آسفالت بتنی که با استفاده از مصالح شکسته با دانه‌بندی‌های پیوسته و قیر خالص با درجه نفوذ بین 60 تا 100 درجه تهیه می‌شود می‌تواند به روش‌های متعددی همچون روش مارشال، روش هابر فیلد و روش ویم یا ژیراتوری تهیه شود. روش مارشال از جمله روش‌های رایج و کاربردی است که در ایران مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. در ادامه مطلب به بررسی بیشتر آزمایش مارشال قیر و هدف آن پرداخته خواهد شد.
بهترین روش تولید بتن آسفالتی
همان‌طور که گفته شد بتن آسفالتی از جمله مصالح بسیار کاربردی و پراستفاده است که به روش‌های متعددی تولید می‌شود. روش هابر فیلد برای تولید بتن‌های آسفالتی با دانه‌بندی‌های ریز استفاده می‌شود و تمامی مواد و مصالح آن از الک نمره 4 رد می‌شوند. در روش ژیراتوری یا روش ویم نیز عمل کوبیدن نمونه‌های آسفالت همراه با مالش انجام خواهد شد و بزرگ‌ترین دانه‌های آسفالت در این روش یک اینچ خواهد بود. روش مارشال نیز توسط دانشمندی به نام بروس مارشال ارائه شده و امروزه تغییرات زیادی داشته است. اندازه مصالح در این روش نیز حداکثر 1 اینچ است. در اصل روش مارشال بهترین و کاربردی‌ترین روش برای تولید بتن آسفالتی است و آزمایش مارشال قیر کیفیت محصول تولید شده را ارزیابی می‌کند.
هدف و دلیل آزمایش مارشال قیر
همان‌طور که گفته شد در روش‌های تولید بتن آسفالتی از مواد و مصالح مختلفی همچون گیلسونایت و … با نسبت‌های متفاوتی استفاده می‌شود. آزمایش مارشال قیر می‌تواند با اهداف و دلایل مختلفی انجام شود که مهم‌ترین آن‌ها شامل موارد زیر می‌باشند:
- در این آزمایش می‌توان رابطه بین تراکم و درصد قیر را به دست آورد.
- می‌توان رابطه بین وزن مخصوص و درصد قیر را پیدا کرد.
- همچنین در این آزمایش می‌تواند رابطه بین درصد قیر و فضای خالی، مقاومت فشاری و رسم منحنی‌های مربوطه را پیدا کرد.
این آزمایش بر روی نمونه‌های استوانه‌ای به قطر 10 سانتی‌متر و ارتفاع 6.25 سانتی‌متر انجام می‌شود. همچنین عمل تراکم نمونه آسفالت با چکش 4.5 کیلوگرمی و ارتفاع سقوط چکش 45 سانتی‌متری انجام می‌شود. تعداد ضربات نیز می‌تواند با توجه به میزان ترافیک طرح مسیر مورد نظر متفاوت باشد.
روش انجام آزمایش مارشال قیر
برای انجام آزمایش مارشال به وسایل مختلفی همچون چکش مارشال، قالب‌های مارشال، مخلوط‌کن، قیر مذاب، دماسنج، ترازو و وزنه‌های مختلف، کاردک، روغن و دستکش نسوز نیاز است. در این روش نمونه‌هایی که از قبل دانه‌بندی شده‌اند به مدت 24 ساعت و در دمای 160 تا 170 درجه سانتی‌گراد در داخل آون قرار داده می‌شوند تا رطوبت سنگ‌ها به‌صورت کامل گرفته شود. نمونه‌های دانه‌بندی شده همگی باید دارای وزن 1200 گرم باشد تا بتوان تأثیر این دو عامل را در آزمایش حذف نمود.
- در این آزمایش 21 نمونه تهیه می‌شود که 3 عدد آن‌ها ذخیره خواهند بود تا چنانچه خطایی در زمان ساخت نمونه آسفالت خطایی رخ داد جایگزین شوند
18 نمونه تهیه‌شده به 6 گروه 3 تایی تقسیم می‌شوند و هر گروه دارای درصد قیر یکسانی هستند. مقادیر درصد قیری که به سنگ‌دانه‌ها اضافه می‌شود به ترتیب شامل 4.0، 4.5، 5.0، 5.5، 6.0، 6.5 خواهند بود. برای شروع آزمایش مارشال قیر باید ابتدا یک عدد قالب را با تمام ضمایم در گرمچال قرار داده تا با سنگ‌دانه‌ها هم دما شود و همزمان نیز یک آون را از گرمچال بیرون آورده و داخل ظرف مخلوط‌کن ریخته و ظرف را روی ترازویی قرار داده که هم‌وزن در کفه مقابل ترازو، وزنه وجود دارد.
نحوه محاسبه میزان درصد وزنی قیر لازم
برای محاسبه میزان درصد وزنی قیر لازم برای آزمایش می‌توان از فرمول زیر استفاده کرد. البته این فرمول برای 4 درصد قیر محاسبه شده و برای سایر درصدها نیز به همین شیوه باید عمل نمود.
باید توجه داشت که رابطه بالا را برای هر گروه مساوی با درصد قیر مربوط به آن گروه قرار داد. در کفه‌ای که وزنه‌ها قرار دارند 50 گرم وزنه اضافه می‌شود و سپس قیر مذاب به آرامی در ظرف مخلوط‌کن ریخته خواهد شد و تا زمانی که دو کفه مساوی شوند ادامه پیدا می‌کند. دمای قیر معدنی یا قیر استفاده شده نباید بیشتر از 137 درجه باشد چرا که در این دما مشخصات قیر تغییر خواهد کرد.
سنگ‌دانه‌ها باید با استفاده از دستگاه مخلوط‌کن با قیر مخلوط شوند و برای کاهش دمای مخلوط باید از گرمکن مخصوص زیر کاسه مخلوط‌کن استفاده نمود. عمل مخلوط کردن باید تا زمانی که سنگ‌دانه‌ها کاملا به قیر آغشته می‌شوند ادامه داشته باشد.
اکنون باید قالب از گرمچال خارج شده و به روغن آغشته شود و ابتدا به اندازه 3-2 سانتی‌متر مصالح ریزدانه به وسیله کاردک‌ها در آن ریخته شود و سپس سایر مصالح به‌صورت یکنواخت به داخل قالب افزوده شود. بعد از ریختن تمام مخلوط به داخل قالب باید در کوتاه‌ترین زمان ممکن و برای جلوگیری از کاهش دما کاملا مخلوط شوند.
در نهایت باید نمونه را زیر چکش تراکم مارشال آغشته به روغن قرار داد و تعداد ضربه را روی 75 ضربه تنظیم نمود. بعد از کوبیدن 75 ضربه، قالب برگردانده شده و 75 ضربه به طرف دیگر آن وارد می‌شود و در نهایت میزان درصد قیر افزوده شده بر روی نمونه قید شده و در محلی امن برای رسیدن به دمای محیط قرار داده می‌شود.
جمع‌بندی نهایی
آزمایش مارشال قیر یا بیتومن از جمله آزمایش‌هایی است که می‌تواند برای اهداف مختلفی همچون پیدا مردن رابطه بین تراکم و درصد قیر، پیدا کردن رابطه بین وزن مخصوص و درصد قیر و همچنین پیدا کردن رابطه بین درصد قیر و فضای خالی، مقاومت فشاری و رسم منحنی‌های مربوطه استفاده می‌شود و برای انجام آن به ابزارهایی همچون چکش مارشال، قالب‌های مارشال، مخلوط‌کن، قیر مذاب، دماسنج، ترازو و … نیاز است.