كيف يتم اختبار ضغط الأسفلت؟

الضغط:

الضغط هو العملية التي يتم من خلالها تقليل حجم الهواء في خليط HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة)، وذلك باستخدام قوى خارجية لإعادة توجيه الجسيمات التجميعية المكونة إلى ترتيب متقارب، ينتج عن هذا الانخفاض في حجم الهواء زيادة مقابلة في كثافة HMA (الخلطة الأسفلتية الساخنة)، حيث يعتبر الضغط أكبر عامل محدد في أداء الرصف المتدرج الكثيف.

قياس الضغط وإعداد التقارير:

يقلل الضغط من حجم الهواء في HMA (الخلطة الأسفلتية الساخنة)، لذلك، فإن الخاصية المثيرة للقلق هي حجم الهواء داخل الرصيف المضغوط، والذي يتم قياسه عادةً كنسبة مئوية من الفراغات الهوائية، فيما يتعلق بالحجم الإجمالي ويُعبر عنها بـ “نسبة الفراغات الهوائية”، حيث يتم حساب النسبة المئوية للفراغات الهوائية من خلال مقارنة كثافة عينة الاختبار بالكثافة التي ستحصل عليها نظريًا إذا تمت إزالة جميع فراغات الهواء، والمعروفة باسم ” الكثافة القصوى النظرية ” (TMD) أو “كثافة الأرز” بعد مخترع إجراء الاختبار.

على الرغم من أن النسبة المئوية للفراغات الهوائية هي خاصية HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) ذات الأهمية، إلا أن القياسات يتم الإبلاغ عنها عادةً على أنها كثافة مقاسة فيما يتعلق بالكثافة المرجعية، يتم ذلك عن طريق الإبلاغ عن الكثافة على النحو التالي:

• النسبة المئوية من TMD (أو “نسبة الأرز”)، من السهل تحويل هذا التعبير عن الكثافة إلى فراغات هوائية؛ لأن أي حجم ليس مادة رابطة أو مجمعة أسفلت يُفترض أنه هواء، على سبيل المثال، تشير الكثافة المُبلغ عنها إلى 93 بالمائة من الأرز إلى وجود 7 بالمائة من الفراغات الهوائية (100٪ – 93٪ = 7٪).

• النسبة المئوية للكثافة التي يحددها المختبر، عادةً ما تكون كثافة المختبر عبارة عن كثافة يتم الحصول عليها أثناء تصميم المزيج.

• النسبة المئوية لكثافة شريط التحكم، شريط التحكم عبارة عن قسم قصير من الرصيف يتم ضغطه إلى القيمة المطلوبة تحت فحص دقيق ثم يستخدم كمعيار ضغط لوظيفة معينة.

تُقاس فراغات الرصيف الهوائية في الحقل بإحدى طريقتين رئيسيتين:

• يتم استخراج قلب رصيف صغير من HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) المضغوط، وإرساله إلى المختبر لتحديد كثافته، عادةً ما تكون نتائج الكثافة الأساسية متاحة في اليوم التالي على أقرب تقدير، يعتبر هذا النوع من اختبارات الفراغات الهوائية الأكثر دقة بشكل عام ولكنه أيضًا الأكثر استهلاكا للوقت وتكلفة.

• المقاييس النووية، يقيس مقياس الكثافة النووية كثافة HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) في الموقع باستخدام إشعاع غاما، تحتوي أجهزة القياس عادةً على مصدر غاما صغير (حوالي 10 mCi) مثل Cesium-137 الموجود في طرف مسبار صغير، والذي يتم وضعه إما على سطح الرصيف أو إدخاله في الرصيف، يتم الحصول على القراءات في حوالي 2-3 دقائق، تتطلب المقاييس النووية معايرة الخليط المحدد الذي يتم اختباره، عادة ما يتم معايرة المقاييس النووية للكثافات الأساسية في بداية المشروع وعلى فترات منتظمة خلال المشروع لضمان الدقة.

عادة ما تحدد كل وكالة أو مالك متعاقد طرق قياس الضغط والمعدات التي سيتم استخدامها في العقود الواقعة ضمن اختصاصهم.

العوامل المؤثرة في الضغط:

يتأثر ضغط HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) بعدد لا يحصى من العوامل، بعضها يتعلق بالبيئة، وبعضها يتم تحديده حسب المزيج والتصميم الهيكلي والبعض الآخر تحت سيطرة المقاول والوكالة أثناء البناء (النظر إلى الجدول 1).

الجدول 1: العوامل التي تؤثر على الضغط

ملاحظة حول الوقت المتاح للضغط:

تؤثر درجة حرارة HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) بشكل مباشر على لزوجة مادة رابطة الأسفلت وبالتالي الضغط، مع انخفاض درجة حرارة HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة)، يصبح رابط الأسفلت المكون أكثر لزوجة ومقاومة للتشوه، مما يؤدي إلى تقليل الفراغات الهوائية لجهد مضغوط معين، عندما يبرد المزيج، يصبح رابط الأسفلت في النهاية صلبًا بدرجة كافية لمنع أي انخفاض إضافي في فراغات الهواء بغض النظر عن الجهد المركب المطبق، غالبًا ما يُقال إن درجة الحرارة التي يحدث عندها هذا، والتي يشار إليها عادةً باسم درجة حرارة التوقف، تبلغ حوالي 175 درجة فهرنهايت لـ HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) المتدرج الكثافة، حيث لا يزال من الممكن تشغيل بكرات درجة حرارة أقل من التوقف على الحصيرة لتحسين النعومة وملمس السطح، ولكن لن يحدث ضغط إضافي بشكل عام.

