تصميم الخلطات الإسفلتية باستخدام جهاز مارشال
AASHTO T -245-78
1- المقدمة :
تحدد هذه الطريقة تصميم الخلطات الإسفلتية في المختبر باستخدام طريقة مارشال . والهدف الرئيسي لتصميم الخلطة هو إيجاد خليط اقتصادي من المواد ذو تدرج ، ونسبة إسفلت تعطي الخليط الخواص الآتية :
أ ) نسبة الإسفلت كافية لضمات الديمومة والمرونة في الخلطة .
ب ) قوة كافية لمقاومة الانسياب توفي بمتطلبات المرور بدون حدوث أي تشوهات .
ج ) فراغات هوائية كافية في الخليط الكلي المدكوك تسمح باستيعاب الإسفلت وإبقاء جزء من الفراغات مملوءة بالهواء حتى إذا دكت الخلطة تحت تأثير السير تحرك الإسفلت إلى الفراغات الهوائية الباقية ، وإذا لم تتوفر الفراغات ينزف الإسفلت ويصعد للسطح ، أما إذا كانت الفراغات الهوائية كثيرة فتصبح الخلطة مسامية ويدخلها الهواء ويتسببان في تخريبها .
د ) القابلية لسهولة التعامل معه .
2- الأجهزة :
1- قوالب أسطوانية قطرها 101.6 ملم وارتفاعها 76.2 ملم مع قاعدة متحركة وحلقة إضافية لها نفس قطر القالب ، وتوضع فوق القالب لزيادة ارتفاعها وليستوعب الخلطة قبل الدك .
2- جهاز لإخراج العينة من القالب وهو على شكل قرص قطره 100 ملم وسمكه 13 ملم .
3- مطرقة مؤلفة من قرص معدني دائري منبسط مثبت في وسطه عمود حديدي وتنزلق على العمود حلقة وزنها 4536 جم تسقط من ارتفاع 457.2 ملم .
4- قاعدة دك خشبية أبعادها 203.2 × 203.2 × 457.2 ملم مغطاة بلوحة معدنية بأبعاد 304.8 × 304.8 × 25.4 ملم ، وتكون القاعدة من خشب زان ، ومثبتة على أرضية خرسانية بزوايا حديدية ، ويكون الغطاء المعدني ثابتاً على القاعدة الخشبية ، ويجب أن تكون مستوية وقطعة الخشب رأسية على الشاقول .
5- أداة لمسك القالب والحلقة والقاعدة وتثبيتهما أثناء الدك .
6- رأس الكسر ( Breaking Head ) مؤلفة من قطعتين عليا وسفلى للعينة ، وكل واحدة على شكل نصف أسطوانة قطرها 50.8 ملم ، ترتكز القطعة السفلى على قاعدة مستوية ويبرز منها عند رؤوس الشكل الأسطواني قضيبان حديديان رأسيان . وعند وضع القطعة العليا من رأس الكسر فوق السفلى يدخل القضيبان العموديان في الحلقتين الموجودتين في القطعة العليا .
7- رافعة تحميل – مثبته على إطار معدني ومتحركة إلى أعلى حركة منتظمة تبلغ عند التشغيل 50.8 ملم / الدقيقة .
8- حلقة قياس قوة الضغط ( Proving Ring ) بقدرة 2276 كجم مثبت في وسطها مؤشر قياس يعطي أرقام تحول فيما بعد إلى قوة حسب نوع الحلقة حيث يجب عمل معايرة لها لتحديد دقتها .
9- جهاز لقياس الانسياب أو الحركة الرأسية أثناء الضغط موصول بعداد ينزلق في داخل أحد القضبان الرأسية المثبتة في رأس الكسر ، وعادة يصفر هذا العداد عندما تكون العينة الإسفلتية بين فكي رأس الكسر ، ويجب أن تكون دقة هذا العداد هي 0.25 ملم ( 0.01 بوصة ) لكل تقسيم من تقاسيم العداد .
10- أفران أو لوحات ساخنة من أجل تسخين الركام والإسفلت والقوالب والمطرقة وأية أدوات تستعمل في الخلط ، ويجب أن يتم التحكم بوسائل التسخين حتى تبقى درجة الحرارة حسب المطلوب .
