عنوان : مقاله کاربرد پلیمرها در صنعت راهسازی

فهرست مطالب
1- مقدمه 1
2-1 بهبود خواص قير با اضافه كردن پليمر 3
2-2 مواردي از كاربرد آسفالت پليمري 5
2-3 مشكلات استفاده از قير پليمري 7
3 - استفاده از پليمرها در تسليح آسفالت 8
3-1 چگونه مشهاي انعطاف پذير از ترك خوردن آسفالت جلوگيري مي‌كنند؟ 9
3-2 مشخصات فيزيكي مشهاي تسيلح 10
3-3- موارد استفاده 11
3-4 نحوه استفاده از مشهاي تسليح 12
4- نتيجه گيري 12
مراجع 13
ژوتكستايل 14
1- مقدمه 14
2- كاربرد ژئوتكستايلها در جداسازي لايه هاي خاك (separation) 17
3- كاربرد ژئوتكستايلها در تسليح خاك 18
3-1 تسليح ديوارهاي حائل به وسيله ژئوتكستايل 19
3-2 پايداري شيروانيهاي خاكي توسط ژئوتكستايل 22
3-3- تسيلح جاده ها به وسيله ژئوتكستايل 24
3-4 افزايش شيب مجاز شيروانيها 25
3-5 پايداري شيروانيهاي خاكي بوسيله ژئوتكستايل 26
4- كاربرد ژئوتكستايلها به عنوان فيلتر 27
5- كاربرد به عنوان قالب انعطاف پذير 28
6- كاربرد ژئوتكستايلها به عنوان زهكشي 31

بهبود خواص قير با اضافه كردن پليمر
قير خوب قير است كه حساسيت حرارتي آن كم بوده، چسبندگي مناسب داشته باشد و در دماي پايين شكننده نشود. مواد پليمري حساسيت حرارتي قير را، مخصوصا در دماي بالا كه قير جاري مي‌شود، كاهش مي‌دهند يعني دماي نرم شدن (Softening Point) را افزايش مي‌دهند تا قير ديرتر روان شود.
اين مواد همچنين مقاومت در برابر خستگي را بالا مي‌برند (زيرا باعث مي‌شوند قير در دماي پايين هم، همچنان انعطاف پذيري خود را حفظ كند.) و نيز چسبندگي قير را به ميزان زياد افزايش مي‌دهند.
شكل 1 حساسيت حرارتي واقعي قير و حساسيت حرارتي ايده آل آن را نشان مي‌دهد.
 
يك چسبنده (Binder) ايده آل بايد در دماي معمولي رفتاري ثابت داشته باشد. سپس در دماي اختلاط به ماده اي ويسكوز تبديل شود. قير در طبيعت رفتار ايده آلي نشان نمي‌دهد و در برابر تغييرات دما دچار تغييرات پيوسته مي‌شود. با اضافه كردن پليمر مناسب، منحني حساسيت حرارتي قير مي‌تواند به شكل 2 تغيير يابد.
 
استفاده از پليمر بهبود شاياني در رفتار ويسكو الاستيك قير پديد مي‌آورد. اين مواد خاصيت الاستيكي قير را در دماهاي بالاتر حفظ مي‌نمايند.
بايد توجه داشت لازمه تغييرات ذكر شده پديد آمدن يك شبكه پليمري در داخل قير مي‌باشد يعني تا زماني كه اين شبكه بوجود نيامده است بهبودي در خاصيت قير مشاهده نمي‌شود.

