G* sin
( Bending Beam Rheometer) BBR “S” Stiffness & “m”- value
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
Performance Grades
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
< 3 Pa.s @ 135 oC
> 230 oC
CEC
138
PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82
(Rotational Viscosity) RV
90 90 100 100 100 (110) 100 (110) 110 (110)
(Flash Point) FP
46 52 58 64 70 76 82
46 52 58 64 70 76 82
(ROLLING THIN FILM OVEN) RTFO Mass Loss < 1.00 %
(Direct Tension) DT
(Bending Beam Rheometer) BBR Physical Hardening
28
-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34
Avg 7-day Max, oC
1-day Min, oC
(PRESSURE AGING VESSEL) PAV
ORIGINAL
< 5000 kPa
> 2.20 kPa
S < 300 MPa
m > 0.300
Report Value
> 1.00 %
20 Hours, 2.07 MPa
10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G* sin
( Bending Beam Rheometer) BBR “S” Stiffness & “m”- value
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
How the PG Spec Works
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
< 3 Pa.s @ 135 oC
> 230 oC
CEC
Test Temperature
Changes
Spec Requirement
Remains Constant
> 1.00 kPa
139
PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82
(Rotational Viscosity) RV
90 90 100 100 100 (110) 100 (110) 110 (110)
(Flash Point) FP
46 52 58 64 70 76 82
46 52 58 64 70 76 82
(ROLLING THIN FILM OVEN) RTFO Mass Loss < 1.00 %
(Direct Tension) DT
(Bending Beam Rheometer) BBR Physical Hardening
28
-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34
Avg 7-day Max, oC
1-day Min, oC
(PRESSURE AGING VESSEL) PAV
ORIGINAL
< 5000 kPa
S < 300 MPa
m > 0.300
Report Value
> 1.00 %
20 Hours, 2.07 MPa
10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G* sin
( Bending Beam Rheometer) BBR “S” Stiffness & “m”- value
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
Permanent Deformation
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
< 3 Pa.s @ 135 oC
> 230 oC
CEC
> 1.00 kPa
> 2.20 kPa
Unaged
RTFO Aged
140
Permanent Deformation
Addressed by high temp stiffness
G*/sin on unaged binder > 1.00 kPa
G*/sin on RTFO aged binder > 2.20 kPa
> Early part of
pavement
service life
Heavy Trucks
141
PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82
(Rotational Viscosity) RV
90 90 100 100 100 (110) 100 (110) 110 (110)
(Flash Point) FP
46 52 58 64 70 76 82
46 52 58 64 70 76 82
(ROLLING THIN FILM OVEN) RTFO Mass Loss < 1.00 %
(Direct Tension) DT
(Bending Beam Rheometer) BBR Physical Hardening
28
-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34
Avg 7-day Max, oC
1-day Min, oC
(PRESSURE AGING VESSEL) PAV
ORIGINAL
> 1.00 kPa
> 2.20 kPa
S < 300 MPa
m > 0.300
Report Value
> 1.00 %
20 Hours, 2.07 MPa
10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G* sin
( Bending Beam Rheometer) BBR “S” Stiffness & “m”- value
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
Fatigue Cracking
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
< 3 Pa.s @ 135 oC
> 230 oC
CEC
< 5000 kPa
PAV Aged
142
Fatigue Cracking
Addressed by intermediate temperature stiffness
G*sin on RTFO & PAV aged binder < 5000 kPa
> Later part of
pavement service life
143
PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82
(Rotational Viscosity) RV
90 90 100 100 100 (110) 100 (110) 110 (110)
(Flash Point) FP
46 52 58 64 70 76 82
46 52 58 64 70 76 82
(ROLLING THIN FILM OVEN) RTFO Mass Loss < 1.00 %
(Direct Tension) DT
(Bending Beam Rheometer) BBR Physical Hardening
28
-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34
Avg 7-day Max, oC
1-day Min, oC
(PRESSURE AGING VESSEL) PAV
ORIGINAL
> 1.00 kPa
