Asfalt beton - Asphalt concrete
Asfalt beton (yaygın adı verilen asfalt , asfalt veya kaldırım Kuzey Amerika'da ve asfalt , bitüm şose veya haddelenmiş asfalt İngiltere ve İrlanda Cumhuriyeti'nde) bir olan kompozit malzeme yaygın yüzey için kullanılan yolların , otoparklarda , havaalanlarında ve bent barajlarının çekirdeği . Asfalt karışımları, yirminci yüzyılın başından beri üstyapı yapımında kullanılmaktadır. Asfalt ile birbirine bağlanmış , katmanlar halinde serilmiş ve sıkıştırılmış mineral agregadan oluşur . Süreç, Belçikalı-Amerikalı mucit Edward De Smedt tarafından rafine edildi ve geliştirildi .
Terimleri asfalt (veya asfalt ) beton , bitümlü Asfalt ve bitümlü karışım , tipik olarak, sadece kullanılan ürünler tanımlar ve inşaat belgeler, beton bir yapıştırıcı ile yapıştırılmış mineral agrega oluşan bir kompozit malzeme olarak. AC kısaltması bazen asfalt betonu için kullanılır, ancak kompozit malzemenin sıvı asfalt kısmına atıfta bulunarak asfalt içeriğini veya asfalt çimentosunu da gösterebilir .
Karışım formülasyonları
Asfalt ve agreganın karıştırılması birkaç yoldan biriyle gerçekleştirilir:
- Sıcak karışım asfalt betonu (genellikle HMA olarak kısaltılır)
- Bu, viskozitesini azaltmak için asfalt bağlayıcının ısıtılması ve karıştırmadan önce içindeki nemin uzaklaştırılması için agreganın kurutulmasıyla üretilir. Karıştırma genellikle agrega ile işlenmemiş asfalt için yaklaşık 300 °F (kabaca 150 °C) ve polimer modifiye asfalt için 330 °F (166 °C) ve asfalt çimentosu ile 200 °F (95 °C) sıcaklıkta gerçekleştirilir. Asfalt yeterince sıcakken serme ve sıkıştırma yapılmalıdır. Pek çok ülkede asfaltlama yaz aylarıyla sınırlıdır, çünkü kışın sıkıştırılmış temel, gerekli yoğunluğa paketlenmeden önce asfaltı çok fazla soğutur. HMA, büyük otoyollar , yarış pistleri ve hava alanları gibi yoğun trafikli kaldırımlarda en yaygın olarak kullanılan asfalt betonu şeklidir . Ayrıca çöplükler, rezervuarlar ve balık kuluçka havuzları için çevresel astar olarak kullanılır.
- Sıcak karışım asfalt betonu (genellikle WMA olarak kısaltılır)
- Bu, karıştırmadan önce asfalt bağlayıcıya zeolitler , mumlar , asfalt emülsiyonları veya hatta bazen su eklenerek üretilir . Bu, önemli ölçüde daha düşük karıştırma ve döşeme sıcaklıklarına izin verir ve daha düşük fosil yakıt tüketimi ile sonuçlanır , böylece daha az karbondioksit , aerosol ve buhar açığa çıkar . Sadece çalışma koşulları iyileştirilmekle kalmıyor, aynı zamanda daha düşük döşeme sıcaklığı, kritik zaman çizelgeleri olan şantiyeler için önemli olan yüzeyin daha hızlı kullanılabilir olmasını da sağlıyor. Bu katkı maddelerinin sıcak karışımlı asfaltta (yukarıda) kullanılması, daha kolay sıkıştırma sağlayabilir ve soğuk havalarda asfalt döşemeye veya daha uzun mesafelere izin verebilir. Sıcak karışımın kullanımı hızla yaygınlaşıyor. ABD asfalt üreticileri arasında yapılan bir anket, 2012'de üretilen asfaltın yaklaşık %25'inin sıcak karışım olduğunu, 2009'dan bu yana %416'lık bir artış olduğunu buldu. WMA ve malzeme geri dönüşümünü birleştirerek daha temiz yol kaplamaları potansiyel olarak geliştirilebilir. Sıcak Karışım Asfalt (WMA) teknolojisinin çevresel, üretim ve ekonomik faydaları vardır.
