طرح اختلاط آسفالت

طرح اختلاط آسفالت، معمولاً شامل انتخاب مصالح، قیر و افزودنی هایی است که مخلوط های آسفالتی را در نسبت های مختلف اجزا و عناصر گوناگون آزمایش کرده و طرح اختلاط بهینه، که شامل بهترین ترکیب اجزا می باشد را ارائه می دهد. به طور کلی مقصود از طرح اختلاط مخلوط های آسفالتی، تعیین بهترین مخلوط قیر و مصالح سنگی می باشد، به گونه ای که خصوصیات ذیل در آسفالت ساخته شده با آن طرح قابل دسترسی باشد:
-مقاومت کافی،
– درصد فضای خالی آسفالت مناسب،
– کارایی مناسب،
– عملکرد مناسب ،
-درصد فضای خالی مصالح سنگی مناسب.

روش های طراحی مخلوط های آسفالت در آزمایشگاه عموماً شامل موارد زیر می باشند:
(۱) آماده سازی و متراکم نمودن مخلوط آسفالت در آزمایشگاه برای شبیه سازی شرایط کارگاه.
(۲) تعیین مشخصات توصیف نمونه های متراکم آزمایشگاهی.
(۳) ارائه طرح اختلاط بهینه بر مبنای خواص نمونه های آزمایشی در مقایسه با معیارهای مورد نظر.

معمولاً روش های طراحی مختلف بوسیله موارد زیر از یکدیگر متمایز می شوند:
(۱) تجهیزات و روش به کار رفته برای آماده سازی و متراکم کردن مخلوط های آسفالتی.
(۲) خصوصیات قابل اندازه گیری نمونه های متراکم شده.
(۳) معیار به کار رفته برای انتخاب طرح های اختلاط بهینه و قابل قبول.
در اینجا، متدولوژی های عمومی چهار روش طرح اختلاط مختلف برای مخلوط های گرم آسفالتی (HMA) ، شامل روش های مارشال، ویم، سوپر پیو و جی تی ام را معرفی می کند. تأکید اصلی بر روی سه موضوع فوق الذکر می باشد تا به راحتی بتوان این روش ها را با یکدیگر مقایسه نمود.

روش طرح اختلاط مارشال

مفهوم روش طرح اختلاط مارشال، در ابتدا بوسیله بروس مارشال ، که مهندس اداره بزرگراه های ایالتی میسی سیپی، بود مطرح شد و بعدها بوسیله هیئت مهندسین ایالات متحده، بهبود یافت. به دلیل سهولت آن، روش مارشال، متداولترین و رایج ترین و روش طرح اختلاط به کار رفته در ایالات متحده، تا قبل از معرفی سیستم طرح سوپر پیو بود، و هنوز هم رایج ترین روش استفاده شده طرح اختلاط در سایر نقاط جهان می باشد.
روش طرح اختلاط مارشال، شامل مؤلفه های اصلی زیر می باشد:

۲-۱- انتخاب مصالح؛
دانه بندی مصالح مورد استفاده باید ضمن تأمین نیازهای دانه بندی، خصوصیات زیر را نیز در حد مورد نظر در برگیرد:
ممقاومت در مقابل ساییدگی ، مقاومت در مقابل سولفات ها، ارزش ماسه ای، درصد مواد زیان آور ، درصد ماسه طبیعی، درصد شکستگی، و درصد ذرات ورقه ای و سوزنی.

۲-۲- انتخاب قیر آسفالت؛
قیر نیز باید معیارها و مشخصاتی را که در AASHTO- M20 و یا AASHTO –M226 به آنها اشاره شده است را برآورده نماید.

۲-۳- آماده سازی نمونه های مخلوط آسفالت؛
نمونه های مخلوط آسفالت در ۶ درصد قیر با اختلاف ۵% درصد و سه نمونه به ازای هر درصد قیر آماده می شوند.

۲-۴- متراکم سازی مخلوط های آسفالت؛
مخلوط آسفالت در یک قالب استوانه ای با قطر mm 101.6 بوسیله چکش مارشال با ۴.۵ کیلوگرم وزن که از ارتفاع mm475 رها می شود، برای تعداد مشخصی از ضربه ها به هر سمت نمونه، متراکم می شود. تعداد ضربات به کار رفته برای هر سمت، ۳۵، ۵۰ و ۷۵ به ازای ترافیک طراحی شده سبک، متوسط یا سنگین می باشد. ترافیک سبک، کمتر از ۱۰e4 محور معادل منفرد تعریف می شود. ترافیک متوسط بین ۱۰e4 تا ۱۰e6 و ترافیک سنگین بیش از ۱۰e6 محور معادل منفرد می باشد. متراکم سازی مخلوط در دمایی که ویسکوزیته کینماتیکی قیر ۲۰ ± ۲۸۰ سانتی استوک است، انجام می شود. نمونه متراکم شده mm 101.6قطر و تقریباً mm 63.5 ارتفاع دارد.

