آشنایی با آسفالت ، آسفالت گرم چیست؟

آشنایی با آسفالت

آسفالت به‌عنوان یک ماده ترکیبی از شن، ماسه و قیر، از مهم‌ترین و پرکاربردترین مصالح در راه‌سازی و جاده‌سازی به شمار می‌رود و نقش حیاتی در توسعه زیرساخت‌های حمل‌ونقل جهانی دارد. سابقه استفاده از مواد قیری به هزاران سال پیش از میلاد مسیح برمی‌گردد، اما شکل مدرن آن در اوایل قرن بیستم توسط مهندسان اسکاتلندی ابداع و به‌سرعت در سراسر جهان گسترش یافت. امروزه، آسفالت در انواع مختلف نظیر آسفالت گرم (Hot Mix Asphalt)، آسفالت سرد (Cold Mix Asphalt) و آسفالت حفاظتی (Surface Treatments) تولید و اجرا می‌شود که هر یک ویژگی‌ها، کاربردها و الزامات فنی خاص خود را دارند.

آسفالت یک مصالح مرکب که از دو جزء اصلی تشکیل شده: 

• سنگدانه‌ها (ریز و درشت) با دانه‌بندی کنترل‌شده بر اساس استانداردهای ملی و بین‌المللی
• ماده چسباننده (قیر خالص، قیر امولسیونی یا قیر پلیمری)

مطابق استانداردها، نوع، ابعاد و هندسه و دانه‌بندی سنگدانه‌ها، نوع و درصد قیر، و سایر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی سنگدانه‌ها (شن و ماسه) و ماده چسباننده باید به‌گونه‌ای طراحی شود که ضمن تأمین مقاومت و دوام، تغییر شکل‌های ناشی از بارگذاری ترافیکی و تغییرات دما به حداقل برسد.

آسفالت گرم (Hot Mix Asphalt – HMA)

آسفالت گرم مخلوطی است از سنگدانه‌های دانه‌بندی‌شده (درشت‌دانه، ریزدانه و فیلر) و قیر خالص یا اصلاح‌شده که در کارخانه آسفالت در دمای بالا (معمولاً 150 تا 170 درجه سانتی‌گراد بسته به نوع قیر) تهیه و در همان حالت گرم به محل اجرا حمل می‌شود. این نوع آسفالت، بر اساس استاندارد ملی ایران 14850، متداول‌ترین و بادوام‌ترین نوع روکش در پروژه‌های راه‌سازی و شهری است و به دلیل خواص مکانیکی برتر، در مسیرهای پرترافیک، فرودگاه‌ها و جاده‌های اصلی به کار می‌رود.

بر اساس استاندارد ملی به شماره 14850 و نشریه 190، مخلوط آسفالت گرم شامل:

• سنگدانه‌ها: با دانه‌بندی کنترل‌شده طبق جدول‌های استاندارد (درشت‌دانه، ریزدانه، فیلر معدنی)
• قیر: با درجه نفوذ متناسب با شرایط اقلیمی (معمولاً 60/70 یا 85/100) و بر اساس ISIRI 3574 یا ISIRI 12505 (قیر پلیمری)
• افزودنی‌ها: در صورت نیاز، شامل مواد ضد رطوبت(Anti-stripping agents) ، پلیمرها، فیبرهای سلولزی یا معدنی

انواع آسفالت گــرم

این استاندارد مخلوط‌های آسفالت گرم را بر اساس نوع لایه و دانه‌بندی به چند گروه تقسیم می‌کند: که در ادامه با انواع آسفالت گرم مصرفی در قشرهای روسازی راه آشنا می‌شویم.

