تقنيات إنتاج خلطات الأسفلت الدافئ WMA

تقنيات إنتاج WMA:

تعمل تقنيات الخلط الدافئ (WMA) فوق 100 درجة مئوية، وبالتالي فإن كمية الماء المتبقية في المزيج صغيرة جدًا، يتم استخدام تقنيات مختلفة لتقليل اللزوجة الفعالة للمادة اللاصقة مما يتيح الطلاء الكامل والضغط اللاحق في درجات حرارة منخفضة.

الأساليب الأكثر شيوعًا هي:

المضافات العضوية:

يمكن استخدام المضافات العضوية المختلفة لخفض لزوجة المادة الرابطة (القار) عند درجات حرارة أعلى من 90 درجة مئوية، مادة مضافة شائعة الاستخدام هي شمع برافين خاص ينتج عن طريق تحويل الغاز الطبيعي، تعطي المضافات العضوية عادةً انخفاضًا في درجة الحرارة يتراوح بين 20-30 درجة مئوية بينما تعمل أيضًا على تحسين مقاومة تشوه الأسفلت المعدل.

إضافات كيميائية:

المضافات الكيميائية لا تغير لزوجة البيتومين، كمواد خافضة للتوتر السطحي فإنها تعمل في الواجهة المجهرية للركام والبيتومين، فهي تنظم وتقلل قوى الاحتكاك عند تلك الواجهة في نطاق درجات حرارة تتراوح عادة بين 140 و85 درجة مئوية، لذلك من الممكن خلط البيتومين والركام وضغط الخليط عند درجة حرارة منخفضة، قد تقلل المضافات الكيميائية درجات حرارة المزيج والضغط بحوالي 20-40 درجة مئوية.

تقنيات الإرغاء:

لبدء عملية إرغاء البيتومين، يتم تطبيق مجموعة من تقنيات الرغوة لتقليل لزوجة البيتومين، ويتم استخدام وسائل مختلفة لإدخال كميات صغيرة من الماء في البيتومين الساخن، ويتحول الماء إلى بخار، ويزيد من حجم البيتومين ويقلل من لزوجته لفترة قصيرة، يسمح تمدد البيتومين بطلاء الركام في درجات حرارة منخفضة وتدعم الرطوبة المتبقية ضغط الأسفلت في موقع البناء، درجات حرارة الإنتاج والرصف يمكن اختزالها بالتوازي.

يشيع استخدام طريقتين للإرغاء:

• الطريقة المباشرة للرغوة هي حقن كمية صغيرة من الماء المتحكم بها في القار الساخن عبر فوهات الرغوة، ينتج عن هذا زيادة كبيرة ولكن مؤقتة في الحجم الفعال للمادة اللاصقة، مما يسهل الطلاء في درجات حرارة منخفضة، يتبقى بعض البخار في البيتومين أثناء الضغط مما يقلل اللزوجة الفعالة ويسهل الضغط، وعند التبريد، يعود الموثق إلى طبيعته، حيث أن كمية الماء ضئيلة، يمكن أن تتيح هذه التقنية تقليل درجة حرارة خليط الأسفلت بحوالي 20 إلى 40 درجة مئوية.

• تستخدم تقنية الرغوة غير المباشرة معدنًا كمصدر لمياه الرغوة، يشيع استخدام المعادن المحبة للماء من عائلة الزيوليت، وتحتوي على حوالي 20 في المائة من الماء البلوري، والذي يتم إطلاقه فوق 100 درجة مئوية، ينتج عن هذا الإطلاق للمياه تأثير رغوي متحكم في، والذي يمكن أن يوفر قابلية تشغيل محسنة لمدة 6 إلى 7 ساعات، أو حتى تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 100 درجة مئوية، ينتج عن الرغوة قابلية تشغيل محسّنة للخليط والتي يمكن أن تسمح لاحقًا بانخفاض درجة حرارة المزيج بحوالي 30 درجة مئوية مع أداء ضغط مكافئ.

