استخدام المطحون الإسفلتي /غرافيون/  في خلطات المجبول الإسفلتي على الساخن

مقدمة :

يتواجد الإسفلت الطبيعي في العالم بأشكال متنوعة من البحيرات الإسفلتية الطبيعية على سطح الأرض , وعلى شكل مناجم ومقالع سطحية وشبه سطحية , وتتواجد في مناطق معروفة لتاريخه : 

Natural asphalts or natural bitumens:

 naturally occurring deposits of asphalt-like material. While these deposits have physical properties that are similar to those of petroleum-derived asphalt, the composition is different (CONCAWE, 1992). Natural asphalt deposits occur in various parts of the world, mainly as a result of mineral oil seepage from the ground.

 The best known natural deposit is:

ترينيداد توباغو1 -Trinidad’s Pitch Lake; asphalt deposits

  فينزويلا 2 -Venezuela,

سويسرا 3 – Switzerland ,val-travers

 1993 كندا – البرتا 4 -Athabasca oil sands in northeastern Alberta (IPCS, 1982; Budavari, 1989; Lewis,

ماتسيو إسباني5-Maetsu – spane

كاردسيسيل فرنسا 6- card-segssel

 فلسطين -  البحر الميت the Dead Sea  7- 

تركيا8-  

 سوريا9-  

 رومانيا10 -  

ويستخدم الاسفلت الطبيعي في العالم في إكساء الطرقات الزراعية والخدمية على البارد وفي معالجات أخرى ويزداد الطلب العالمي المتوقع على الاسفلت الطبيعي نتيجة ارتفاع أسعار الزفت المائع الصناعي .

في القطر العربي السوري يتواجد الاسفلت الطبيعي في موقعي البشري قرب دير الزور شرق سورية ، وفي منطقة كفرية , شمال شرق مدينة اللاذقية 37 كم على طريق حلب اللاذقية ، واستخدم ناتج المقلعين في أعمال رصف الطرق على البارد وعزل الأبنية والسطوح بطريق إسبل واستخدامات بسيطة أخرى .

يتميز الاسفلت الطبيعي في موقع البشري بارتفاع نسبة البيتومين الطبيعي لقيمة تصل 22 % وزناً وبالتالي يتطلب استخدام اسفلت البشري معالجات خاصة علماً أن المكون الرئيسي للكتل الصخرية هي رمال سيليسية مع ملاط بيتوميني ، وستقوم الشركة العامة للطرق والجسور بالتعاون مع جهات حكومية أخرى بإجراء دراسة وتنفيذ مقطع مناسب خلال شتاء 2006 .

تتمحور دراستنا هذه على موقع الاسفلت الطبيعي في كفرية التي اعطت نتائج ايجابية خلال تجارب وتنفيذ مقاطع طرقية وإدخال المادة الخام على الساخن لانتاج مجبول اسفلتي مطابق للمواصفات السورية .

إسفلت كفرية الطبيعي :

يقع مقلع الإسفلت الطبيعي في منطقة كفرية , شمال شرق مدينة اللاذقية 37 كم على طريق حلب اللاذقية , تستثمر المادة الخام المنتجة من المقلع بعد معالجتها منذ 1927 بأشكال مختلفة كمعجون بطريقة إسبل وبلاط إسفلتي , ومطحون إسفلتي ( غرافيون ) لفرش الطرق على البارد .

يشمل مكمن إسفلت كفرية على عدد من المقالع ( أربعة ) , ولكن المقلعين الرئيسين العاملين حالياً هما مقلع الأزرق ومقلع البربورة , لتميزهما من حيث سماكة الطبقات ونسبة البيتومين القابل للإستثمار بهما .

يتكون التركيب الفلزي لإسفلت كفرية من حجر كلسي (( Ca CO3  متشربة لمادة البيتومين الطبيعي , ويعود للعصر الجيولوجي الكريتاسي من عمر سينومان تورون .

يتكون راسب الحجر الكلسي الإسفلتي من مستويين يرمز لهما بمستوى الديلود ومستوى الأزرق , ويعتبر مستوى الأزرق هو المستوى القابل للإستثمار وتتراوح سماكته ضمن 20- 50 متر , ويتكون من حجر كلسي مدلمت جزئياً ويتراوح محتوى البيتومين الطبيعي فيه من 7 – 14 % ويحتوي على مواد هيدرو كربونية بنسبة 2 – 4 % من البارافينات وسلاسل حلقية , وهذه القيم تقع ضمن مواصفات الرمال الإسفليتية والنفط الإسفلتي ( عبارة عن نفط ثقيل مفكك وبنسبة عالية من الراتنجات والإسفلتينيات 37 -68 % ), والصخر المتشرب من مادة الإسفلت الطبيعي ذوقيمة ومواصفات لا تتحقق بالإسفلت المنتج بالمصافي الصناعية .

