کتاب مصالح ‏سنگی

فهرست
عنوان صفحه
فصـل اول 11
مقدمه 11
فصـل دوم 13
مفاهیم اولیه و مروری بر مطالعات گذشته 13
مشخصات مصالح سنگی 13
دانهبندي و اندازه‌ی دانهها 15
تأثیر دانهبندي مصالح سنگی بر مقاومت لغزندگی بتن آسفالتی 18
تأثیر دانهبندي مصالح سنگی بر روي عریانشدگی بتن آسفالتی 20
سختی 23
دوام 23
تمیزی 23
خصوصیات سطح و شکل دانهها 24
خواص معدنی مصالح سنگی 25
بتن آسفالتی گرم با دانهبندي پیوسته 26
مشخصات حجمی بتن آسفالتی 29
درصد فضاي خالی بتن آسفالتی (Pa) 30
تأثیر درصد فضاي خالی مخلوط آسفالتی بر روي خرابی آسفالت 30
درصد قیر جذبشده 31
درصد قیر مؤثر 32
درصد فضاي خالی مصالح سنگی (VMA) 33
درصد فضاي خالی مصالح سنگی پرشده با قیر (VFA) 33
دوام رطوبتی 34
تأثیر نوع دانهبندي مصالح سنگی بر حساسیت رطوبتی مخلوطهاي آسفالتی گرم 37
مدول مکانیکی 39
روابط انستیتو آسفالت 39
روش مارشال براي طرح مخلوطهاي آسفالتی 41
فصـل سوم 43
آزمایش‌های مقدماتی و روش‌شناسی 43
مصالح مورد استفاده 43
مصالح سنگی 43
قیر 45
دانهبندي مصالح سنگی 46
تعیین چگالی مصالح سنگی 47
تعیین درصد قیر بهینه 49
تهیه‌ی نمونه‌ها 50
چگالی بتن آسفالتی 51
آزمایش استقامت مارشال 53
حداکثر چگالی نظري بتن آسفالتی متراکمنشده 55
محاسبات 57
رسم منحنی‌هاي آزمایش مارشال 59
تعیین درصد قیر بهینه 60
روش‌شناسی 61
افزایش درشتدانه در مصالح سنگی 61
دانه‌بندی 62
چگالی بتن آسفالتی 64
استقامت روانی 65
حداکثر چگالی نظري بتن آسفالتی 66
خصوصیات حجمی بتن آسفالتی متراکمشده به روش مارشال 67
دوام مخلوطهاي آسفالتی متراکم در برابر آب 68
افزایش دانه‌ی متوسط در مصالح سنگی 69
دانه‌بندی 69
چگالی بتن آسفالتی 71
اسقامت مقاومتی 72
حداکثر چگالی نظري بتن آسفالتی 73
خصوصیات حجمی بتن آسفالتی متراکمشده به روش مارشال 74
دوام مخلوطهاي آسفالتی متراکم در برابر آب 75
افزایش ریزدانه در مصالح سنگی 76
دانه‌بندی 76
چگالی بتن آسفالتی 78
استقامت و روانی 80
حداکثر چگالی نظري بتن آسفالتی 81
خصوصیات حجمی بتن آسفالتی متراکمشده به روش مارشال 82
دوام مخلوطهاي آسفالتی متراکم در برابر آب 83
افزایش فیلر 83
دانه‌بندی 84
چگالی بتن آسفالتی 86
استقامت روانی 87
حداکثر چگالی نظري بتن آسفالتی 88
خصوصیات حجمی بتن آسفالتی متراکمشده به روش مارشال 89
دوام مخلوطهاي آسفالتی متراکم در برابر آب 90
فصـل چهارم 91
بررسی نتایج 91
بررسی نتایج افزایش درشتدانه 91
بررسی نتایج افزایش سنگدانههاي متوسط 93
بررسی نتایج افزایش ریزدانه 95
بررسی نتایج افزایش فیلر 97
روند کلی تغییرات مشخصات مکانیکی و حجمی در برابر تغییرات در دانهبندي 99
تعیین مدول دینامیکی آسفالت 105
فصـل پنجم 107
نتیجه‌گیری 107
منـابع و مآخـذ 109
منابع انگلیسی 109
منابع فارسی 111