- Soğuk karışım asfalt betonu
- Bu, asfaltın agrega ile karıştırılmadan önce bir emülsifiye edici ajan ile su içinde emülsifiye edilmesiyle üretilir . Emülsiyon halindeyken asfalt daha az viskozdur ve karışımın işlenmesi kolaydır ve kompakttır. Yeterli su buharlaştıktan sonra emülsiyon kırılacak ve soğuk karışım ideal olarak bir HMA kaplamanın özelliklerini alacaktır. Soğuk karışım, genellikle bir yama malzemesi olarak ve trafiğin daha az olduğu servis yollarında kullanılır.
- Kesilmiş asfalt betonu
- Bağlayıcının kerosen veya daha hafif başka bir petrol fraksiyonunun agrega ile karıştırılmasıyla elde edilen bir soğuk karışım asfalt şeklidir. Asfalt çözünmüş haldeyken daha az viskozdur ve karışımın işlenmesi kolaydır ve kompakttır. Karışım serildikten sonra daha hafif kısım buharlaşır. Daha hafif kısımdaki uçucu organik bileşiklerden kaynaklanan kirlilikle ilgili endişeler nedeniyle , kesimli asfaltın yerini büyük ölçüde asfalt emülsiyonu almıştır.
- Mastik asfalt betonu veya levha asfalt
- Bu, sert dereceli şişirilmiş bitümün (yani kısmen oksitlenmiş) bir yeşil ocakta (mikser) viskoz bir sıvı haline gelinceye kadar ısıtılması ve ardından agrega karışımının eklenmesiyle üretilir .Bitüm agrega karışımı yaklaşık 6-8 saat pişirilir (olgunlaştırılır) ve hazır hale geldikten sonra mastik asfalt mikseri şantiyeye taşınır, burada deneyimli tabakalar mikseri boşaltır ve mastik asfalt içeriğini makine veya elle serip üzerine bırakır . yol. Mastik asfalt betonu genellikle yaklaşık 3 ⁄ 4 – 1 kalınlığında döşenir.+ Patika ve yol uygulamaları için 3 ⁄ 16 inç (20–30 mm) vedöşeme veya çatı uygulamaları içinyaklaşık 3 ⁄ 8 inç (10 mm).
- Bazen Fransızca kısaltması EMÉ (enrobé à module élevé) ile anılan yüksek modüllü asfalt betonu
- Bu, bir asfalt betonu oluşturmak için agrega ağırlığının %6'sına yakın oranlarda bazen modifiye edilmiş çok sert bir bitümlü formülasyon (penetrasyon 10/20) ve ayrıca yüksek oranda mineral tozu (%8-10 arasında) kullanır. yüksek elastisite modülüne sahip tabaka (13000 MPa mertebesinde ). Bu, çok yüksek yorulma mukavemetleri sunarken, geleneksel bitüme göre taban tabakasının kalınlığını (sıcaklığa bağlı olarak) %25'e kadar azaltmayı mümkün kılar. Yüksek modüllü asfalt tabakaları hem güçlendirme işlemlerinde hem de orta ve yoğun trafik için yeni donatıların yapımında kullanılmaktadır. Taban katmanlarında, daha büyük bir gerilim soğurma kapasitesi ve genel olarak daha iyi yorulma direnci sergileme eğilimindedirler.
Nihai ürünün özelliklerini iyileştirmek için asfalt ve agregaya ek olarak, polimerler ve soyulma önleyici maddeler gibi katkı maddeleri eklenebilir.
Asfalt betonu -özellikle döşeli Alanlar havalimanı önlükleri kullanılarak inşa edilmektedir değil rağmen, zaman zaman "asfalt" olarak adlandırılan mıydın tarmacadam sürecini.