۲-۵- آزمایش نمونه های متراکم شده مارشال؛
آزمایش های انجام شده بر روی نموه های مارشال شامل موارد زیر می باشند:
الف- تعین وزن مخصوص ظاهری مطابق با :
[AASHTO , 2004 (a)] AASHTO T 166 یا ASTM D 2726 [ASTM , 2004] .
ب- آزمایش پایداری مارشال که مقاومت مارشال و روانی مارشال را مطابق ASTM D 1559 اندازه گیری می نماید.
استحکام مارشال در آزمایش پایداری مارشال، حداکثر باری است که نمونه می تواند تا قبل از گسیخته شدن تحمل نماید. آزمایش پایداری مارشال به جز در مورد محدود کردن نمونه مارشال شبیه به آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم است. بنابراین پایداری مارشال با مقاومت کششی مخلوط آسفالت رابطه دارد.
رروانی مارشال در آزمایش پایداری مارشال، تغییر شکل عمودی کل نموه هنگامی که تا حداکثر میزان ممکن بارگذاری شود می باشد. مخلوط هایی با میزان روانی کم، سفت بوده و به سختی متراکم می شوند. در عین حال این مخلوط ها در قیاس با مخلوط های با روانی زیاد مقاومت بیشتری در برابر شیار شدگی از خود نشان می دهند. مخلوط های با میزان روانی مارشال بیش تر از محدوده تعیین شده، مخلوط های حساس می باشند که مستعد و در معرض تغییر شکل دایمی هستند.

۲-۶- محاسبه خواص حجمی نمونه ها؛
با استفاده از وزن مخصوص حجمی ظاهری نمونه، وزن مخصوص بیشینه مخلوط و وزن مخصوص حجمی مصالح و درصد فضای خالی سنگدانه ها (VMA)، تعیین می شوند.

۲-۷- معیار طرح اختلاط مارشال؛
طبق توصیه مؤسسه آسفالت، روش طرح اختلاط مارشال پنج معیار را به شرح ذیل به منظور ارائه طرح اختلاط مدنظر قرار می دهد:
(۱)پایداری ماکزیمم مارشال؛
(۲) محدوده روانی قابل قبول مارشال؛
(۳) محدوده قابل قبول برای فضای خالی،
(۴) درصد فضای خالی پرشده با قیر (VFA)،
(۵) یک مقدار حداقل درصد فضای خالی سنگدانه ها.
جدول ۱ مشخصات مربوط به پایداری، روانی، فضای خالی و درصد فضای خالی پرشده با قیر و جدول ۲ حداقل درصد فضای خالی لازم سنگدانه ها را نشان می دهد. طرح اختلاط مورد قبول باید تمام این ۵ معیار را برآورده سازد.

جدول (۱)- شرایط مقاومت، روانی، فضای خالی و درصد فضای خای پرشده با قیر برای طراحی مخلوط آسفالتی به روش مارشال.

طرح اختلاط مارشال

جدول (۲) – محدوده درصد فضای خالی سنگدانه ها در طراحی به روش مارشال.

طرح اختلاط مارشال

۸-۲- تعیین میزان قیر بهینه ؛
برای تسهیل در تعیین میزان قیر بهینه شش گراف زیر تهیه می شوند:
الف- وزن واحد حجم متوسط به ازای درصد قیر.
ب- فضای خالی متوسط به ازای درصد قیر.
ج- مقاومت متوسط مارشال به ازای درصد قیر .
د- روانی متوسط مارشال به ازای درصد قیر.
ه- متوسط درصد فضای خالی سنگدانه ها به ازای درصد قیر.
و- متوسط درصد فضای خالی پرشده با قیر به ازای درصد قیر.
از گراف درصد فضای خالی در مقابل درصد قیر، میزان قیر به ازای ۴ درصد فضای خالی، تعیین می شود. با استفاده از نمودارهای (ج) تا ( و) مقاومت مارشال، روانی مارشال، درصد فضای خالی سنگدانه ها و درصد فضای خالی پرشده با قیر در این میزان درصد قیر، تعیین می گردد و با معیار طرح اختلاط مارشال داده شده در جداول ۱ و ۲ ، مقایسه می گردد. میزان قیری که بتواند در این محدوده، تمام معیارهای اختلاط را برآورده سازد، انتخاب می گردد.
ااگر یک یا تعداد بیشتری از معیارها برآورده نشوند لازم است تغییراتی در نوع مصالح، دانه بندی یا نوع قیر انجام شود و طرح اختلاط نیاز به تجدید نظر خواهد داشت.