< 5000 kPa
> 2.20 kPa
20 Hours, 2.07 MPa
10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G* sin
( Bending Beam Rheometer) BBR “S” Stiffness & “m”- value
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
Low Temperature Cracking
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
< 3 Pa.s @ 135 oC
> 230 oC
CEC
S < 300 MPa
m > 0.300
Report Value
> 1.00 %
PAV Aged
144
PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82
(Rotational Viscosity) RV
90 90 100 100 100 (110) 100 (110) 110 (110)
(Flash Point) FP
46 52 58 64 70 76 82
46 52 58 64 70 76 82
(ROLLING THIN FILM OVEN) RTFO Mass Loss < 1.00 %
(Direct Tension) DT
(Bending Beam Rheometer) BBR Physical Hardening
28
-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34
Avg 7-day Max, oC
1-day Min, oC
(PRESSURE AGING VESSEL) PAV
ORIGINAL
> 1.00 kPa
< 5000 kPa
> 2.20 kPa
20 Hours, 2.07 MPa
10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G* sin
( Bending Beam Rheometer) BBR “S” Stiffness & “m”- value
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
Low Temperature Cracking
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
< 3 Pa.s @ 135 oC
> 230 oC
CEC
S < 300 MPa
m > 0.300
Report Value
> 1.00 %
PAV Aged
145
PG 46 PG 52 PG 58 PG 64 PG 70 PG 76 PG 82
(Rotational Viscosity) RV
90 90 100 100 100 (110) 100 (110) 110 (110)
(Flash Point) FP
46 52 58 64 70 76 82
46 52 58 64 70 76 82
(ROLLING THIN FILM OVEN) RTFO Mass Loss < 1.00 %
(Direct Tension) DT
(Bending Beam Rheometer) BBR Physical Hardening
28
-34 -40 -46 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -46 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -40 -10 -16 -22 -28 -34 -10 -16 -22 -28 -34
Avg 7-day Max, oC
1-day Min, oC
(PRESSURE AGING VESSEL) PAV
ORIGINAL
> 1.00 kPa
< 5000 kPa
> 2.20 kPa
S < 300 MPa
m > 0.300
Report Value
> 1.00 %
20 Hours, 2.07 MPa
10 7 4 25 22 19 16 13 10 7 25 22 19 16 13 31 28 25 22 19 16 34 31 28 25 22 19 37 34 31 28 25 40 37 34 31
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G* sin
( Bending Beam Rheometer) BBR “S” Stiffness & “m”- value
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
-24 -30 -36 0 -6 -12 -18 -24 -30 -36 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 -30 0 -6 -12 -18 -24 0 -6 -12 -18 -24
Miscellaneous Spec Requirements
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
(Dynamic Shear Rheometer) DSR G*/sin
CEC
< 3 Pa.s @ 135 oC
> 230 oC
Flash Point
Mass Loss
146
147
148
آزمایش های قیرهای محلول
آزمایش کندروانی
آزمایش درجه اشتعال
آزمایش تقطیر
آزمایش تعیین درصد قیر با درجه نفوذ 100
آزمایش پیاله شناور
آزمایش تعیین درصد آب
149
آزمایش کندروانی
روش کندروانی کینماتیکی، سی بولت فیورل و کندروانی سنج قطران
بجای درجه حرارت 135 درجه از 60 درجه استفاده می شود.
آزمایش سی بولت فیورل در درجه حرارت های 25، 50، 60 و 82 بجای 135 انجام می شود.
کندروانی سنج قطران مشابه سی بولت فیورل است.
در کندروانی سنج قطران، زمان لازم برای آنکه 50 سانتیمتر مکعب قیر در درجه حرارت 40 درجه از مجرای لوله استاندارد عبور کند، اندازه گرفته می شود.
150
درجه اشتعال
مشابه آزمایش درجه اشتعال قیرهای خالص است.
تنها تفاوت عمده حرارت دادن غیرمستقیم برای قیرهای تندگیر و کندگیر با مایع رابط است.
151
آزمایش تقطیر
برای تعیین نسبت درصد روغن های نفتی در قیر محلول بکار می رود.
نشانه ای از سرعت گرفتن قیرهای محلول بدست می دهد.
200 سانتی متر مکعب قیر در داخل بالن آزمایش قرار گرفته و از پائین به آن حرارت داده می شود.
بخارهای حاصل پس از سرد شدن در داخل لوله مدرج جمع آوری و حجم آنها اندازه گیری می شود.
پس ماند آزمایش در درجه حرارت 360 درجه قیر خالص است.
در قیرهای دیرگیر آزمایش در درجه حرارت 360 درجه صورت می گیرد.
