الخلطة الإسفلتية الساخنة


إن تطور شبكة المواصلات في العالم والتي اصبحت ركيزة أساسية في نمو الإقتصاد العالمي وعنصر أساسي في التبادل التجاري بين الدول بل وأضحت من العناصر الأساسية في التقدم الحضاري الاجتماعي والسياسي أيضا مما جعل التفكير في تطويرها والعناية بها أمراً ملحاً بل وعكف المختصون في علم المواد والطرق على عمل الدراسات والأبحاث العديدة والتي ارتكزت على استخدام المواد الأولية من الطبيعة بعد إعادة تأهيلها لتناسب توظيفها واستخداماتها في البنية الأساسية في انشاء الطرق .
الخلطة-الإسفلتية-الساخنة_51
الخلطة الإسفلتية الساخنة
و بما أن الحديث يتعلق بالخلطات الاسفلتية والتي تشكل العنصر الأساسي للطرق بجميع أنواعها وهي السطح النهائي الذي يتحدد به شكل وجودة وأداء الطريق مما استلزم اعطاء عناية خاصة لهذا العنصر من حيث البحث في مكوناته ووضع المواصفات الخاصة التي تضمن جودة انتاج وتشغيل الخلطة الاسفلتية في الطرق .
مكونات الخلطة الاسفلتية (خليط الحصمة والبيتومين)
اما خليط الحصمة فهو من الحصمة الطبيعية المكسرة المتدرجة الحجم وغالبا ما يكون التدرج الحجمي لتلك الحصمة ما بين مقاس الحجم 1.5 انش وحتى المقاس 75 مايكرون حيث يتحدد المقاس الحجمي الأكبر المستخدم في الخليط حسب سماكة الطبقة الاسفلتية.
يجب ان تكون الحصمة المستخدمة في الخليط ذات جودة عالية يتم التاكد منها عن طريق اجراء الفحوصات الأولية والتي تبين مدى مقاومتها للظروف الجوية والاحتكاك والتآكل ونسبة الطين والأملاح وامتصاص الماء والمواد العضوية وغيرها والتي تم تحديد قيم عليا ودنيا لها لتكون الفيصل في الحكم على مدى صالحية و جودة الحصمة المنوي استخدامها في الخلطة الاسفلتية.
اما البيتومين (الاسفلت) والذي يشكل ما نسبته في الخليط ما بين 3.5 % إلى 5.5 % عادة ، حيث تعتمد تلك النسب على نوعية الركام المستخدم و درجة امتصاصه ومدى نعومة تدرج الخليط. إن وظيفة البيتومين في الخلطة الاسفلتية هو ربط جزيئات خليط الحصمة مع بعضها البعض لتصبح كتلة واحدة مترابطة ومتماسكة بعد خلطها ودمكها مع بعضها ويتاثر البيتومين (الاسفلت)  بشكل كبير عند تعرضه للأجواء والظروف الخارجية و تفاوت درجات الحرارة والرطوبة و مياه الأمطار و تراكم الثلوج والإنجماد والتي تحدث مع تقلب فصول السنة كما ويتأثر البيتومين بالأكسدة الطبيعية لمكوناته والتي تزداد نسبتها بالتقادم لعمر الخليط البيتوميني حيث يفقد البيتومين بشكل تدريجي لزوجته و من ثم تبدأ الخاصية الترابطية (BONDING AGENT) بالتدني والتي تؤثر بشكل رئيسي على درجة مرونة الخلطة البيتومينية وأداءها وعمر الخدمة لها.
وللبيتومين أيضاً فحوصات أولية تحدد فيه خصائصه الفيزيائية والكيميائية ودرجة الغرز وغيرها والتي يوصى باجراءها بشكل دوري للتاكد من درجة أداء البيتومين في الخلطة الاسفلتية حيث يفيد ذلك في معرفة تقريبية عن عمر و ديمومة الخلطة الاسفلتية.