۲-۹- نکات ضعف و قوت روش طرح اختلاط مارشال؛
روش طرح اختلاط مارشال، ساده و به کارگیری آن ارزان می باشد. به دلیل استفاده گسترده آن در سرتاسر جهان، تجارب بسیاری در استفاده از این روش بدست آمده است. نتایج آزمایش پایداری مارشال، در ارتباط مستقیم با کارآیی آسفالت بوده و روانی زیاد نشانگر مقاومت کم مخلوط آسفالت در مقابل شیارشدگی می باشد.
چیدمان مصالح در نمونه های مارشال متراکم نمایانگر معادل آن در مخلوط های متراکم شده در کارگاه نمی باشد و این مورد اشکال روش طرح اختلاط مارشال است. زیرا نوع تراکم در روش مارشال به صورت ضربه ای است، اما در عمل هنگام متراکم نمودن آسفالت، به آن ضربه زده نمی شود. از طرفی مصالح در نمونه های متراکم مارشال، در سطوح تراکمی بالا خرد می شوند که این اتفاق نیز در تراکم میدانی به چشم نمی خورد.

طرح اختلاط مارشال

طرح اختلاط مارشال

طرح اختلاط مارشال

روش طرح اختلاط ویم

روش طرح اختلاط ویم در دهه ۱۹۳۰ بوسیله آقای فرانسیس ویم و همکارانش در شعبه کالیفرنیای اداره بزرگراه های ایالات متحده تهیه شد. روش طرح اختلاط ویم بوسیله مؤسسه آسفالت، به صورت تفصیلی و دقیق در دستورالعمل روش های طرح اختلاط برای بتن آسفالتی و سایر مخلوط های گرم تشریح شده است.
طریقه طرح اختلاط ویم شامل مؤلفه های اصلی زیر می شود:

۳-۱- انتخاب مصالح و قیر؛
انتخاب مصالح و قیر مورد استفاده مشابه عملی که در روش طرح اختلاط مارشال توضیح داده شده انجام می گردد.

۳-۲- برآورد و تخمین میزان قیر بهینه؛
آزمایش هم ارز سانتریفوژ نفت (CKE) بر روی مصالح ریز دانه به منظور تعیین CKE و محاسبه سطوح مصالح سنگی انجام می شود. آزمایش ظرفیت و توانایی سطحی بر روی مصالح درشت دانه برای تعیین درصد روغن نگه داشته شده، انجام می گردد . سپس CKE و درصد روغن نگه داشته شده، سطح محاسبه شده مصالح و چگالی ویژه ظاهری مصالح ریز دانه و درشت دانه به منظور برآورد میزان قیر بهینه از طریق مجموعه نمودارها و جداولی به کار می روند.

۳-۳- آماده سازی مخلوط های آسفالت؛
نمونه های مخلوط آسفالتی، در شش درصد قیر مختلف، با اختلاف ۵/۰ درصد آماده می شوند. چهار نمونه با حجم قیر بیشتر از حد بهینه برآورده شده، یکی معادل میزان بهینه برآورد شده و دیگری در درصد قیری کمتر از میزان بهینه ساخته می شوند. دمای اختلاط تابعی از نوع قیر می باشد. برای قیر (AC-10) دمای مشخص اختلاط، ۱۴۹-۱۳۵ درجه سانتیگراد می باشد، در حالیکه برای (AC-40) ، این دما برابر ۱۶۳- ۱۴۹ درجه سانتیگراد است.

۳-۴- متراکم سازی نمونه ها؛
پس از اختلاط، مخلوط به مدت ۱۵ ساعت در یک کوره با دمای ۶۰ درجه سانتیگراد عمل آوری می شود. پس از آن مخلوط مجدداً تا دمای ۱۱۰ درجه سانتیگراد حرارت داده می شود و در متراکم کننده ورز دهنده کالیفرنیا متراکم می گردد. توصیف دقیق وسیله متراکم سازی و روش اجرا در دستور العمل ASTM D 1561 آورده شده است . نمونه در قابل استوانه ای با قطر mm 101.6 بوسیله عمل ورز دادن، متراکم می گردد. این کار بوسیله بارگذاری استاتیک تا صاف و صیقلی شدن سطح نمونه متراکم، دنبال می گردد. نمونه متراکم، mm 101.6 قطر و تقریباً mm 63.5 ارتفاع دارد.

