تحديد درجة الغرز للمواد البيتومينية Penetration Of Bituminous Materials

تحديد درجة الغرز للمواد البيتومينية Penetration Of Bituminous Materials

المواصفات الفنيـة : ( AASHTO T-49 )
تصف هذه الطريقة أسلوب تعيين مقدار الغرز للمواد البيتومينية النصف صلبة والصلبة ، وتجرى هذه الطريقة بواسطـة صهر العينة وتبريدها تحت ظروف محكمة ، وتقاس درجة الغرز باستخدام جهاز غرز و إبرة قياسية .

ويعرف مقدار الغرز على أنه المسافة بعشر المليمتر التي تخترقها إبرة قياسية رأسياً في عينة من المادة تحت ظروف ثابتة من درجة الحرارة والتحميل والوقت .

جهاز الغرز
يمكن قبول أي جهاز يسمح بحركة المحور بدون أي احتكاك يذكر ، ويكون معايراً بدقة ليعطي نتائج تتفق مع وصف مصطلح الغرز ، ويجب أن يكون السطح الذي يرتكز عليه وعاء العينة مسطحاً ، ويكون محور الضاغط على زاوية 90ْ تقريباً على هذا السطح ، كما يجب أن يكون حل المحور قابلاً للفصل من الجهاز بدون استعمال أي أدوات خاصـة للتأكـد من كتلته . وعندمـا يتم تركيب الإبـرة فـي الجلبـة يجب أن تكون كتلة المحور المتحرك 47.5± 0.05 جرام وبغض النظر عن طريقة تثبيت الإبرة ، يجب أن يكون الوزن الكلي للإبرة والمحور معاً 50.000 ± 0.1جرام .
كما يجب أن توفر أوزان 50.000 ± 0.05 جرام و 100 ± 0.05 جرام لكي تكون هناك أحمال كلية تساوي 100جرام و200جرام ( 0.9 نيوتن و2 نيوتن ) اعتماداً على ظروف الاختبار المطلوب تطبيقها .

الإبرة
تصنع الإبرة من قضيب مطبّع ( مغطس ) وصلب تماماً لا يصدأ ذي درجة حرارة 440ْم أو مساوٍ له ، ويكون طـولها 50 مـم ( 2 بوصة ) تقريباً وقطرها 1.00 إلى 1.02 مم ( 0.039 إلى 0.040 بوصة) على أن تكون إحدى نهايتيها مستدقاً على شكل مخروط بزاوية تتراوح بين 8.7 إلى 9.7 درجة من بعد الطول الكلي ذي القطر الكامل للإبرة ، كما يجب أن يتطابق محوره مع محـور الإبـرة في حـدود 0.0127 مم ( 0.0005 بوصة ) على الأكثر ، وبعد القطع يجب تجليخ نهاية المخروط لتكون مخروطاً ناقصاً ويكون قطر قاعدته الصغرى بين 0.14 إلى 0.16 مم ( 0.0055 إلى 0.0063 بوصة) كما يجب أن يكون المقطع مربعاً عند اتصاله بمحور الإبرة في حدود درجتين ويكون الحرف حاداًّ وخالياً من الرايش .
عند قياس ملمس السطح للمخروط المستدق ـ باستخدام المواصفة القياسية رقم (B46.1) التابعة للمعهد الوطني الأمريكي للتقييس _ يكون المتوسط الحسابي لارتفاع وعورة السطح من 0.2 إلى 0.3 ميكروميتر ( 8 إلى 12 ميكروبوصة ) .
يتراوح طول الجزء المعرض من الإبرة عند تركيبها في طـرف جهاز الغرز أو في الجلبة ما بين 40 إلى 45 مم تقريباً (1.57 إلى 1.77بوصة ) , وعند تثبيت الإبـرة في الجلبـة التي تكـون عبـارة عـن قضيب أسطواني قطره 3.2 ± 0.05 مم ( 0.126 ± 0.002 بوصة ) وبطول 38 مم (1.5 بوصة ) تقريباً مصنوعة من صلب لا يصدأ أو من النحاس الأصفر بحيث تثبت فيه الإبرة بإحكام ومتحدة معه في المحور, ويكون وزن الجلبة والإبرة معاً 2.50 ± 0.05 جرام ( يسمح بوجود ثقب في نهاية الجلبة للتحكم في الوزن ) .