تعتبر درجة حرارة البساط أمرًا حاسمًا لكل من المقدار الفعلي لتقليل فراغ الهواء لجهد مضغوط معين، والوقت الإجمالي المتاح للضغط، إذا كانت درجة الحرارة الأولية للحصيرة ومعدل التبريد معروفين، فيمكن حساب درجة حرارة السجادة في أي وقت بعد وضع البساط. بناءً على هذا الحساب، يمكن استخدام معدات وأنماط الدرفلة من أجل:

• نستفد إلى أقصى حد من جهد ضغط الأسطوانة المتاح، حيث يمكن استخدام البكرات حيث تكون الحصيرة أكثر تقبلاً للضغط وتجنبها حيث تكون الحصيرة عرضة للدفع المفرط.

• نتأكد من ضغط الحصيرة على محتوى فراغ الهواء المطلوب قبل الوصول إلى درجة حرارة التوقف، كما يمكن القيام بذلك عن طريق حساب الوقت الذي تستغرقه السجادة لتبرد من درجة الحرارة الأولية إلى درجة حرارة التوقف، يجب إنجاز جميع عمليات الضغط خلال هذا “الوقت المتاح للضغط”.

(MultiCool) الذي طوره البروفيسور فون فولر والدكتور ديفيد تيم، هو برنامج قائم على (Windows) ويتوقع تبريد (HMA) (الخلطة الإسفلتية الساخنة)، يمكن استخدام (MultiCool) للتنبؤ بالوقت المتاح للضغط وهو متاح على دليل الرابطة الوطنية لرصف الأسفلت A دليل للقرص المضغوط لرصف الأسفلت الساخن أو للتنزيل على:

• مركز أبحاث الرصف بجامعة كاليفورنيا.

• الرابطة الوطنية لرصف الأسفلت.

معدات الضغط:

هناك ثلاث قطع أساسية من المعدات المتاحة لضغط HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة): (1) ذراع تسوية الرصف، (2) الأسطوانة ذات العجلات الفولاذية و(3) بكرة الإطارات الهوائية، حيث تعمل كل قطعة من المعدات على ضغط HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) من خلال وسيلتين رئيسيتين:

• من خلال تطبيق وزنه على سطح HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) وضغط المادة أسفل منطقة التلامس بالأرض، نظرًا لأن هذا الضغط سيكون أكبر لفترات أطول من الاتصال، فإن سرعات المعدات المنخفضة ستنتج المزيد من الضغط. من الواضح أن وزن المعدات الأعلى سيزيد أيضًا من الضغط.

• عن طريق إنشاء إجهاد القص بين المواد المضغوطة أسفل منطقة التلامس بالأرض والمواد المجاورة غير المضغوطة، عند دمجها مع سرعة المعدات، ينتج عن ذلك معدل قص، يمكن أن يقلل خفض سرعة المعدات من معدل القص، مما يزيد من إجهاد القص، تعد ضغوط القص العالية أكثر قدرة على إعادة ترتيب الركام إلى تكوينات أكثر كثافة.

هاتان الوسيلتان لضغط HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) غالبًا ما يشار إليهما معًا باسم “جهد مضغوط”.

بكرات العجلات الفولاذية:

بكرات العجلات الفولاذية، هي أجهزة ضغط ذاتية الدفع تستخدم براميل فولاذية لضغط HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) الأساسي، يمكن أن تحتوي على أسطوانة واحدة أو اثنتين أو حتى ثلاثة أسطوانات، على الرغم من استخدام بكرات ترادفية (أسطوانتان) غالبًا، يمكن أن تكون البراميل إما ثابتة أو اهتزازية ويتراوح عرضها عادة من 35 إلى 85 بوصة وقطرها من 20 إلى 60 بوصة، يتراوح وزن الأسطوانة عادة بين 1 و20 طنًا.

بعض بكرات العجلات الفولاذية مجهزة بأسطوانات اهتزازية، يضيف اهتزاز الأسطوانة حملاً ديناميكيًا إلى وزن الأسطوانة الثابتة لخلق جهد ضغط إجمالي أكبر، حيث يقلل اهتزاز الأسطوانة أيضًا من الاحتكاك والتشابك الكلي أثناء الضغط، مما يسمح للجزيئات الكلية بالانتقال إلى المواضع النهائية التي تنتج احتكاكًا وتعشيقًا أكبر مما يمكن تحقيقه بدون اهتزاز، كقاعدة عامة، فإن الجمع بين السرعة والتردد الذي ينتج عنه من 10 إلى 12 تأثيرًا لكل قدم يعد أمرًا جيدًا، عند 3000 اهتزاز لكل دقيقة ينتج عن ذلك سرعة 2.8 – 3.4 ميل في الساعة.