۳-۵- آزمایش مخلوط متراکم شده؛
نمونه های ویم متراکم در دمای ۶۰ درجه سانتیگراد در پایداری سنج ویم برای تعیین مقدار پایداری و استقامت روش ویم، آزمایش می شوند. از آنجا که آزمایش پایداری سنج ویم یک آزمایش غیر مخرب می باشد، وزن مخصوص حجمی نمونه پس از تکمیل آزمایش پایداری سنج ویم تعیین می گردد.
دستگاه پایداری سنج ویم و روش آزمایش به صورت تفصیلی در دستورالعمل ASTM D 1560 تشریح شده است مقدار (S) ، بصورت عددی بیان می شود که از ۰ تا ۱۰۰ متغیر است. مقدار S بالاتر، مخلوطی با پایداری و استحکام بیشتر را نشان می دهد. با توسعه روش ویم، این نتیجه حاصل شد که مقدار (S) از ۲۸ تا ۳۰ می تواند برای تشخیص روسازی هایی که در معرض شیارشدگی هستند استفاده شود. مقدار S مورد نیاز حداقل تا ۳۷ ( برای شرایط ترافیکی سنگین ) افزایش یافته است. مقدار S ، معمولاً ، اندازه زاویه اصطکاک داخلی در معادله مقاومت برشی کلمب در نظر گرفته می شود.
کلمب در قرن هفدهم میلادی پوش گسیختگی موهر را به صورت یک تابع خطی از تنش قائم در نظر گرفت و پارامترهای گسیختگی Cو ɸ را وارد پوش گسیختگی نمود. این رابطه که به پوش گسیختگی موهر کلمب معروف شده است به صورت زیر تعریف می شود:

t=C+σ n tan (ɸ)
رفتار بتن آسفالتی را می توان با تئوری شکست موهر- کلمب مورد آنالیز قرار داد. این تئوری مقاومت برشی بتن آسفالتی را با دو پارامتر چسبندگی و اصطکاک داخلی اندازه گیری می نماید. در واقع زوایه اصطکاک داخلی در مخلوط های آسفالتی نشان دهنده اثر متقابل برهمکنش میان ذرات می باشد.
از نظر مهندسی روسازی، بالا بودن اصطکاک داخلی برای مخلوط آسفالتی یک مزیت محسوب می شود . مقدار S روش ویم در ارتباط مستقیم با مقاومت برشی بوده و در نتیجه منجر به مقاومت در مقابل شیار شدگی مخلوط آسفالت می گردد.
آزمایش تورم نیز بر روی نمونه های متراکم، برای تعیین مقاومت مخلوط در برابر آب انجام می شود. اساساً این آزمایش، تورم یک نمونه متراکم را پس از غوطه ور شدن در آب به مدت ۲۴ساعت، اندازه گیری می نماید. توصیف تفصیلی و دقیق آزمایش تورم در دستورالعمل روش های طرح اختلاط برای بتن آسفالتی و سایر انواع مخلوط های گرم یافت می شود. مقدار تورم زیاد، نشان دهنده مقاومت اندک مخلوط آسفالتی می باشد.

۳-۶- محاسبه تخلخل نمونه ها؛
فضای خالی نمونه ها از وزن مخصوص حجمی ظاهری نمونه و وزن مخصوص بیشینه مخلوط ، محاسبه می گردد.

۳-۷- معیار طرح اختلاط ویم؛
سه معیار طرح اختلاط به کار رفته بوسیله روش ویم شامل موارد زیر می باشد:
(۱)مقدار S مورد نظر مینیمم،
(۲) فضای خالی مینیمم ۴ درصد،
(۳) تورم مجاز حداکثر که بوسیله آزمایش تورم اندازه گیری می شود.
مقدار حداقل S توصیه شده توسط مؤسسفه آسفالت، ۳۰، ۳۵، ۳۷ برای ترافیک طراحی شده سبک، متوسط و سنگین می باشد.

۳-۸- تعیین میزان قیر بهینه ؛
میزان قیر بهینه، بالاترین مقدار قیری است که سه معیار طرح اختلاط ویم ارائه می کنند.

۳-۹- نقاط قوت و ضعف روش طرح اختلاط ویم؛
روش طرح اختلاط ویم به طور موفقیت آمیزی برای طراحی مخلوط های آسفالت مقاوم در مقابل شیارخوردگی استفاده شده است. مقدار (S) که یک معیار و ملاک در روش طرح اختلاط ویم می باشد، مربوط به مقاومت شیار خوردگی مخلوط آسفالت است. ایراد روش ویم این است که آزمایش پایداری سنجی ویم یک آزمایش تجربی است و به طور عمده و گسترده شناخته شده و کاربردی نمی باشد.