Çok güçlü bir aşınma yüzeyi sağlamak için tasarlanmış taş matrisli asfalt veya geçirgen olan ve suyun üstyapıdan süzülmesine izin veren gözenekli asfalt kaplamalar gibi özel ihtiyaçları karşılamak için çeşitli özel asfalt beton karışımları geliştirilmiştir. yağmur suyu kontrolü.
Performans özellikleri
Farklı asfalt betonu türleri, yüzey dayanıklılığı, lastik aşınması, frenleme verimliliği ve yol gürültüsü açısından farklı performans özelliklerine sahiptir . Prensip olarak, uygun asfalt performans özelliklerinin belirlenmesinde, her bir araç kategorisindeki trafik hacmi ve sürtünme rotasının performans gereklilikleri dikkate alınmalıdır.
Asfalt betonu, Portland çimentosu beton yüzeyinden daha az yol gürültüsü üretir ve tipik olarak talaş conta yüzeylerinden daha az gürültülüdür . Lastik gürültüsü dönüştürülmesi yoluyla oluşturulur için kinetik enerji ile ses dalgaları , daha fazla gürültü araç hızı arttıkça üretilir. Otoyol tasarımının, yüzey kaplama tipinin seçimi de dahil olmak üzere akustik mühendislik hususlarını hesaba katabileceği fikri 1970'lerin başında ortaya çıktı.
Yapısal performansla ilgili olarak, asfalt davranışı malzeme, yükleme ve çevre koşulları gibi çeşitli faktörlere bağlıdır. Ayrıca, kaplamanın performansı zamanla değişir. Bu nedenle asfalt kaplamanın uzun vadeli davranışı, kısa vadeli performansından farklıdır. LTPP tarafından bir araştırma programıdır FHWA özellikle uzun vadeli kaldırım davranışlarına odaklanarak edilir.
Bozulma ve restorasyon
Asfalt bozulması, timsah çatlaması , çukurlar , ayaklanma, dağılma, kanama , tekerlek izi , itme, sıyrılma ve eğim çöküntülerini içerebilir . Soğuk iklimlerde, don kabarmaları bir kışta bile asfaltı çatlatabilir. Çatlakların bitümle doldurulması geçici bir çözümdür, ancak yalnızca uygun sıkıştırma ve drenaj bu süreci yavaşlatabilir.
Asfalt betonunun zamanla bozulmasına neden olan faktörler çoğunlukla üç kategoriden birine girer: inşaat kalitesi, çevresel hususlar ve trafik yükleri. Çoğu zaman, hasar, üç kategorideki faktörlerin kombinasyonlarından kaynaklanır.
İnşaat kalitesi, üstyapı performansı için kritik öneme sahiptir. Bu, inşaattan sonra kaldırıma yerleştirilen yardımcı hendeklerin ve eklentilerin yapımını içerir. Asfalt yüzeyinde, özellikle boyuna derzde sıkıştırma eksikliği, bir kaplamanın ömrünü %30 ila %40 oranında azaltabilir. İnşaattan sonra kaplamalardaki servis hendeklerinin, esas olarak hendekte sıkıştırma olmaması ve ayrıca uygun olmayan şekilde kapatılmış derzlerden su girmesi nedeniyle kaplamanın ömrünü %50 oranında azalttığı söylenmiştir.
Çevresel faktörler arasında ısı ve soğuk, kaplamanın altında yatan alt temel veya alt zemin toprağında suyun varlığı ve don kabarmaları yer alır.
Yüksek sıcaklıklar asfalt bağlayıcıyı yumuşatarak ağır lastik yüklerinin kaldırımı tekerlek izlerine kadar deforme etmesine izin verir. Paradoksal olarak, yüksek ısı ve güçlü güneş ışığı da asfaltın oksitlenmesine, sertleşmesine ve daha az esnek olmasına neden olarak çatlak oluşumuna yol açar. Asfalt büzülürken soğuk sıcaklıklar çatlaklara neden olabilir. Soğuk asfalt da daha az esnektir ve çatlamaya karşı daha savunmasızdır.
