الثقل النوعي الأقصى النظري للأسفلت- Gmm

الجاذبية النوعية القصوى النظرية (Gmm) لخليط (HMA)؛ الخلطة الإسفلتية الساخنة، هي الجاذبية النوعية باستثناء الفراغات الهوائية، وبالتالي، من الناحية النظرية، إذا تم التخلص من جميع فراغات الهواء من عينة HMA، فإن الثقل النوعي المشترك للركام المتبقي والرابط الأسفلت سيكون هو الحد الأقصى النظري للجاذبية النوعية، حيث يمكن ضرب الجاذبية النوعية القصوى النظرية بكثافة الماء (62.4 رطل/ قدم 3 أو 1000 جم/ لتر) للحصول على أقصى كثافة نظرية (TMD) أو كثافة “الأرز” (سميت على اسم جيمس رايس، الذي طور إجراء الاختبار).

الجاذبية النوعية القصوى النظرية:

تعد الجاذبية النوعية القصوى النظرية إحدى خصائص (HMA)، الحرجة لأنها تُستخدم لحساب النسبة المئوية للفراغات الهوائية في (HMA) المضغوط، ويتم استخدام هذا الحساب في تصميم مزيج (Superpave) وتحديد فراغات الهواء في المكان في الحقل.

يتم تحديد الثقل النوعي الأقصى النظري بأخذ عينة من (HMA) السائب (أي غير مضغوط)، ووزنها ثم تحديد حجمها عن طريق حساب حجم الماء الذي تزيحه، عندئذٍ يكون الوزن الأقصى النظري للجاذبية النوعية هو وزن العينة مقسومًا على حجمها.

اختبار الجاذبية النوعية:

اختبار الجاذبية النوعية الأقصى النظري القياسي هو: AASHTO T 209 و ASTM D 2041: الحد الأقصى من الثقل النوعي النظري والكثافة لخلائط الرصف البيتومينية.

يعد اختبار الجاذبية النوعية الأقصى النظري جزءًا لا يتجزأ من تصميم مزيج (Superpave) بالإضافة إلى ضمان جودة المجال، حيث يتم استخدام الجاذبية النوعية القصوى النظرية جنبًا إلى جنب مع قيم الجاذبية النوعية السائبة من نوى المجال والعينات المضغوطة في المختبر لحساب الفراغات الهوائية والفراغات الهوائية في المكان لرصيف (HMA)، يتم استخدامه أيضًا لحساب كمية الإسفلت الممتصة في خليط (HMA Vba)، والذي يستخدم بعد ذلك في تحديد محتوى الأسفلت الفعال (Pbe).

الفرضية الأساسية:

الفرضية الأساسية للجاذبية النوعية القصوى هي تقسيم كتلة العينة على حجم العينة باستثناء الفراغات الهوائية، حيث يتم تحديد الكتلة عن طريق قياس الكتلة الجافة للعينة إما في بداية الاختبار أو بعد تجفيفها في نهاية الاختبار، إلى جانب ذلك فقد يُحسب الحجم بوزن كتلة الماء المزاح بالعينة والقسمة على وحدة وزن الماء.

قياس الكثافة الموضعي:

كما تمت مناقشته سابقًا، هناك حاجة إلى الحد الأقصى النظري للجاذبية النوعية لحساب محتوى فراغ الهواء، لذلك فهي تشارك في تحديد فراغ الهواء في المكان أثناء إنشاء رصيف (HMA)، حيث تُستخدم قياسات الفراغ الهوائي في المكان كمقياس للضغط؛ وذلك لأن الضغط يقلل من حجم الهواء في (الخلطة الإسفلتية الساخنة)، لذلك، فإن السمة التي تثير القلق في الضغط هي حجم الهواء داخل تلك الخلطة المضغوط، حيث يتم قياس هذا الحجم عادةً كنسبة مئوية من الفراغات الهوائية بالحجم ويتم التعبير عنها بـ “نسبة الفراغات الهوائية”.