تصميم الخلطات الاسفلتية وطرقها:
هناك عدة طرق لتصميم الخلطات الاسفلتية منها مثال طريقة مارشال Marshall Method وطريقة فيم Hveem Method و طريقة السوبر بيف Superpave Method وهي طريقة حديثة, أما الطريقتان الأوليتان فهما تعتمدان على التجربة.
أما السوبر بيف فهي طريقة تعتمد على النظرية والتجربة بنفس الوقت وهناك عده فروقات أخرى في كيفية اختيار مواد الخلطة وطرق اجراء التجربة وظروف التجارب نفسها.وأهم هذه الفروقات هو كيفية دمك العينات ففي طريقة مارشال يتم دمك القوالب بالصدم أما في طريقة السوبر بيف فيتم دمك العينات بطريقة التأرجح بالضغط الساكن وتعتبر أكثر تمثيلاً للواقع. ولكن الطريقة الأكثر شيوعاً هي طريقة مارشال والتي سنقوم باستعراض خطواتها ومراحلها.
التصميم بطريقة مارشال كما اسلفنا يعتمد على التجربة في تحديد نسبة البيتومين المثلى والتي يتحقق عندها افضل قيم للخصائص الأساسية للخلطة وهي الفراغات الهوائية و الفراغات المعدنية وكثافة مارشال وثبات مارشال والزحف.
مراحل وخطوات تصميم الخلطة الاسفلتية بطريقة مارشال :
تحديد الخلاطة المركزية الاسفلتية والتي ستكون مصدر لانتاج الخلطة الاسفلتية الساخنة مع التاكد من معايرة موازينها و سعتها.
  • أخذ عينات من الحصمة المشونه داخل المحاقين الباردة للخلاطة لاجراء الفحوصات الاولية المطلوبة للتأكد من صالحية المواد وجودتها .
  • أخذ عينات من الحصمة في المحاقين الساخنة للخلاطة ويفضل أخذ ثالث عينات من كل محقان من ثالث خلطات متتالية.
  •  أخذ عينات من البيتومين (الاسفلت) من صهريج الخلاطة.
ثم نبدأ بإجراء الفحوصات اللازمة على المواد التي تم احضارها من الخلاطة المركزية وبعد ذلك يبدأ الإعداد لتصميم الخلطة الاسفلتية والذي يعتمد على معرفة التدرج الحجمي للمحاقين الساخنة والوزن النوعي لها حيث نبدأ بالخطوات التالية:
  • تصميم خليط الحصمة الخشنة والناعمة ( COMBINED AGGREGATE )عن طريق تحديد النسب الملائمة لانتاج خليط متجانس تكون قيم تدرج الحصمة للمار من المناخل المطلوبة ضمن المدى المحدد لكل منخل فيها حسب المواصفات القياسيه المعتمدة.
  • عمل قوالب مارشال من الخليط التصميمي للحصمة بعدة نسب من البيتومين ( 6 قوالب لكل نسبة بيتومين ) حيث يتم خلط الحصمة والبيتومين في مختبر مجهز بالأدوات اللازمة لفحوصات الخلطة الاسفلتية والتي أهمها جهاز دمك مارشال حيث يدمك الخليط على درجة حرارة (155 درجة مئوية) وبواقع 75 ضربة لكل وجه من قالب المارشال اذا كان التصميم لخلطة اسفلتية للسير الثقيل ويمكن أن يكون عدد الضربات أقل حسب تصنيف قوة السير (ثقيل ، متوسط , خفيف) ثم تترك القوالب لتبرد حتى درجة حرارة ( 21 درجة مئوية). يتم تحديد الوزن النوعي لكل قالب مدموك حيث يتم حساب الفراغات الهوائية و الفراغات المعدنية لكل مجموعة قوالب تمثل نسبة بيتومين معينة تم خلطها مع الحصمة.
  • يتم بعد ذلك فحص القوالب بجهاز فحص ثبات مارشال وقيمة الزحف بعد غمرها بالماء لمدة نصف ساعة.