Kaldırımın altında sıkışan su, alt tabanı ve alt zemini yumuşatarak yolu trafik yüklerine karşı daha savunmasız hale getirir. Yol altındaki sular soğuk havalarda donarak genleşerek çatlaklara neden olur ve genişler. İlkbaharda çözülürken, toprak yukarıdan aşağıya çözülür, bu nedenle su, yukarıdaki kaldırım ile alttaki hala donmuş toprak arasında sıkışıp kalır. Bu doymuş toprak tabakası, yukarıdaki yol için çok az destek sağlayarak çukurların oluşmasına neden olur. Bu, kumlu veya çakıllı topraklardan ziyade siltli veya killi topraklar için bir problemdir . Bazı yargı bölgeleri , ilkbahar çözülme mevsimi boyunca kamyonların izin verilen ağırlığını azaltmak ve yollarını korumak için don yasaları çıkarır.
Bir aracın neden olduğu hasar, dördüncü güce kaldırılan dingil yüküyle kabaca orantılıdır, bu nedenle bir dingilin taşıdığı ağırlığı iki katına çıkarmak aslında 16 kat daha fazla hasara neden olur. Tekerlekler yolun hafifçe bükülmesine neden olarak yorulma çatlamasına neden olur ve bu da genellikle timsahın çatlamasına neden olur. Araç hızı da bir rol oynar. Yavaş hareket eden araçlar, daha uzun bir süre boyunca yolu strese sokarak asfalt kaplamada tekerlek izleri, çatlaklar ve olukların artmasına neden olur.
Diğer hasar nedenleri, araç yangınlarından kaynaklanan ısı hasarını veya kimyasal dökülmelerden kaynaklanan solvent etkisini içerir.
Bozulmanın önlenmesi ve onarımı
.jpg)
Bir yolun ömrü, iyi tasarım, inşaat ve bakım uygulamalarıyla uzatılabilir. Tasarım sırasında mühendisler, kamyonların sayısına ve türlerine özel dikkat göstererek bir yoldaki trafiği ölçerler. Ayrıca, ne kadar yüke dayanabileceğini görmek için alt toprağı değerlendirirler . Kaplama ve alt temel kalınlıkları tekerlek yüklerine dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Bazen, alt tabanı güçlendirmek ve yolları daha da güçlendirmek için geogridler kullanılır. Hendekler , fırtına drenajları ve alt drenajlar dahil olmak üzere drenaj, yol yatağından suyu uzaklaştırmak için kullanılır ve alt tabanı ve alt toprağı zayıflatmasını önler.
Sızdırmazlık asfaltı, su ve petrol ürünlerini kaldırımdan uzak tutmaya yardımcı olan bir bakım önlemidir.
Hendeklerin ve fırtına kanalizasyonlarının bakımı ve temizliği yolun ömrünü düşük maliyetle uzatacaktır. Küçük çatlakları bitümlü çatlak kapatıcı ile kapatmak, suyun donma nedeniyle oluşan çatlakları büyütmesini veya alt tabana sızmasını ve onu yumuşatmasını önler.
Biraz daha sıkıntılı yollar için bir talaş contası veya benzer bir yüzey işlemi uygulanabilir. Çatlakların sayısı, genişliği ve uzunluğu arttıkça daha yoğun onarımlara ihtiyaç duyulur. Genel olarak artan masraf sırasına göre, bunlar arasında ince asfalt kaplamalar, çok yollu kaplamalar, üst güzergahın aşındırılması ve kaplama, yerinde geri dönüşüm veya yolun tam derinlikte yeniden inşası sayılabilir.
Bir yolu iyi durumda tutmak, bozulduğunda onarmaktan çok daha ucuzdur. Bu nedenle bazı ajanslar, kötü durumdaki yolları yeniden inşa etmek yerine yolların önleyici bakımını iyi durumda tutmaya öncelik vermektedir. Yetersiz yollar, kaynaklar ve bütçe izin verdiği ölçüde yükseltilir. Ömür boyu maliyet ve uzun vadeli kaplama koşulları açısından bu, daha iyi sistem performansı ile sonuçlanacaktır. Kötü yollarını onarmaya odaklanan ajanslar, genellikle, hepsini onardıkları zaman, iyi durumda olan yolların bozulduğunu görürler.