گرفتن قیرهای دیرگیر در اثر پریدن روغن های نفتی نبوده و بر اثر تغییر شکل مولکولی است.
152
آزمایش تعیین درصد قیر با درجه نفوذ 100
مختص قیرهای دیرگیر است.
100 گرم قیر را حدود 250 تا 260 درجه گرم و آنقدر در این دما نگه می داریم تا درجه نفوذ آن به 100 برسد.
نتیجه بصورت نسبت وزن مواد پس مانده با درجه نفوذ 100 به وزن اولیه برحسب درصد گزارش می شود.
153
آزمایش پیاله شناور
بر روی پس مانده قیرهای دیرگیر حاصل از آزمایش تقطیر
پیاله شناور نشانه ای از کندروانی بدست می دهد.
مقداری قیر در سوراخ ته پیاله آزمایش قرار و درجه حرارت آن به 5 درجه رسانده می شود.
پیاله حاوی قیر روی سطح آبی با درجه حرارت 50 درجه قرار می گیرد.
مدت زمانی که طول می کشد تاقیر موجود در ته پیاله در اثر فشار آب گرم نرم شود بر حسب ثانیه گزارش می شود.
154
آزمایش تعیین درصد آب
وجود آب در قیرهای محلول موجب کف کردن آنها در موقع گرم کردن شده و خطرناک است.
مقدار آب را بین 0/2 تا 0/5 درصد حجم قیر محدود می کنند.
100 سانتی متر مکعب قیر در ظرفی ریخته و به آن یک حلال آلی غیر قابل امتزاج با آب نظیر الکل سفید اضافه می شود.
سپس محلول از پایین حرارت داده می شود و بخارهای حاصله سرد و جمع آوری می شود.
آب بعلت وزن مخصوص بیشتر از حلال آلی در ته لوله مدرج جمع می شود.
نتیجه آزمایش از تقسیم حجم آب به حجم اولیه قیر محلول برحسب درصد بدست می آید.
155
مشخصات قیرهای محلول
156
مشخصات قیرهای محلول
157
مشخصات قیرهای محلول
158
آزمایش های قیرابه ها
کندروانی
نشست
پایداری
دانه بندی
قابلیت دمولسیون
اختلاط با سیمان
قابلیت اندود و مقاومت در برابر آب
تعیین بار ذره ای
PH
تقطیر
رده بندی
159
قیرابه ها
160
قیرابه ها
161
آزمایش کندروانی
به طریق سی بولت فیورل انجام می شود.
امولسیون های RS-1، MS-1، MS-2، MS-2h، SS-1، CSS-1، CSS-1h در دمای 25 درجه
امولسیون های RS-2، CRS-1، CRS-2، CMS-2 و CMS-2h در گرمای 50 درجه آزمایش می شوند.
162
آزمایش نشست
دانه های قیر امولسیون پس از انبار کردن تمایل به نشست کردن در ته ظرف دارند.
آزمایش نشست برای تعیین نشانه ای از تمایل دانه های قیر به نشست کردن انجام می شود.
500 سانتیمتر مکعب امولسیون در داخل ظرف استوانه ای ریخته و 5 روز در درجه حرارت آزمایشگاه بحال خود رها می شود.
پس از 5 روز دو نمونه 50 گرمی امولسیون از بخش های فوقانی و دیگری ته ظرف برداشته و توزین می شود.
سپس نمونه در ظرف تختی ریخته و بحال خود رها می شود تا آب آن تبخیر شود.
قیر باقیمانده در این ظروف پس از تبخیر آب توزین و از تقسیم وزن قیر هر نمونه به وزن اولیه، درصد قیر بدست می آید.
عددی که از تفاضل این دو مقدار بدست می آید، میزان تمایل قیر امولسیون به نشست کردن است.
این اختلاف درصد نباید از 5 درصد تجاوز کند.
163
آزمایش پایداری
مشابه آزمایش نشست است منتهی با سرعت بیشتر انجام می شود.
نمونه قیر بجای 5 روز 24 ساعت در ظرف آزمایش نگهداری و برای خشک کردن آب امولسیون از گرمخانه استفاده می شود.
164
آزمایش دانه بندی
وجود دانه های درشت قیر در امولسیون باعث عدم اندود مصالح سنگی بخوبی و یکنواخت نبودن آن می گردد.
آزمایش برای تعیین درصد وزنی دانه های قیر بزرگتر از 0/85 میلیمتر بکار می رود.
