معرفی

  دانسیته راه بالاخص روسازی، از مهمترین متغیرها در کنترل کیفیت عملیات راهسازی می باشد.روش­های موجود تعیین تراکم لایه‌های روسازی با استفاده از مغزه گیری و اندازه‌گیری دانسیته مغزه های گرفته شده است که دارای معایبی از قبیل آسیب‌رساندن به بافت روسازی، هزینه زیاد، عدم تکرار پذیری در یک نقطه خاص و ناتوانی در پایش دانسیته در یک محل ثابت و زمانبری زیاد می‌باشد.

  وجود معایب فوق سبب افزایش زمان اجرا و هزینه­های یک پروژه شده و در نهایت از بازدهی فعالیت­های راهسازی می­کاهد. همین امر سبب شده که در چند دهه اخیر مراکز تحقیقاتی به دنبال روش­هایی برای رفع این معایب باشند این روش­ها باید علاوه بر هزینه کم، قابلیت تکرارپذیری و غیرمخرب بودن دارای امکان استفاده راحت توسط کاربر نیز‌ باشند. دو روش غیرمخرب هسته‌ای و غیر‌هسته‌ای بمنظور جایگزینی تست‌های مخرب تعیین چگالی معرفی شده‌اند که هر‌یک دارای مزایا و معایبی نسبت به دیگری است. هدف نهایی در این تحقیق، ضمن بررسی انواع روش‌های تعیین چگالی اعم از مخرب و غیر‌مخرب، ارزیابی آزمایش‌های غیرمخرب در تعیین دانسیته روسازی شامل تعیین میزان دقت و بررسی اجرایی نمودن روش­های غیرمخرب تعیین دانسیته لایه‌های روسازی، ارائه روش مناسب غیرمخرب برای تعیین دانسیته لایه­های و ارتقاء روش های کنترل کیفیت دانسیته لایه­های روسازی می‌باشد.

بیان مساله 

  چگالی بهترین معیار سنجش کیفیت یک سطح راه تمام شده است که به کارفرما اطمینان می­دهد راه احداث شده حداقل تا عمر طرح و یا بیشتر از آن دوام می­آورد. کارفرمای هر پروژه راه نیازمند حصول اطمینان این مسأله است که پیمانکاران به سطح مشخص و تعیین­شده­ای از چگالی در شبکه راه ‌ های آسفالتی برسند­. اکثر کارفرما­یان مبلغ قرارداد را به شرط رسیدن به مقدار چگالی مدنظر طرح به پیمانکار پرداخت می‌کنند و اغلب اوقات در صورت رسیدن به مقادیر بالاتر چگالی مورد نظر، مقادیری پاداش به پیمانکار می­پردازند. پیمانکاران به محض اجرای مخلوط آسفالتی در شبکه راه­، با استفاده از غلتک­های سنگین اقدام به متراکم کردن مخلوط آسفالتی تا رسیدن به تراکم مورد نیاز می‌کنند­. اندازه­گیری چگالی مخلوط آسفالتی در حین عملیات تراکم، از این نظر که حاوی دو نکته مهم است، در نتیجه کار پیمانکار مؤثر است­. اول اینکه این مطلب را مشخص می­کند که درچه مرحله­ای از عملیات تا رسیدن به چگالی تعیین­شده قرار دارند و از این نظر می­تواند بعنوان نشانگری برای تیم تراکم باشد که آیا نیاز به اقدامات تعدیلی برای رسیدن به چگالی نهایی می­باشد یا نه و دوم اینکه به پیمانکار این اطلاع را می­دهد که چه زمانی عملیات تراکم متوقف شود و ادامه عملیات در مراحل و آزمایش­های دیگر دنبال شود. در گذشته تنها دو روش برای تعیین چگالی آسفالت تازه اجرا شده وجود داشت. روش اول بر اساس مغزه­گیری بوده که روشی است مخرب [1] و روش دوم با استفاده از یک دستگاه اندازه­گیر غیر­مخرب هسته­ای قابل حمل‌ونقل صورت می­گرفته است. اگر چه روش اول (­مغزه‌گیری­) دقیق­ترین روش اندازه­گیری است اما مغزه­گیری از مسیر بسیار وقت­گیر و هزینه­بر است که معمولاً ترجیح داده می­شود بعنوان آخرین گزینه تعیین چگالی در­نظر گرفته شود­.