الإحتياطي : قامت المؤسسة العامة للجيولوجيا بدراسة تفصيلية على الموقع لتحديد الإحتياطي القابل لٌستثمار وفق شبكة حفر آلية وحسب على أساسها الإحتياطي وفقاً لنتائجها من الدرجة A+B+C  بكمية 16 مليون طن مبدئياً .

تستثمر وزارة النفط – الشركة العامة للرخام والإسفلت حصرياً المادة , وتقوم بعمليات التفجير والتكسير والطحن والبيع , وتنتج الشركة  البودرة المطحونة الإسفلتية ( 0 – 5 mm  ) غرافيون ناعم , وحصويات إسفلتية ( 5 – 19 mm  ) غرافيون خشن . 

 1- نسب البتومين المستخرجة من العينات حسب المقلع في مكمن كفرية :

1. مقلع الأزرق                11.94%
2. مقلع البربورة               11.52%
3. مقلع الصفا                  10.47%
4. مقلع شحادة                  9.31 %

ويمكن تركيز المادة ورفع نسبة البيتومين المستخلص خلال عمليات التكسير والفرز وزيادة النواعم بالمادة المنتجة .

 2 - مواصفات الإسفلت الطبيعي في كفرية :

1. المحتوى الكربوني           80 – 94 %
2. محتوى البيتومين             11.6 % وسطياً ( من 9 حتى 16 ) بعينات مختلفة .
3. المسامية الكلية               12- 23 % حجماً
4. الكثافة الجافة                2.040 – 2.60 غ / سم3 وسطياً
5. الكثافة الرطبة                2.06 – 2.60 غ / سم 3 وسطياً
6. المقاومة الإنضغاطية          6.7 – 21.8 نيوتن / مم 2
7. مقاومة الشد                   1.71 –    1.21 نيوتن / مم 2
8. دخول الماء بالنسبة للحجم     0.06 – 0.35 % 
9. الفرز                          1 /100 مم
10. للبودرة                        66   
11. للحجر                         87   
12. نقطة التلين ( كرة الحلقة )    45- 48 درجة مئوية -  ( كرامر – سارنو )     26 -43 درجة مئوية .
13. الرطوبة                       0.00 – 0.05 % وزناً
14. اللزوجة                       500 – 10000 سينتي بواز

خواص البيتومين الطبيعي :

إن مطحون 0-5 مم من صخور إسفلت طبيعي ( بيتومين طبيعي – حصويات كلسية ) الذي يحتوي سلفاً 9-12 % بيتومين طبيعي ويحقق شرط رقم القساوة وهي 65 المطلوب بالمواصفة BS 5284 . كما أن الروابط البيتوميني المتواجد في الإسفلت الطبيعي لكفرية له مواصفات فنية عملية لهدف العزل لأنه يعطي ديمومة عالية نتيجة ليونته ويحافظ على رقم القساوة بوجود البيتومين القاسي ناتج تكرير النفط .

3 - التجارب المنفذة الإسفلت الطبيعي منذ قبل 1973 لغاية 2004   :

      أ- على البيتومين المستخلص

            أجريت عدة تجارب على الإسفلت المستخرج بقصد تحديد نوعه ومعرفة مدى صلاحيته للأعمال الطرقية وكانت النتائج   

      كالتالي :     

• اللزوجة                        37 ثانية
• نسبة التقطير على حرارة ( 360 ) درجة مئوية          9.5%
• درجة الغرز للإسفلت المتبقي    370
• العوم                            30
• درجة التلين ( حلقة و كرة )                          40 – 60 م5
• نسبة الإسفلت ذو الغرز (100 )                          75 %

بدراسة هذه النتائج ومقارنتها يتضح أن نوع الإسفلت هو من زمرة الإسفلت المائع بطيء التطاير (S c4  ) تقريباً ويحتوي على زيوت.

ب- على الحجر :

     أجريت تجربة الإهتراء على عينات من الحجر الطبيعي غير المتشربة بالإسفلت من مقلع الأزرق وكانت نسبة الفاقد 78 % .

لـدى معالجة المواد الحصوية والناعمة المتبقية مـن تجربة الإستخلاص بحمض كلور الماء تبين أن هـذه المواد ذات بنية كلسيه 98%.

