آسفالت SMA

 آسفالت SMA از اواسط دهه ۱۹۶۰ و در کشور آلمان معرفی شد. دکتر زیچنر، این مخلوط در راستای حل مشکل صیقلی شدن روسازی بر اثر عبور لاستیک های یخ شکن وسایل نقلیه اختراع شد. در آن زمان در آلمان از مخلوط هایی به نام گوس آسفالت(شبیه آسفالت ماستیک) و یا مخلوط آسفالتی با میزان سنگدانه های درشت به مقدار کم استفاده می شد. روسازی هایی که با این نوع مخلوط ها ساخته میشدند با عبور وسایل نقلیه مجهز به لاستیک های یخ شکن، سریع در معرض ساییدگی قرار می گرفتند.
هر دو نوع گوس آسفالت و آسفالت معمولی، آنقدر ضعیف بودند که دوام کافی را برای مخلوط ایجاد نمی کردند. به دلیل هزینه بالای ترمیم روسازی، مسئله ساخت مخلوط جدیدی که بتواند لاستیک های یخ شکن را تحمل کند، مطرح و همین مسئله انگیزه ای برای اقدام دکتر زیچنر شد.

دکتر زیچنر تلاش کرد مخلوطی را طراحی کند که در مقابل ساییدگی ناشی از عبور لاستیک های یخ شکن مقاومت داشته و برای عمر سرویس دهی بلندمدت، به اندازه کافی با دوام باشد. او بیان کرد که ذرات سنگدانه های درشتی که در برابر ضربه یا خرد شدن به روش مکانیکی مقاوم هستند، سنگدانه هایی می باشند که مقاومت کافی در برابر ساییدگی را دارند. بنابراین در حالیکه مقدار ماده چسبنده مورد استفاده در مخلوط آسفالتی نسبتاً زیاد بود ولی عمر سرویس دهی طولانی را به دنبال داشت.

در نتیجه، اولین مسئله ای که در ساخت SMA مطرح شد، ایجاد یک اسکلت سنگدانه ای درشت بسیار محکم و سپس پر کردن فضاهای بین آنها با ملات ماستیک بود. تلاش های آزمایشگاهی اولیه ای که برای ساخت این مخلوط جدید انجام گرفتند، شامل اجرای یک لایه ماستیک گرم به همراه پخش سنگدانه های درشت با کیفیت بالا روی لایه ماستیک و سپس تراکم سطح (به کمک یک غلتک) بود. نسبت ماستیک به سنگدانه های درشت (از نظر وزنی)، ۳۰ به ۷۰ مخلوط را تشکیل می داد.
ماده ماستیک متشکل از موارد زیر میباشد:
 ۲۵ درصد ماده چسباننده قیری
۳۵ درصد فيلر
۴۰ درصد ماسه ریزدانه
با توجه به موارد ذکر شده، اولین آسفالت تولیدی دارای نسبت های زیر بود:

همانطور که دیده می شود در مقایسه با مخلوط های دیگر، سنگدانه 2/5 میلی متری در این مخلوط استفاده نشده است و عدم وجود سنگدانه هایی با این اندازه، یک دانه بندی باز یا منقطع را به وجود می آورد. سپس با مسئله جداشدن ماده چسبنده از سنگدانه مواجه هستیم؛ با وجود میزان بالایی ماده چسبنده و مصالح سنگی ریزدانه کم که یکی از اهداف استفاده از آنها نگه داشتن ماده چسبنده در مخلوط می باشد، ماده چسبنده تمایل به جدا شدن از ذرات سنگدانه های درشت دارد که برای حل این مشکل برای اولین بار از الیاف نسوز استفاده شد. در سال ۱۹۶۸، این مخلوط ها توسط دکتر زیچنر به صورت زیر نامگذاری شد(۱۹۷۲): 

MASTIMAC:  این نام به مخلوط هایی برای لایه هایی به ضخامت ۳-۲ سانتیمتر اشاره دارد.

