تصور اشتباه در مورد رده بندی قیرهای عملکردی (PG)

نویسنده: نادر طباطبائی، استاد روسازی راه و مواد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف

رئیس هیأت مدیره انجمن تکنولوژیست­های آسفالت خاورمیانه (MESAT)

اخیراً بحث­هایی در مورد قیرهای عملکردی توسط برخی عزیزان مطرح شده است که بهتر است توضیحاتی در مورد رده­بندی عملکردی قیر ارائه شود.

تا 25 سال پیش تنها دو روش برای رده بندی قیر وجود داشت؛ رده بندی بر اساس درجه نفوذ و رده بندی بر اساس کندروانی (گرانروی).  در روش رده بندی بر اساس درجه نفوذ، قوام قير از مقدار نفوذ سوزن استاندارد درون نمونه قیری در دماي 25 درجه سلسیوس به مدت 5 ثانيه تعیین مي­شود. در روش رده بندی بر اساس كندرواني، مقدار کندروانی مطلق يا ديناميكي در دماي 60 درجه سلسیوس مبنای رده بندی است. كندرواني نسبت تنش برشي به نرخ كرنش برشي در يك سيال نيوتني است.

محدوديتهاي روش­هاي متداول رده بندي قير

اشكال عمده روش­های رده بندي بالا عدم کفایت آنها براي بررسي خصوصيات ويسكوالاستيك قير و توانایی آنها برای پیش­بینی رفتار در دوره عملکرد  قير است. دیگر اشكالات زير نیز در این روش­ها وجود دارد:

• عدم حساسیت کافی درجه نفوذ برای بیان رفتار قیر
• حساسيت پارامترهای اندازه­گیری شده به تنش برشي
• فقدان یا محدودیت در تبیین حساسيت دمايي قیر
• عدم در نظرگیری پير شدگي قير در دراز مدت (در دوره بهره­برداری)

روش رده بندی قیر بر اساس عملكرد (PG)

با توجه به اشکالات بالا در سال 1986، برنامه تحقيقات استراتژيك بزرگراه­ها (SHRP) در امریکا برای تدوين آزمايش­ها و استاندارد جديدي براي اندازه گيري خصوصيات فيزيكي قير ایجاد شد. نتايج اين تحقيقات، كه هزينه اي بالغ بر 50 ميليون دلار را در برداشت، تدوين آزمايش­ها و آيين­نامه جديدي براي تعيين مشخصات قيربود.

عمده­ترين نتيجه اين تحقيقات تدوين يك سيستم جامع رده­بندی قير موسوم به عملکردی (PG) یا سوپرپيو بود. براساس اين سيستم حدود و معيارهايي براي قير براي جلوگيري از بروز اشکالات بالا وضع گرديد. با استفاده از اين سيستم انتخاب قير به منظور حصول عملكرد مناسب مخلوط آسفالتی به شيوه منطقي انجام مي گيرد. اين پارامترها و معیاره برای جلوگیری از بروز خرابی­های مهم و در نتیجه ارائه عملكرد مناسب مخلوط آسفالتی انتخاب و وضع شده­اند. در اين سيستم رده­بندي با انجام آزمايش­هاي رئومتر برش ديناميكي، رئومتر تيرچه خمشي، كشش مستقيم، كندرواني چرخشي، و محاسبه فاکتورهای شيارشدگي و ترك­هاي ناشي از خستگي، و سختی خزشی قیر در دماهای زیر صفر رده بندي مي­شود. در حالی که، در روش درجه نفوذ فقط قوام قیر در دمای 25 درجه سلسیوس آن هم به گونه­ای بسیار مقایسه­ای بدست می­آید.