  چگالی یا وزن واحد حجم، یک مؤلفه مهم در طرح و اجرای روسازی آسفالتی است. انتخاب سطح تراکم مناسب در مرحله طرح اختلاط برای عملکرد مناسب روسازی، بسیار بحرانی و در درجه اهمیت بالایی است. چگالی یکی از مهمترین پارامتر­ها در ساختار مخلوط آسفالتی است. یک مخلوط با طرح اختلاط و تراکم مناسب، شامل درصد فضای خالی کافی بمنظور جلوگیری از بروز شیار­شدگی ناشی از جریان پلاستیک و نیز به­اندازه کافی کم جهت جلوگیری از نفوذ آب و هوا می­باشد. نظر به اینکه چگالی مخلوط آسفالتی در طول دوره عمر آن تغییر می­کند، میزان درصد فضای خالی باید به اندازه­ای کم باشد تا از نفوذ هوا و آب جلوگیری کند و نیز به­اندازه­کافی بالا باشد تا از بروز جریان پلاستیک در مخلوط آسفالتی پس از عبور ترافیک بعد از گذشت چند سال جلوگیری کند.

  اندازه­گیری درست چگالی در محل مخلوط آسفالتی گرم ( HMA ) برای کنترل و تضمین کیفیت، پیش­بینی عملکرد و تعیین فاکتور پرداخت و اجرت ضروری است. در حال حاضر متداول­ترین روش‌ها برای تعیین دانسیته در محل مخلوط آسفالتی، روش مغزه­گیری و آزمایش اندازه­گیری چگالی بروش هسته­ای می­باشند. مغزه­گیری یک روش اثبات­شده جهت تعیین چگالی است و بعنوان معتبر­ترین و دقیق­ترین روش­های تعیین چگالی مدنظر است. اما این روش مخرب است (چاله­های حاصله از مغزه­گیری باید وصله و مرمت شوند) و همچنین دارای سختی کار و زمان­بر است. شاید منفی­ترین وجه مغزه­گیری مدت­زمان زیادی است که صرف تعیین چگالی درمحل مخلوط می­شود. مغزه­های گرفته­شده ابتدا باید به محل آزمایشگاه منتقل شوند که ممکن است بین محل انجام عملیات راهسازی تا آزمایشگاه فاصله قابل‌توجهی باشد. این روند بسته به وضعیت پروژه ممکن است از چند ساعت تا یک روز به­طول بیانجامد. صرفنظر از زمان مصرفی عملیات، اگر پیمانکار راجع به چگالی در محل اطمینان نداشته باشد، باید مغزه­گیری ادامه پیدا کند. بنابراین اکثر آژانس­های حمل‌ونقل، اندازه­گیر هسته­ای را در رتبه­های مختلف کنترل و تضمین کیفیت، جهت استفاده تعیین کرده­اند. ­اندازه­گیر­های هسته­ای به شرط اینکه درست کالیبره شده باشند، می­توانند چگالی­هایی شبیه مقادیر بدست­آمده از مغزه­گیری را فراهم کنند.

  علل مختلفی برای تفاوت بین مقادیر نتایج اندازه­گیری هسته­ای و مغزه­گیری وجود دارند که عبارتند از:

  - ضخامت لایه­ای که برداشت روی آن صورت می­گیرد

  - رطوبت

  - بافت سطحی محلی که عملیات روی آن صورت می­گیرد

  - چگالی لایه­های زیرین لایه مورد بررسی

  با ظهور مخلوط­های با دانه­بندی درشت و نیز مخلوط­های با دانه­بندی استخوانی ( SMA ) ، تأثیر بافت سطحی بر روی قرائت­های اندازه­گیری هسته­ای و ارتباط آن با مغزه­ها مورد توجه قرار گرفت. بعنوان مثال مخلوط­های با دانه­بندی استخوانی ( SMA )، دارای بافت سطحی درشت­دانه و نیز درصد فضای خالی زیاد هستند. این حفرات سطحی می­توانند اثرات عمده­ای بر روی قرائت­های اندازه­گیر هسته­ای داشته باشند. در اکثر نمونه­ها نیز، عدد گزارش­شده از طرف دستگاه هسته­ای مقدار کمتری نسبت به عدد چگالی حاصله از مغزه­گیری می­باشد. 