ج- تجارب على استخدام المواد :

    أجريت الدراسة اللازمة لمادة البودرة الإسفلتية الناتجة من الطحن فقط وأخضعت لتجربة مارشال دون إضافة أية مادة لها والنتائج :

     أجريت الدراسة اللازمة لمزيج لمادة البودرة الإسفلتية الناتجة من الطحن وحجر مكسر وإسفلت مصافي  مضاف والنتائج :

إن الحجر المتشرب بمادة الإسفلت هو من النوع الطري جداً ولا يمكن إستخدامه مباشرة في الأعمال الطرقية دون معالجة بمواد أخرى .

البودرة فقط ( 0 – 5 مم ) : يمكن استخدام هذه المادة في أعمال إكساء المناطق التي تتعرض لسير شديد , مثل المنعطفات وغيرها وأن إستخدامها يتطلب تسخينها لدرجة حرارة تتراوح بين 170 – 200  درجة مئوية , ومزجها لفترة ثم فرشها ودحيها , حسب الأصول ونظراً لتعرض سطح هذه الطبقة للصقل بتأثير حركة وكثافة السير , الأمر الذي يقل معه فعاليتها ضد الإنزلاق لذلك كان لا بد من عمل رشة سطحية عليها تنفذ وفقاً للمواصفات تحدد لهذا الغرض .

وتجدر الإشارة إلى أن المقاومة العالية التي تتمتع بها الطبقة التي تصنع بهذا الشكل تستوجب أن يكون الأساس الموضوع عليه هذه الطبقة صلب جداً حتى لا تتعرض الطبقة للتكسير وظهور التشققات في سطحها .

البودرة مع الحجر المكسر : تم تنفيذ خلطة من حجر مكسر قياس ( 0 – 12.5  مم ) بنسبة 60% مع 40% بودرة إسفلتية , وذلك لتأمين تدرج يطابق المواصفات الموضوعة من قبل معهد الإسفلت الأمريكي وهو تدرج مغلق , وتبين أن نتائج دراسة الثبات والإنسياب , تبين أ، نسبة 2.5 % إسفلت في طرقات الدرجة الأولى , هي أفضل خلطة تم الحصول عليها مخبرياً , وأن هذه

المواصفات تصلح لإستخدام هذه الخلطة في طرقات الدرجة الأولى أو غيرها , بعد التحقق من  مراعاة الشروط الأخرى  المحددة بالمواصفات , والتي سنقوم بدراستها مستقبلاً .

تجارب إنتاج مجبول إسفلتي على الساخن عام 1991 :

تم دراسة وتنفيذ أعمال حقلية خلال عام 1991 على طريق حلب – اللاذقية , قامت الشركة العامة للإسفلت بالتعاقد مع جامعة دمشق – كلية الهندسة الميكانيكية – وحدة الآلات والتجهيزات لدراسة تصميم وحدة تلقيم لتزويد مجبل حراري بالمطحون الإسفلتي من إنتاج مقالع كفرية , وتم إنجاز الدراسة المطلوبة وتصنيع الوحدة المطلوبة للتلقيم وركبت على مجبل خان الجوز – طريق حلب اللاذقية , تم تشغيل هذه الوحدة التجريبية عام 1991 , وشغلت من قبل الشركة العامة للطرق ( رودكو سابقاً ) وأنتجت خلطات مجبول إسفلتي يدخل في تركيبها الإسفلت الطبيعي بنسبة 25% وزناً , وبتدرج حبي ( 0 – 5 ) مم , ولم تستمر بالإنتاج نظراً للصعوبات التي واجهت المجبل بطريقة التزويد المنفذة عبر وحدة تلقيم وناعورة رفع المواد المضافة وإدخالها نظام المجبل والوزن , ولم تستمر التجربة وتوقفت نهائياً .

وتم تنفيذ تزفيت عدة مواقع تجريبية في طريق حلب اللاذقية وحضرت كمية / 15 / طن مجبول تجريبي بتاريخ 27/8/1991 .

فكرة التطوير من الشركة العامة للطرق والجسور عام 2005

نتيجة الدعوة من وزارة النفط للشركة العامة للطرق والجسور للمشاركة بإيجاد حلول لإستخدام إسفلت كفرية كبديل لتعويض النقص الحاصل بإنتاج المصافي من الزفت المائع , وتوسع حاجة القطر من الزفت المائع وفق المشاريع المطروحة سنوياً , والتي تقدر 700 ألف طن من الزفت المائع 60/70 , وأن مصافي القطر على وضعها الراهن لا تستطيع إنتاج أكثر من 300 – 350 ألف طن 60/70 سنوياً , ونظراً لإرتفاع السعر العالمي للنفط ومشتقاته خلال السنتين الأخيرتين 2004 و 2005 لمستويات غير مسبوقة , ولتغطية النقص الحاصل بين الطلب والخطط والمتوفر محلياً .

