Έλεγχοι καθαρότητας αδρανών

Απαιτείται  έλεγχος της ποιότητας και της καθαρότητας των αδρανών υλικών, καθώς τα αδρανή υλικά καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό την ποιότητα του ασφλατομείγματος.

 

Των κ. Δημήτρη N. Χριστοδούλου και Ξενοφώντα Σπηλιώτη*

 

Οι έλεγχοι καθαρότητας των αδρανών εκτελούνται για τον καθορισμό ή την εξακρίβωση ύπαρξης πολύ λεπτόκοκκου υλικού που διέρχεται από το κόσκινο με μέγεθος βρόχου 75 μm. Το υλικό αυτό χαρακτηρίζεται γενικώς «παιπάλη» και συνίσταται από κόκκους διαστάσεων ιλύος και αργίλου.

Η παρουσία του υλικού αυτού επηρεάζει άμεσα τη συμπεριφορά του ασφαλτομείγματος και ορισμένες φορές είναι η αιτία αποφλοίωσης της ασφάλτου από τα αδρανή, ή ακόμη και αιτία διόγκωσης των ασφαλτικών στρώσεων. Η ύπαρξη μάλιστα μεγάλης ποσότητας αργίλου είναι η αιτία διόγκωσης και των στρώσεων άνευ συνδετικού υλικού.

Παρακάτω παραθέτονται οι συνήθεις δοκιμές που εκτελούνται στα αδρανή για τον καθορισμό της καθαρότητάς τους.

 

Δοκιμή καθορισμού ποσότητας παιπάλης (φίλερ)

 

Ο ακριβής καθορισμός της ποσότητας της παιπάλης (φίλερ) επηρεάζει άμεσα τη συμπεριφορά τόσο του ασφαλτομείγματος όσο και του μείγματος των αδρανών. Σε γενικές γραμμές, η περίσσεια παιπάλης είναι περισσότερο επιβλαβής από ό,τι η έλλειψή της, που συνήθως είναι σπάνιο φαινόμενο. Ειδικότερα, οι συνέπειες της υψηλής περιεκτικότητας παιπάλης στα αδρανή είναι:

α) Αύξηση του ποσοστού της ασφάλτου για την παραγωγή του ασφαλτομείγματος και του νερού για τη βέλτιστη συμπύκνωση.

β) Μείωση της «εργασιμότητας» του μείγματος.

γ) Επιδείνωση της επικαλυπτικότητας των αδρανών με άσφαλτο.

δ) Μείωση της ελαστικότητας και αύξηση της ευθραυστότητας του ασφαλτομείγματος.

ε) Σβόλιασμα του μείγματος των αδρανών, κάτι που έχει ως επακόλουθο την παραγωγή ασφαλτομείγματος με ακάλυπτους από άσφαλτο κόκκους, ιδιαίτερα στα ψυχρά ασφαλτομείγματα.

Ο καθορισμός του ποσοστού της παιπάλης στα αδρανή ή στο μείγμα αυτών είναι απλούστατος και γίνεται με την πλύση των αδρανών υλικών. Η αντιπροσωπευτική ποσότητα αδρανών, αφού ξηρανθεί, τοποθετείται σε σειρά κοσκίνων, π.χ. 2.36 mm, 600 μm, 300 μm και 75 μm. Η συστοιχία των κοσκίνων τοποθετείται κάτω από νερό βρύσης και έτσι τα αδρανή ξεπλένονται.

Όταν το εξερχόμενο από τα κόσκινα νερό καθαρίσει, σταματά η διαδικασία έκπλυσης, και το σύνολο των αδρανών που παρακρατήθηκαν στα κόσκινα ξηραίνεται στους 110οC (+/-5) και ξαναζυγίζεται. Η απώλεια βάρους από την αρχική ποσότητα εκφράζεται ως το ποσοστό της παιπάλης. Η δοκιμή αυτή τις περισσότερες φορές γίνεται ταυτόχρονα με τη δοκιμή καθορισμού της κοκκομετρικής διαβάθμισης των αδρανών, διότι τα ξηρά και καθαρά αδρανή που προκύπτουν είναι έτοιμα για κοσκίνισμα.

 

Δοκιμή καθορισμού ισοδύναμου άμμου

 

Η δοκιμή καθορισμού ισοδύναμου άμμου εκτελείται με σκοπό το γρήγορο καθορισμό της σχετικής αναλογίας της λεπτότατης σκόνης, αργιλώδους μορφής, στα αδρανή που προορίζονται για υποβάσεις, βάσεις και ασφαλτομείγματα, καθώς και στα φυσικά εδάφη (κυρίως στα χαλικοαμιγή ή αμμώδη εδάφη).