MASTIPHALT: این نام به مخلوط هایی برای لایه هایی با ضخامت بیش از ۳ سانتیمتر اشاره دارد. اولین مخلوط های MASTIMAC، در مسیرهای داخلی کارخانه های آسفالت متعلق به شرکت /Strabag | Deutag استفاده شدند و تجربه ای برای ساخت مخلوط های جدید شد. سرانجام در ۳۰ جولای سال ۱۹۶۸، یک جاده عمومی با مخلوط MASTIMAC در ویلهلم شاون آلمان، روسازی شد. پس از آن جاده های دیگری هم با مخلوط MASTIMAC روسازی شدند. منحنی های دانه بندی این مخلوط های جدید در یکی از انتشارات آلمان ارائه شدند.

اختراع ترکیب ماستیک سنگ و نکات مربوط به آن توسط دکتر زیچنر، در آلمان، ایالات متحده آمریکا، سودان، فرانسه و لوکزامبورگ ثبت شد. چگونگی توصيف نظرات مخترع که در متن اختراع ثبت شده در ایالات متحده آمریکا ارائه شده است شامل موارد زیر می گردد:

مصالح سنگی دارای دانه بندی مشخصی هستند، درصد سنگدانه های درشت تر، بیشتر از میزان سنگدانه های ریزتر می باشد. در این حالت، یک درهم قفل شدگی مناسب مصالح سنگی در این گونه مخلوط داریم که کمیت و سیالیت ماستیک نقش مهمی در متراکم سازی مخلوط دارد. ماده ماستیک، بین سنگ ها جاری می شود، ولی حجم ماستیک کمتر از حجم فضای خالی سنگدانه است.
در ثبت اختراع مذکور، درصد تقریبی ترکیبات مخلوط اینطور تعریف شده است:
۷۰ درصد سنگدانه درشت
۱۲ درصد فیلر
۸ درصد ماده چسبنده
۱۰ درصد شن و ماسه شکسته
همچنین بیان شده که ممکن است به افزودنی های ثبیت کننده هم در مخلوط نیاز باشد.

 SMA، یک مخلوط آسفالتی متشکل از سنگدانه هایی با دانه بندی باز یا منقطع همراه با مقدار زیاد سنگدانه های درشت، فیلر و ماده چسبنده است. اکثراً در این مخلوط به یک افزودنی تثبیت کننده، که از خارج شدن چسبنده از سنگدانه جلوگیری کند هم نیاز است. اگرچه مخلوط SMA در اوایل کاربرد فقط برای جلوگیری از ساییدگی و صیقلی شدن سطح به کار می رفت اما در برخی کشورها از آن به عنوان لایه باربر هم استفاده میشود. در دهه ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، قیرهای اصلاح شده پلیمری به طور وسیع مورد استفاده قرار نمی گرفت و فقط از قیرهای معمولی استفاده میشد، ولی بادوام بودن لایه های SMA و مقاومتشان در برابر شیارشدگی به طور قابل ملاحظه ای مورد توجه قرار می گرفت. مخلوط SMA، نه تنها برای مقاومت در برابر سایش مناسب بود، برای مقاومت در برابر شیارشدگی و دوام بسیار مناسبی نیز داشت. امروزه SMA بعنوان یک مخلوط ایده آل برای روسازی های آسفالتی با بارگذاری سنگین محسوب میشود.