  • يتم توثيق جميع النتائج في جدول ويتم رسم منحنيات العلاقة ما بين كل من قيمة الفراغات الهوائية والفراغات المعدنية وثبات مارشال والزحف وكثافة مارشال مع نسب البيتومين ليتشكل لدينا خمسة منحنيات.
  • يتم اختيار النسبه المثلى للبيتومين من خلال تحقيقها لأفضل قيمة للفراغات الهوائية وأفضل قيمة لثبات مارشال بشرط تحقيق باقي القيم (الفراغات المعدنية، الزحف) للمواصفات القياسية المطلوبة كما ويوصى الأخذ بعني الإعتبار بحساب نسبة البيتومين الفعال في الخلطة الاسفلتية وهي النسبة التي تحدد المحتوى البيتوميني اللازم لتشغيل الخلطة الاسفلتية كرصفة مرنة مثالية وتأمين تغليف بيتوميني تام لجميع جزيئات الحصمة في الخليط مما يزيد من كفاءة أداء الخلطة الاسفلتية و دميومتها.
  • بعد ايجاد وتعيين النسبة المثلى للمحتوى البيتوميني للخليط, يعاد تحضير ستة قوالب مارشال لتلك النسبة بنفس الطريقة السابقة مخبرياً ويتم إجراء الفحوصات المطلوبة (الكثافة النوعية، ثبات مارشال والزحف) ويتم حساب نسب الفراغات
  • المعدنية والهوائية للتأكد من دقة اختيار النسبة المثلى للمحتوى البيتوميني للخلطة الاسفلتية التصميمية.
  • اعتمد بعد ذلك الخلطة الاسفلتية التصميمية للعمل بها كخلطة اسفلتية تشغيلية ويتم عمل خلطة تجريبية في الخلاطة المركزية ويجرى عليها جميع الفحوصات المطلوبة لاعتمادها النهائي .
  • يتوجب مراقبة جودة المواد المورده للخالطة الاسفلتية من خلال أخذ عينات دورية وإجراء الفحوصات المخبرية التي تؤكد صالحية خصائص المواد لتحقيق قيم الخلطة الاسفلتية التصميمية وفي حال ظهور اختلاف واضح في قيم بعض الخصائص الفيزيائية لتك المواد مثل الوزن النوعي والامتصاص أو تدرج المواد الحجمي ناتج المحاقين الساخنة يعاد تصميم خلطة اسفلتية جديدة تتناسب قيمها مع الخصائص الجديدة للمواد المستخدمة في الخلطة.
أعمال تنفيذ الخلطة الاسفلتية الساخنة:
إن تنفيذ الخلطة الاسفلتية الساخنة يتطلب توفير معدات خاصة وظروف جوية مناسبة لهذا الغرض والتي سنستعرضها
كما يلي :
  • الفرادة الاسفلتية وهي الآله الرئيسية في أعمال تنفيذ الخلطة الاسفلتية وهي تقوم بفرد الخلطة الاسفلتية على شكل طبقة متجانسة الخلط ومتساوية السطح و ذات سماكة ثابتة حسب المطلوب .
  • مدحلة الحديد وهي الآله التي تقوم بدحل الخلطة الاسفلتية مباشرة بعد فردها باستخدام الرج .
  • المدحلة المطاطية (الكاوتشوك) وهي المدحلة التي تقوم باستكمال عملية الدحل بدون رج وذلك للحصول على سطح ناعم ومصمت .
  • أما الظروف الجوية قيجب ان لا تقل درجة حرارة الجو عن 6 درجات مئوية وهي في صعود وأن لا تكون الأجواء ماطرة أو مغبرة جداً أو هناك رياح نشطة جداً تؤثر على عملية تنفيذ الخلطة الاسفلتية.