وقيام شركة محروقات بإستيراد كمية مقاربة 20.000 طن خلال عام 2005 بكلفة وسطية 14000 ل س للطن الواحد واصل القطر .

كل ذلك فرض على الشركة العامة للطرق والجسور ومن منطلق وطني وحاجة ملحة مستقبلية , تشكيل وحدة بحث علمي من الخبرات والكوادر بفروع الشركة , والاستعانة بالمختصين حين الحاجة من الجامعات والأكاديميين , والإتصال مع الشركات العالمية المتخصصة لمساعدتنا بالحلول المنطقية , ولكن لم تتوفر لتاريخه رغم مراسلات الشركة أية جهة تقدم الخبرة والمشورة الفنية والصناعية بهذا الموضوع فتم اللجوء للكادر المحلي بالشركة , وبذلت الجهود وبالإمكانيات الذاتية للإقلاع بموضوع إيجاد الحل المناسب لإدخال المطحون الإسفلتي ( الغرافيون ) ضمن خلطة المجبول الإسفلتي الساخن , وبما يضمن المواصفات والمقاييس النظامية , والتجارب المطلوبة من رب العمل , وإعتباراً من الشهر السادس عام 2005 وبعد دراسة خلطات متعددة وخيارات متنوعة , قامت عناصر الشركة بتصميم وحدة تلقيم جديدة مختلفة عن الوحدة التي صممتها جامعة دمشق سابقاً وتم الإستفادة من خبرة العاملين بالشركة بأن الغرافيون يجب أن لايدخل مع المواد الواردة من المحمص , وبالتالي يدخل على نظام التزويد المتبع في مجابل الباتشنغ ( التي تعمل كل مجابل القطر عليها ) .

بل المطلوب إدخال الغرافيون من بوابة مستقلة – وخط خارج التزويد المتبع – وكان ذلك بإدخال الغرافيون من ملقم إضافي خارجي إلى الخلاط مباشرة بعد الوزن والمراقبة , دون المرور على الغرابيل والأقماع وخزانات المواد والميزان النهائي للمواد قبل الخلاط .

هذه النقطة هي التي حققت النجاح بإدخال الغرافيون دون أن يلتصق ويعرقل عملية التزويد بالحصويات والتي كانت الخطأ السابق الذي وقع به المصمم لوحدة التلقيم السابقة , حيث أن الخبرة أثبتت أن الغرافيون يجب إن يدخل بارد أو ساخن بشكل مستقل كيلا يلتصق مع المواد وجوانب أجزاء المجبل , ناعورة الرفع – الغرابيل – خزانات المواد – الموازين - .

وصممت خلطات تجريبية – بفرع اللاذقية للشركة بالتعاون مع الرقابة الفنية بمديرية الشؤون الفنية بالشركة وفق التالي :

التقرير رقم 317 تاريخ 11/7/2005 مخبر فرع اللاذقية .

التقرير رقم 318 تاريخ 11/7/2005 مخبر فرع اللاذقية .

تم إستجرار كمية / 30/ طن غرافيون لإجراء التجارب مجاناً من شركة الإسفلت ونفذت التجربة بتاريخ 11/7/2005 بمجبل خان الجوز بعد التعديل الميكانيكي ( تجارب نصف صناعية – على خط إنتاج أولي ) , وأنتجت كمية /25 / طن مجبول إسفلتي بخلطة  تجارب خاصة من المواد الأولية المقدمة من المتعهد الطباع     ( بحص + نحاتة ) ومادة الغرافيون بنسبة 30% وزناً غرافيون من الوزن الإجمالي للخلطة والبالغ 700 كغ حيث فرشت المواد أصولاً , وأخذت عينات مخبرية أجريت عليها الدراسة الكاملة لتجربة مارشال والإستخلاص , بمخبر فرع دمشق ومخبر اللاذقية , وأعطت نتائج التفارير المخبرية المرفقة عدد /3/ .