Η ύπαρξη χαμηλού ποσοστού ισοδύναμου άμμου χαρακτηρίζει τα αδρανή ως «μη καθαρά» και είναι μία ένδειξη ότι πιθανότατα στα λεπτόκοκκα αδρανή του μείγματος περιέχεται επιβλαβής ποσότητα πολύ λεπτών κόκκων διαστάσεων αργίλου. Σε αυτές τις περιπτώσεις επιβάλλεται η εκτέλεση και της δοκιμής καθορισμού της πλαστικότητας.

Η δοκιμή εκτελείται σε αδρανή διερχόμενα από το κόσκινο 4,75 mm. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι σε περίπτωση ύπαρξης στο μείγμα των αδρανών «σβώλων» που συγκρατούνται στο κόσκινο των 4,75 mm, αυτοί θα πρέπει να θραυστούν, έτσι ώστε τελικά να διέλθουν από το παραπάνω κόσκινο.

Από αντιπροσωπευτικό δείγμα αδρανών υλικών λαμβάνεται επαρκής ποσότητα υλικού (περίπου 85 ml) και τοποθετείται σε ειδικό διαφανή ογκομετρικό σωλήνα. Στο σωλήνα προστίθεται ποσότητα ειδικού υδατικού διαλύματος χλωριούχου ασβεστίου, μέχρι το ύψος των 100 mm περίπου, το οποίο αφήνεται για δέκα περίπου λεπτά να δράσει με τα αδρανή.

Μετά το πέρας του σύντομου αυτού χρονικού διαστήματος, το περιεχόμενο του σωλήνα αναταράσσεται με παλινδρομικές κινήσεις, είτε με το χέρι (90 φορές) είτε με ειδικό μηχάνημα, για 45 δευτερόλεπτα. Κατόπιν προστίθεται επιπλέον ποσότητα διαλύματος με σύστημα άρδευσης, δηλ. από κάτω προς τα πάνω διά μέσου του υλικού, μέχρι τη στάθμη των 381 mm. Το διάλυμα με τα αδρανή αφήνεται σε ηρεμία για 20 λεπτά και κατόπιν μετράται το ύψος της άμμου και το ύψος της αργίλου (θολό αιώρημα).

Το ισοδύναμο άμμου (SE) υπολογίζεται από τη σχέση:

SE = (hs/hc) x 100

όπου:

hs είναι το ύψος της άμμου.

hc είναι το ύψος της αργίλου.

Θα πρέπει να αναφερθεί ότι τα αποτελέσματα στρογγυλοποιούνται πάντοτε στον επόμενο ακέραιο αριθμό (π.χ. το 41,25% σε 42%).

Τάπητες που διαστρώνονται με ασφαλτόμειγμα που περιέχει αδρανές υλικό με χαμηλό ποσοστό ισοδύναμου άμμου, σύντομα θα παρουσιάσουν αποκολλήσεις αδρανών, «φωλιές», και σε μεταγενέστερο στάδιο λακκούβες.

Υποβάσεις και βάσεις που κατασκευάζονται από αδρανή με πολύ χαμηλό ποσοστό ισοδύναμου άμμου είναι επιρρεπείς σε διόγκωση. Τέλος, εδάφη επί των οποίων πρόκειται να κατασκευαστεί ένα οδόστρωμα, εάν έχουν πάρα πολύ χαμηλό ποσοστό ισοδύναμου άμμου, μικρότερο του 10%, θα αναπτύξουν υπερβολική διόγκωση, ενώ παράλληλα επηρεάζεται αισθητά η φέρουσα ικανότητά τους όταν βρεθούν σε κατάσταση κορεσμού.

Οι ελάχιστες επιτρεπτές τιμές ισοδύναμου άμμου για αδρανή υλικά που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν στην παραγωγή ασφαλτομειγμάτων ή στην κατασκευή βάσεων και υποβάσεων δίνονται στον πίνακα 1.

 

 

Πεδίο εφαρμογής αδρανών υλικών	Ισοδύναμο άμμου (SE)
Ασφαλτομείγματα τύπου Α265	> 55
Ασφαλτομείγματα τύπου Α260	> 50
Βάση από ασύνδετα αδρανή	> 50
Υπόβαση από ασύνδετα αδρανή	> 40
Ψυχρά ασφαλτομείγματα κλειστού τύπου για τάπητες κυκλοφορίας	> 55
Ψυχρά ασφαλτομείγματα κλειστού τύπου για βάσεις	> 45
Ασφαλτικές επαλείψεις	> 55

 

Οι ελάχιστες επιτρεπτές τιμές ισοδύναμου άμμου για αδρανή υλικά που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν στην παραγωγή ασφαλτομειγμάτων ή στην κατασκευή βάσεων και υποβάσεων.

 

Δοκιμή καθορισμού δείκτη πλαστικότητας

 

Για τον καθορισμό του δείκτη πλαστικότητας, θα πρέπει πρώτα να καθορισθεί το όριο υδαρότητας και το όριο πλαστικότητας. Οι οριακές τιμές του δείκτη πλαστικότητας ανάλογα με το πού χρησιμοποιούνται τα αδρανή υλικά, δίνονται στον πίνακα 2.

