پیش بینی زمان وقوع ترکهای خستگی در آسفالت

به گزارش مهر، علیرضا آذرهوش مجری طرح، مخلوط آسفالتی داغ را یک ماده کامپوزیتی توصیف کرد که از سنگدانه‌های معدنی پوشیده شده با قیر تشکیل شده است، گفت: انواع مختلفی از خرابی‌ها برای روسازی‌های آسفالتی تعریف می‌شود، که خرابی خستگی بعنوان یکی از سه نوع خرابی اساسی (شیارشدگی، ترک‌خوردگی خستگی و حرارتی) در روسازی‌های آسفالتی موجب شده تا هزینه‌های ترمیم و نگهداری در سیستم مدیریت و نگهداری روسازی افزایش یابد. 

وی با بیان اینکه پیامدهای اقتصادی ناشی از این نوع خرابی سبب مطالعات گسترده‌ای در مورد دلایل، مکانیزم و روش‌های کنترل این نوع خرابی به روش تجربی شده است، یادآور شد: علاوه بر آن مدل‌های خستگی زیادی بصورت گزارش‌های فنی و مقالات انتشار یافتند که این مدل‌ها علی‌رغم مزایای فراوانی که دارند، دارای نقصان‌هایی هستند.

آذرهوش عدم ارائه راهکار اصلاحی مناسب و بررسی تاثیر افزودنی‌ها را از جمله این معایب نام برد و اظهار کرد: این مدل ها قادر به تعیین دلایل خرابی خستگی در مخلوط مورد آزمایش نیستند از این رو نمی‌توان انتظار داشت که از نتایج این مدل‌ها بتوان خروجی مناسب برای تعیین راهکار اصلاحی در جهت کاهش خرابی‌های خستگی مخلوط‌های آسفالتی به دست آورد. 

به گفته وی در این زمینه باید روشی مورد استفاده قرار گیرد که خصوصیات مخلوط‌های آسفالتی را با خصوصیات اساسی اجزای آن که بر روی چسبندگی قیر- سنگدانه و پیوستگی قیر تاثیر می‌گذارند، ارتباط دهد و بتواند دلایل عملکرد ضعیف را نشان دهد و راهکارهای پیشنهادی ارائه کند. 

مجری طرح استفاده از یک روش آزمایش بر پایه خصوصیاتی از مواد که در تعیین پیوستگی و چسبندگی، به عنوان مکانیزم‌های اصلی رخداد خرابی خستگی، موثر هستند احساس می‌شود، ادامه داد: درصورتی که اجزای انرژی آزاد سطحی قیر و سنگدانه مشخص باشد، مقاومت‌های پیوستگی و چسبندگی در داخل سیستم مخلوط آسفالتی بصورت کمی قابل محاسبه است. انرژی آزاد سطحی بعنوان یک ویژگی پایه‌ای از مواد مختلف مانند قیر و سنگدانه، خصوصیات منحصر به فردی از خواص فیزیکی-شیمیایی سطوح را منعکس می‌کند. 

وی بیان کرد: از آنجایی که منابع مختلفی از قیر یا سنگدانه که ممکن است خصوصیات سطحی و انرژی‌های آزاد سطحی متفاوتی داشته باشند برای ساخت نمونه‌های آسفالتی استفاده شوند، روش انرژی آزاد سطحی از طریق اندازه‌گیری انرژی‌های پیوند بین مواد مختلف می‌تواند برای انتخاب سازگارترین سیستم قیر-سنگدانه بر حسب مقاومت پیوستگی و چسبندگی بکار رود. پیوند پیوستگی یا چسبندگی بالا برای تضمین عملکرد مناسب مخلوط آسفالتی، مانند مقاومت در برابر خرابی رطوبتی و ترک‌خوردگی خستگی و تاثیر قابل‌توجه بر روی بازیابی، ضروری است.

آذرهوش افزود: بر این اساس در این پژوهش علاوه بر پارامترهای طرح اختلاط از قبیل شاخص دانه مصالح- سنگی، ضخامت ظاهری غشای قیر و پارامتر خستگی مستخرج از آزمایش رئومتر برش دینامیکی، از پارامترهای انرژی آزاد سطحی جهت ارائه مدل استفاده شده است. 

وی با بیان اینکه در این پژوهش تلاش شد مدل تجربی پیش‌بینی عمر خستگی مخلوط‌های آسفالتی بر اساس خصوصیات پایه‌ای مصالح ارائه شود تا استفاده از این مدل‌ها در شرایط مختلف امکان‌پذیر باشد، اظهار کرد: مدل‌های تجربی که تاکنون ارائه شده است با توجه به اینکه پارامترهای ورودی آنها کاملا مستقل نیستند، را صرفاً می‏توان در شرایط آزمایشگاهی مشابه بکار برد. 

