توصيف تلف الكلال عبر مقاييس متعددة في الأسفلت الدافئ بناءً على اختبارات المسح السعوي الخطي واختبارات الانحناء رباعي النقاط

ملخص

تؤسس هذه الدراسة لإطار عمل قوي عابر للمقاييس يربط بين ميكانيكا تلف الرابط وأداء الكلال للخليط، مما يثبت أن معاملات مسح السعة الخطي - نموذج الضرر المستمر اللزوجي المرن المبسط (LAS–S-VECD) توفر أساساً موثوقاً ومبنياً على الآليات الميكانيكية للتنبؤ بأنظمة الأسفلت الدافئ المستدامة وتصميمها.

الملخص

يعد تشقق الكلال عاملاً حاسماً يحكم المتانة طويلة الأمد لرصفات الأسفلت، بينما تظل العلاقة عبر المقاييس بين سلوك كلال الرابط وأداء كلال الخليط غير مفهومة بشكل كافٍ بالنسبة للأسفلت الدافئ (WMA). في هذه الدراسة، تم استقصاء خصائص الكلال للأسفلت الدافئ بشكل منهجي على كل من مقياسي الرابط والخليط لإنشاء ارتباطات كمية عبر المقاييس. استُخدمت اختبارات مقياس الريومتر للقص الديناميكي (DSR) واختبارات مسح السعة الخطي (LAS) المفسرة باستخدام إطار ضرر الاستمرارية اللزوجي المرن المبسط (S-VECD) لتوصيف الخصائص الريولوجية وتطور الضرر لروابط أسفلتية من أصول نفط خام مختلفة. كما تم تقييم أداء الكلال على مقياس الخليط باستخدام اختبارات كلال الانحناء رباعي النقاط المتحكم في الانفعال. وتشير النتائج إلى أن التقادم يزيد بشكل كبير من صلابة الرابط ويسرع من تدهور الكلال، حيث ارتفع عامل الكلال G*·sin δ بنسبة تتراوح تقريباً بين 150–250% بعد التقادم طويل الأمد. وكانت فعالية التعديل بالخلط الدافئ على مقياس الرابط تعتمد بقوة على نوع الرابط، وهو ما انعكس في انخفاض بنسبة 8–13% في معامل معدل الضرر للرابطين A وB، بينما حدثت زيادة بنسبة 11% تقريباً للرابط C. وأظهرت المؤشرات الريولوجية التقليدية مثل sin δ قدرة محدودة ومعتمدة على المادة في التنبؤ بعمر كلال الخليط، بينما أظهرت معاملات الضرر المستمدة من LAS–S-VECD ارتباطات قوية ومتسقة مع أداء الكلال على مقياس الخليط. وبشكل عام، تثبت هذه الدراسة أن توصيف ضرر الرابط القائم على LAS–S-VECD يوفر أساساً متيناً للتنبؤ بمقاومة كلال الخليط ويدعم تطبيقه في تصميم الخلائط القائم على الأداء لرصفات الأسفلت الدافئ المتينة والمستدامة.

المقدمة

تعتمد عملية إنشاء رصف الأسفلت التقليدية على المعالجة بدرجات حرارة مرتفعة، تتراوح عادةً بين 160 °C و 180 °C، وتتجاوز 190 °C في حالة الروابط المعدلة مثل الأسفلت المطاطي والبتومين المعدل بالبوليمرات عالي الأداء. وفي التطبيقات المتخصصة، بما في ذلك رصف أسطح الجسور الفولاذية، قد تتجاوز درجات حرارة وضع الخليط في الموقع 200 °C¹. وتؤدي هذه الظروف الحرارية القاسية إلى استهلاك كبير للوقود الأحفوري وتوليد انبعاثات جوية جسيمة، بما في ذلك غازات الاحتباس الحراري وأبخرة الأسفلت الخطرة الغنية بالمركبات القابلة للذوبان في البنزين والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات المسرطنة (مثل benzo[a]pyrene)^2,3. وقد أظهرت الدراسات السابقة باستمرار أن خفض درجات حرارة إنتاج الأسفلت ودكه يمكن أن يقلل من استهلاك الوقود، وانبعاثات CO₂، والتعرض المهني لأبخرة الأسفلت، على الرغم من أن حجم هذه الفوائد يعتمد على نوع الخليط، وتكوين المحطة، وجرعة المضافات، وظروف الإنشاء الميدانية. كما ساهمت الدراسات الحديثة في إثراء الفهم حول أداء الأسفلت تحت تعديلات وظروف خدمة مختلفة؛ حيث أفادت التقارير أن إدخال ليجنوسلفونات الكالسيوم في خلطات الأسفلت يمكن أن يؤخر بفعالية التقادم التأكسدي الحراري عن طريق تثبيط تفاعلات الأكسدة وتثبيت البنية الغروية لروابط الأسفلت.