تستخدم تقنية الرغوة غير المباشرة الثانية الرطوبة على الرمال (أو RAP) لتوليد رغوة طبيعية، إنها تقنية متسلسلة، الركام الخشن الذي يمثل حوالي 80٪ من تصميم المزيج يتم تجفيفه، تسخينه إلى 130-160 درجة مئوية، ثم يتم تغطيته بالبيتومين، وبالتالي تكوين طبقة رابطة سميكة على الجزيئات الخشنة، تتضمن المرحلة التالية إضافة الجزء البارد، الرطب، حيث تتسبب الرطوبة التي تلامس البيتومين الساخن في حدوث رغوة مما يسهل طلاء RAP البارد والرطب أو الركام الناعم.

تتيح هذه التقنية خفض درجة الحرارة نفسه مثل الرغوة المباشرة من خلال الفتحات، حوالي 20 إلى 40 درجة مئوية، بجانب التقنيات المذكورة أعلاه، توجد أيضًا منتجات مجمعة يمكن استخدامها لإنتاج الأسفلت الدافئ، مثل المنصات ذات الألياف والزيوليت أو الألياف ذات الإضافات العضوية.

أداء مكافئ لـ WMA:

تظهر العديد من الدراسات أن أداء وخصائص خلطات WMA أثناء الخدمة مكافئة لتلك الموجودة في الخلطات التقليدية، بل إنها في كثير من الأحيان أفضل، تقدم ورقة موقف EAPA “استخدام مزيج دافئ من الأسفلت”.

هناك عدة أسباب للأداء الجيد لـ WMA، نتيجة لتحسين قابلية التشغيل، يمكن تحقيق كثافة مضغوطة أعلى، حيث تقلل هذه الكثافة العالية من تصلب البيتومين على المدى الطويل أثناء الخدمة، كما تمنع دخول الماء، حيث يمكن أن تقلل درجات حرارة الإنتاج المنخفضة أيضًا من شيخوخة البيتومين أثناء مرحلة الإنتاج، والتي يمكن أن تحسن بشكل إضافي من مقاومة التكسير الحراري والتعب للأسفلت، كما تم تقديم مراجعة للتجارب الميدانية لتقنيات WMA التي أجريت في بلدان مختلفة في العالم، مع التركيز على اختلافات الأداء بين WMA وHMA التقليدي.

فوائد الWMA:

تتمثل أهم فائدة لاستخدام الخلطة الدافئة في انخفاض مستوى التعرض لدخان البيتومين أثناء عمليات الرصف مقارنةً بأسفلت المزيج الساخن، حيث يدعم مستوى التعرض المنخفض هذا هدف صناعة الأسفلت الأوروبية في تقليل أبخرة البيتومين أثناء عمليات الرصف لتحسين بيئة العمل لعمال الأسفلت، السبب الثاني هو تقليل الطاقة، وخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، حيث تسعى صناعة الأسفلت الأوروبية جاهدة للمساهمة في ذلك وبدء إجراءات للحد من الانبعاثات.

أ. فوائد عمال الأسفلت:

تقلل درجات حرارة الخلط والرصف المنخفضة انبعاثات الدخان والروائح وتخلق ظروف عمل أكثر برودة لعمال الأسفلت، كقاعدة عامة، يتم تقليل إطلاق الدخان بحوالي 50٪ لكل انخفاض في درجة الحرارة بمقدار 12 درجة مئوية، لذا فإن خفض درجة الحرارة بمقدار 25 درجة مئوية سيؤدي إلى تقليل انبعاثات الدخان بنحو 75٪ (انظر الرسم البياني)، وهذا الانخفاض في الانبعاثات هو أهم سبب لتحفيز صناعة الأسفلت الأوروبية على استخدام مزيج الأسفلت الدافئ.

ب. فوائد بيئية:

بسبب انخفاض درجة حرارة إنتاج WMA، هناك حاجة إلى وقود أقل لتسخين الركام، ينتج عن هذا انبعاثات أقل من مصنع الأسفلت، تختلف التخفيضات الفعلية بناءً على عدد من العوامل ويجب النظر فيها على أساس كل حالة على حدة.

