يُظهر الأسفلت انتقالًا تدريجيًا في سلوكه الميكانيكي مع انخفاض درجة الحرارة، حيث يتحول من حالة لزجة-لدنة إلى حالة مرنة-هشة. تُعرّف نقطة الكسر فراهس بأنها درجة الحرارة التي تبدأ عندها طبقة رقيقة من الأسفلت مطلية على صفيحة معدنية في التشقق تحت ظروف انحناء محددة.تم تصميم هذا الجهاز لمحاكاة هذا السلوك عند درجات الحرارة المنخفضة من خلال ثني شريط معدني مطلي بشكل مستمر داخل بيئة تبريد يتم التحكم بها بدقة. وعند حدوث التشقق، يتم تسجيل درجة الحرارة المقابلة كنقطة الكسر فراهس، والتي تُستخدم لتقييم الهشاشة عند درجات الحرارة المنخفضة لمواد الأسفلت.

أولاً: مقدمة المنتج

تم تصميم وتصنيع جهاز اختبار نقطة الكسر فراهس للبيتومين الأوتوماتيكي لدرجات الحرارة المنخفضة وفقًا للمعيار GB/T 4510-2006 “طريقة اختبار تحديد نقطة كسر البيتومين” والمعيار JTG E20-2011 “طرق الاختبار القياسية للبيتومين وخليطاته في هندسة الطرق السريعة (طريقة فراهس T 0613)”. ويُستخدم هذا الجهاز بشكل خاص لتحديد نقطة الكسر فراهس للمواد البيتومينية تحت ظروف درجات الحرارة المنخفضة.

بالإضافة إلى المعايير الصينية، يتوافق هذا الجهاز أيضًا مع المعايير الدولية المعترف بها على نطاق واسع، مثل:

EN 12593 – البيتومين والمواد الرابطة البيتومينية — تحديد نقطة الكسر فراهس

DIN EN 12593 – طريقة الاختبار القياسية الأوروبية لتحديد نقطة الكسر فراهس

IP 80 – معيار معهد البترول (Institute of Petroleum) لتحديد نقطة الكسر فراهس

JIS K2207 – المعيار الصناعي الياباني لمواد الأسفلت البترولي

تضمن هذه المعايير الدولية أن تكون نتائج الاختبار موثوقة وقابلة للمقارنة ومقبولة في مختبرات اختبار الأسفلت والمنتجات البترولية على مستوى العالم.

ثانيًا: الميزات التقنية الرئيسية

1. يتكون النظام من جهاز اختبار نقطة كسر فراس وحمام تبريد ذي درجة حرارة منخفضة. يعمل جهاز اختبار نقطة كسر فراس كوحدة الاختبار الرئيسية، بينما يُستخدم حمام التبريد لتبريد نظام التبريد الخاص بالجهاز.

2. توفر حجرة التجميد بيئة تبريد مضبوطة بمعدل انخفاض في درجة الحرارة يبلغ درجة مئوية واحدة في الدقيقة.

3. تقوم آلية الانحناء الكهربائية بتحميل العينة تلقائيًا، مما يؤدي إلى انحنائها مرة واحدة في الدقيقة (قابلة للتعديل).

4. يتم استخدام نظام تحكم دقيق بالحاسوب لتنظيم معدل التبريد تلقائيًا وإجراء عملية ثني العينة في وقت محدد. تعرض شاشة LCD ملونة بيانات الاختبار في الوقت الفعلي، وتقوم طابعة مدمجة بإخراج نتائج الاختبار.

ثالثًا: المعايير والمواصفات الفنية الرئيسية

مصدر الطاقة: تيار متردد (220 ± 10%) فولت، 50 هرتز

معدل التبريد: (1 ± 0.5) درجة مئوية/دقيقة (نطاق قابل للتعديل: 0.5–3 درجة مئوية/دقيقة)

نطاق درجة الحرارة: من درجة حرارة الغرفة إلى -40 درجة مئوية

خطأ قياس درجة الحرارة: ±0.5 درجة مئوية

سرعة الثني: 0.5–50 مم/دقيقة (قابلة للتعديل)

شوط الثني: 0.1–15 مم (قابل للتعديل)

رابعاً: تطبيق الجهاز ومبدأ عمله

تتغير مواد الأسفلت تدريجيًا من حالة لزجة مرنة إلى حالة مرنة هشة مع انخفاض درجة الحرارة. ونتيجة لذلك، تقل مرونتها وتزداد هشاشتها. يُستخدم هذا الجهاز لتحديد نقطة كسر فراس للأسفلت عند درجات الحرارة المنخفضة.