روش طرح اختلاط ویم

روش طرح اختلاط سوپرپیو

روش طرح اختلاط سوپرپیو، روش طرح اختلاط جدیدی است که به عنوان نتیجه برنامه تحقیقاتی استراتژیک بزرگراه (SHRP) از ۱۹۸۸ تا ۱۹۹۳، معرفی شد. هنگامی که روش طرح اختلاط سوپرپیو، بوسیله محققان SHRP انجام شد، تصمیم بر آن بود که سه سطح طراحی داشته باشد.
سطح اول طرح، تنها شامل انتخاب مصالح و توزین و تناسب حجمی که برای استفاده در جاده های با ترافیک سبک با کمتر از ۱ میلیون ESALS در نظر گرفته شد. سطح دوم طرح، شامل عرضه نیروی طرح به اضافه راهبرد اجرای آزمایش های پیش بینی بود و برای استفاده در طرح روسازی هایی با ESALs بین ۱ تا ۱۰ میلیون در نظر گرفته شد. سطح سوم طرح شامل مرحله تلاش و عرضه طراحی به اضافه هدایت آزمایش های پیش بینی اجرایی بهبود یافته بود و برای روسازی هایی با ترافیک سنگین با ESALs بیش از ۱۰ میلیون در نظر گرفته شد.
روش طرح اختلاط حجمی سوپر پیو شامل مؤلفه های اصلی زیر می باشد:

۴-۱- انتخاب قیر؛
قیر آسفالت باید سطح عملکرد (PG) مناسبی داشته باشد به نحوی که الزامات AASHTO MP1 a-04 [2004] را برآورده کند و برای شرایط آب و هوایی و ترافیکی محل پروژه مناسب باشد.

۴-۲- انتخاب مصالح؛
مصالح ترکیب شده باید نیازهای زیر را مرتفع نمایند:
الف- حداکثر اندازه اسمی (ظاهری) – بیشینه اندازه و ابعاد اسمی مصالح باید ۹.۵ تا ۱۹ میلی متر برای رویه آسفالتی گرم و ۱۹ تا ۳۷.۵ میلی متر برای لایه اساس آسفالتی گرم باشد.
ب- نقاط کنترل دانه بندی – منحنی دانه بندی باید از نقطه های کنترل مشخص در جدول ۱ بگذرند.

جدول (۱) – نقاط کنترل دانه بندی مصالح در طراحی به روش سوپرپیو

روش طرح اختلاط سوپرپیو

ج- منطقه محدوده شده دانه بندی– در مدل اولیه روش طرح اختلاط سوپرپیو توصیه می شود که منحنی دانه بندی نباید از مناطق ممنوعه عبور کند. در عین حال، نتایج تحقیق اخیر نشان داده است که مخلوط هایی با دانه بندی هایی که از منطقه ممنوع تجاوز کرده اند، توانسته اند به طور مشابه یا بهتر از مصالحی که از آن نگذشته اند، اجرا شوند.
در گذشته، در صورتی که دانه بندی مصالح از زیر منطقه محدود شده عبور می کرد به عنوان درشت دانه بندی شده و اگر از بالای منطقه محدود شده می گذشت به عنوان ریز دانه بندی شده، طبقه بندی می شد. با حذف منطقه ممنوعه، اگر نمودار دانه بندی از پایین نقطه کنترل اولیه (PCS) عبور کند، آن مصالح به عنوان درشت دانه ، طبقه بندی می شود. نقطه کنترل در جدول ۲ مشخص است . سایر دانه بندی ها، به عنوان ریز دانه طبقه بندی می شوند.

جدول (۲)- طبقه بندی دانه بندی های مصالح در روش سوپرپیو

روش طرح اختلاط سوپرپیو

د-خواص مصالح رایج- چهار مورد در مسأله خواص مصالح به شرح ذیل می باشند.
-مصالح درشت دانه باید حداقل درصد شکستگی را طبق ASTM D5821 بیان شده برآورد سازند.
– در مورد مصالح ریز دانه باید AASHTO T304 برآورده شود.
– مصالح باید الزامات مربوط به ارزش ماسه ای را مطابق AASHTO T176 برآورده نماید.
– مصالح باید الزامات را در مورد درصد مجاز مصالح ورقه ای و سوزنی ( مطول و مورق ) مطابق ASTM D4791 برآورده سازند.
معیار طرح اختلاط رویه آسفالت برای این چهار خاصیت توافقی، در جدول ۳ نشان داده می شوند.

روش طرح اختلاط سوپرپیو
ه- الزامات اولیه خصوصیات مصالح- مصالح باید تمام الزامات اولیه، مانند ساییدگی لوس آنجلس و مقاومت در مقابل عوامل شیمیایی را بر آورده کنند.

۴-۳- آماده سازی مخلوط های آسفالت؛
مصالح و قیر در دمایی که در آن ویسکوزیته کینماتیکی قیر cSt 20± ۱۷۰ است مخلوط می شوند. سپس مخلوط آسفالتی در یک کوره هوای تحت فشار، برای ۴ ساعت قبل از متراکم سازی در دمای ۱۳۵ درجه سانتی گراد حرارت داده می شوند.