• آسفالت رویه (توپـکا) – دانه‌بندی ریزتر، مقاومت سایشی بالا
• آسفالت آستر – دانه‌بندی درشت‌تر، باربر اصلی
• اساس قیری – قابل اجرا مستفیما روی قشر زیراساس یا اساس
• ماسه آسفالت – مناسب برای استفاده به عنوان قشر تسطیح آسفالت‌های قدیمی
• آسفالت متخلخل – زهکشی مطلوب در کنار بهره‌مندی از عملکرد پخش نور

آسفالت رویه: 

آخرین لایه بتن آسفالتی است که مستقیماً با بارهای ترافیکی و عوامل جوی در تماس بوده و باید توان تحمل این بارها و مقاومت در برابر آب، یخبندان و تغییرات دما را داشته باشد. این لایه نسبت به آستر و اساس قیری، دانه‌بندی ریزتر، فضای خالی کمتر و قیر بیشتری دارد. حداکثر اندازه سنگدانه‌ها معمولاً بین 5 تا 19 میلی‌متر انتخاب می‌شود و درصد عبوری از الک شماره 8 تعیین‌کننده بافت ریز یا درشت سطح است. برای افزایش دوام و مقاومت در برابر لغزندگی و شیارافتادگی، می‌توان از آسفالت ماستیک (SMA) با دانه‌بندی گسسته، قیر و فیلر بیشتر و مصالح صددرصد شکسته استفاده کرد.

قشر آستر (آسفالت آستر): 

بین قشر رویه و اساس قیری، و در صورت نبود اساس قیری، بین رویه و اساس سنگ‌شکسته قرار می‌گیرد. این لایه دانه‌بندی درشت‌تر و قیر کمتری نسبت به آسفالت رویه دارد و حداکثر اندازه سنگدانه‌های آن معمولاً 19 تا 37 میلی‌متر است. در شرایط ترافیک بسیار سنگین، مانند بنادر و اسکله‌ها، می‌توان از دانه‌بندی با حداکثر اندازه 25 میلی‌متر استفاده کرد که در برابر تغییر شکل ناشی از بارهای سنگین و گرمای زیاد، حساسیت کمتری دارد.

قشر اساس قیری: 

نخستین لایه روسازی بتن آسفالتی است که می‌تواند مستقیماً روی زیر اساس یا اساس قرار گیرد. این لایه دانه‌بندی درشت‌تر و قیر کمتری نسبت به آستر و رویه دارد و حداکثر اندازه سنگدانه‌های آن معمولاً تا 50 میلی‌متر و گاهی تا 75 میلی‌متر می‌رسد. در برخی موارد، از اساس قیری با دانه‌بندی باز و مصالح صددرصد شکسته (37.5 تا 50 میلی‌متر) به‌عنوان لایه زهکشی یا کنترل‌کننده ترک‌های انعکاسی استفاده می‌شود. کاربرد اساس قیری فقط در شرایط خاص و با توجیه فنی مشاور و تأیید کارفرما توصیه می‌گردد.

ماسه آسفالت:

از اختلاط ماسه شکسته، ماسه طبیعی شسته یا ترکیبی از هر دو با قیر تهیه می‌شود و می‌توان آن را در لایه‌هایی با ضخامت حداقل ۱۵ میلی‌متر اجرا کرد. این نوع آسفالت به‌عنوان قشر تسطیح روی آسفالت‌های قدیمی پیش از اجرای روکش نیز کاربرد دارد. به دلیل پایین‌تر بودن مقاومت مارشال ماسه آسفالت نسبت به مخلوط‌های آسفالت گرم با دانه‌بندی درشت‌تر، انتخاب محل مصرف آن باید بر اساس میزان مقاومت مارشال، ویژگی‌های فنی و نوع ترافیک (سبک، متوسط یا سنگین) انجام گیرد.