أما عملية التنفيذ للخلطة الاسفلتية فتبدأ  بتوريد الخلطة الاسفلتية من الخلاطة المركزية الاسفلتية عن طريق شاحنات كبيرة وذات عدد كافي لضمان عدم انقطاع التوريد للخلطة الاسفلتية للموقع و لتأمين عملية رصف متواصلة تقلل من فواصل اللحام البارده العرضية والطولية, حيث تبدأ تلك الشاحنات بتفريغ حمولتها بالتتابع في خزان الفرادة ومن ثم تبدأ عملية فرد الخلطة الاسفلتية بعد تحديد ارتفاع واستوائية بلاطة الفرادة للحصول على السماكة المطلوبة للطبقة الاسفلتية والاستوائية العرضية كما ويتم خلال عملية الفرد التدقيق المتواصل على سماكة الخلطة من خلال غرز قضيب معدني طوله 1.5 متر ومحدد عليه قياس السماكة المطلوبة للخلطة الاسفلتية قبل الدحل والتي عادة تكون 1.3 من سماكة طبقة الاسفلت النهائية المطلوبة بعد الدحل. كما ويجب الاخذ بعين الاعتبار بأن عملية فرد الخلطة الاسفلتية تبدا دائما من أخفض نقطة وصعوداً إلى الأعلى في حالة تنفيذ الطرق ذات الميول الطولية التي يزيد الميل فيها عن 1 %.
الفرادة الاسفلتية
بعد اتمام عملية الفرد بنجاح يبدأ عمل مدحلة الحديد مباشرة وهنا يجب التدقيق على درجة حرارة الخلطة الاسفلتية والتي
يجب ان لا تقل عن 120 درجة مئوية، اما بالنسبة لعدد التمريرات لمدحلة الحديد الازمة على الخلطة الاسفلتية يجب أن تحدد مسبقاً من خلال عمل مقطع تجريبي للخلطة الاسفلتية وتحديد عدد التمريرات المناسبة لمدحلة الحديد لتحقيق درجة الرك المطلوبة ويحذر من المبالغة في استخدام مدحلة الحديد وزيادة عدد التمريرات عن ماهو مطلوب وذلك حتى لا يحدث تكسير وتهشيم للحصمة في الخلطة الاسفلتيهةوالذي يؤثر سلباً على سلوكها وشاغليتها في الخلطه.
إن بداية عمل مدحلة الكاوتشوك يجب أن لا يتأخر بعد اتمام مدحلة الحديد عملها وفي حالات الجو البارد نسبياً يفضل استخدام الزيت النباتي في عملية ترطيب عجلات المدحلة بدلاً من الماء.
الفحوصات المخبرية ومتابعة جودة الخلطة الاسفلتية:
إن متابعة جودة الخلطة الاسفلتية هي من أهم الخطوات التي يجب القيام بها لضمان خلطة اسفلتية ذات أداء جيد ودميومة تشغيلية تتناسب مع العمر الافتراضي للخلطات الاسفلتية المنفذة وهذا بحد ذاته عنصر مهم في الناحية الاقتصادية لتكلفة الصيانة الدورية لها. وعليه فمن المهم جداً أن يتواجد فريق متخصص لضبط جودة مواد الخلطة الاسفلتية من خلال توفير مختبر موقعي مجهز لتلك الغاية يساعد الفريق الفني المختص على إجراء جميع الفحوصات اللازمة بشكل دوري للتحقق من جودة الخلطة الاسفلتية.إن الفحوصات التي يجب اجراءها على عينات الخلطة الاسفلتية تستدعي الدقة المتناهية في الأجهزة المخبرية وفي أداء الفني الفاحص لذا يتوجب عمل معايرة الأجهزة المخبرية قبل الشروع في استخدامها.
من اهم تلك الفحوصات والتي تجرى على العينة المنفولة المأخوذة من الخلطة الاسفلتية بعد الفرد مباشرة وقبل الدحل والتي نوضحها كمايلي :
1. فحص الفصل للبيتومين: وهو فحص يتم فيه فصل مادة البتومين عن الحصمة وتحديد نسبتها في الخليط و من ثم يجري فحص التدرج الحجمي على الحصمة بعد غسيلها وتجفيفها للتأكد من مطابقة نسب تدرج مواد الحصمة في الخليط مع نسب تدرج الخلطة التصميمية المعتمدة وفي حال ظهور أي شذوذ في قيم تلك النسب يتم اشعار مشغل الخلاطة المركزية بتصويب وضع المناخل في المحاقين الساخنة أو ضبط توزين المواد فيها حسب التصميم المعتمد.