۴-۴- متراکم سازی مخلوط های آسفالت؛
متراکم سازی مخلوط آسفالتی همانطور که در AASHTO T312 توضیح داده شده است، در متراکم کننده دورانی آسفالت انجام می شود. متراکم کننده های دورانی آسفالت با GTM که در آن زاویه دوران متغیر است تفاوت دارد. زاویه دوران در متراکم کننده های دورانی، ثابت است در حالیکه این زاویه در GTM می تواند بر اساس پایداری و استحکام مخلوط آزمایش شده تغیر کند.
پارامترهای اعمالی در متراکم کننده دورانی رویه آسفالت به شرح زیر می باشند:
الف- فشار عمودی پیستون: ۶۰۰ کیلو پاسکال
ب- زوایه دورانی: زاویه ثابت ۱.۲۵ درجه
ج- سرعت : ۳۰ دور در دقیقه
د- قطر نمونه : mm 150
ه- ارتفاع نمونه : mm 115
متراکم سازی در دمایی که در آن ویسکوزیته کینماتیکی قیر برابر
cSt 30± ۲۸۰ است انجام می شود. تعداد دوران های انجام شده، همانطور که در جدول ۶ نشان داده شده است، تابعی از سطح ترافیک طراحی می باشد. برای هر سطح ترافیک طراحی، سه سطح متراکم سازی به نام های تعداد دوران اولیه (N_ini)، تعداد دوران طراحی (N_des) و تعداد دوران بیشینه (N_max) موجود می باشند. نمونه با تعداد دورانی برابر با تعداد دوران طراحی متراکم می گردد و در این حالت ارتفاع نمونه به طور مداوم ثبت می شود. پس از تراکم نمونه از قالب خارج می شود و وزن مخصوص ظاهری و ماکزیمم آن تعیین می گردد. تراکم حجمی اندازه گیری شده واقعی با تراکم محاسبه شده بر مبنای ارتفاع نمونه مقایسه می شود و یک فاکتور تصحیح محاسبه می گردد. این فاکتور یا شاخص تصحیح و ارتفاع نمونه در تعداد دوران اولیه سپس برای محاسبه تراکم و تعیینG_mm نمونه در تعداد دوران اولیه به کار می روند. بعد از تعیین میزان قیر طرح، نمونه هایی با میزان قیر طرح نیز تا تعداد دوران بیشینه به منظور تعیین G_mm مخلوط در این تعداد دوران متراکم می شوند.

جدول (۴) – تعداد دوران لازم در متراکم کننده دورانی سوپرپیو

روش طرح اختلاط سوپرپیو
۴-۵-تعیین میزان قیر طرح؛
میزان قیر طرح مقدارقیری است که در آن مخلوط آسفالت در تعداد دوران طراحی، میزان تخلخل ۴ درصد ( یا %۹۶- G_mm) دارد و این در حالی است که تمام الزامات طرح اختلاط برآورده می شوند. این الزامات طرح اختلاط در بخش بعد معرفی می گردند.

۴-۶- الزامات طرح اختلاط رویه آسفالتی؛
طرح اختلاط آسفالت باید تمامی الزامات زیر را برآورده سازد:
الف- قیر و مصالح باید تمام نیازهای معرفی شده در بخش های پیشین را برآورده سازند.
ب- مخلوط آسفالتی باید هنگامی که تا تعداد دوران طراحی متراکم می گردد دارای تخلخل ۴% باشد.
ج- درصد فضای خالی سنگدانه های مخلوط متراکم در تعداد دوران طراحی باید حداقل الزامات را به صورتی که در جدول ۵ نشان داده شده است برآورده کنند.

جدول (۵) – محدوده مشخصات مخلوط آسفالتی در روش سوپر پیو

روش طرح اختلاط سوپرپیو
د- درصد فضای خالی پرشده با قیر ( حفره های پرشده با قیر) مخلوط متراکم در تعداد دوران طراحی باید در بازه مشخص مطابق جدول ۵ قرار گیرند.
ه- نسبت فیلر به قیر که نسبت وزن پرکننده معدنی به وزن قیر می باشد، باید بین ۰.۶ و ۱.۲ باشد.
و- مقدار G_mm % مخلوط آسفالت که تا تعداد دوران اولیه متراکم می شود نباید از حدود نشان داده شده در جدول ۵ تجاوز کند. مقدار G_mm% مخصوط متراکم تا تعداد دوران بیشینه نباید از ۹۸% بیشتر شود.
زز- هنگامی که مخلوط آسفالت بوسیله متراکم کننده دورانی، تا تخلخل ۷ درصد فشرده می گردد و در آزمایش AASHTO Designation T283 برای تعیین مقاومت مخلوط قیری متراکم شده در برابر آسیب ناشی از رطوبت، آزمایش و کنترل می گردد، باید نسبت تنش کششی حداقل ۸۰% داشته باشد.