2-2 مواردي از كاربرد آسفالت پليمري
2-2-1 با افزايش ترافيك و بار محوري ناشي از آن مشاهده مي‌شود كه سطح بسياري از جاده ها (مخصوصا در هواي گرم) شيار، شيار و ناهموار مي‌شود. قبلا براي جبران اين نقيصه از آسفالت سفت تر استفاده مي‌شد كه اين امر باعث شكنندگي آسفالت (مخصوصا در هواي سرد) مي‌شد. ولي اكنون با استفاده از PMB مي‌توان از نرم شدن آسفالت در دماي بالا و در نتيجه از ايجاد شيار بر روي آن و همچنين از شكنندگي آسفالت در دماي پايين جلوگيري كرد.پيشگيري از شكنندگي نتيجه حفظ الاستيسيته PMB ها در دماي پايينتر مي‌باشد.
2-2-2 از بين بردن آبهاي سطحي در روزهاي باراني ايمني جاده ها را افزايش مي‌دهد. آسفالت زهكشي يا متخلخل آسفالتي است داراي دانه بندي منقطع و درشت. آب از بين اين دانه ها رد مي‌شود و به كانالهاي آبي انتقال مي‌يابد. اين نوع آسفالت چند مشكل عمده دارد:
سنگدانه هاي آن به علت درشتي خيلي زود كنده مي‌شوند.
بر اثر فشارهاي ترافيكي ممكن است روي آسفالت شيار ايجاد شود (به علت فضاي خالي بين سنگدانه ها).
آب نيز سنگدانه ها را كنده، با خود مي‌برد.
اضافه كردن پليمر به قير هر سه مشكل را حل مي‌كند. زيرا با استفاده از پليمر از يك سو مي‌توان از قير نرمتر استفاده كرد. با مصرف پليمر و كم كردن حساسيت حرارتي قير از جاري شدن آن در دماي بالا جلوگيري مي‌شود و با اين كار مي‌توان غشا ضخيمتري از قير دور سنگدانه ايجاد كرد و باعث چسبندگي سنگدانه ها به هم شد. و از سوي ديگر با استفاده از پليمر چسبندگي قير بالا رفته، سنگدانه ها بهتر به هم چسبيده وهر سه نقيصه بر طرف مي‌شود.
2-2-3 در بسياري جاها از آسفالت كم ضخامت براي پوشاندن جاده هاي خاكي استفاده مي‌شود دلايل اين استفاده، بهبود كيفيت رانندگي و افزايش مقاومت در برابر ليز خوردن ماشينها است.
لايه نازك آسفالت با چند اشكال عمده روبروست.
سنگدانه هاي آن خيلي زود بر اثر خستگي (معمولا در هواي سرد) كنده مي‌شوند. با استفاده از پليمرها مي‌توان قيري انعطاف پذير تر كه در دماي سرد خاصيت ارتجاعي را حفظ مي‌كند به كار گرفت و از ترد شدن آسفالت و كنده شدن سنگدانه هاي آن جلوگيري كرد.
لايه نازك آسفالت در هواي گرم شل مي‌شود و بر اثر تنشهاي برشي وارده مثل ترمز ماشينها به سرعت جمع مي‌شود كه با استفاده از پليمر دماي رواني قير را مي‌توان طوري بالا برد كه در هواي گرم جاري نشود.
مشكل لايه هاي نازك آسفالت اين است كه چنانچه در لايه هاي زيرين (Pavement) آنها تركي رخ دهد. اين ترك به سرعت به آسفالت منتقل شده و سطح آنرا مي‌شكافد. چسبندگي زياد PMB ها اين نقيصه را نيز بر طرف مي‌سازد.
همچنين در مورد جاهايي كه سطح جاده را با سنگدانه (Chipping) مي‌پوشانند، براي چسباندن سنگها به جاده، به آستري از قير احتياج داريم كه PMB ها به علت چسبندگي زياد مي‌توانند آستر مناسبي براي اين كار باشند.
2-2-4 در مورد آسفالت گرم كه لايه اي كلفت از آسفالت فشرده مي‌باشد و در برابر خستگي مقاومت زيادي دارد مساله مطرح كار آيي كم آسفالت هنگام بخش كردن، مخصوصا در هواي سرد است. PMB با استفاده از قير انعطاف پذيرتر اين مشكل را بر طرف مي‌كند همچنين از ايجاد شيار جلوگيري كرده، مقاومت در برابر خستگي را افزايش مي‌دهد.

