آزمایش تعیین طرح اختلاط آسفالت (روش مارشال)

هدف از آزمایش تعیین طرح اختلاط آسفالت (روش مارشال):

در ایران تنها از ((بتن آسفالتی)) استفاده می‌شود و انواع دیگر آسفالت‌های گرم (آسفالت ماستیگ، رلد آسفالت، اتوبان گوس آسفالت و برلین گوس آسفالت) مورد استفاده ندارند.

روش مارشال در طرح بتن آسفالتی نخستین بار توسط مهندسی به نام Bruce Marshall ابداع شده است و بعدها تغییرات زیادی در آن داده شد و اصلاحاتی در آن وارد گردید.

هم اکنون روش مارشال در طرح بتن آسفالتی به صورت استاندارد تدوین گردیده که مفصلاً در استاندارد: ASTM Designation D 1559 آمده است.

لازم به تذکر است که روش مارشال که در این آزمایش مورد بحث واقع می‌شود فقط برای طرح آسفالت‌های گرم که در تهیه آن از مصالح با دانه‌بندی پیوسته که ماکزیمم اندازه دانه‌های آن یک اینچ یا کمتر بوده و قیر آن از انواع قیرهای خالص باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

قبل از اینکه به چگونگی تعیین طرح بتن آسفالتی به روش مارشال بپردازیم، لازم است توضیح دهیم که اصولاً طرح آسفالت یعنی چه و چه استفاده‌هایی از آن به عمل می‌آید:

منظور از طرح آسفالت، تعیین و مشخص نمودن معیارهایی است که براساس آن بتوان اولاً در کارگاه آسفالت تهیه نمود و ثانیاً براساس همان معیارها آسفالت پخش شده در سطح راه را کنترل نمود.

این معیارها عبارتند از:

الف. وزن مخصوص واقعی آسفالت متراکم شده

ب. درصد حجمی فضای خالی آسفالت متراکم شده

پ. تاب فشاری آسفالت متراکم شده

ت. تغییر شکل نسبی آسفالت متراکم شده

ث. درصد حجمی فضای خالی مصالح سنگی در آسفالت متراکم شده

در آزمایشگاه‌ها ابتدا معیارهای فوق برای آسفالت مورد آزمایش تعیین شده و سپس با استفاده از نتایج حاصله مناسب‌ترین درصد قیر آسفالت مورد عمل محاسبه می‌شود.

طرح آسفالت به مجموعه 5 معیار فوق به انضمام درصد قیر اطلاق می‌شود.

با استفاده از طرح تهیه شده در کارگاه، آسفالت تهیه می‌شود و آسفالت پخش شده در سطح راه را نیز مورد آزمایش قرار می‌دهند و وزن مخصوص، میزان تاب فشاری، درصد فضای خالی و نیز درصد قیر و دانه‌بندی آن تعیین می‌شود و با آنچه در طرح آمده است مقایسه می‌گردد.

ناگفته نماند که دانه‌بندی آسفالت تهیه شده در کارگاه با توجه به حدود مشخصات و امکانات کارگاه بوده که فرمول کارگاه نامیده می‌شود.

این دانه‌بندی قبلاً توسط پیمانکار مربوطه پیشنهاد می‌گردد و در آزمایشگاه براساس فرمول کارگاه ارائه شده طرح مارشال مصالح مورد عمل تعیین می‌گردد که ذیلاً ملاحظه می‌شود:

• شرح مراحل آزمایش طرح اختلاط آسفالت:

ابتدا با توجه به فرمول کارگاه پیشنهاد شده 21 نمونه 1200 گرمی از مصالح مورد آزمایش همگی دارای دانه‌بندی وسط حدود مجاز فرمول کارگاه باشند، تهیه می‌کنند.

این نمونه‌ها که در ظروف فلزی قرار دارند به مدت 24 ساعت در آون 170-140 درجه سانتیگراد قرار می‌دهند تا تمامی دانه‌ها تا حد مورد نیاز گرم شوند.

سپس به 18 نمونه که جمعاً 6 سری سه‌تایی می‌شوند.

قیر 85-100 یا 60-70 که قبلاً تا 137 درجه سانتیگراد گرم شده است اضافه می‌کند.

به نمونه‌ها به ترتیبی قیر اضافه می‌نمایند که مجموعاً 6 سری سه‌تایی که درصد قیر آنها نسبت به مخلوط به ترتیب از 4، 4/5، 5، 5/5، 6 و 6/5 درصد باشد تهیه گردد.

یکسری نمونه سه‌تایی هم به عنوان ذخیره در آون نگه می‌دارند، تا چنانچه یکی از نمونه‌ها خراب شد یا نقصی در آن پدیدار گشت مورد استفاده واقع شود.

بدین ترتیب سه نمونه با درصد قیر 4 و 3 نمونه با درصد قیر 4/5 و سه نمونه با درصد قیر 5 و غیره تهیه می‌شود.

در تهیه نمونه‌ها بایستی نهایت دقت به عمل آید که خللی در آسفالت تهیه شده وارد نشود.