  شاید مقدار حجم حفرات در مخلوط آسفالتی مهمترین فاکتوری باشد که بر روی عملکرد مخلوط آسفالتی در طول عمر آن اثر می­گذارد. میزان حفرات عموماً توسط میزان قیر موجود در مخلوط، میزان تراکم در حین اجرا و تراکم اضافی در اثر عبور ترافیک کنترل می­شود. درصد فضای خالی مخلوط آسفالتی ارتباط مستقیم با چگالی دارد. بنابراین به‌منظور اینکه میزان فضای خالی در محدوده قابل قبولی بماند، مقدار چگالی باید به­دقت کنترل شود. نتیجه کار­های صورت­گرفته بسیاری نشان داده­اند که در­صد فضای خالی مخلوط آسفالتی اجرا­شده در محل، در طول عمر روسازی، نباید بیشتر از 8 درصد و کمتر از 3 درصد باشد.

  در ایران، جهت تعیین چگالی بالک مخلوط آسفالتی اجرا شده، یکی از دو روش زیر انتخاب می­شوند:

  - نمونه­گیری به صورت مغزه

  - اندازه­گیری با روش هسته­ای

  روش‌های بالا شامل محدودیت­هایی می­باشند:

  اندازه­گیری چگالی با روش مغزه­گیری وقت­گیر است. علت آن انتقال نمونه در مسافتی به آزمایشگاه و مدت زمانی که در مراحل آزمایش و آنالیز صرف می­شود، می­باشد. در ضمن روش مغزه­گیری یکی از روش­های اندازه­گیری چگالی است که بعنوان استاندارد برای مقایسه روش­های دیگر مورد استفاده قرار می­گیرد. بدلیل اینکه عملیات مغزه­گیری باید از رویه آسفالتی که خنک است صورت گیرد و نیاز به خشک شدن مغزه آسفالتی برداشت­شده وجود دارد، این روش به زمان قابل توجهی نیاز دارد.

  روش هسته­ای نیز بدلیل اینکه تجهیزات آن شامل منابع رادیواکتیو می­باشند، حمل‌ونقل و کار با آن شامل محدودیت­هایی است. در ضمن کاربر این دستگاه باید دوره­های خاص آموزش را بگذراند. وزن زیاد برای بلند کردن و جابجایی نیز باید در نظر گرفته شود.

  بدلیل زمان­بر بودن تست مغزه­­گیری، انجام این تست با روش‌های دیگر جایگزین می­شود. زمان­بر بودن منجر به این مسأله می­شود که نقاط ضعف لایه اجرا شده به سرعت مشخص نشود و لذا اقدامات اصلاحی مربوط به رویه در زمان مناسب صورت نمی­گیرد.

  با توجه به مطالب ذکر شده، نیاز به دستگاهی که به سادگی قابل استفاده باشد و بیانگر سریع وضعیت تراکم لایه اجرا شده باشد، احساس می­شود.

  بدلیل اینکه چگالی مخلوط آسفالتی بعنوان مهم‌ترین متغیر شناخته­شده در ساختار رویه آسفالتی با دوام زیاد و عمر طولانی است­، نیاز به یک روش تعیین چگالی قابل اعتماد در مقایسه با روش نمونه­گیری مخرب به شیوه مغزه­گیری و به­خوبی دستگاه اندازه­گیر هسته­ای احساس می­شود­. بخاطر این نیاز روبه­رشد صنعتی­، توسعه ­یک گزینه ­ماندنی توسط یک گروه از مهندسین مشغول به کار در سیستم Trans Tech آغاز شد. کار ­بر روی این سیستم در اواسط سال 1990 آغاز شد و در حال حاضر با عنوان PQI در دسترس است­.

  در ایران تعیین چگالی لایه­های مختلف چه از جنس آسفالتی و چه از جنس سنگدانه­ای به دو طریق مخرب مغزه­گیری و غیر­مخرب هسته­ای صورت می­گیرد.