تصميم الخلطات الإسفلتية

تصميم الخلطات الإسفلتية

1- الخلطة الإسفلتية:
الخلطة الإسفلتية عبارة عن كتلة متماسكة من الركام المتدرج المغلف بالإسفلت العادي أو المعدل، تتخللها فراغات هوائية، تستعمل في رصف أسطح الطرق و المطارات و المواقف و الساحات الصناعية و الميادين كما تستخدم في تبطين القنوات. يشكل الركام عناصر الهيكل الإنشائي للخلطة أما الإسفلت فيربط العناصر ببعضها.

2- تصميم الخلطات الإسفلتية:
سلسلة من الإجراءات الهادفة إلى تحديد نوع و نسب و خواص المواد الداخلة في تركيب الخلطة الإسفلتية و طرق اختبارها للتأكد من تحقيق الخلطة و مكوناتها للمواصفات التعاقدية و قدرتها على الأداء تحت ظروف التشغيل المتوقعة.

3- متطلبات الخلطة الإسفلتية:
1. الثبات – القدرة على مقاومة التشوه الناتج عن الأحمال المرورية و البيئية.
2. المرونة – القدرة على التجاوب مع القوى المؤثرة دون أن تتكسر.
3. المتانة – القدرة على مقاومة العوامل البيئية و ثبات الخواص مع مرور الزمن.
4. قابلية التشغيل – سهولة تشكيل و إعادة تشكيل الخلطة أثناء الرصف بحيث يتمشى سطحها مع الخطوط التصميمية دون أن تتفكك أو تتشقق أو يتشوه سطحها أو تنفصل مكوناتها.
5. قابلية الدك – سهولة دك الخلطة للحصول على الكثافة المطلوبة أثناء التنفيذ دون إلحاق الضرر بالخلطة أو مكوناتها.

4- دور المصمم:
حيث أن بعض المتطلبات أعلاه متناقضة، زيادة الثبات مثلا يتحقق بخفض نسبة الرابط الإسفلتي و زيادة معامل الاحتكاك بين حبيبات الركام بينما لا تتحقق الخواص الأخرى إلا بعكس ذلك، فإن دور مصمم الخلطة هو التوفيق بين تلك المتطلبات و الحصول على نسبة مثلى للرابط الإسفلتي تكون عندها جميع الخواص المذكورة ضمن مجال مقبول.
5- مكونات الخلطة الإسفلتية:
تتكون الخلطة الإسفلتية من المواد التاليه:
1. الركام – عبارة عن حبيبات حجرية ذات أحجام متدرجة، تتراوح أبعادها بين أقل من 0.075 و 50.0 مليمتر، تصنف عادة إلى:
· ركام خشن – الحبيبات المحجوزة على غربال رقم 4 (4.76 مليمتر)
· ركام ناعم – الحبيبات المارة من غربال رقم 4 (4.76 مليمتر) و المحجوزة على غربال رقم 200 (0.075) مليمتر.
· بودرة – الحبيبات الدقيقة أو الغبار المار من غربال رقم 200 (0.075 مليمتر).
2. الرابط الإسفلتي – مادة لزجة شبه صلبة أو سائلة من أصل نفطي. يتم تصنف الرابط الإسفلتي شبه الصلب حسب درجة صلابته إما بمقاومة الغرز (Penetration) أو باللزوجة (Viscosity) أو بدرجة الأداء (Performance) عند ظروف تحميل و حرارة و معالجة بيئية محددة، أما الرابط الإسفلتي السائل فيصنف بدرجة اللزوجة أو بالتدفق (Flow) وسرعة التصلب و نوع المذيب.
3. المضافات و المحسنات – مواد معدنية أو لدائن بلاستيكية أو أحماض أمينية تستعمل لتحسين خواص الرابط الإسفلتي أو تحسين التصاقه بالركام و منع التقشر و التأكسد.
4. الهواء – الفراغات المتبقية بين حبيبات الركام و التي لم يتم ملئها بالرابط الإسفلتي.