2-3 مشكلات استفاده از قير پليمري
2-3-1 چسبندگي PMB ها از قير معمولي بسيار بيشتر است. اين ماده به هر سطحي كه با آن تماس پيدا كند مانند مخزن ذخيره قير، كاميون حمل مواد و … مي‌چسبد به طوري كه تميز كردن اين سطوح پس از استفاده كاري بس دشوار است. ولي اگر خوشبينانه نگاه كنيم مي‌بينيم همين چسبندگي زياد مواد پليمري، منشا ايجاد خواص مطلوب در قير مي‌باشد.
2-3-2 هنگامي‌كه پليمر و قير باهم مخلوط مي‌شوند و براي استفاده بعدي نگهداري مي‌شوند، مخلوط قير و پليمر گرايش دارند از يكديگر جدا شوند. بنابراين يكي از مشكلات واقعي نگهداري و ذخيره PMB به صورت يك مخلوط هموژن است. برخي پليمرها گرايش به ته نشين شدن دارند ولي در بيشتر موارد قير ته نشين مي‌شود و مواد پليمري روي آن قرار مي‌گيرند.
اخيرا در صنعت تانكرهايي عمومي‌ساخته شده اند كه به مخلوط كنهاي مخصوصي مجهزند و براي نگهداري PMB به كار مي‌روند.
2-3-3 قابليت پمپ شدن مواد نيز مي‌تواند به يك معضل تبديل شود. زيرا غير از موارد استثنائي كه از قير نر متر استفاده مي‌كنيم با استفاده از پليمر در قير معمولي نقطه نرمي‌قير افزايش مي‌يابد و در نتيجه قير در دماي معمولي سخت مي‌گردد. بنابراين يك پيمانكار ماهر بايد بتواند مخلوط را داغ نگهدارد و به موقع به مكان مورد نظر رسانده. پخش كند و قبل از سرد شدن مواد، آسفالت را متراكم و هموار سازد.

3 - استفاده از پليمرها در تسليح آسفالت
از ديگر موارد استفاده مواد پليمري در آسفالت به كار گيري مشهاي مسلح كننده آسفالت است مي‌دانيم يكي از مشكلات متداول آسفالت پديد آمدن تركهاي عميق در لايه هاي زيرين و انعكاس آن به لايه هاي رويي مي‌باشد.
تركهاي انعكاسي به دو علت به وجود مي‌آيند.
بر اثر حركات افقي صفحات بتني زيرين به خاطر تنشهاي حرارتي و  انبساط و انقباض صفحات كه به دليل تغييرات دماي روزانه و فصلي به وقوع مي‌پيوندد، روكش آسفالت در محل درز اين صفحات بر اثر حركات آنها ترك خورده و اين ترك گسترش مي‌يابد (شكل 3)
بر اثر حركت چرخ ماشينها از روي درز بين دو صفحه بتني تنش برشي شديدي در آسفالت به وجود مي‌آيد كه باعث ترك خوردن آن مي‌شود (شكل 4) 
 
علت اصلي ترك خوردن آسفالت، مقاومت كششي ناچيز آن مي‌باشد. به همين خاطر مقاومت آسفالت در برابر كرنشهاي زياد نيز كم است و زود ترك مي‌خورد. بهترين راه جلوگيري از ترك خوردن مسلح كردن آسفالت توسط مشهاي انعطاف پذير مي‌باشد.
3-1 چگونه مشهاي انعطاف پذير از ترك خوردن آسفالت جلوگيري مي‌كنند؟
اين شبكه هاي مسلح كننده يا دو عملكرد مهم از ترك خوردن آسفالت جلوگيري مي‌كنند.
مقاومت كشي آسفالت را افزايش مي‌دهند.
قسمت مهمي‌از تنش وارد بر آسفالت را جذب كرده، آن را در محيط وسيعي پراكنده مي‌سازند. به همين خاطر با استفاده از اين شبكه ها به جاي يك ترك طولاني باز، تعداد زيادي ترك ريز و پراكنده خواهيم داشت.
آزمايشها نشان مي‌دهند كه تنش و كرنش كسيختگي در نمونه هاي مسلح شده توسط شبكه هاي تسليح تا حدود 50% افزايش مي‌يابند (شكل 5)

 
علاوه بر جلوگيري از ترك خوردن، اين شبكه ها از ايجاد شيار بر روي آسفالت بر اثر بار ترافيكي زياد جلوگيري كرده مقاومت در برابر  خستگي را نيز افزايش مي‌دهند.
اثر ديگر اين شبكه ها كاهش نرخ ايجاد ترك مي‌باشد. زيرا يكي از عوامل موثر بر سرعت ايجاد ترك، بزرگي تنش موجود مي‌باشد و اين شبكه ها با كاستن تنش سرعت ايجاد ترك را نيز كاهش مي‌دهند.