ويتم حساب النسبة المئوية للفراغات الهوائية من خلال مقارنة الجاذبية النوعية السائبة لعينة الاختبار (Gmb) مع الجاذبية النوعية القصوى النظرية (Gmm) وافتراض أن الفرق يرجع إلى الهواء، بمجرد معرفة (Gmm)، يمكن استخدام الأجهزة المحمولة غير المدمرة لقياس كثافة (HMA) في المكان، غالبًا ما يتم استخدام المصطلحين “نسبة الفراغات الهوائية” و”الكثافة” بالتبادل، على الرغم من أن هذا ليس خطأ، نظرًا لاستخدام الكثافة لحساب النسبة المئوية للفراغات الهوائية، فإن المعلمة الأساسية للقلق هي دائمًا نسبة الفراغات الهوائية، حيث يتم حساب النسبة المئوية للفراغات الهوائية عادةً باستخدام Gmm وGmb في المعادلة التالية:

يتم حساب النسبة المئوية للفراغات الهوائية عادةً باستخدام Gmm وGmb، وفي كل مرة يتم تحديد كثافة زمنية، يتم إجراء مقياس للجاذبية النوعية السائبة عن طريق حفر الرصيف وتحديد الجاذبية النوعية السائبة على العينة أو باستخدام طريقة اختبار غير مدمرة، ثم تتم مقارنة هذه الجاذبية النوعية السائبة بأحدث الجاذبية النظرية القصوى لتحديد الفراغات الهوائية، وفي أثناء إنتاج الخلطة الإسفلتية الساخنة) وبناء الرصيف، يجب تحديد أقصى ثقل نوعي نظري على فترات منتظمة؛ وذلك لأنه قد يتغير بمرور الوقت نظرًا لتباين محتوى وخصائص رابطة الأسفلت بالإضافة إلى خصائص الركام بمرور الوقت.

إذا تم استخدام نسبة الفراغات الهوائية كخاصية أولية لضمان الجودة، فيمكن أن يكون هناك ميل للتحكم في هذه الخاصية على حساب الآخرين، على سبيل المثال، إذا لم يتم تحقيق ضغط مناسب، فإن زيادة محتوى رابط الأسفلت سوف يملأ المزيد من الفراغات مع مادة رابطة الأسفلت، وبالتالي يقلل محتوى الفراغ الهوائي لنفس المقدار من الضغط، ومع ذلك فإن زيادة محتوى رابط الأسفلت يمكن أن يجعل خليط الخلطة الإسفلتية الساخنة أكثر عرضة للتلف أو الدفع.

العلاقة مع الثقل النوعي الآخر:

الفرق بين Gmm وGmb هو الحجم، الأوزان متطابقة، حيث إن الاختلاف في الحجم هو حجم الهواء في خليط HMA المضغوط.

العلاقات التالية صحيحة دائمًا:

Gmm ≥ Gmb.

الجاذبية النوعية الإجمالية (الجاذبية النوعية Gsb وGsa وGse وSSD السائبة) كلها تكون أكبر من أو تساوي ≥ Gmm.

وصف الاختبار:

الوصف التالي هو ملخص موجز للاختبار، إنه ليس إجراءً كاملاً ولا ينبغي استخدامه لإجراء الاختبار، حيث يمكن العثور على إجراء الاختبار الكامل في:

AASHTO T 209 و ASTM D 2041: الحد الأقصى من الثقل النوعي النظري والكثافة لخلائط الرصف البيتومينية.

يتم وزن عينة فضفاضة من (HMA) الخلطة الإسفلتية الساخنة، حيث إن المنتج في المختبر أو النبات أثناء الجفاف (لتحديد كتلتها الجافة)، ثم يتم استخدام إجراء قصير لتحديد حجم العينة، عندئذٍ يكون الحد الأقصى للجاذبية النوعية النظرية هو كتلة العينة مقسومة على حجمها، حيث أن وقت الاختبار التقريبي 45 دقيقة لكل اختبار بعد تحضير العينات (عينتان لكل اختبار نموذجيًا).

الإجراء الأساسي:

قد تكون عينات الاختبار ممثلة لخليط تم تحضيره في المختبر أو في مصنع (HMA) الخلطة الإسفلتية الساخنة، يجب أن يكون الخليط سائبًا ومفتتًا، بحيث يتم فصل الركام الناعم إلى جزيئات أصغر من 0.25 بوصة (6.25 ملم) مع الحرص على عدم تكسير الركام.