2. فحص قوالب مارشال: حيث تدمك الخلطة المنفولة في قوالب مارشال القياسية عدد 6 قوالب وبعدد ضربات حسب نوع السير فإن كان سير ثقيل تعتمد 75 ضربة لكل قالب على الوجهين وفي حال السير الخفيف تعتمد 50 ضربه. وبعد أن تبرد القوالب تستخرج الخلطة المدموكة منها والتي تسمى نماذج مارشال المدموكة والتي تأخذ شكل القلب الاسطواني حيث يتم توزينها في الهواء في الحالة الجافة والحالة المشبعة وفي الماء ليتم تحديد قيمة الوزن النوعي الجاف والتي تشكل مرجع أساسي لتحديد درجة الرك للطبقة الاسفلتية كما و يتم حساب نسبة الفراغات الهوائية والمعدنية من خلالها وأيضا تعتبر قيمة الوزن النوعي الجاف للخلطة الاسفلتية مؤشر أساسي في الكشف عن أي تغيير حدث في الخصائص الفيزيائية لمواد الخلطة وجودتها ولذلك يجب ان لا يكون الفرق بين قيمة كثافة مارشال اليومية وقيمة كثافة مارشال التي تم تحديدها في الخلطة التصميمية عن ± 0.05 وفي حال عدم حتقيق ذلك يستوجب التأكد من المواد الأولية للخلطة الاسفلتية (ركام و بيتومين) عن طريق اخذ عينات منها واجراء الفحوصات اللازمة عليها للوقوف على موضع الخلل ومعالجته اما باستبعاد المواد المخالفة في حال ان كمياتها كانت قليلة جداً أو إعادة تصميم خلطة اسفلتية جديدة تتناسب مع خواص تلك المواد.
بعد ذلك يتم يتم غمر نماذج مارشال المدموكة في الماء على درجة حرارة 60 درجة مئوية وبعدها يستخرج 3 قوالب وتفحص بجهاز كسر مارشال لتحديد قيمة ثبات مارشال وقيمة الزحف اما باقي القوالب فتستخرج بعد 24 ساعة لتفحص أيضا في جهاز كسر مارشال لتحديد قيمة الثبات على مدة 24 ساعة ليتم بعد ذلك حساب وتحديد نسبة الفاقد في ثبات مارشال.
اخيرا تجمع النتائج والقيم الحسابية للفحوصات ويتم عمل تقرير فني يلخص النتائج النهائية لتلك الفحوصات و مقارنتها مع قيم المواصفات الخاصة بها والواردة في تقريرالخلطة التصميمية المعتمدة للتقييم الفني واعتمادها.
تحديد نسبة درجة الرك والسماكة للخلطة الاسفلتية المنفذة:
من أجل الاعتماد النهائي لأعمال الخلطة الاسفلتية يتوجب تحديد درجة الرك للخلطة الاسفلتية المنفذة وتحديد سماكتها وهذا يتم عن طريق أخذ عينات لبيه (فحص الكور) من طبقة الاسفلت المنفذة حيث يتم تحديد سماكة الطبقة المنفذة من خلال قياس سماكة العينة اللبيه المؤخوذة من الطبقة وبعد ذلك يتم تجفيف العينات اللبيه بعد تنظيفها من مواد البيس كورس العالقه بها وازالة اي مواد مفككه منها ثم يتم توزينها في الماء وفي احلالة المشبعة والجافة ويتم حساب قيمة الوزن النوعي الجاف للعينات ثم تقسم تلك القيمة على قيمة الوزن النوعي الجاف لنموذج مارشال الذي تم تحديده سابقاً كما اسلفنا لنحصل على قيمة نسبة درجه الرك. يتم عمل تقرير ملخص لنتائج درجات الرك والسماكات ومقارنتها بالمواصفات الخاصة بها لتقييمها.