Bazı kurumlar, bakım ve onarımların önceliklendirilmesine yardımcı olmak için bir kaplama yönetim sistemi kullanır.
geri dönüşüm
Geri kazanılmış asfalt kaplamadan (RAP) buraya birleştirilmiş içerik . Bkz. Tartışma:Asfalt beton#Birleşme teklifi .
Asfalt betonu, hem sahada hem de asfalt plentlerinde geri kazanılabilen ve yeniden kullanılabilen geri dönüştürülebilir bir malzemedir . Asfalt betonunda en yaygın geri dönüştürülmüş bileşen, geri kazanılmış asfalt kaplamadır (RAP). RAP, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki diğer tüm malzemelerden daha yüksek oranda geri dönüştürülür. Asfalt beton karışımları ayrıca geri kazanılmış asfalt zona (RAS) içerebilir. Araştırmalar, RAP ve RAS'ın bir karışımdaki saf agrega ve asfalt bağlayıcının %100'üne kadar olan ihtiyacın yerini alabileceğini göstermiştir, ancak bu yüzde, düzenleyici gereklilikler ve performans endişeleri nedeniyle genellikle daha düşüktür. 2019'da Amerika Birleşik Devletleri'nde üretilen yeni asfalt kaplama karışımları ortalama olarak %21.1 RAP ve %0.2 RAS içeriyordu.
Geri dönüşüm yöntemleri
Geri dönüştürülmüş asfalt bileşenleri, yeni kaplamalarda işlenmek ve kullanılmak üzere geri kazanılabilir ve bir asfalt plentine nakledilebilir veya tüm geri dönüşüm süreci yerinde yürütülebilir. Yerinde geri dönüşüm tipik olarak karayollarında gerçekleşir ve RAP'a özgüdür, asfalt fabrikalarında geri dönüşüm RAP, RAS veya her ikisini de kullanabilir. 2019 yılında, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki asfalt fabrikaları tarafından tahmini olarak 97,0 milyon ton YYEP ve 1,1 milyon ton RAS kabul edildi.
YYEP tipik olarak fabrikalar tarafından yerinde öğütüldükten sonra alınır , ancak kaplamalar ayrıca daha büyük bölümlerde yırtılabilir ve tesiste ezilebilir. RAP frezelemeleri tipik olarak yeni asfalt karışımlarına dahil edilmeden önce tesislerde stoklanır. Karıştırmadan önce, stoklanan öğütmeler kurutulabilir ve depolamada topaklaşanların ezilmesi gerekebilir.
RAS, asfalt fabrikaları tarafından doğrudan shingle fabrikalarından üretici sonrası atık olarak alınabilir veya hizmet ömürlerinin sonunda tüketici sonrası atık olarak alınabilir. RAS'ın işlenmesi, büyük boyutlu parçacıkları çıkarmak için zonaların öğütülmesini ve öğütmelerin elenmesini içerir. Çivileri ve diğer metal kalıntıları temizlemek için öğütücüler ayrıca manyetik bir elek ile taranabilir. Öğütülmüş RAS daha sonra kurutulur ve asfalt çimento bağlayıcısı çıkarılabilir. RAS işleme, performans ve ilgili sağlık ve güvenlik endişeleri hakkında daha fazla bilgi için bkz. Asfalt Zona .
Yerinde geri dönüşüm yöntemleri, mevcut kaplamanın geri kazanılması, yeniden karıştırılması ve yerinde yeniden asfaltlanması yoluyla yolların rehabilite edilmesini sağlar. Yerinde geri dönüşüm teknikleri arasında moloz atma , yerinde sıcak geri dönüşüm, yerinde soğuk geri dönüşüm ve tam derinlikli ıslah yer alır . Yerinde yöntemler hakkında daha fazla bilgi için, bkz. Yol Yüzeyi .
