انواع قیر عملکردی
قیر عملکردی یکی از مهم ترین تحولات مهندسی در حوزه روسازی راه و آسفالت است. روش های قدیمی طبقه بندی قیر مانند درجه نفوذ یا ویسکوزیته تنها بخشی از رفتار قیر را نشان می دادند و توانایی پیش بینی عملکرد قیر در اقلیم های مختلف یا تحت بارگذاری های سنگین را نداشتند. با توسعه روش Superpave و استفاده از آزمایش های رئولوژیک پیشرفته، نسل جدیدی از طبقه بندی قیر شکل گرفت که بر اساس عملکرد واقعی و قابل اندازه گیری قیر طراحی شده است. این نوع طبقه بندی باعث شد برای هر منطقه با شرایط اقلیمی خاص، قیری با ویژگی دقیق انتخاب شود و در نتیجه دوام آسفالت به شکل چشمگیری افزایش یابد. در این مقاله انواع قیر عملکردی، ویژگی های آن، تفاوت های میان رده های مختلف PG و کاربرد هرکدام بررسی می شود.
مفهوم قیر عملکردی و طبقه بندی PG
قیر عملکردی یا PG Binder بر اساس رده دمایی معرفی می شود که نشان می دهد قیر در چه بیشینه و کمینه دمایی عملکرد مطلوب دارد. برای مثال وقتی گفته می شود PG 64-22، یعنی قیر در دمای بالا تا 64 درجه سانتی گراد در برابر شیارشدگی مقاوم است و در دمای پایین تا منفی 22 درجه در برابر ترک خوردگی حرارتی مقاومت دارد. این طبقه بندی نشان دهنده آن است که انتخاب قیر فقط به سختی یا نرمی آن محدود نمی شود، بلکه رفتار آن در شرایط واقعی شامل گرمای شدید، سرمای شدید و بارگذاری تکراری خودروها نیز مورد توجه قرار می گیرد. انواع قیرهای عملکردی برای این هدف تولید شده اند تا مهندسان بتوانند متناسب با اقلیم منطقه، ترافیک مورد انتظار و نوع روسازی، قیر مناسب را انتخاب کنند.
انواع قیر عملکردی بر اساس دمای بالا
در طبقه بندی PG، عدد سمت چپ نشان دهنده دمای بالای طراحی است. این عدد مشخص می کند قیر چه میزان گرما را بدون شل شدن یا تغییر شکل دائمی تحمل می کند. قیرهایی با اعداد پایین مانند PG 52 برای مناطق معتدل مناسب هستند، در حالی که قیرهایی با اعداد بالا مانند PG 70 یا PG 76 برای مناطق بسیار گرم یا مسیرهایی که ترافیک سنگین دارند استفاده می شوند. افزایش دمای بالا معمولا با اصلاح قیر به کمک پلیمرهایی مانند SBS یا افزودنی های نانو انجام می شود تا مقاومت قیر در برابر شیارشدگی و تغییر شکل افزایش یابد. هرچه دمای بالا بیشتر باشد، قیر در برابر بارهای محوری و گرمای شدید پایدارتر است. این ویژگی در بزرگراه ها، فرودگاه ها و مناطق گرمسیری اهمیت حیاتی دارد.
انواع قیر عملکردی بر اساس دمای پایین
عدد سمت راست در طبقه بندی PG نشان دهنده دمای پایین طراحی است و مقاومت قیر در برابر شکنندگی و ترک خوردگی را نشان می دهد. قیرهایی با عدد منفی پایین تر مانند PG 58-28 یا PG 52-34 برای مناطق سردسیر مناسب هستند، زیرا در دمای زیر صفر همچنان انعطاف پذیر می مانند. این قیرها با جلوگیری از ترک های حرارتی طولی و عرضی، عمر روسازی را افزایش می دهند. تفاوت اصلی انواع قیر عملکردی در این دسته بندی آن است که رفتار ویسکوالاستیک قیر در سرما چگونه است و چه مقدار انرژی را قبل از شکست تحمل می کند. مناطق کوهستانی، سردسیر و مناطقی که یخبندان های طولانی دارند از مهم ترین مصرف کننده های این نوع قیر هستند.
رده بندی رایج قیرهای عملکردی
معروف ترین و پرکاربردترین رده های قیر عملکردی در پروژه های راه سازی شامل موارد زیر هستند:
- PG 52-28
- PG 58-22
- PG 58-28
- PG 64-16
- PG 64-22
- PG 70-16
- PG 70-22
- PG 76-16
- PG 76-10
- PG 82-22
هرکدام از این رده ها برای شرایط اقلیمی خاصی طراحی شده اند. برای مثال PG 70-22 بیشتر در مناطق گرم استفاده می شود، در حالی که PG 52-28 برای مناطق نسبتاً سرد مناسب است. پروژه هایی که ترافیک بسیار سنگین دارند مانند آزادراه ها یا پایانه های بار استفاده بیشتری از رده های بالاتر مانند PG 76 یا PG 82 دارند.