فيما يتعلق بسلوك الكسر، فقد أظهرت الاستقصاءات حول الخلطات الأسفلتية الساخنة (HMA) والخلطات الأسفلتية الدافئة (WMA) تحت ظروف تحميل من النمط الأول (Mode I) والنمط الثاني (Mode II) الخالصين، أن نمط التحميل يلعب دوراً حاسماً في التحكم في متانة الكسر عند درجات الحرارة المنخفضة وتبدد الطاقة. كما تمت دراسة القابلية للتأثر بالرطوبة على نطاق واسع في أنظمة الأسفلت المعدلة بالمطاط، حيث تعمل مواد المطاط المعاد تدويرها على تحسين المقاومة للتلف الناجم عن الرطوبة، ويمكن تحديد المحتوى الأمثل للمطاط من خلال مناهج تقييم ميكانيكية واقتصادية مشتركة. وفيما يخص الأداء عند درجات الحرارة المرتفعة، تم تقييم الأسفلت ذو المصفوفة الحجرية (SMA) المعدل باستخدام اختبارات الزحف الديناميكي وجهاز تتبع عجلات هامبورغ، مما أكد أن تعديل الخلطة يعزز بشكل كبير من مقاومة التخدد. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الدراسات القائمة على اختبار الانحناء نصف الدائري (SCB) للخلطات الأسفلتية التي تشتمل على إضافات معاد تدويرها تحسينات ملحوظة في مقاومة الكسر من النمط الأول (Mode I) ومقاومة التلف الرطوبي، مما يسلط الضوء على التأثيرات التآزرية للمواد المعاد تدويرها على أداء الكلال والمتانة. وبناءً على ذلك، برز تطوير تقنيات الأسفلت المخصصة لدرجات الحرارة المنخفضة كمسار حيوي نحو إنشاء رصف مستدام وأنظمة بنية تحتية مسؤولة بيئياً.

تتيح تقنية الأسفلت الدافئ (WMA)، التي يتم تحقيقها من خلال دمج المضافات الكيميائية، أو الشموع العضوية، أو تقنيات الرغوة، إنتاج خلطات فعالة في درجات حرارة تتراوح عادةً بين 90 °C و 130 °C—وهو ما يمثل انخفاضاً بمقدار 30–50 °C مقارنة بالأسفلت الساخن التقليدي (HMA)⁴. وإلى جانب فوائده الموثقة في تقليل الطلب على الطاقة وانبعاثات الملوثات، يلعب الأسفلت الدافئ دوراً محورياً في التخفيف من التقادم الحراري التأكسدي للروابط الأسفلتية أثناء الإنتاج والفرش. ويخضع تقادم الأسفلت لحركية كيميائية تعتمد على درجة الحرارة، حيث تتضاعف معدلات الأكسدة تقريباً مقابل كل زيادة قدرها 10 °C في درجة الحرارة^5,6. وتعمل درجات الحرارة المرتفعة على تسريع تفاعلات التطاير والأكسدة والبلمرة، مما يؤدي تدريجياً إلى تحويل المالتينات (maltenes) إلى أسفلتينات (asphaltenes) صلبة، وبالتالي زيادة صلابة الرابط وتقليل مطيليته⁷. ومن خلال خفض درجات حرارة الإنتاج، يثبط الأسفلت الدافئ هذه التفاعلات الضارة، مما يحافظ على اللزوجة المرنة للرابط ويعزز احتمالية مقاومة الكلل على المدى الطويل⁸.