Verim
Tipik bir asfalt beton karışımının yaklaşık %5 - 6'sını oluşturan asfalt çimento bağlayıcısı, hizmet ömrü boyunca doğal olarak sertleşir ve sertleşir. Bu yaşlanma süreci öncelikle oksidasyon, buharlaşma, eksüdasyon ve fiziksel sertleşme nedeniyle oluşur. Bu nedenle, RAP ve RAS içeren asfalt karışımları, daha düşük işlenebilirlik ve yorulma çatlamasına karşı artan hassasiyet sergilemeye eğilimlidir. Geri dönüştürülmüş bileşenler karışımda doğru şekilde paylaştırılırsa bu sorunlar önlenebilir. YYEP stoklarını nemli alanlardan veya doğrudan güneş ışığından uzak tutmak gibi uygun depolama ve işleme uygulamaları da kalite sorunlarından kaçınmak için önemlidir. Bağlayıcı yaşlanma süreci, RAP ve RAS içeren asfaltlarda daha yüksek tekerlek izi direnci seviyelerine katkıda bulunmak gibi bazı faydalı özellikler de üretebilir.
RAP ve RAS'ın performans özelliklerini dengelemeye yönelik bir yaklaşım, geri dönüştürülmüş bileşenleri saf agrega ve saf asfalt bağlayıcı ile birleştirmektir. Bu yaklaşım, karışımdaki geri dönüştürülmüş içerik nispeten düşük olduğunda ve yumuşak saf bağlayıcılarla daha etkili çalışma eğiliminde olduğunda etkili olabilir. 2020 yılında yapılan bir araştırma, yumuşak, düşük dereceli saf bağlayıcı içeren bir karışıma %5 RAS eklenmesinin, yeterli yorulma çatlama direncini korurken karışımın tekerlek izi direncini önemli ölçüde arttırdığını bulmuştur.
Daha yüksek geri dönüştürülmüş içeriğe sahip karışımlarda, saf bağlayıcı ilavesi daha az etkili olur ve gençleştiriciler kullanılabilir. Gençleştiriciler, eskitilmiş bağlayıcının fiziksel ve kimyasal özelliklerini geri kazandıran katkı maddeleridir. Asfalt tesislerinde geleneksel karıştırma yöntemleri kullanıldığında, gençleştiriciler gerekli olmadan önce YYEP içeriği için üst sınır %50 olarak tahmin edilmiştir. Araştırmalar, gençleştiricilerin optimal dozlarda kullanılmasının, geleneksel asfalt betonunun performans gereksinimlerini karşılamak için %100 geri dönüştürülmüş bileşenler içeren karışımlara izin verebileceğini göstermiştir.
Asfalt betonunda diğer geri dönüştürülmüş malzemeler
RAP ve RAS'ın ötesinde, bir dizi atık malzeme, ham agrega yerine veya gençleştirici olarak yeniden kullanılabilir. Geri dönüştürülmüş lastiklerden üretilen kırıntı kauçuğunun, RAP içeren asfalt karışımlarının yorulma direncini ve eğilme mukavemetini iyileştirdiği kanıtlanmıştır. Kaliforniya'da, yasal zorunluluklar, Ulaştırma Bakanlığı'nın asfalt kaplama malzemelerine kırıntı kauçuğu dahil etmesini gerektirir. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki asfalt beton karışımlarına aktif olarak dahil edilen diğer geri dönüştürülmüş malzemeler arasında çelik cürufu, yüksek fırın cürufu ve selüloz lifleri bulunur.
Asfalt karışımlarına dönüştürülebilecek yeni atık formlarını keşfetmek için daha fazla araştırma yapılmıştır. Avustralya, Melbourne'de yürütülen bir 2020 araştırması, atık malzemeleri asfalt betonuna dahil etmek için bir dizi strateji sundu. Çalışmada sunulan stratejiler, asfalt bağlayıcılarda plastiklerin, özellikle yüksek yoğunluklu polietilenin kullanımını ve geleneksel agrega yerine cam, tuğla, seramik ve mermer ocağı atıklarının kullanımını içermektedir.
Yenileyiciler ayrıca atık motor yağı, atık bitkisel yağ ve atık bitkisel yağ dahil olmak üzere geri dönüştürülmüş malzemelerden üretilebilir.