آسفالت متخلخل:

از اختلاط قیر خالص اصلاح‌شده با مصالح صددرصد شکسته و دانه‌بندی باز در کارخانه آسفالت گرم تهیه و با ضخامت حدود ۲۵ تا ۴۰ میلی‌متر اجرا می‌شود. پس از تراکم، فضای خالی آن حدود ۲۰ درصد است و به‌عنوان بخشی از سامانه روسازی محسوب نمی‌شود، بنابراین نمی‌تواند جایگزین قشر رویه اصلی باشد؛ مزایای اصلی این آسفالت شـــامل:

• تخلیه سریع آب‌های سطحی و جلوگیری از انباشت آب (قابلیت زهکشی)
• مانع پدیده ایستایی (کاهش خطر لغزندگی و افزایش امنیت عبور و مرور)
• کاهش پاشش آب و بهبود دید رانندگان و افزایش ایمنی
• کاهش متوسط صدای تولید شده (نویز) تا حدود  dB(A) 3 نسبت به آسفالت معمولی.
• کاهش انعکاس نور چراغ خودروهای مقابل (قابلیت پخش نور در حالت خشک و حتی بارندگی)
• افزایش ضریب اصطکاک به دلیل استفاده از حدود ۸5 درصد مصالح درشت‌دانه شکسته و تیزگوشه

اجرای این نوع رویه مستلزم نفوذناپذیر بودن لایه زیرین و داشتن توجیه فنی – اقتصادی و تصویب کارفرما است. همچنین مشخصات مصالح، قیر، طرح اختلاط، روش اجرا و برنامه نگهداری باید در مشخصات فنی پروژه ذکر شود.

سنگــدانه‌ها

سنگدانه‌ها از معادن سنگ كوهي يا قلوه سنگ‌هاي درشت رودخانه‌اي استخراج و در سنگ شكن فكي و دوار (كوبيت) شكسته مي‌شود. مصالح بلافاصله پس از شكسته شدن، دانه‌بندي شده (با سرند كردن) و در قسمت هاي مجزا به صورت مصالح دانه درشت، دانه متوسط و دانه‌ريز (شامل فيلر) انبار مي‌شود. بديهي است كه مصالح سنگ كوهي نسبت به شن و ماسه و قلوه سنگ رودخانه‌ای، ارجحيت دارد. در صورتي كه استخراج سنگ از معدن به دلايل مختلف اقتصادي نبوده و يا تهيه مواد سـوزا (انفجاري) مواجه با مشكل شود، مي‌توان براي اساس قيري از شكستن مخلوط شن و ماسه درشت رودخانه‌اي و براي رويه و آستر از شكستن شن و قلوه سنگ رودخانه‌اي استفاده كرد. مصالح سنگي شكسته شده براي انواع آسفالت گرم بايد سخت، محكم، با دوام، تميز، مكعبي شكل و عاري از هرگونه مواد آلي، رسي، شيستي، پوشش خاكي و دانه‌هاي سست بوده و براي هر قطعه از پروژه، تا آنجا كه ممكن است از يك معدن تهيه شده باشد. مصالح درشت و متوسط و ريز در صورت لزوم بايد شسته شود.

مبنی بر دسته‌بندی آیین‌نامه‌ها، سنگدانه‌ها شامل موارد زیر می‌باشد:

• مصالح دانهدرشت و متوسط
• مصالح ريزدانه (ماسه‌های شکسته و طبیعی)
• فيلر (به معنی پرکننده و عمدتاً رد شده از الک 200)

قــــیر

انواع قیر مصرفی در آسفالت گرم شامل قیرهای عملکردی (PG) و قیرهای طبقه‌بندی‌شده بر اساس درجه نفوذ است که مشخصات و محدودیت مصرف آن‌ها در استاندارد ملی ایران 12505 ارائه شده است. قیر 70/60  برای شرایط اقلیمی گرم و معتدل ایران مناسب است، مگر در شرایط خاص مانند هوای بسیار گرم، ترافیک سنگین، تقاطع‌ها، شیب‌های تند یا دمای بهره‌برداری بیشتر از 60 درجه سلسیوس که در این صورت قیر با درجه نفوذ کمتر مانند 50/40 توصیه می‌شود. انتخاب این قیرها باید همراه با آزمون‌های دقیق و بررسی‌های محلی بر اساس آمار معتبر ترافیک و هواشناسی باشد. همچنین، برای کیفیت برتر یا آسفالت‌های خاص مانند آسفالت متخلخل، می‌توان از قیرهای اصلاح‌شده مطابق استاندارد 12505 و با تأیید دستگاه نظارت استفاده کرد.