آسفالت از اختلاط قیر و مصالح سنگی بدست می آید. آسفالت انواع مختلفی دارد و از آن براي ساخت لایه هاي رویه، اساس و زیراساس روسازي راه ها و فرودگاه ها استفاده می شود. طرح اختلاط و طراحی روسازي ها ارتباط تنگاتنگی با هم داشته بطوري که ضروري است در طرح اختلاط، مناسب ترین ترکیب مصالح و در طراحی، بهینه ترین تعداد و ضخامت لایه ها انتخـاب شـوند. طرح اختلاط مخلوط هاي آسفالتی بر اساس خواص وزنی و حجمی مصالح در نظر گرفته می شود. مصالح سـنگی و قیر بر اساس تجربیات و یا نتایج آزمایش هاي مکانیکی انتخاب می شوند. در این مراحل آزمایشگاهی، اطمینان از پایداري و دوام طرح اختلاط پیشنهادي در برابـر خرابـی هاي غالبی چـون ترك هاي حرارتی، ترك‌هاي خستگی و شیارشدگی از اهمیت زیادي برخوردار است. از آنجا که خصوصیات آسفالت ها بستگی به خصوصیات مصالح تشکیل دهنده آن یعنی قیر و مصالح سنگی دارد، در این فصل ابتدا خصوصیات مصالح سنگی شرح داده شده، سپس به معرفی و بررسی مشخصات حجمی بتن آسفالتی پرداخته شده است.

مشخصات مصالح سنگی
براي تهیه و تولید مصالح سنگی، ابتدا با انفجار در معادن کوهی و یا لایروبی بستر رودخانه حجم قابل توجهی از مصالح غالباً درشت دانه تولید می شود. سپس این قطعات با اندازه هاي بزرگ، شکسته و به دانه هاي با اندازه هاي بین 075/0 تا 50 میلیمتر که براي استفاده در لایه هاي روسازي مناسب است، تبدیل می شود. مشخصات مصالح شن طبیعی متأثر از منشأ زمین شناسی سنگ ها و اجزاي شیمیایی آنها است. تعداد زیادي از خواص کلیدي شن و ماسه که بر رفتار و عملکرد آنها موثر است، دیکته شده از کانی هاي تشکیل دهنده این مصالح است. از دیدگاه زمین شناسی سنگ‌هاي آذرین ، رسوبی و دگرگونی ، سه منشأ اصلی سنگ‌ها هستند. براي خرد کردن دانه هاي بزرگ از سنگ شکن ها استفاده می شود. با توجه به ابعاد سنگ ها، دو نوع سنگ شکن اولیه و ثانویه وجود دارد. در سنگ شکن هاي اولیه، قطعات سنگی به ابعاد بیش از 1 متر به ابعاد کوچک‌تر چند ده سانتی‌متري تبدیل و سپس به کمک سنگ شکن هاي ثانویه، اندازه آنها به 1 تا 75 میلیمتر کاهش داده می شود. پس از شکستن و خرد کردن مصالح لازم است به کمک سرند هاي مناسب آنها را بر اساس اندازه هاي یکنواخت دانه بندي و جداسازي کرد. براي این منظور از تجهیزات و سرند هاي دانه بندي و تسمه نقاله هاي مربوطه استفاده می شود. از مهم‌ترین مزایاي این جدا سازي، امکان استفاده از دانه بندي هاي مختلف و اختلاط آنها در مخلوط و ممانعت از جدایش دانه‌ها قبل از ساخت دانه بندي مناسب براي لایه هاي مختلف روسازي است.
در کنار مطالعه خواص شیمیایی نسبتاً پیچیده سنگدانه ها، شناخت خواص فیزیکی این مصالح نقـش زیادي در عملکرد آنها در رویه هاي آسفالتی و یا لایه هاي اساس و زیر اساس داشته و با توجه به این که به مشخصات ظاهري مصالح وابسته است، مشکلات کمتري بـراي درك و مطالعـه آن وجـود دارد. دانه بندي و اندازه دانه ها، سختی و مقاومت در برابر سایش، دوام و پایداري، خـواص خمیري، بافـت سطحی و شکل دانه ها، وزن مخصوص، تمیزي و وجود مواد مضر مهمترین پارامتر هایی هستند که در رابطه با خواص فیزیکی سنگدانه ها مطرح می‌شوند.