الوعاء
يصنع الوعـاء الذي تختبر فيه العينة من المعدن أو الزجاج على شكل أسطواني وتكون قاعدته مسطحة ، والوعاء الذي يستخدم للمواد التي تكون درجة الغرز لها 200 أو أقل يجب أن يكون له سعة 3 أوقيات ( 90 مليليتر ) ، ويجب أن تكون أبعاده الداخلية كما يلي : القطر 55مم (2.17 بوصة ) والعمق 35 مم (1.38 بوصة ) .

الحمـام المـائي :
يجب الاحتفاظ بدرجة حرارة الحمام المائي بحيث لا تتغيير عن أكثر من 0.1م5 ( 0.2 ف5 ) من درجة حرارة الاختبار ، ويجب ألا يقل حجم الماء عن 10 لتر ، كما يجب أن يكون ارتفاع الحمام بحيث يكون الرف المثقب على بعد 50مم على الأقل فوق قاع الحمام ، ويكون مستوى سطح الماء أعلى من قمة الرف المثقب بـ 150 مم على الأقل ، ويجب عدم السماح بتلوث الحمام المائي بالزيت أو الطين ، ويمكن استخدام محلول الملح في الحمام المائي لتعين درجات الحرارة المنخفضة . إذا كانت اختبارات درجة الغرز ستتم بدون نقل العينة من الحمام المائي ، فيجب تزويده برف قوته كافية لتحمل جهاز الغرز .

مقاييس لدرجة الحرارة :
المقاييس الآتية متوافقة مع متطلبات مواصفات جمعية اختبار المواد الأمريكية المطلوبة :
5-1 للاختـبارات عند درجة حرارة 25 5م ( 77 5ف ) يستخدم مقياس ( ASTM ) سايبولت للزوجة 17م أو
(17ف) ذو مدى بين 19 إلى 27 5م ( 66 إلى 80 5ف) ويجب أن يغمر المقياس في الحمام 150±15مم .
5-2 للاختبارت عند درجة حرارة صفر 5م ( 32 5ف ) و 4 5م (39.2 5ف) يستخدم المقياس الدقيق 63 5م ( أو 563ف ) ذو مدى بين (-8 5م إلى + 32 5ف ) ويجب أن يغمر المقياس في الحمام 150 ± 15 مم .
5-3 للاختبارات عند درجة حرارة 46.1 5م (115 5ف) يستخدم المقياس الدقيق 64 5م ( أو 64 5ف ) ذو مدى بين 25 إلى 555م ( 77 إلى 131 5ف ) ، ويجب أن يغمر المقياس في الحمام 150± 15 مم .
بما أن دقة نتائج الاختبار تعتمد على حالات الحرارة المتحكم فيها بدقة ، لذا يجب معايرة المقياس المستخدم في الحمام المائي بواسـطة ( اختبار التفتيش ومـعايرة المقـاييس محـفـورة الساق ذات السائل داخـل الزجاج الموضح في المواصفـة ( ASTM E 77 ) ).

طبق النقـل الخـاص بالوعــاء :
عنـد استخدامه يجب أن يكون طبق النقل الخاص بالوعاء أسطواني بقاع مسطح مصنوع من زجاج أو معـدن أو بلاستيك كما سيزود الوعاء ببعض الوسائل التي سوف تؤمن قوة تحمله وتمنع اهتزازه ، ويكون له قطر داخلي بمقدار 90مم ( 3.5" ) على الأقل ويكون العمق الذي يعلو القاع الحامل بمقدار 55مم ( 2.17" ) على الأقـل .

أداة توقيت :
لأجهزة الغرز يدوية التشغيل يمكن استخدام أي أداة توقيت مناسبة مثل جهاز كهربائي أو ساعة إيقاف أو جهـاز آخـر مزود بزنبرك بشرط أن يكون مدرجـاً إلى 0.1 ثانية أو أقل ، وتكون الأجهزة ذات دقـة فـي حـدود ± 0.1 ثانية لفترة 60 ثانية ، ويمكن أيضاً استخدام عداد ثواني مسموع مضبوط ليعطي دقة كل 0.5 ثانية ، ويجب أن تكون فترة الـ 11 عدة تستغرق زمن قدرة ± 0.1ثانية وإذا كان هنا جهاز توقيت أتوماتيكي متصل بجهاز الغرز فيجب أن يكون معايراً بدقة ليعطي فترة الاختبار المرغوبة في حدود ± 0.1 ثانية .