حمل قیر و ذخیره‌سازی

قیرهای موردنیاز کارگاه‌های آسفالتی، توسط تانکرهای حمل قیر به محل کارگاه منتقل می‌شوند. برای تخلیه قیر این تانکرها به مخازن قیر کارگاه، نیاز به گرم‌کردن تحت شرایط خاص وجود دارد. قیر نباید با شعله مستقیم گرم شود، زیرا این امر موجب سوختگی موضعی قیر و در نتیجه کاهش خواص چسبندگی آن می‌گردد. در صورت لزوم برای استفاده از شعله، باید بین شعله و جداره تانکر از آجر نسوز استفاده شود.

برای انتقال قیر از مخازن به کارخانه آسفالت و یا گرم‌کردن آن، باید از لوله‌های روغن یا وسایل گرم‌کننده الکتریکی استفاده شود. دمای قیرهای خالص در مخازن و لوله‌ها و هنگام اختلاط با سنگدانه‌ها در مخلوط‌کن کارخانه آسفالت باید به‌گونه‌ای تنظیم گردد که دمای آسفالت با دانه‌بندی پیوسته، هنگام تخلیه از کارخانه به کامیون، هرگز از ۱۶۳ درجه سلسیوس تجاوز نکند و در عین حال دمای قیر نیز کمتر از ۱۷۶ درجه سلسیوس نباشد.

تانکرهای حمل قیر و همچنین مخازن قیر کارگاه‌های آسفالتی باید مجهز به حرارت‌سنج باشند؛ به‌گونه‌ای که یک حرارت‌سنج در قسمت تحتانی و دیگری در قسمت فوقانی نصب گردد. در کارخانه آسفالت نیز باید حرارت‌سنج قیر نصب شود تا در هر زمان امکان کنترل دمای قیر فراهم باشد.

ذخیره‌سازی قیر در کارگاه‌ها در مخازن قیر انجام می‌شود. در صورتی که برای ذخیره قیر از استخر استفاده شود، دیوار و کف استخر باید بتنی یا دارای پوشش سیمانی بوده و سرپوشیده باشد تا قیر به‌طور کامل از هجوم گردوغبار، بارندگی و دیگر آلاینده‌ها محفوظ بماند. وسایل گرم‌کننده قیر باید در کف استخر پیش‌بینی شود.

حمل آسفالت

حمل آسفالت از محل کارخانه تا محل پخش به وسیله کامیون انجام می‌گیرد. جداره داخلی کامیون و سطوحی که با آسفالت تماس دارند باید کاملاً تمیز و عاری از هرگونه مواد خارجی باشد. به‌منظور پیشگیری از چسبیدن آسفالت به کف و دیواره‌های اطاق کامیون، باید قبل از ریختن آسفالت، اطاق کامیون را در محل با آب‌آهک (مخلوط آب و حجم کمی آهک) شستشو داده و تمیز نمود. شستشو با هر نوع روغن و گازوئیل ممنوع می‌باشد.

در هنگام حرکت در مسیر حمل آسفالت، درجه حرارت آسفالت بیش از ۱۰ درجه سلسیوس افت کند. کامیون‌های حامل آسفالت باید با برزنت همراه عایق حرارتی پوشیده شوند تا سطح آسفالت سرد نشده و خاصیت و یکنواختی خود را از دست ندهد. حداکثر زمان حمل آسفالت ۴۵ دقیقه و حداکثر فاصله حمل با حفظ دمای مناسب ۷۰ کیلومتر است. درجه حرارت آسفالت در جریان حمل و پخش به‌گونه‌ای کنترل می‌گردد که مقداری از مخلوط آسفالتی در کف کامیون جمع شده و آسفالت بالای کامیون، قیر و آسفالت کف کامیون را نپوشاند. این امر موجب می‌شود که در قسمت کم‌قیر، طول عمر آسفالت کوتاه و در قسمت پرقیر، قیرزدگی ایجاد شود.