قیرهای عملکردی اصلاح شده و غیر اصلاح شده
قیر عملکردی به دو دسته اصلاح شده و غیر اصلاح شده تقسیم می شود. قیرهای غیر اصلاح‌شده همان قیرهای پایه هستند که بدون افزودنی به دست می آیند و برای شرایط اقلیمی ملایم مناسب هستند. اما وقتی نیاز به افزایش مقاومت در برابر دماهای بالا یا سرمای شدید وجود دارد، از اصلاح کننده ها استفاده می شود. پلیمرها، الیاف، مواد معدنی و حتی افزودنی های نانو در قیرهای اصلاح‌شده نقش مهمی دارند. قیرهای پلیمر اصلاح شده مانند PG 76-22 یا PG 82-22 مقاومت فوق العاده ای در برابر شیارشدگی دارند. همچنین قیرهای ضد ترک با افزودنی های الاستومری انعطاف پذیری در دمای پایین را افزایش می دهند. در پروژه های بزرگراهی معمولا از قیرهای اصلاح شده استفاده می شود زیرا رفتار آن ها قابل پیش بینی تر است.
انتخاب نوع مناسب قیر عملکردی بر اساس اقلیم
یکی از نقاط قوت قیر عملکردی تنوع رده های آن و امکان انتخاب دقیق برای هر منطقه است. در مناطق بسیار گرم مانند جنوب کشور، استفاده از قیرهای PG 70 یا PG 76 ضروری است. زیرا دمای سطح روسازی گاهی بالاتر از 65 درجه می رسد. در مقابل، مناطق سردسیر مانند شمال غرب یا ارتفاعات، به قیرهایی مانند PG 58-28 نیاز دارند تا از ایجاد ترک های حرارتی جلوگیری شود. مناطق معتدل می توانند از قیرهای متوسط مانند PG 64-22 یا PG 58-22 استفاده کنند. انتخاب صحیح نوع PG باعث افزایش عمر روسازی و جلوگیری از خرابی های زودهنگام می شود.
تاثیر ترافیک و بارگذاری بر انتخاب قیر عملکردی
شدت بارگذاری و ترافیک نیز نوع قیر مورد نیاز را تعیین می کند. مسیرهایی که کامیون های سنگین تردد می کنند یا فرودگاه هایی که بار چرخ هواپیما بسیار زیاد است، به قیرهای با دمای بالا و مدول برشی زیاد نیاز دارند. این ویژگی بیشتر در قیرهای اصلاح‌شده مانند PG 76 یا PG 82 دیده‌می‌شود. در مناطق با ترافیک سبک مانند خیابان های مسکونی، قیرهای با رده پایین تر نیز عملکرد مناسب خواهند داشت. ترکیب اقلیم و ترافیک، معیار اصلی برای انتخاب قیر عملکردی مناسب است.
نقش آزمایش های رئولوژیک در تعیین انواع قیر عملکردی
برای مشخص کردن انواع قیر عملکردی از مجموعه ای از آزمایش های رئولوژیک استفاده می شود. آزمایش DSR رفتار قیر در دماهای بالا و بارهای تکراری را نشان می دهد و پارامترهایی مانند مدول برشی و زاویه فاز را بررسی می کند. آزمایش BBR مقاومت قیر در دماهای پایین و پدیده شکنندگی را ارزیابی می کند. لذا آزمایش MSCR نیز توانایی برگشت پذیری قیر را مشخص می کند و برای قیرهای اصلاح‌شده اهمیت زیادی دارد. نتایج این آزمایش ها به مهندسان امکان می دهد دقیق ترین رده قیر را انتخاب کنند.
جمع بندی
قیر عملکردی به دلیل دقت بالا در ارزیابی رفتار واقعی قیر، به یکی از مهم ترین عناصر طراحی روسازی تبدیل شده‌است. انواع مختلف قیر عملکردی، امکان انتخاب دقیق بر اساس اقلیم، سطح ترافیک و شرایط پروژه را فراهم می کنند. با شناخت رده های مختلف قیر PG، مهندسان می توانند آسفالتی با دوام، مقاوم در برابر شیارشدگی، مقاوم در برابر ترک های حرارتی و سازگار با شرایط محیطی طراحی کنند.