11- خلاطة ميكانيكية قادرة على خلط المواد بشكل منتظم وبشكل تصبح معه كل حبات المواد مغلفة بالبيتومين .
12- حمام مائي عمقه 150 ملم وبع جهاز للتحكم في درجة الحرارة لإبقائها عند 60 ± 1 م ْ ، ويزود الحمام برف به ثقوب يرتفع عن قاعدة الحمام مقدار 50.8 ملم .
13- حمام هوائي من أجل استعماله لمخلوط الإسفلت المحلول Asphalt Cut Back ، ويعطي حرارة مقدارها 25 ± 1 مْ .
14- أدوات متفرقة مثل أوعية لتسخين الركام وأوعية لتسخين الإسفلت ، ومقلاة ، ودورق ، وعلب ، وأدوات خلط مثل المسطرين والسكين ، وموازين حرارة لتحديد حرارة الركام والإسفلت ، والخلطة تتراوح قدراتها من 9.9 – 240 مْ وموازين عادية وأخرى دقيقة ، وقفازات وطباشير وملعقة ومغرفة .
3- تحضير العينات :
1- تحضر ( 3 ) عينات لكل نسبة من نسب الإسفلت ( تمثل محاولة واحدة ) .
2- يجفف الركام في درجة حرارة ( 105 – 110 مْ ) حتى ثبات الوزن ، ثم يفصل الركام بعد تبريده على المناخل 25 ، 19 ، 9.5 ، 4.75 ، 2.36 ، 1.18 ملم .
3- تحدد درجة الحرارة اللازمة لتسخين الإسفلت للخلط بأنها التي تجل لزوجة الإسفلت 170 ± 20 سنتي ستوك (CST) أمام الحرارة اللازمة للدك فهي التي تكون فيها اللزوجة مقدارها 280 ± 30 سنتي ستوك (CST) .
4- يتم اختيار الوزن من كل مقاس من المقاسات المفصولة حسب نسبة هذا المقاس من الوزن الكلي وبحيث يكون الوزن الكلي للركام للعينة الواحدة ما يقارب 1200 جم بحيث يعطي هذا الوزن بعد خلطه بالإسفلت ودكه عينة ارتفاعها 63.5 ± 1.27 ملم وقطرها 101.6 ملم . وتحضر 3 عينات من هذا الوزن لكل نسبة إسفلت ، فإذا كان هناك أربع نسب من الإسفلت فإنه يتم تحضير 12عينة .
5- تسخن عينات الركام في الفرن لدرجة حرارة لا تزيد عما حدد في الفقرة 3 – 3 بأكثر من 28 مْ ، و 25 مْ للإسفلت الإسمنتي والمحلول على التوالي .
6- يوضع الركام الساخن في الخلاطة ويخلط جيداً ، ثم تحفر حفرة في الركام ويضاف الإسفلت الساخن بالكمية المحددة ، وتخلط المكونات حتى تصبح جميع الحبيبات مغلفة بالإسفلت .
4- دك العينات :
ينظف القالب ومطرقة الدك ثم يسخنان إما في ماء مغلي أو لوحة معدنية ساخنة في درجة حرارة 93.3 – 148.9 مْ ، وتوضع العينة في القالب وتدك بالسكين 15 مرة حول محيط القالب و 10 مرات في القالب داخل الحلقة ، وترفع الحلقة ويجعل سطح العينة على شكل كروي ثم تعاد الحلقة ويوضع القالب على القاعدة الخشبية وتدك العينة 75 أو 50 ضربة ( حسب نوع المرور لطبقة الرصف ) من المطرقة التي تسقط من ارتفاع 457.2 ملم ، على أن يكون محور المطرقة عمودياً قدر الإمكان على مستوى القاعدة ، ثم يقلب القالب والعينة ويعاد الدك بنفس عدد الضربات . إذا كانت عينات الخلطة الإسفلتية ممثلة لعينة مأخوذة من الموقع تكون درجة حرارة الخلطة عند الدك 135 مْ . ويرفع القالب ويوضع فوق الحلقة ويطرق طرقاً خفيفاً جداً يكفي لإخراج العينة في الحلقة ، ثم ترفع الحلقة من العينة وتوضع العينة على أرضية صلبة مستوية لمدة ليلة ثم توزن وتقاس أبعادها .