۴-۷- نکات مثبت و محدودیت ها و ضعف های روش طرح اختلاط حجمی رویه آسفالت؛
نکات مثبت روش طرح اختلاط سوپرپیو این است که متراکم کننده دورانی رویه آسفالت نیروی متراکم کننده زیادی را به مخلوط آسفالت وارد می آورد. مخلوط آسفالتی که نمی تواند فشار متراکم کننده را تحمل کند، ضعیف است و باید در این فرآیند حدف گردد. دیگر جنبه مثبت روش طرح اختلاط رویه آسفالت این است که نیاز به استفاده از مصالح با کیفیت بالا دارد که معمولاً موجب اجرای بهتر مخلوط های آسفالت می شوند.
متأسفانه تاکنون هیچ اجرای مرتبط با آزمایشی در روش طرح اختلاط حجمی رویه آسفالت استفاده نشده است. مخلوط هایی که معیار این طرح اختلاط را برآورده می کنند شدیداً متفاوت از اجرای کارگاهی هستند.

روش طرح اختلاط سوپرپیو

روش طرح اختلاط ژیراتوری

ماشین آزمایش دورانی GTM توسط John McRae در حین کار برای ایستگاه آزمایشگاهی راه آبی هیئت مهندسین ایالات متحده در میسیسپی ساخته شد. این دستگاه هم یک وسیله متراکم سازی و هم یک دستگاه آزمایش برای مخلوط آسفالت می باشد. توصیف GTM و روش آزمایش آن در ASTM D 3387 مشخص شده است. شکل شماتیک این دستگاه در شکل (۱) نشان داده شده است.

روش طرح اختلاط ژیراتوری
شکل (۱) – شکل شماتیک دستگاه (GTM)

متغیرهای متراکم سازی در GTM شامل موارد زیر می باشند:

(۱)فشار پیستون – فشار عمودی پیستون ، همانطور که روسازی جاده بوسیله غلتک در حین ساخت و بوسیله ترافیک در حین استفاده متراکم می گردد، فشار تماس لاستیک را بر روی رویه جاده را شبیه سازی می کند. فشار پیستون ۱۲۰ پاوند بر اینچ مربع می باشد و نوعاً برای شبیه سازی بیشترین فشار برخورد لاستیک پیش بینی شده بر روسازی های بزرگراه به کار می رود.

(۲) زاویه دوران – زاویه چرخشی یا دورانی، به طور تجربی مربوط به کرنش به کار رفته بر روی روسازی می باشد. زاویه دورانی بزرگتر، نیروی متراکم کننده بیشتری را ایجاد خواهد کرد. عموماً زاویه دورانی ۱ تا ۳ درجه به عنوان زاویه دورانی اولیه استفاده می شود.

(۳) نوع غلتک – سه نوع غلتک مختلف می توانند به کار روند. غلتک های ثابت، روغنی و هوایی. غلتک های ثابت، آسانترین نوع برای استفاده هستند. در عین حال، استفاده از غلتک های روغنی یا هوایی، دستگاه را قادر می سازند تا بارگذاری های صورت گرفته بوسیله غلتک ها اندازه گیری شده و مقاومت برشی دورانی نمونه تعیین شود.

(۴) تعداد دوران ها – نیروی تراکمی با تعداد بیشتر دوران ها افزایش می یابد. حدوداً ۶۰ تا ۳۰۰ دوران برای ایجاد شرایط تراکم نهایی به کار می روند.

مشخصات زیر در حین متراکم سازی GTM و آزمایش، اندازه گیری می شوند:

(۱)ژیراگراف – ژیروگراف، یک وسیله ثبت و ضبط کرنش برشی شده به نمونه در حین متراکم سازی است.
یک مثال از ژیروگراف در شکل (۲) نشان داده می شود.

روش طرح اختلاط ژیراتوری
شکل (۲) – ژیروگراف آزمایش (GTM)

خصوصیات زیر را می توان به کمک ژیروگراف محاسبه شود:

GSI= θF⁄θI
GSI – شاخص پایداری دورانی
θ_F – زاویه دورانی بیشینه
θ_I – زاویه دورانی متوسط
ییک مخلوط پایدار دارای GSI حدود ۱ می باشد مقدار GSI بزرگتر از ۱ ناپایداری مخلوط را نشان می دهد.

(۲)مقاومت برشی دورانی – هنگامی که از غلتک هوا یا روغنی استفاده می شود، مقاومت برشی نمونه در حین متراکم سازی قابل اندازه گیری می باشد. شکل (۳) نیروهای وارد بر نمونه در حین متراکم سازی GTM را نشان می دهد.