يُجرى الاختبار بتغطية شريط معدني محدد بطبقة رقيقة من الأسفلت. توضع العينة في حمام معزول حراريًا مزود بنظام تبريد. يقوم جهاز الثني بثني الشريط المعدني باستمرار، ومع انخفاض درجة الحرارة، تنخفض درجة حرارة طبقة الأسفلت أيضًا. عند بلوغ درجة حرارة معينة، تتشقق طبقة الأسفلت تحت ظروف الثني المحددة. تُسجل درجة الحرارة لحظة التشقق كنقطة كسر فراس.

يدعم الجهاز اختبار ثلاث عينات في وقت واحد، ويمكنه حساب متوسط درجة حرارة نقطة الكسر مباشرةً. كما أنه قادر على تخزين ما يصل إلى 500 مجموعة من بيانات الاختبار، مع وظائف لحذف البيانات الفردية وطباعتها.

خامساً: بنية الجهاز

يتكون الجهاز من وحدة تبريد، وغرفة بيئية، ونظام تثبيت عينات مؤازر، ونظام تحكم كهربائي.

توفر وحدة التبريد نطاق درجات حرارة منخفضة من درجة حرارة الغرفة إلى -40 درجة مئوية. وهي مزودة بأنابيب تسخين مزدوجة الزعانف لتوفير تعويض حراري يضمن تحكمًا مستقرًا في التبريد. يعتمد النظام تصميمًا ثنائي المراحل للحد من الاهتزازات لتقليل الضوضاء وضمان التشغيل المستقر.

تبلغ الأبعاد الداخلية للحجرة البيئية 180 × 150 × 180 مم (طول × عرض × ارتفاع). وهي مزودة بمستشعر حرارة، ونظام تهوية، ونظام إضاءة. يتميز هيكلها الخارجي بطبقة عازلة حرارية بسماكة 4 سم، ونافذة مراقبة زجاجية ثلاثية الطبقات.

يتكون نظام التثبيت المؤازر من آلية قيادة، وقضيب لولبي من الفولاذ المقاوم للصدأ، وملاقط ضغط علوية وسفلية، وعجلة يدوية قابلة للتعديل.

يعتمد نظام التحكم على شاشة لمسية مقاس 10.1 بوصة لعرض منحنى درجة الحرارة في الوقت الفعلي. ويمكن التحكم في وظائف الإضاءة، والتهوية، والتبريد، والتدفئة عبر واجهة الشاشة اللمسية.

سادساً: طريقة الاختبار

١. جهّز العينات وفقًا لمعايير الاختبار. ضع ثلاث مجموعات من العينات في جهاز التثبيت، واضبط عجلة اليد لجعل العينات مثنية قليلاً.

٢. ضع عبوة من مادة مجففة داخل حجرة الاختبار؛ عادةً ما تكفي عبوة واحدة.

٣. ثبّت جهاز التثبيت المُحمّل في الحجرة، ووصل قابس الطيران بشكل صحيح.

٤. شغّل نظامي التبريد والإضاءة. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى ما دون الصفر (أو حوالي ١٠ درجات مئوية فوق نقطة الانهيار المُقدّرة)، فعّل وظيفة التسخين للتحكم في معدل التبريد، والذي يُضبط عادةً على درجة مئوية واحدة في الدقيقة.

٥. اضغط زر الاختبار. سيبدأ الجهاز بثني العينات وفقًا للسرعة والمعايير المحددة مسبقًا.

٦. عند ملاحظة أو سماع صوت تشقق العينة، اضغط زر تسجيل القيمة. سيتم تسجيل درجة الحرارة الحالية كدرجة حرارة نقطة الكسر للعينة الأولى.

٧. بالضغط على زر تسجيل القيمة ثلاث مرات، سيقوم النظام بحساب متوسط درجة حرارة نقطة الكسر للعينات الثلاث، وبذلك يكتمل الاختبار.

٨. يمكن حفظ البيانات عبر زر القائمة. يدعم النظام تخزين ما يصل إلى ٥٠٠ سجل اختبار، مع إمكانية الحذف والطباعة.

سابعاً: الخاتمة

يوفر جهاز اختبار نقطة تكسر الأسفلت الأوتوماتيكي في درجات الحرارة المنخفضة حلاً دقيقاً وذكياً وآلياً بالكامل لتحديد هشاشة مواد الأسفلت في درجات الحرارة المنخفضة. بفضل التحكم المتقدم بواسطة الحواسيب الصغيرة، والتحكم الدقيق في درجة الحرارة، وتوافقه مع المعايير الصينية والدولية، يُعد هذا الجهاز خياراً مثالياً لمختبرات بناء الطرق، ومراكز اختبار المواد، والمؤسسات البحثية في جميع أنحاء العالم.