 

Πεδίο εφαρμογής αδρανών υλικών	Ελληνικές Προδιαγραφές(α)	Αμερικανικές Προδιαγραφές(β)	Βρετανικές Προδιαγραφές(γ)
Υπόβαση	PI < 4 και LL(δ) < 25	PI < 6 και LL < 25	PI < 6
Βάση	PI < 3 και LL < 25	PI < 6 και LL < 25	NP(ε)
Θερμά ασφαλτομείγματα	(NP)	PI < 4	(NP)
Ψυχρά ασφαλτομείγματα	(NP)	(NP)	(NP)
Ασφαλτικές επαλείψεις	(NP)	(NP)	(NP)

 

α) ΠΤΠ 0150, 0155, Α260, Α265

β) AASHTO M147, AASHTO M29 (ASTM D1073)

γ) Specification for Highway Works Series 800 και 900

δ) LL = Όριο υδαρότητας

ε) ΝP = Υλικό πλαστικότητας

 

Πίνακας 2: Οι οριακές τιμές του δείκτη πλαστικότητας ανάλογα με το πού χρησιμοποιούνται τα αδρανή υλικά.

 

 

Δοκιμή του μπλε του μεθυλενίου (MBV)

 

Η δοκιμή με μπλε του μεθυλενίου χρησιμοποιείται για την εξακρίβωση της παρουσίας αργιλικών ορυκτών στα αδρανή. Τα αργιλικά ορυκτά είναι υδρόφιλα και έχουν την τάση να διογκώνονται ανάλογα με την περιεκτικότητά τους σε νερό. Η διόγκωση αυτή έχει καταστροφικές συνέπειες τόσο στο ασφαλτόμειγμα όσο και στις στρώσεις του οδοστρώματος. Η δοκιμή αυτή είναι τυποποιημένη δοκιμή στη Γαλλία, αλλά χρησιμοποιείται άτυπα και από αρκετές χώρες όπως είναι η Αγγλία, ενώ τυποποιήθηκε από τις ευρωπαϊκές προδιαγραφές (CEN) ως μία από τις βασικές δοκιμές ελέγχου της ποιότητας των αδρανών.

Η δοκιμή βασίζεται στην αρχή της προσρόφησης επί της ενεργής επιφάνειας των αργιλικών ορυκτών των μορίων του μπλε του μεθυλενίου. Κατά τη δοκιμή υπολογίζεται η ποσότητα του μπλε του μεθυλενίου που χρειάζεται για τη μοριακή επικάλυψη όλων των αργιλικών συστατικών των αδρανών.

Ανάλογη με την ειδική επιφάνεια των αργιλικών ορυκτών (μοντμοριλλονίτης, ιλλίτης, καολινίτης κλπ.) είναι και η ποσότητα του μπλε του μεθυλενίου που προσροφάται.

Τα αργιλικά ορυκτά έχουν πολύ μεγάλη ειδική επιφάνεια σε σχέση με μη αργιλικά ανενεργά υλικά· συνεπώς η ποσότητα του μπλε του μεθυλενίου που απαιτείται θα είναι ανάλογη με την ποσότητα και το είδος των αργιλικών ορυκτών.

Η τιμή του μπλε του μεθυλενίου (MBV) καθορίζεται από τη σχέση:

MBV = V/f

όπου:

V είναι όγκος του μπλε του μεθυλενίου που χρησιμοποιήθηκε.

f η ποσότητα αδρανούς υλικού.

Οι επιτρεπτές τιμές MBV που συνιστώνται από τις γαλλικές προδιαγραφές NFP 18592, αναλόγως του πού πρόκειται να χρησιμοποιηθούν τα αδρανή, δίνονται στον πίνακα 3.

 

 

Πεδίο εφαρμογής αδρανών υλικών	Επιτρεπτές τιμές ΜΒV
Βάσεις και υποβάσεις	< 1,5
Ασφαλτομείγματα	< 1,0
Μείγματα Slurry seals*	< 0,5
Σκυροδέματα	< 1,0

 

Οι επιτρεπτές τιμές MBV που συνιστώνται από τις γαλλικές προδιαγραφές NFP 18592, αναλόγως του πού πρόκειται να χρησιμοποιηθούν τα αδρανή.

 

*Τα slurry seals είναι μείγματα νερού, ασφαλτικού μείγματος, αδρανών υλικών και διάφορων προσθέτων.

 

*O κ. Δημήτριος Ν. Χριστοδούλου είναι δρ. πολιτικός μηχανικός του ΔΠΘ και επίκουρος καθηγητής του Τμήματος Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Ο κ. Ξενοφών Σπηλιώτης είναι καθηγητής του Τμήματος Περιβάλλοντος του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας και διευθυντής του Εργαστηρίου Χημικής Τεχνολογίας, Επιστήμης και Μηχανικής Συμπεριφοράς των Υλικών.