پـخش آسفالت

آسفالت حمل‌شده از کارخانه، در محل مصرف در فینیشر تخلیه می‌شود. نوع و مشخصات فینیشر باید به تأیید دستگاه نظارت برسد. هرگاه اطو یا دستگاه گرم‌کن آن و یا دستگاه ارتعاش‌دهنده یا دستگاه‌های تنظیم ضخامت دارای نواقصی باشند، به‌طوری که آسفالت به‌طور کامل یکنواخت و با سطحی هموار و یکنواخت پخش نگردد، دستگاه نظارت باید دستور اصلاح یا تعویض فینیشر را صادر نماید.

کوبیدن آسفالت

پس از پخش آسفالت به وسیله فینیشر، کوبیدن اولیه قشر پخش‌شده توسط فینیشر و اطو‌ی نانوته توسط غلتک چرخ فلزی (در جهت طول محور) انجام می‌شود. سپس، غلتک چرخ لاستیکی با محور ثابت بر روی محل حرکت اطو حرکت کرده و بعد از آن غلتک چرخ فلزی مجدداً بر روی قشر پخش‌شده حرکت می‌کند. برای جلوگیری از کوبیدن لبه قیر آسفالت، کوبیدن باید توسط دو غلتک چرخ لاستیکی با وزن مناسب و به گونه‌ای هماهنگ و متناوب صورت گیرد. به منظور تراکم لازم، غلتک‌ها باید طبق مشخصات آیین‌نامه آشتو AASHTO T209 عمل نمایند و میزان تراکم به نحوی باشد که وزن مخصوص نمونه‌ها از مقدار مارشال ۹۲ درصد کمتر نباشد. غلتک‌های چرخ لاستیکی باید وزن کافی و قابلیت تنظیم فشار داشته و سطح تماس آن‌ها عاری از مواد فلزی باشد.

غلتک‌های مورد استفاده برای کوبیدن آسفالت باید مجهز به لوله‌های آب‌پاشی برای تمیز نگه‌داشتن چرخ‌ها از مواد چسبنده بوده و از روغن سوخته یا گازوئیل برای تمیز کردن چرخ‌ها استفاده نشود. استفاده از یک غلتک چرخ فلزی و یک غلتک چرخ لاستیکی به‌عنوان ذخیره الزامی است و در صورت بروز نقص فنی، باید بلافاصله جایگزین شود.

در مواردی که عرض مسیر زیاد و بیش از ۴ متر در دقیقه باشد، تعداد غلتک‌های چرخ لاستیکی باید افزایش یابد تا از کاهش دمای مخلوط و افت کیفیت تراکم جلوگیری شود. تعداد عبور غلتک‌ها باید با نظر دستگاه نظارت تعیین گردد.

نتایج نشان می‌دهد که استفاده هم‌زمان از غلتک چرخ فلزی و غلتک چرخ لاستیکی، بهترین کیفیت تراکم را ایجاد می‌کند و استفاده از هر کدام به‌تنهایی باعث کاهش کیفیت می‌شود. سرعت مناسب غلتک چرخ فلزی حدود ۴ کیلومتر در ساعت و غلتک چرخ لاستیکی حداکثر ۸ کیلومتر در ساعت است.

جمع‌بندی مباحث مرتبط با آشنایی با اسفالت و آسفالت گرم 

آسفالت به عنوان یکی از اصلی‌ترین مصالح روسازی، نقش حیاتی در افزایش دوام، ایمنی و کیفیت شبکه راه‌ها دارد. این ماده مرکب، متشکل از سنگدانه‌ها و قیر، با رعایت دقیق اصول طراحی مخلوط، انتخاب مصالح مطابق استانداردها و اجرای صحیح، می‌تواند عملکردی پایدار در برابر بارهای ترافیکی و شرایط جوی ارائه دهد.