5- طريقة الفحص :
1- تغمر العينات التي تم دكها وبردت وتم اختبار كثافتها في حمام مائي لمدة 30 – 40 دقيقة عند درجة حرارة 60 ± 1 مْ للإسفلت المحول .
2- ينظف رأس الكسر والقضبان ويشحن القضيبان على القضبان حتى تنزلق في الجزء العلوي بسهولة وتكون درجة حرارة رأس الكسر 21.1 – 37.8 وذلك بغمره في حمام مائي .
3- تخرج العينة من الحمام وتوضع في الجزء السفلي من رأس الكسر ويوضع الجزء العلوي فوق العينة ويوضع الجميع على جهاز الكسر ، ثم يوضع جهاز قياس الانسياب على أحد القضيبين ويضبط على الصفر ويثبت جهاز القياس جيداً أثناء الاختبار .
4- يشغل المحرك ( آلياً أو يدوياً ) بسرعة ثابتة مقدارها 50.8 ملم لكل دقيقة حتى يصل المؤشر ( قراءة العداد الخاص Proving Ring ) إلى أقصى قراءة ويبدأ بالرجوع . أقرأ مقياس الضغط وحول القراءات إلى وحدات الضغط وسجل قراءة الانسياب حالما يصل الحمل إلى الحد الأقصى ويبدأ بالرجوع ، يجب ألا يستغرق الاختبار أكثر من 30 ثانية من لحظة وضع العينة في رأس الكسر حتى النهاية ، ويسجل الانسياب حسب العداد 0.01 ملم أو 0.254 .
5- إذا تم الفحص على عينات يختلف ارتفاعها عن 63.5 ملم تضرب القراءة في معامل التصحيح كما هو مذكورة في الجدول رقم ( 15 ) .
6- الحسابات :
1- يتم حساب كثافة العينات باستخدام الطريقة القياسية لعينات خلطة إسفلتية مدكوكة كما تم ذكره سابقاً في المواصفة ( AASHTO T-166 – ASTM D 2725 ) ، ويتم حساب معدل الكثافة لكل ثلاث عينات على نسبة الإسفلت الواحدة ثم نرسم الشكل الذي يبين العلاقة بين نسبة الإسفلت ( على محور السينات ) والفراغات الهوائية ( % ) والفراغات في الركام المملوءة بالإسفلت ( % ) .
2- يتم إجراء الحسابات الخاصة بالفراغات في الركام والفراغات الهوائية ، ويتم عمل أشكال تبيت العلاقة بين نسبة الإسفلت ( محور السينات ) والفراغات الهوائية ( % ) والفراغات في الركام المملوءة بالإسفلت ( % ) .
3- ترسم العلاقة بين نسبة الإسفلت ومعدل القوة ( ثبات مارشال ) ( ثلاث عينات ) ، ويرسم شكلاً يبين العلاقة بين نسبة الإسفلت ومعدل الانسياب ( ثلاث عينات ) .
4- يتم تحديد نسبة الإسفلت التي تحقق أعلى كثافة وأعلى ثبات ( قوة ) وفراغات هوائية عند منتصف المواصفات . أي إذا كانت المواصفات للفراغات الهوائية 3 – 5 % تكون النقطة التي يتم تحديد نسبة الإسفلت عندها لشكل الفراغات الهوائية هي 4 % .
ثم يوجد معدل هذه القراءات الثلاثة لنسب الإسفلت ويدقق إذا كانت هذه النسبة ( معدلها ) تحقق شروط الانسياب المطلوبة والفراغات المعدنية المطلوبة . وإذا لم تحقق الشروط فيعدل في اختيار هذه النسبة بالزيادة أو النقصان حتى الوصول إلى النسبة التي تحقق الشروط المطلوبة .
7- التقرير :
يتضمن التقرير نوع العينة والقوى المصححة والانسياب كمعدل لثلاث عينات لكل نسبة إسفلت ، ويتم رسم العلاقات البيانية السابقة ، ويتضمن التقرير درجة حرارة الاختبار ونوع العينة ( مختبر أو من الموقع ) .