در رده­بندي PG هر قـير به صورت PGX-Y بيان مي‌گردد. كه PG بيانگر رده­بندي براساس عملكرد، X حداكثر دمايي است كه قير قادر به تحمل تنشهاي ناشي از شيار شدگي و‎‎‎Yحداقل دمايي است كه قير قادر به تحمل ترك­هاي برودتي است. ‌از اطلاعات هواشناسي و جغرافيايي محل براي تعيين گرم­ترين وسردترين دماي هوا درمحل استفاده مي شود. کمیت مجاز براي هر يك از پارامترهای بدست آمده از نتایج آزمايشها برای معیارهای عملکردی ثابت است ولی دمایی که آن معیار برآورده می­شود برای قیرهای با رده مختلف تغییر می­کند. بدین ترتیب مشخص می­شود که قیر مورد نظر برای چه نوع شرایط دمایی قابل استفاده است. بنابراین، انتخاب قیر مناسب بر اساس شرایط آب و هوایی منطقه صورت می­گیرد و برای سطح ترافیک و سرعت عبور مسیر نیز تنظیم می­شود. این ویژگی­ها در هیچ یک از های قدیمی وجود نداشت.

ارجحیت رده­ بندی PG در این است که چون پارامترهای کنترلی آن بیشتر و بازه مشخصات رده­های مختلف محدودتر است نیازمند به کنترل کیفیت بالاتر در تولید قیر بوده،که خود باعث رفتار یکنواخت­تری در عملکرد مخلوط آسفالتی می­شود.

ایراد 1- چرا علی­رغم استفاده از قیرهای PG در برخی پروژه­ها، هنوز خرابی در برخی از آن­ها رخ می­دهد؟

پاسخ 1- مانند این است که گفته شود چرا علی­رغم خرید تجهیزات پیشرفته پزشکی و وجود بیمارستان­های مجهز و داروهای جدید هنوز  مرگ و میر در بیمارستان­ها رخ می­دهد و باید برگشت به سیستم حکیم­باشی. برای این­که سوال با سوال پاسخ داده نشده باشد، عرض می­شود که نقش قیر در مخلوط آسفالتی مانند یک حلقه در یک رشته زنجیر است. ضمن اینکه نقش مخلوط آسفالتی در کل روسازی نیز به همین صورت است. اگرچه قیر حلقه­ای با اهمیت و گران قیمت در این سیستم است، ولی طراحی، اجرا، نگهداری و مصالح نامناسب حتی در ارزان­ترین حلقه باعث تخریب کل سیستم مخلوط می­شود.

ایراد 2- آیا داشتن آیین نامه قیرهای عملکردی بدون بکارگیری روش سوپرپیو برای طرح مخلوط آسفالتی بی­حاصل است؟ یا با روش مارشال جواب نمی­دهد؟

پاسخ 2- نه ارتباطی ندارد. البته، نه اینکه روش مارشال بهترین باشد و نیاز به بازنگری در طرح مخلوط نباشد. ولی حتی در آمریکا، رده­بندی عملکردی قیر (PG) و روش سوپرپیو برای طرح مخلوط، هم زمان در سال 1993 مطرح شد. آیین­نامه PG پس از دو سه سال فراگیر شد، ولی روش طرح اختلاط تا سال 2005 هم هنوز در برخی ایالت­ها استفاده نمی­شد.

ایراد 3- قیرهای PG را خریدار هنگام دریافت به دلیل نداشتن آزمایشگاه مقیم نمی­تواند انجام دهد و عملاً راه تقلب و سوء استفاده باز می­شود.

پاسخ 3- درست است که تجهیزات گران قیمت است. ولی نباید شرایط اقتصادی حاضر بهانه­ای برای بازگشت به محصولی شود که کنترل در تولید آن هم پایین است. حدود 15 سال پیش، در گزارشی که برای شرکت قیر پاسارگاد انجام شد مطرح شد که برچسب قیرهای PG باید در چند سال اول دوگانه باشد؛ یعنی معادل رده درجه نفوذی نیز قید شود. در این صورت، خریدار می­تواند هنگام خرید مواردی مانند درجه نفوذ و نقطه نرمی را آزمایش کند و اگر با آن چه روی بارنامه قید شده مطابقت نداشته باشد آن را نپذیرد.