یک کیلوگرم امولسیون قیر بر روی الک نمره 20 ریخته و با جریان آب شستشو داده می شود تا اینکه جریان آب کاملا زلال شود.
آنچه بر روی الک باقی می ماند بمدت 2 ساعت در گرمخانه با گرمای 105 درجه مانده تا خشک و سپس توزین می شود.
از تقسیم وزن قیر خشک شده به وزن اولیه امولسیون، درصد وزنی دانه های درشت بدست می آید.
165
آزمایش قابلیت دمولسیون
برای تعیین سرعت شکستن امولسیون های زودشکن و کندشکن آنیونی در تماس با مصالح سنگی استفاده می شود.
برای تسریع آزمایش از کلرورکلسیم استفاده می شود.
کلرورکلسیم در آب حل و سپس با امولسیون مخلوط می شود.
مخلوط بر روی الک نمره 14 ریخته و با آب شستشو داده می شود تا زلال شود.
آنچه روی الک می ماند در گرمخانه با درجه 163 درجه قرار گرفته تا خشک و سپس توزین می شود.
درصد دمولسیون از تقسیم وزن قیر شکسته به وزن قیر اولیه بدست می آید.
166
آزمایش اختلاط با سیمان
هدف مشابه آزمایش دمولسیون دارد.
مختص امولسیون های دیرشکن بوده که در مجاورت کلرور کلسیم نمی شکنند.
100 سانتی متر مکعب از امولسیون رقیق شده با آهک (55 درصد قیر) با 50 گرم سیمان پرتلند ریزدانه رد شده از الک نمره 80 مخلوط می شود.
مخلوط روی الک نمره 14 ریخته شده و با جریان آب شستشو داده می شود تا زلال شود.
آنچه روی الک مانده در گرمخانه با درجه حرارت 163 درجه قرار گرفته تا کاملا خشک و سپس توزین می شود.
نتیجه از تقسیم وزن قیر شکسته شده به وزن امولسیون قیر بر حسب درصد گزارش می شود.
167
آزمایش قابلیت اندود کردن و مقاومت در برابر آب
اهداف 3 منظوره:
1- تعیین قابلیت امولسیون برای اندود کردن مصالح سنگی
2- دوام قیر مصالح سنگی اندود شده در حین اختلاط
3- دوام قیر مصالح سنگی اندود شده در برابر جریان آب
460 گرم مصالح سنگی آهکی با گرد کربنات کلسیم مخلوط و 35 سانتی متر مکعب قیرابه با آن مخلوط می شود.
نصف مصالح جهت بررسی قابلیت اندود و بقیه در معرض جریان آب قرار می گیرد.
مقداری از نمونه ای که در معرض جریان آب بوده روی کاغذ خشک کن قرار می گیرد.
نمونه در معرض هوا در حال خشک شدن مورد بررسی قرار می گیرد.
نتیجه بررسی ها بصورت خوب، متوسط و بد گزارش می شود.
168
آزمایش تعیین بار ذره ای
مختص امولسیون های زودشکن و کندشکن کاتیونی است.
برای تعیین بار ذره ای استفاده می شود.
دو قطب متصل به منبع الکتریسیته با شدت جریان 8 آمپر در داخل نمونه امولسیون قرار می گیرد.
اگر ذرات قیر جذب قطب منفی (کاتد) شوند امولسیون از نوع کاتیونی است.
169
آزمایش تقطیر
برای تعیین درصد قیر امولسیون بکار می رود.
برخی قیرابه ها دارای روغن های نفتی هستند با این آزمایش نوع و مقدار آنها مشخص می شود.
مشابه آزمایش تقطیر قیر محلول است، اختلاف در بکارگیری ظرف آلومینیومی بجای شیشه ای است.
قیرابه در حین حرارت دادن کف می کند.
200 سانتی متر مکعب قیرابه در ظرف ریخته تا 215 درجه حرارت می بیند و 15 دقیقه در این دما می ماند.
170
آزمایش رده بندی
برای تشخیص امولسیون زودگیر کاتیونی استفاده می شود.
از مخلوط ماسه- سیمان که امولسیون زودگیر کاتیونی قادر به اندود کردن آن نیست استفاده می شود.
460 گرم ماسه با 4 گرم سیمان و 35 گرم قیرابه مخلوط می شود.