این محقق استفاده از مدل‌های ارائه شده در این پژوهش را موجب صرفه‌جویی در زمان جهت تعیین متغیرهای ورودی مدل و در نتیجه اقتصادی شدن آنها دانست و خاطر نشان کرد: برای این منظور اقدام به ارائه شبکه مناسبی از سنگدانه‌ها با درجه‌های عملکردی مختلف در برابر خستگی و نیز تهیه قیر از منابع مختلف کردیم و در گام بعدی سعی شد تا این شبکه هم از حیث کیفیت در برابر خستگی و هم از حیث کمیت دارای ساختار مناسب باشد.

وی اندازه‌گیری اجزای انرژی آزاد سطحی سنگدانه‌ها و قیرها را از دیگر مراحل انجام این تحقیق نام برد و یادآور شد: پس از تهیه مصالح، با استفاده از روش‌های موجود اجزای انرژی آزاد سطحی سنگدانه‌ها و  قیرها تعیین ‌شد. در این مرحله مولفه‌های انرژی آزاد سطحی سنگدانه‌ها و قیرهای مورد استفاده در این پژوهش به ترتیب با استفاده از روش‌های دستگاه جذب جهانی و قطره چسبیده اندازه‌گیری شدند.

آذرهوش اندازه‌گیری پارامترهای ترمودینامیک را از دیگر مراحل این پژوهش نام برد و اظهار کرد: با استفاده از روابط ترمودینامیک موجود به محاسبه چسبندگی بین مولفه‌های مختلف مخلوط آسفالتی پرداخته می‌شود. همچنین، سایر پارامترها مانند انرژی آزاد پیوستگی قیر و پوشش‌پذیری قیر بر روی سطح سنگدانه نیز از روی نتایج اندازه‌گیری مولفه‌های انرژی آزاد سطحی قیر و سنگدانه به دست آمده‌اند. خروجی این محاسبات پارامترهایی هستند که در قسمت مدل‌سازی استفاده می‌شوند.  

وی اندازه گیری پارامترهایی چون مشخصات رئولوژیکی قیرها، شاخص دانه مصالح سنگی، ضخامت ظاهری غشای قیر بر روی سطح سنگدانه و انجام آزمایش خستگی را از دیگر مراحل انجام این تحقیق دانست و یادآور شد: در نهایت موفق به ارائه مدل تجربی پیش‌بینی عمر خستگی بر اساس پارامترهای  ترمودینامیک و طرح اختلاط مخلوط آسفالتی شدیم.

این محقق با بیان اینکه نمونه‌های سنگدانه به دانشگاه A&M تگزاس فرستاده شد تا در آنجا آزمایش ذکر ‌شده انجام شود، خاطر نشان کرد: نتایج به دست آمده از این پروژه می‌تواند به عنوان یک ابزار مناسب جهت پیش‌بینی خرابی خستگی مخلوط‌های آسفالتی در صنعت روسازی مورد توجه قرار گیرد.  همچنین می‌تواند در تصمیم گیری‌های وزارت راه و شهرسازی جهت انتخاب بهترین گزینه و زمان عملیات ترمیم و نگهداری برای روسازی‌هایی با مشخصات مختلف مورد استفاده قرار گیرد. 

وی اندازه‌گیری مولفه‌های انرژی آزاد سطحی سنگدانه‌ها و قیرهای پایه و اصلاح‌شده با نانومواد و بررسی تاثیر استفاده از نانومواد بر مولفه‌های انرژی آزاد سطحی قیرهای اصلاح‌شده، محاسبه و بررسی تاثیر پارامترهای مستخرج از مفاهیم ترمودینامیک مانند مولفه‌های انرژی آزاد سطحی قیر و سنگدانه، انرژی آزاد پیوستگی قیر، انرژی آزاد چسبندگی قیر-سنگدانه و پوشش‌پذیری قیر بر روی سطح سنگدانه در رخداد خرابی خستگی را از جمله مزایای دستاوردهای این تحقیق عنوان کرد.

وی با اشاره به دیگر مزایای این پروژه افزود: بررسی سایر پارامترهای مربوط به عمر خستگی مانند شاخص دانه مصالح سنگی، ضخامت ظاهری غشای قیر و مشخصات رئولوژیکی قیرها،  بررسی تاثیر استفاده از نانومواد بعنوان اصلاح کننده قیر بر روی عمر خستگی مخلوط‌های آسفالتی با استفاده از آزمایش خستگی به روش کشش غیرمستقیم، بررسی پارامترهای موثر به دست‌آمده از مفاهیم ترمودینامیک و طرح اختلاط بر خرابی خستگی و ارائه مدل یا مدل‌های تجربی دقیق، قابل تکرار و تفسیر برای عمر خستگی براساس تئوری انرژی آزاد سطحی و پارامترهای طرح اختلاط مخلوط آسفالتی،

این طرح توسط علیرضا آذرهوش و با راهنمایی دکتر فریدون مقدس‌نژاد و دکتر علی خدایی از اعضای هیات علمی دانشگاه صنعتی امیرکبیر اجرایی شده است.