6- خواص الركام:
يشكل الركام الهيكل الإنشائي للخلطة الإسفلتية و يكون ما يقارب 95% من وزنها و 85% من حجمها. لذلك فإن خواصه تؤثر تأثيراً مباشراً على الأداء. تشمل خواص الركام:
1. الصلابة – مقاومة التكسر و التفتت أثناء الخلط و النقل و الدك و الخدمة.
2. النظافة – خلو الركام من المواد الطينية و المواد الهشة و أي مواد غريبة.
3. المتانة – مقاومة التفتت بسب تغير العوامل البيئية ( تعاقب دورات الرطوبة و الجفاف و دورات الحرارة و البرودة).
4. التركيبب المعدني – المعادن المكونة للركام و التي تحدد خصائصه الرئيسية مثل الصلابة و المتانة و مدى تواؤم الخواص السطحية للركام مع الخواص السطحية للرابط الإسفلتي و قوة التصاق الرابط الإسفلتي بسطح الركام و ديمومته بحضور الماء.
5. التدرج – التوزيع الحجمي لحبيبات الركام بطريقة تؤمن أكبر فرصة تماس بين الحبيبات و تضمن وجود قدر كافي من الفراغات في الركام المعدني (VMA) لاستيعاب الرابط الإسفلتي اللازم لتماسك و متانة الخلطة و الحد الأدنى من الفراغات الهوائية (AV) المطلوبة للأداء.
6. الشكل – الشكل الهندسي للحيز الذي تشغله حبيبات الركام: كروي، شبه كروي، مضلع أو مسطح. .يحدد شكل الركام مقدار التداخل بين حبيباته و الدعم المتبادل بينها.
7. الملمس – التضاريس الدقيقة لسطح حبيبات الركام. يحدد الملمس معامل الاحتكاك الداخلي المطلوب للثبات كما يحدد معامل الاحتكاك الخارجي المطلوب لمقاومة الانزلاق.
8. نسبة التكسير – نسبة عدد حبيبات الركام التي تحتوي على وجه مكسر واحد على الأقل إلى العدد الكلي لحبيبات الركام في عينة ممثلة.
9. الكثافة النوعية – وزن حجم معين من الركام منسوباً إلى وزن نفس الحجم من الماء المقطر الخالي من الهواء عند درجة 25 مئوية.

7- خواص الرابط الإسفلتي:
بالرغم من أن الرابط الإسفلتي لا يشكل سوى حوالي 5% من وزن الخلطات الإسفلتية و 10% من حجمها، فإنه يلعب دوراً أساسياً في أداء تلك الخلطات. الدور الرئيسي للرابط الإسفلتي في الخلطات الإسفلتية هو ربط حبيبات الركام بعضها ببعض و منحها القدرة على مقاومة قوى الشد و القص الناتجة عن التأثيرات الخارجية و عزل حبيبات الركام بمنع وصول الماء و المواد الضارة إليها. تشمل خواص الرابط الإسفلتي:

1. الزحف – القابلية للحركة تحت الضغط و يعتمد على درجة الحرارة و فترة التحميل.
2. اللزوجة – نسبة ضغط القص إلى سرعة القص عند درجة حرارة معينة.
3. المرونة – القابلية للسحب دون الانفصال.
4. اللدونة الحرارية – تغير اللزوجة بتغير الحرارة (علاقة عكسية).
5. التصلب – تغير التركيب الكيميائي بسبب التأكسد عند التعرض للحرارة و الهواء أو فقدان المذيب.
6. الإسترخاء – القدرة على تقليص الإجهاد الداخلي بالاستطالة أو الانفعال.

8- مراحل التصميم:
يمر تصميم الخلطات الإسفلتية، بغض النظر عن الطريقة المتبعة، بعدة مراحل أهمها:
المرحلة الأولى – اختيار المواد الداخلة في تركيب الخلطة: ركام، إسفلت، مضافات و محسنات.
المرحلة الثانية – أخذ عدد كافي من العينات الممثلة من جميع المواد و فحصها للتحقق من مطابقة المواد المختارة للمواصفات و إمكانية دمج الركام للحصول على التدرج المطلوب.
المرحلة الثالثة – خلط الركام مع نسب متباينة من الرابط الإسفلتي وحساب الخواص الحجمية وفحص مؤشرات القوة إن وجدت و عرضها بيانياً لاختيار النسبة المثلى للرابط الإسفلتي.
المرحلة الرابعة – إعداد خلطة عند النسبة المثلى للرابط الإسفلتي و التحقق من مطابقتها للمواصفات.
المرحلة الرابعة – تنفيذ مقطع تجريبي للتأكد من إمكانية إنتاج الخلطة بالخلاطة و إمكانية فردها ودكها حسب المواصفات دون إتلافها.
المرحلة السادسة – إجازة الخلطة.