بكرات الإطارات الهوائية:

بكرات الإطارات الهوائية هي أجهزة ضغط ذاتية الدفع تستخدم الإطارات الهوائية لضغط HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) الأساسي، تستخدم بكرات الإطارات الهوائية مجموعة من الإطارات الملساء (بدون فقي) على كل محور، عادةً أربعة أو خمسة على محور واحد وخمسة أو ستة على المحور الآخر.

وتتم محاذاة الإطارات الموجودة على المحور الأمامي مع الفجوات بين الإطارات على المحور الخلفي لتوفير تغطية ضغط كاملة وموحدة على عرض الأسطوانة، يتم التحكم في الجهد التعاوني عن طريق تغيير ضغط الإطارات، والذي يتم ضبطه عادةً بين 60 و120 رطل / بوصة مربعة. بالإضافة إلى قوة الضغط الثابتة، تطور بكرات الإطارات الهوائية أيضًا عملية عجن بين الإطارات تميل إلى إعادة تنظيم الركام داخل HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة).

نظرًا لأن رابط الأسفلت يميل إلى الالتصاق بالإطارات الباردة أكثر من الإطارات الساخنة، فإن منطقة الإطارات تكون أحيانًا معزولة بجلد مطاطي أو خشب رقائقي للحفاظ على الإطارات بالقرب من درجة حرارة الحصيرة أثناء التدحرج.

تسلسل الضغط:

يتم تنفيذ ضغط HMA (الخلطة الإسفلتية الساخنة) عادةً من خلال سلسلة من معدات الضغط، يسمح هذا باستخدام كل قطعة من المعدات فقط في أكثر حالاتها فائدة مما ينتج عنه سجادة عالية الجودة (من حيث الكثافة والنعومة على حد سواء) مما يمكن إنتاجه باستخدام طريقة ضغط واحدة فقط، يتكون تسلسل الضغط النموذجي من بعض أو كل ما يلي (بترتيب الاستخدام):

• سكريد: ذراع التسوية هو أول جهاز يستخدم لضغط الطبقة، ويمكن تشغيله في الوضع الاهتزازي، سيتم الحصول على ما يقرب من 75 إلى 85 بالمائة من TMD عندما يخرج الخليط من أسفل ذراع التسوية.

• بكرات، بشكل عام، يتم استخدام سلسلة من بكرتين أو ثلاث بكرات، يمكن للمقاولين التحكم في ضغط الأسطوانة من خلال أشياء مختلفة مثل أنواع البكرات المستخدمة، وعدد الأسطوانة المستخدمة، وسرعة البكرة، وعدد الأسطوانات التي تمر فوق منطقة معينة من الطبقة، والموقع الذي تعمل فيه كل بكرة، والنمط الذي كل بكرة تستخدم لضغط الطبقة، سيتم الحصول على ما يقرب من 92 إلى 95 بالمائة من TMD عند الانتهاء من ضغط جميع الأسطوانات على الطبقة، وضع الأسطوانة النموذجي المستخدم في الضغط هي:

1- بكرة الانهيار: الأسطوانة الأولى خلف ذراع التسوية، إنه يؤثر عمومًا على كسب الكثافة الأكبر لأي بكرة في التسلسل، يمكن أن تكون بكرات الانهيار من أي نوع، ولكنها في الغالب عبارة عن عجلات فولاذية اهتزازية وأحيانًا إطار هوائي.

2– الأسطوانة المتوسطة: تُستخدم خلف بكرة الانهيار إذا كانت هناك حاجة إلى ضغط إضافي، حيث تُستخدم بكرات الإطارات الهوائية أحيانًا كبكرات وسيطة لأنها توفر نوعًا مختلفًا من الضغط (حركة العجن) عن الأسطوانة الاهتزازية ذات العجلة الفولاذية، والتي يمكن أن تساعد في ضغط الحصيرة أو على الأقل إعادة ترتيب الركام داخل الحصيرة لصنع تستقبل المزيد من الضغط.

3- الأسطوانة النهائية: الأسطوانة الأخيرة في التسلسل، يتم استخدامها لتوفير سطح ناعم، على الرغم من أن أسطوانة الإنهاء تبذل جهدًا مضغوطًا، إلا أنه بحلول الوقت الذي تلامس فيه الحصيرة، قد تبرد السجادة إلى ما دون درجة حرارة التوقف، تُستخدم بكرات العجلات الفولاذية الثابتة دائمًا كبكرات تشطيب؛ لأنها يمكن أن تنتج سطح أملس من أي نوع أسطوانة.

حركة المرور:

بعد أن تقوم البكرات بضغط الحصيرة إلى الكثافة المطلوبة وإنتاج النعومة المرغوبة، يتم فتح الرصيف الجديد لحركة المرور، حيث سيوفر تحميل حركة المرور مزيدًا من الضغط في مسارات العجلات للحصيرة النهائية، قد تضغط حركة المرور على الحصيرة بنسبة 2 إلى 4 في المائة إضافية على مدى عمر الرصيف.