در فرآیند اجرای آسفالت، انتخاب نوع مناسب (آسفالت گرم، سرد یا حفاظتی) متناسب با کاربری و شرایط اقلیمی، استفاده از سنگدانه‌های دانه‌بندی‌شده با کیفیت بالا، قیر متناسب با شرایط آب‌وهوایی، و افزودنی‌های مورد نیاز، اهمیت ویژه‌ای دارد. همچنین رعایت اصول حمل و نگهداری قیر، جلوگیری از افت دمای آسفالت در حین حمل، پخش یکنواخت با فینیشر استاندارد، و کوبیدن علمی با غلتک‌های مناسب، از عوامل کلیدی برای دستیابی به دوام و کیفیت مطلوب لایه‌های آسفالتی هستند.

اجرای لایه‌های مختلف آسفالت شامل رویه، آستر، اساس قیری، ماسه آسفالت و آسفالت متخلخل، هر یک با ویژگی‌ها و الزامات خاص، باید بر اساس استانداردهای ملی نظیر ISIRI 14850، ISIRI 12505  و دستورالعمل‌های بین‌المللی مانند AASHTO T209  صورت گیرد. رعایت این ضوابط، علاوه بر افزایش مقاومت در برابر پدیده‌هایی همچون شیارافتادگی، لغزندگی و قیرزدگی، باعث بهبود عملکرد سازه‌ای و عملکردی روسازی خواهد شد.

در مجموع، کیفیت نهایی روسازی آسفالتی نتیجه مستقیم تعامل عوامل طراحی، مصالح، تجهیزات و فرآیند اجرا است و هر گونه ضعف در هر یک از این مراحل می‌تواند طول عمر روسازی را به شدت کاهش دهد.

در مقالات بعدی، به بخش‌های بعدی و انواع دیگر آسفالت‌ها، شامل آسفالت سرد و حفاظتی می‌پردازیم؛ بررسی روسازی‌های بتنی و آسفالتی، مزایا، معایب و کاربردهای هر یک به‌طور تخصصی مورد تحلیل قرار خواهد گرفت.

مقالات مرتبط برای آشنایی بیشتر با اسفالت و روسازی آن

بتن آسفالتی چیست؟ بعبارتی دیگر بتن خیابان چیست و چه کاربردهایی دارد؟

سوالات متداول در ارتباط با آسفالت و آشنایی با آن

1. آسفالت گرم چیست و چه تفاوتی با آسفالت سرد دارد؟
آسفالت گرم مخلوطی از سنگدانه و قیر است که در کارخانه آسفالت در دمای بالا تولید و در حالت گرم اجرا می‌شود، در حالی که آسفالت سرد در دمای محیط تهیه و قابل نگهداری برای مدت طولانی‌تر است.

2. مراحل اجرای آسفالت گرم چگونه است؟
مراحل شامل تولید آسفالت در کارخانه، حمل با کامیون عایق‌دار، پخش توسط فینیشر، و کوبیدن لایه‌ها با غلتک‌های استاندارد برای رسیدن به تراکم مطلوب می‌باشد.

3. بهترین نوع آسفالت برای جاده‌های پرترافیک کدام است؟
برای مسیرهای پرترافیک و سنگین، استفاده از آسفالت گرم با دانه‌بندی مناسب و قیر اصلاح‌شده پلیمری توصیه می‌شود تا مقاومت در برابر شیارافتادگی و لغزندگی افزایش یابد.

4. چه عواملی در دوام و عمر آسفالت موثر هستند؟
کیفیت مصالح سنگدانه، نوع و مقدار قیر، طرح اختلاط، اجرای صحیح، شرایط اقلیمی و نگهداری دوره‌ای، مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده عمر مفید آسفالت هستند.

منابع مرتبط با اسفالت و اسفالت گرم:

گلاسری آسفالت