       النتائج تبين أن الزفت المستفاد منه من الغرافيون تزيد عن  10% وزناً , بخلاف الدراسات من مؤسسة الجيولوجيا وشركة الإسفلت التي تبين أن نسبة الإسفلت الممكن إستخلاصها تتراوح بين 10-12 % فقط , وهنا يمكن أن تكون موازين المجبل بحاجة لمعايرة ومطابقة وتدقيق من جديد , ونعتمد على الأصلح نسبة 10% زفت مائع يمكن إستخدامه كحد مقبول وبالمراقبة يحدد بدقة وبمتابعة مخبرية وفنية .

       وتبين من خلال قراءة تقرير نتائج مراقبة المجبول الإسفلتي المنفذ في موقع طريق حلب اللاذقية – مفرق قرية البيضة –

( التقرير رقم 538 تاريخ 22/7/2005 ) –  خروج القيم الوسطية لحزمة الإسفلت المنفذة عن القيم المطلوبة للمجبول بين المهزة رقم / 4 / و / 10 /  .

       وقامت الشركة بمجموعة تجارب من تاريخ 1/9/2005 ولغاية 15/11/2005 بإشراف دائرة الرقابة الفنية , على الإهتراء – التدرج – التشرب – ومقاومة الإنضغاطية – كانت أرقامها خارج  حزمة المواصفات المعتمدة من مؤسسة المواصلات الطرقية , وضرورة مراقبة سلوك المجبول الإسفلتي وفق المواد الناعمة الموجودة فيه لدى إستخدام الغرافيون الطبيعي لإنتاج المجبول الإسفلتي للطرق .

       وتم طلب دراسات من قبل الجامعات السورية المختصة , كلفت الشركة العامة للإسفلت والرخام بتنفيذها , وضرورة مخاطبة الهيئة العامة للمواصفات والمقاييس – لتحديد مواصفة للمجبول الإسفلتي لطرقات الدرجة الثانية والثالثة كون الجهات العامة صاحبة المشاريع تطبق المواصفة العامة الواردة بدفاتر شروط المجبول الإسفلتي العامة  للطرقات من الدرجة الأولى فقط  , مما يتطلب التمييز بين مواصفات مختلف مستويات الطرق وإمكانية إستخدام مادة الزفت الطبيعي ( غرافيون مطحون ) لإدخاله بخلطة نظامية معتمدة التصميم والنتائج .وهذه مهمة مؤسسة المواصلات الطرقية , ومديريات الخدمات الفنية , ومن ثم تعديل المجابل القائمة ميكانيكياً لتستطيع إستقبال المادة الخام غرافيون وإدخالها خط الإنتاج .

  وتم الحصول على عينات مخبرية اجريت عليها الدراسة الكاملة لتجربة مارشال والاستخلاص في فرع دمشق وفرع اللاذقية للشركة العامة للطرق والجسور وأعطت النتائج المرفقة . حيث أن الزفت المستفاد من الغرافيون تتراوح نسبته بين 10-12 % وسطياً ( بينما ترتفع هذه النسبة في المطحون الاسفلتي الخام).

  وتبين من خلال قراءة تقرير نتائج المجبول الاسفلتي في موقع طريق حلب اللاذقية – الكم  17 - خروج القيم الوسطية لحزمة الاسفلت المنفذة عن القيم المطلوبة لمواصفات المجبول بين المهزة / 4/ و /10/ مما يتطلب المعالجة الفنية.

 قامت الشركة العامة للطرق والجسور من تاريخ 1/9/2005 ولغاية 15/11/2005 بإجراء تجارب الاهتراء – التدرج – التشرب – مقاومة الانضغاطية كانت نتائجها خارج حزمة المواصفات المعتمدة من مؤسسة المواصلات الطرقية وبمراقبة سلوك المجبول الاسفلتي وفق المواد الناعمة الموجودة فيه لدى استخدام الغرافيون لانتاج المجبول .

ودرست عينتان من الطبقة المنفذة بطريق فرعي حلب اللاذقية وكانت النتائج كالتالي :

نتائج الاختبارات المجراة على مادة الاسفلت الطبيعي

( غرافيون خشن / 5– 19 /  - غرافيون ناعم / 0 – 5

نتائج الاختبارات المجراة على المجبول باستخدام الاسفلت الطبيعي

( غرافيون خشن / 5– 19 /  - غرافيون ناعم / 0 – 5 /

بدون إضافات أخرى

نتائج الاختبارات المجراة على المجبول الإسفلتي باستخدام الاسفلت الطبيعي مع حصويات من مقالع عين الشرقية وإضافة إسفلت سائل / 60 – 70 / وإضافة الغرافيون