روش طرح اختلاط ژیراتوری
شکل (۳) – نیروهای اعمال شده در آزمایش (GTM)

با متعادل ساختن گشتاورهای وارد بر نقطه O ، همانطور که در شکل نشان داده می شود، معادله زیر می تواند نوشته شود:

۲PL=SG Ah+2Fa-Vb

مقاومت برشی دورانی، S_G می تواند به صورت زیر تعیین شود:

SG=[2(PL-Fa)+Vb]/Ah

با صرفنظر کردن از اصطکاک دیواره (F) و گشتاور حاصل خروج از مرکزیت (Vb)، مقاومت برشی دورانی به صورت زیر تعیین می شود:

SSG=2PL/Ah

(۳)ارتفاع نمونه – روش طرح اختلاط GTM از رویکردی استفاده می کند که کاملاً از آنچه در روش طرح اختلاط حجمی سوپرپیرارائه شده متفاوت است. روش طرح اختلاط GTM خواص حجمی را به صورت معیار طرح اختلاط استفاده نمی کند. در عوض، از خواصی که مستقیماً مربوط به مقاومت برشی و مقاومت شیارشدگی به صورت شاخص های اجرا هستند، استفاده می نماید. دستورالعمل ASTM D3387-83 روش طرح اختلاط با استفاده از GTM را توضیح می دهد. این استاندارد در حال حاضر به روز می شود. آخرین روش طرح اختلاط GTM که در استاندارد به روز ASTM D3387 توضیح داده خواهد شد، از ویژگی های آزماش GTM به شکل زیر استفاده می کند:
۱)فشار پیستون: فشار تماس و برخورد پیش بینی شده بیشینه لاستیک خودرو.
۲)نوع غلتک : بادی یا روغنی.
۳) زاویه دورانی اولیه :۲^°
۴)فشار اولیه غلتک: فشاری که مقاومت برشی دورانی محاسبه شده معادل با بیشینه تنش برشی پیش بینی شده در روسازی را ارائه می دهد.
۵۵) دمای متراکم سازی : دمای پیش بینی شده دستگاه.

روش طرح اختلاط شامل مراحل و گام های اصلی زیر می باشد:

(۱)حداقل ۳ درصد قیر در نظر گرفته می شود. یکی در میزان قیر بهینه برآورده شده و درصد قیر بعدی هریک با اختلاف ۰.۵ درصد بالا و پایین این مقدار در نظر گرفته می شوند. به ازای هر درصد قیر و هر ترکیب مصالح حداقل ۲ نمونه ساخته خواهد شد.

(۲)مصالح و قیر در دمای پیش بینی شده مخلوط می گردند.

(۳) متراکم کردن مخلوط در GTM تا حصول شرایط تعادل ادامه می یابد. شرایط تعادل، هنگامی است که در ازای ۵۰ دوران، تغییرات جرم حجمی کمتر از ۰.۵ پاوند بر فوت مکعب یا ۰.۰۰۸ گرم بر سانتیمتر مکعب تغییر کند.

(۴) تعیین کردن GSI ( از ژیروگراف ) و S_G ( از فشار غلتک ) در شرایط تعادل. میزان قیر بهینه، میزان قیر ماکزیمم است. مقدار GSI معادل ۱، و S_G معادل یا بزرگتر از تنش برشی پیش بینی شده روسازی می باشد. برآورد محافظه کارانه تنش برشی می تواند معادل با فشار ماکزیمم لاستیک فرض شود.

۵-۱- نکات مثبت و ضعف های طرح اختلاط GTM ؛
نکات مثبت این روش طرح اختلاط بصورت زیر می باشند:

(۱)مخلوط های آسفالت متراکم شده GTM ، تا حدود زیادی نمایانگر و معرف مخلوط های کارگاه می باشند.
(۲) مقدار برشی دورانی S_G معیاری از مقاومت برشی بوده و مرتبط با مقاومت شیارشدگی می گردد.
(۳) مقدار GSI بیشتر از ۱، ناپایداری و استحکام کم مخلوط آسفالت را نشان می دهد.
(۴) نیازی به خواص حجمی نبوده و مخلوط ها می توانند سریعاً ارزیابی شوند.
(۵) مخلوط ها تا شرایط متراکم سازی نهایی متراکم می شوند. مخلوط های ناپایدار می توانند در حین متراکم سازی مشخص شوند.

اشکال احتمالی روش طرح اختلاط GTM ، این است که این روش به طور گسترده شناخته شده و کاربردی نیست. ضعف دیگر روش این است که تنها مقاومت شیارشدگی مخلوط ارزیابی می گردد، ر حالیکه مقاومت در مقابل ترک خوردگی، در این روش طرح اختلاط، ارزیابی نمی گردد.