مخلوط بررسی و اگر اندود صورت نگرفته باشد، امولسیون مورد آزمایش، زودگیر کاتیونی است.
171
قیرابه ها
172
قیرابه
173
راهنمای کاربرد قیر
آ
174
افزودنی ها
استفاده از افزودنیها :
اخذ مشتقات گوناگون از نفت
افزایش بارهای ترافیکی
شرایط بد جوی
ضرورت احداث راه با کیفیت بالا
175
افزودنی ایده آل
کاهش حساسیت حرارتی (تقلیل تغییر شکل، کاهش ترک خوردگی)
کاهش سخت شدگی مصالح (افزایش چسبندگی و غیره)
افزایش عمر آسفالت
176
خصوصیات افزودنی ایده آل:
سختی بالا در حرارتهای زیاد (تقلیل تغییر شکل)
سختی کم در حرارتهای پایین (تقلیل ترک خوردگی)
سختی کم در حرارت تهیه آسفالت (تسهیل برای اختلاط و تراکم)
افزایش چسبندگی قیر به مصالح در مقابل آب (تقلیل سخت شدگی)
177
خصوصیات یک اصلاح کننده قیر
به راحتی در مخلوط بازیابی پخش گردد.
ویسکوزیته قیر کهنه را به حد قابل قبول برساند.
با قیر فرسوده قابلیت تطبیق داشته باشد.
بتواند فاز آسفالتین را در قیر بازیافت شده پراکنده سازد.
از لحاظ دوام قیر بازیافت شده را بهبود بخشد.
در مقابل دود شدن و آتش گرفتن مقاوم باشد
178
انواع افزودنیها:
فیلرها
فیلرهای دو منظوره
لاستیکها
پلاستیکها
ترکیب پلیمرها
الیاف
ضد اکسید کننده ها
هیدروکربنها
مواد ضد سخت شدگی
179
فیلرها
آهک، سیمان، کربن بلک و fly ash (خواص آنچنانی مثل آهک و سیمان نمی دهد و صرفاً پرکننده است.)
180
فیلرهای دو منظوره:
جامد در حرارتهای پایین و روان در حرارتهای بالا : گوگرد
181
لاستیکها:
شیره لاستیک (latex natural) ، synthetic latex، block coaly، لاستیکهای بازیافتی
182
پلاستیکها
پلی اتیلن، پلی پروپیلن، Ethylen Vinylacetate
183
الیاف
پلی استر، پلی پروپیلن، آزبست. باعث افزایش خواص کششی آسفالت می شود. قیر را به خود جذب می کند و ممکن است آسفالت قیر زده نشود که خوب است.
184
ضد اکسید کننده ها
ترکیبات سرب، زغال، نمکهای کلسیمی، ترکیب قیر با اکسیژن هوا کند شده و آسفالت کمتر موجب فرسودگی می شود. برای آسفالتهای متخلخل (ترکیب پیری زود رس)
185
هیدروکربنها
روغنهای مناسب بازیافت و روان کننده آسفالت، آسفالت پیر که درجه نفوذ آن پایین آمده رزینها و آروماتیکهای قیر را افزایش می دهند.
186
مواد ضد سخت شدگی
آمین ها ، آهک : در مکانهای بارندگی و یخبندان در مصالح سیلیسی که در مقابل پدیده سخت شدگی مقاومت ندارند به همراه این مواد پدیده سخت شدگی نیز حل می شود.
187
انواع پلیمرها
پلاستیکی:
EVA، اتیلن وانیال استیت، در تابستان خوب است اما در زمستان نه. چون باعث کاهش سختی قیر در دماهای پایین نمی شود چون قیر را سخت می کند.
الاستیکی:
SBR، Styrene Butodien Ruber، برای زمستان خوب است ولی در تابستان مشکل زا است.
الاستو پلاستومر:
SBS، Styrene Butodien Styrene، به دلیل وجود الاستومر در زمستان و پلاستومر در تابستان مناسب است. نسبت به پلیمرهای دیگر گران تر است. پروسه اختلاط با قیر سخت تر است.
ترموست ها:
پلی پورائین، در زمستان وتابستان دچار تغییر حرارتی زیادی نمی شود. حساسیتی نسبت به حرارت ندارد. اگر سطوح بدون آلودگی و خوب باشد مشکلی ندارد. در نزدیکی تقاطعها و میادین، شیبهای تند،
188
189