تجهيز العينة :

يتم تسخين العينة مع الحرص على عدم تعرضها لتسخين موضعي عالي حتى تصبح سائلة ، ثم مع التقليب المستمر ترفع درجة حرارة العينة الأزفلتية بحيث لا تتجاوز 100ْم أعلى من درجة الطراوة . أما درجة حرارة عينة قطران الرصف فيجب ألا تتجاوز 56ْ م (100 ْ ف ) أعلى من درجة الطراوة المعينة بواسطة طريقة اختبار درجة الطراوة للمواد البيتومينية ( طريقة الحلقة والكرة ) مع تجنب احتواء العينة على فقاقيع هوائية , ثم تصب العينة في الوعاء بحيث يكون عمقها بعد تبريدها إلى درجة حرارة الاختبار يزيد بـ 10مم على الأقل عن العمق المتوقع لاختراق الإبرة ، ويجب أن تصب عينات منفصلة عند كل تغيير في ظروف الاختبار .

يغطى كل وعـاء ومحتوياته كحماية ضد الغبار ويترك ليبرد في الهواء عند درجة حـرارة لا تزيـد عـن 29.5ْ م ( 85 ْ ف ) و لا تقل عن 21ْ م (70ْ ف) , ولمدة لا تقل عن 2/1 1ساعة (ساعة ونصف) و لا تزيد عن ساعتين في حالة إذا ما كانت العينة في وعاء سعته 175مليلتر (6 أوقيات ) ، ولمدة لا تقل عن ساعـة ولا تزيـد عن 2/1 1 ساعـة ( ساعة ونصف ) في حالة إذا مـا كانت العينة فـي وعاء سعته 90 مليلتر ( 3 أوقيات ) ، ثم توضع العينة في الحمام المائي الذي يكون في درجة الحرارة المعينة للاختبار فوق طبق النقل ( إذا تم استخدامه ) وتترك لمدة لا تقل عن 2/1 1ساعة ( ساعة ونصف ) و لا تزيد عن سـاعتين فـي حالة إذا ما كانت العينة في وعاء سعته 175 مليلتر ( 6 أوقيات ) ، ولمدة لا تقل عن ساعة ولا تزيـد عـن 1.5 ساعة (ساعة ونصف الساعة ) في حالة إذا ما كانت العينة في وعاء سعته 90 مليلتر ( 3 أوقيات ) .

طريقة إجراء الاختبار

ما لم يذكر خلاف ذلك يوضع وزن مقداره 50 جرام فوق الإبرة ليصبح الحمل الكلي 100 جرام للإبرة وملحقاتها ، وإذا تمت الاختبارات وجهاز الغرز مغمورٌ في الحمام فيوضع وعاء العينة مباشرة على قائم الغمر لجهاز الغرز ، أما إذا تمت الاختبارات والعينة في الحمام وجهاز الغرز خارجه فيوضع الوعاء على الرف المزود به الحمام في الخطوات السابقة ، ويجب ترك الوعاء مغموراً تماماً أثناء الاختبار ، وإذا تم الاختبار باستخدام طبق النقل وجهاز الغرز خارج الحمام ، توضع العينة في طبق مملوء بالماء من الحمام إلى عمق يسمح بتغطية تامة لوعاء العينة ، ثم يوضع طبق النقل المحتوي على العينة على قائم جهاز الغرز ويتم عمل الاختبار في الحال ، وفي كل حالة تضبط الإبرة المحملة بالثقل المعين ليتم تلامسها مع سطح العينة ، ويمكن الوصول إلى هذا بتطابق طرف الإبرة مع صورتها المنعكسة على سطح العينة وذلك باستعمال مصدر ضوئي موضوع في مكان ملائم (ملحوظة 4 ) ، وتؤخذ قراءة المؤشر أو يضبط المؤشر على الصفر ثم تطلق الإبرة بسرعة لمدة الزمن المحدد ، ويضبط الجهاز لقياس المسافة المخترقة ويتم ملاحظة وعاء العينة عند استخدام الإبرة ، وإذا لوحظت أي حركة للوعاء فيجب إهمال هذه النتيجة وإعادة التجربة .

يجب تسجيل ما لا يقل عن ثلاث قيم غرز عند نقاط على سطح العينة بحيث لا يقل بعدها عن جدار الوعـاء عن 10 مم (8/3 بوصة ) ، ولا يقل البعـد بينهما عن 10 مم (8/3 بوصة ) ، وإذا تم استخدام طبق النقل يعاد الطبق والعينة للحمام المائي بعد كل غرز ، وقبل كل اختبار يتم تنظيف الإبرة بقطعة قماش نظيفة مغمورة ومبللة بالتولين أو أي مذيب آخر مناسب لإزالة كل البيتومين اللاصق ثم تجفف بقطعة قماش جافة نظيفة ، وتستخدم ثلاث إبر على الأقل لقيم الغرز التي تزيد عن 200 ، مع تركها في العينة حتى إتمام الغرز .