نضع عينة سائبة في درجة حرارة الغرفة في حاوية مفرغة وسجِّل الكتلة الجافة، إذا تم اختيار الوزن في الماء، فسيتم استخدام أوعية زجاجية أو بلاستيكية أو معدنية، بالإضافة إلى قوارير سميكة الجدران أو مجففات مفرغة، إذا تم اختيار الوزن في الهواء، فسيتم استخدام القوارير أو مقاييس (pycnometers).

ثم نقم بتغطية العينة بالكامل عن طريق إضافة الماء عند حوالي 77 درجة فهرنهايت (25 درجة مئوية) إلى الحاوية، ومن ثن نقم بإزالة الهواء المحاصر في العينة عن طريق تطبيق فراغ 27.75 مم زئبق (3.7 كيلو باسكال) على مقياس دوران أو قارورة لمدة 15 دقيقة، يجب تحريك الحاوية بشكل مستمر بوسائل ميكانيكية أو رجها بقوة باليد كل دقيقتين، كي نحرر الفراغ ببطء.

وزن العينة في الماء أو الهواء:

الوزن في الماء، نقم بتعليق الحاوية (المملوءة بالعينة والماء) في حمام مائي عند 77 درجة فهرنهايت (25 درجة مئوية)، لمدة 10 دقائق ونقم بتسجيل الكتلة.

الوزن في الهواء، نملأ الحاوية تمامًا بالماء عند 77 درجة فهرنهايت (25 درجة مئوية)، نحدد كتلة الحاوية المملوءة بالكامل في غضون 10 دقائق من إطلاق الفراغ.

في الركام عالي الامتصاص، قد يتسرب الماء بين الأسفلت الممتص والجسيمات الكلية، مما يؤدي إلى قياس خاطئ للوزن الجاف، لتحديد ما إذا كان قد حدث تسرب كبير، نقم بصب العينة من خلال منشفة (بحيث يتم الاحتفاظ بالدقائق الدقيقة) التي تم وضعها فوق أعلى الحاوية، نأخذ العديد من القطع الكبيرة من الركام وكسرها، نفحص الوجوه المكسورة بحثًا عن البلل، البلل يشير إلى تسرب، إذا تم الكشف عن تسرب، يجب إجراء إجراء تكميلي على العينة في نهاية الاختبار، بشكل عام، إذا كان الركام يمتص الماء بنسبة أقل من 1.5 في المائة، فلا حاجة لإجراء إضافي.

يتم تنفيذ هذا الإجراء عن طريق نشر العينة الرطبة أمام مروحة ووزنها على فترات 15 دقيقة، عندما يكون فقدان الكتلة بين الأوزان أقل من 0.05 في المائة، يُقال أن العينة جافة، يجب استخدام هذه الكتلة الجافة للحسابات، يُطلق على هذا غالبًا إجراء “التجفيف”.

النتائج:

لا توجد مواصفات للحد الأقصى للجاذبية النوعية النظرية، ولكنها تستخدم لحساب المعلمات المحددة الأخرى مثل الفراغات الهوائية (Va) في الخلائط المضغوطة في المختبر والكثافة الموضعية في الحقل.

القيم النمطية: تتراوح القيم النموذجية للثقل النوعي الأقصى النظري من حوالي 2.400 إلى 2.700 اعتمادًا على الجاذبية النوعية للركام ومحتوى رابط الأسفلت، قد ينتج عن الركام الخفيف أو الثقيل بشكل غير عادي قيمة خارج هذا النطاق النموذجي.

العمليات الحسابية (معادلة تفاعلية):

نحسب (Gmm) لأقرب جزء من الألف، كما يتم حساب الوزن بطريقة الماء:

حيث إن: A = كتلة العينة في الهواء (جم)، وC = كتلة الماء التي أزاحتها العينة (جم).

الوزن بطريقة الهواء:

أي أن: A= كتلة العينة في الهواء (جم)، D = كتلة القارورة المملوءة بالماء (جم)، E = كتلة القارورة والعينة المملوءة بالماء (جم).