وبالمختصر: يؤدي خفض درجة حرارة الإنتاج في عمليتي WMA و Half Warm Asphalt إلى تخفيضات كبيرة في انبعاثات المداخن، حيث يقلل استخدام الوقود والطاقة المنخفض من إنتاج غازات الاحتباس الحراري ويقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والكربون، وتساعد درجات حرارة الخلط والرصف المنخفضة على تقليل الأبخرة والانبعاثات والروائح وتقليل احتمال تعرض العمال للانبعاثات المنفلتة من المصنع.

ج. فوائد التصنيع والرصف:

يتميز استخدام الخلطة الدافئة للأسفلت بالعديد من المزايا، ليس فقط لمزيج الأسفلت نفسه ولكن أيضًا لعملية التصنيع:

فوائد التصنيع:

تؤدي درجات حرارة الأسفلت إلى تقليل تصلب البيتومين، وهي المادة الرابطة أثناء التصنيع، وتعمل درجات حرارة الإنتاج المنخفضة على تقليل الضغط الحراري على مكونات المصنع، حيث يتوافق WMA تمامًا مع استخدام الأسفلت المستصلحة، WMA متوافق تمامًا مع استخدام RAP.

د. فوائد عمليات الرصف:

يحسن استخدام الخلطة الدافئة من الأسفلت خصائص مناولة الأسفلت ويخلق بيئة (عمل) أكثر راحة لعمال الأسفلت والعامة بالقرب من مواقع العمل، وبالنسبة لبعض التقنيات مثل الرغوة، يمكن ضغط WMA عند درجة حرارة أقل من HMA التقليدي للحصول على درجة معادلة من الضغط، وبدلاً من ذلك، فإن إنتاج WMA عند درجات حرارة HMA سيسمح بوقت ممتد للنقل والضغط، لذلك يمكن تقديم مواقع أكثر بعدًا من كل مصنع بنفس درجة قابلية التشغيل، أو تمديد فترة قابلية التشغيل لتحقيق نفس درجة الضغط، أو يمكن تحقيق درجة ضغط أعلى عند نفس درجة حرارة (HMA)، يمكن أن يؤدي هذا أيضًا إلى إطالة موسم التمدد إلى أشهر الشتاء الباردة أو العمل الليلي.

ويمكن استخدام WMA في التصحيحات العميقة، حيث يتم تقييد الموقع، نظرًا لأن درجة الحرارة المنخفضة تبدأ WMA بحرارة أقل، فإنها ستبرد بشكل أسرع إلى درجات الحرارة المحيطة، لذلك، يمكن فتح الموقع لحركة المرور في مرحلة مبكرة.

WMA مهم لعمليات الرصف في الأنفاق (ومواقف السيارات)، حيث إنه يخلق بيئة عمل أكثر راحة وأفضل لعمال الأسفلت.

WMA والمعايير الأوروبية:

لا تمنع المعايير الأوروبية “للخلائط البيتومينية” (EN 13108-1 to -7) استخدام خليط الأسفلت الدافئ، حيث تشمل المعايير الأوروبية درجات الحرارة القصوى لخلائط معينة، ولكن لا توجد درجات حرارة دنيا، حيث يتم الإعلان عن درجة الحرارة الدنيا لمزيج الأسفلت عند التسليم من قبل الشركة المصنعة، تحتوي المعايير أيضًا على أحكام للتعامل مع المخاليط المحتوية على مواد مضافة، والتي تخضع لإثبات الأداء المكافئ، وبالتالي، لا ينبغي النظر إلى المعايير الأوروبية على أنها عائق أمام إدخال WMA.

العواقب المترتبة على مصنع الأسفلت عند إنتاج WMA:

يؤثر خلط الأسفلت في درجات حرارة منخفضة على عملية الإنتاج بأكملها، هناك تغييرات في العملية مرتبطة بشكل مباشر بتقنية WMA المطبقة (مثل مولد الرغوة) والعواقب الأخرى أو المتطلبات الإضافية التي يحتاج مصنع الأسفلت إلى الوفاء بها (مثل النطاق التشغيلي للموقد)، حيث يمكن العثور على التفاصيل المتعلقة بالنتائج المترتبة على مصنع الأسفلت عند إنتاج WMA في إصدار 2014 من ورقة موقف EAPA على WMA.