دانه‌بندي و اندازه‌ی دانه‌ها
توزیع دانه بندي شن و ماسه، یکی از مهمترین مشخصات موثر در عملکرد مصالح روسازي است. در مخلوط هاي آسفالتی، این ویژگی با سایر خواص مصالح از قبیل سختی، دوام، نفوذپذیري، کارایی، مقاومت در برابر خستگی، مقاومت اصطکاکی و مقاومت در برابر خرابی رطوبتی ارتباط نزدیک و تنگاتنگی دارد. اندازه حداکثر و حداقل دانه ها به اشکال مختلفی بر مشخصات کیفی روسازي آسفالتی موثر است. در حالت استفاده از مصالح ریز دانه، کوچک بودن اندازه دانه ها موجب ناپایداري و کاهش مقاومت لایه روسازي شده و در مقابل استفاده از ذرات با قطر نسبتا زیاد، پدیده جدایش دانه ها و یا کاهش کارایی روسازي آسفالتی می شود (2).
تعاریف گوناگون در تعیین اندازه حداکثر سنگدانه ها پیشنهاد شده است. مطابق استاندارد ASTM C125 ]3[، حداکثر اندازه دانه ها، کوچکترین اندازه الکی است که 100% دانه هاي شن و ماسه از آن عبور می کند.

یکی از پارامترهاي دخیل در ایمنی راه، مقاومت لغزشی سطح رویه راه می باشد، به ویژه زمانی که سطح راه به علت هواي بارانی و مرطوب فاقد اصطکاك مناسب با لاستیک وسیله نقلیه بوده و راننده در هنگام مواجه شدن با خطر، اقدام به ترمز گیري کند. مقاومت در برابر لغزندگی به عنوان نیرویی که در برابر لغزندگی به عنوان نیرویی که در برابر سر خوردن لاستیک ها بر روي سطح روسازي، هنگامی که از چرخیدن لاستیک ها ممانعت می کند، تعریف می شود. بدیهی است که کاهش در مقدار مقاومت لغزندگی، باعث افزایش در نرخ تصادفات رانندگی بویژه در فصول مرطوب می شود. از پارامتر هاي موثر در میزان مقاومت در برابر لغزندگی می توان به موارد مختلفی اشاره کرد از جمله: عوامل مربوط به ترمز و لاستیک وسایل نقلیه، شرایط آب و هوایی و ترافیکی، کیفیت و بافت و دانه بندي مصالح بکار رفته در مخلوط و عوامل مربوط به طرح اختلاط آسفالت ]5[.
در تحقیقی که عامري و همکارانش براي بررسی عامل بافت و دانه بندي، نمونه هاي آسفالتی با دانه بندي پیوسته شماره 5 آیین نامه روسازي راه‌هاي ایران و همچنین دانه بندي باز به کمک دستگاه آونگ انگلیسی و روش استاندارد 93-303ASTM E مورد آزمایش قرار دادند]20[.
در ساخت این نمونه ها از مصالح شکسته کوهی و قیر 70/60 استفاده شده است که دانه بندي آن در جدول (2-3) نشان داده شده است، لازم به ذکر است نمونه 1 براي دانه بندي پیوسته و نمونه 2 براي دانه بندي باز می باشد. براي مطالعه اثر نوع دانه بندي در مقاومت لغزندگی سطوح آسفالتی، نمونه هایی با قطر 15 سانتی‌متر و ارتفاع 5 سانتی‌متر به کمک دستگاه متراکم کننده چرخشی (ژیراتوري) ساخته شدند.