به این ترتیب که نمونه مصالح گرم که از آون خارج می‌شود بایستی بلافاصله وزن شده (1200 گرم) و به آن قیر مورد لزوم را اضافه نموده و سپس سریعاً در حالی که ظرف حاوی مخلوط روی یک بخاری برقی قرار دارد مخلوط نموده (درجه حرارت اختلاط نبایستی کمتر از 135 و بیشتر از 163 درجه سانتیگراد باشد) و نمونه مخلوط شده را سپس در قالب مخصوص مارشال (با ارتفاع 3 اینچ و قطر داخلی 4 اینچ) ریخته و به کمک چکش مخصوص که 10 پوند وزن دارد و از ارتفاع 18 اینچی سقوط می‌کند، می‌کوبند به نحوی که یکباره 75 ضربه به یک طرف و بار دیگر 75 ضربه به طرف دیگر نمونه وارد گردد، سپس پس از سردشدن نمونه‌ها روی آن آزمایشات وزن مخصوص، تاب فشار، تغییر شکل نسبی و درصد فضای خالی انجام می‌دهند.

البته در این آزمایش فقط به چگونگی تعیین ((وزن مخصوص آسفالت)) می‌پردازیم.

• تعيين وزن مخصوص آسفالت:

در طرح مارشال وزن مخصوص واقعی آسفالت به کار می‌رود و برحسب تعریف وزن مخصوص واقعی آسفالت عبارت است از نسبت وزن آسفالت مورد آزمایش در هوا به حجم واقعی آن (حجم واقعی عبارت است از حجم نمونه‌ای به همان صورت که ملاحظه می‌شود که شامل فضاهای خالی قابل نفوذ و غیرقابل نفوذ می‌باشند) وزن مخصوص واقعی آسفالت با توجه به شکل و حالت ظاهری آن به سه روش تعیین می‌شود:

الف. روش اندود نمودن با موم یا پارافین:

این روش که براساس استانداردهای AASHO – T160 و ASTM – D118 در مورد نمونه‌هایی به کار می‌رود که سطوح جانبی آن صاف نباشد.

در صورتی که در سطوح جانبی نمونه خلل و فرج زیادی مشاهده شود.

در این حالت به منظور جلوگیری از نفوذ آب به داخل خلل و فرج نمونه مورد آزمایش ابتدا آن را به کمک پارافین یا موم مذاب اندود می‌کند و سپس با استفاده از رابطه زیر وزن مخصوص آن را محاسبه می‌نمایند.

به طوری که:

Gmb= وزن مخصوص واقعی آسفالت (گرم بر سانتیمتر مکعب)

Vb= حجم واقعی نمونه (سانتیمتر مکعب)

Wa= وزن آسفالت بدون موم و یا پارافین در هوا (گرم)

Wpa= وزن نمونه آسفالت به اضافه وزن پارافین (یا موم اندود شده) در هوا، (گرم)

Wpw= وزن نمونه به اضافه وزن پارافین در آب، برحسب گرم

Gp= وزن مخصوص ظاهری پارافین

مثال:

ب. روش معمولی برای طرح اختلاط آسفالت: این روش بیشتر در کارهای روزمره به کار گرفته می‌شود و دارای دقت کافی نیز می‌باشد و به خاطر سهولت و سریع بودن آن بیشتر متداول است.

این روش هنوز استاندارد نشده است.

در این آزمایش نمونه آسفالت مورد آزمایش با پارافین اندود نمی‌گردد، بلکه به همان صورت مورد آزمایش قرار می‌گیرد و توسط رابطه زیر وزن مخصوص واقعی آسفالت محاسبه می‌شود:

به طوری که:

Gmb= وزن مخصوص واقعی آسفالت (گرم بر سانتیمتر مکعب)

Vb= حجم واقعی نمونه (سانتیمتر مکعب)

Wa= وزن آسفالت در هوا (گرم)

Ww= وزن نمونه در آب (گرم)

مثال:

ج. روش محاسبه‌ای:

این روش در مورد نمونه‌هایی قابل اجراست که دارای ابعاد مشخص و معین بوده به نحوی که حجم واقعی آن قابل محاسبه باشند.

مانند نمونه‌های آسفالتی که به کمک قالب مارشال تهیه می‌گردد و چنانچه ملاحظه می‌شود در این روش دیگر وزن نمونه در آب تهیه نمی‌شود بلکه حجم واقعی نمونه مستقیماً از روی ابعاد آن محاسبه می‌گردد و سپس به کمک رابطه ذیل وزن مخصوص واقعی نمونه محاسبه می‌گردد.

به طوری که:

Gmb= وزن مخصوص واقعی نمونه (گرم بر سانتیمتر مکعب)

Vb= حجم واقعی نمونه (سانتیمتر مکعب)

Wa= وزن آسفالت در هوا (گرم)

d= قطر نمونه (سانتیمتر)

h= ارتفاع نمونه (سانتیمتر)

مثال:

یادآوری: طرز عمل در روش مارشال روی تمامی نمونه‌ها به روش الف یا ب، آزمایش وزن مخصوص واقعی انجام می‌دهند و نتایج را در جدول مربوطه یادداشت می‌کنند و سپس منحنی نمایش تغییرات وزن مخصوص نسبت به درصد قیر را رسم می‌نمایند، تصویر و درصد قیری که به ازای آن وزن مخصوص ماکزیمم می‌گردد، مشخص می‌نمایند.

تصویر تیپ منحنی‌های طرح مارشال را نشان می‌دهند.

گردآورنده: گروه آموزشی استوارسازان با نظارت علمی مهندس سیدعلی منتظری