 تا اوایل دهه ۱۹۸۰، SMA فقط در آلمان شناخته شده بود. کاربرد آن در دیگر کشورهای اروپایی محدود به زمینه های خاصی می شد. در کشورهای اسکاندیناوی که از تایرهای یخ شکن استفاده میشد، مخلوط SMA سریع تر گسترش یافت و در سال ۱۹۷۱ اولین استاندارد آلمان برای(۸۴ _StB   (ZTV it  SMAمنتشر شد. این مخلوط به تدریج متداول تر شد و چندین کشور اروپایی شروع به آزمایش بر روی مخلوط SMA کردند. در حال حاضر، تمام کشورهای اروپایی از آسفالت SMA استفاده می کنند و برخی از کشورها مانند فرانسه، مخلوطهای دیگری شبیه به SMA را مورد استفاده قرار میدهند. رشد چشمگیر کاربرد SMA در خارج از اروپا از اوایل دهه ۱۹۹۰ شروع شد. این رشد با محبوبیت آن در ایالات متحده آمریکا و انجام تحقیقات روی توسعه روش آمریکایی برای طراحی یک مخلوط SMA آغاز شد. متداول شدن مخلوط SMA در شمال آمریکا، باعث شد که دستورالعمل های SMA در دیگر کشورها، نظير استرالیا، نیوزیلند و چین نیز منتشر شود. طی ۲۰ سال اخیر، SMA یک مخلوط آسفالتی جهانی شده و هر کجا که نیاز به لایه های باربر آسفالتی باشد، می توان استفاده از SMA را دید.

 SMAبدلیل مواردی که در زیر بیان می شود رشد سریعی داشت: 

•  عمر سرویس دهی طولانی (بهره وری)

•  داشتن مقاومت بالا در برابر تغییر شکل(به خاطر وجود میزان بالای سنگدانه های درشت و ساختار محکم در هم قفل شده ذرات سنگدانه در مخلوط). این مخلوط به دلیل داشتن میزان ماده چسباننده بالاتر، دیرتر خسته و فرسوده میشود. 

•  بدلیل وجود ذرات سخت و درشت دانه، مقاومت سایشی این مخلوط در برابر ترافیک بسیار مناسب است. 

•  داشتن بافت درشت در سطح روسازی باعث کاهش پاشش آب ناشی از عبور خودروها بر روی سطح خیس میشود. 

•  باعث کاهش آلودگی صوتی ناشی از حرکت خودروها میشود.

با وجود محاسنی که بیان شد،

•  مقاومت لغزشی اولیه پایین (مگر در موردی که از سنگدانه های ریز یا ماسه خردشده در مخلوط استفاده شده باشد).

•  هزینه اولیه بالای مخلوط، در مقایسه با آسفالت معمولی (هزینه اولیه به خاطر میزان بالاتر قیر، فیلر، تثبیت کننده به کار رفته در مخلوط، که باعث افزایش ۱۰ تا ۲۰ درصد قیمت آسفالت می شود اما بدلیل افزایش طول عمر آسفالت، هزینه های کل طول عمر کاهش می یابد). 

•  خطر ایجاد قیرزدگی بر روی سطح روسازی به دلیل خطاها یا تغییرات ناشی از طراحی، تولید و اجرای SMA.

 برای توضیح تفاوت مخلوط های SMA از نظر طراحی و دانه بندی مصالح سنگی در کشورهای مختلف جهان دو رویکرد کلی وجود دارد:

•  مخلوط های SMA آلمان یا مخلوط هایی که کم و بیش با پیروی از دستورالعمل های آلمان ساخته میشوند و تا حدودی مبتنی بر مشاهدات و تجربیات منظم در تکنولوژی SMA هستند.

•  تحقیق و توسعه روش های جدید طراحی مخلوط های SMA؛(استانداردهای ایالات متحده آمریکا و هلند، نمونه های از این رویکرد می باشند). مخلوط های گوناگونی در جهان هستند که به آنها SMA گفته می شود، اگرچه این مخلوط ها ممکن است تا حد زیادی با اختراع دکتر زیچنر(اولین مخلوطSMA) تفاوت داشته باشد. بعضی از این تفاوت ها تا حدی است که در واقع باید به آنها SMAهای جانبی گفته شود. با اینکه این مخلوط ها، مخلوط های معدنی با دانه بندی باز یا منقطع و یا شبیه SMA هستند، اما این مخلوط ها با اختراع دکتر زیچنر تفاوت های عمده ای دارند.

اجزای اصلی SMA به بخش های زیر تقسیم میشوند:

•  ساختار سنگدانه های درشت 

•  ماده یا ملات ماستیک(شامل قیر، فیلر، سنگدانه ریز و الياف تثبیت کننده)

•  فضای خالی مخلوط آسفالتی