على الرغم من أن المزايا البيئية والإنشائية لخلطات الأسفلت الدافئة (WMA) قد تم توثيقها بشكل مكثف، إلا أن الاستقصاءات المنهجية حول أداء الكلال الخاص بها تحت ظروف التقادم لا تزال محدودة نسبياً. وبشكل خاص، تظهر الرابطات الأسفلتية المشتقة من مصادر مختلفة من النفط الخام — مثل المواد الخام من Karamay، وCNOOC البحرية، وCNPC — تباينات ملحوظة في التركيب الكيميائي، بما في ذلك محتوى الأسفلتين، وتوزيع الراتنج، والكسور العطرية، ومستويات المشبعات⁹. ويُعترف على نطاق واسع بأن هذه الاختلافات التركيبية هي محددات أساسية للسلوك الريولوجي، والقابلية للتقادم، ومتانة الكلال¹⁰. ومع ذلك، نادراً ما تميز دراسات الكلال الحالية بين الرابطات بناءً على أصل النفط الخام، مما يؤدي إلى فهم غير مكتمل لكيفية تحكم الكيمياء المعتمدة على المصدر في أداء الكلال، خاصة تحت التقادم التراكمي الذي يمثل ظروف الخدمة الفعلية^11,12. من منظور هندسي، ستكون طريقة تقييم الكلال الموثوقة على مستوى الرابطة مفيدة بشكل خاص للفحص الأولي للمواد، واختيار مضافات الخلط الدافئ، وتقييم الحساسية للتقادم، ومراقبة الجودة قبل التحقق على مستوى الخليط. ومع ذلك، لا ينبغي اعتبار LAS–S-VECD بديلاً كاملاً لاختبارات كلال الخليط لأن تدرج الركام، والفراغات الهوائية، والتفاعل بين الرابطة والركام، وجودة الدمك، والتقادم الميداني قد تتحكم أيضاً في أداء كلال الرصيف. علاوة على ذلك، لم يتم تثبيت العلاقة بين مؤشرات الكلال على مستوى الرابطة وسلوك الكلال على مستوى الخليط بشكل حاسم عبر مصادر الأسفلت المتنوعة¹³. وبينما أظهرت الاختبارات الريولوجية مثل مسح السعة الخطي (LAS) واعداً في توصيف ضرر الكلال في الرابطة، فإن موثوقيتها التنبؤية لعمر كلال الخليط — لا سيما بالنسبة للرابطات ذات الأصول الكيميائية المتميزة — لا تزال غير مثبتة بشكل كافٍ¹⁴. هذا الانفصال يحد من دقة تنبؤات الأداء المختبرية ويقيد الاختيار العقلاني للمواد في الممارسة الهندسية¹⁵.

لسد هذه الفجوات الحرجة، تُجري هذه الدراسة استقصاءً شاملاً متعدد المقاييس لسلوك الكلال في روابط الأسفلت المعدلة بالخلط الدافئ والمستمدة من ثلاثة مصادر مختلفة من الزيت الخام¹⁶. ومن خلال دمج تحليل مقياس الريومتر للقص الديناميكي (DSR)، واختبار المسح الخطي للسعة (LAS) ضمن إطار ضرر الاستمرارية اللزوجي المرن المبسط (S-VECD)، واختبارات كلال الانحناء رباعي النقاط على مستوى الخلطة، يقيم هذا العمل بشكل منهجي تأثير مصدر الزيت الخام، والتعديل بالخلط الدافئ، والتقادم على مقاومة الكلال^17,18,19. وتهدف النتائج إلى إرساء ارتباطات قوية عابرة للمقاييس بين ريولوجيا الرابط وأداء الخلطة، مما يوفر أساساً ميكانيكياً للتنبؤ بعمر الكلال ويقدم توجيهات عملية لتصميم واختيار مواد أسفلتية مستدامة.

تقدم هذه الدراسة إطار عمل لتوصيف الكلال عابر المقاييس للأسفلت الدافئ من خلال دمج تحليل LAS–S-VECD على مقياس الرابط مع اختبارات كلال الانحناء رباعي النقاط على مقياس الخلطة. ومقارنة بالدراسات السابقة التي ركزت بشكل أساسي على التقييم الريولوجي لمستوى الرابط أو تقييم أداء مستوى الخلطة بشكل منعزل، فإن العمل الحالي يؤسس لرابط ميكانيكي مباشر بين كيمياء الرابط المعتمدة على الزيت الخام، وتعديلات الخلط الدافئ، وسلوك كلال الخلطة تحت ظروف التقادم. تكمن جدة هذه الدراسة في ثلاثة جوانب: (1) الإدراج الصريح لأصل الزيت الخام كمتغير حاكم لأداء الكلال؛ (2) الارتباط المنهجي عابر المقاييس بين تطور التلف في LAS–S-VECD وعمر كلال الخلطة؛ (3) التقييم الموحد لتأثيرات تعديل الخلط الدافئ عبر مقياسي الرابط والخلطة. وتظهر النتائج أن معاملات التلف المشتقة من LAS–S-VECD توفر مؤشرات قوية للتنبؤ بأداء كلال الخلطة، مما يقدم بديلاً أكثر تأصيلاً من الناحية الميكانيكية مقارنة بالمؤشرات الريولوجية التقليدية. وتضع هذه النتائج أساساً علمياً للتقييم والتصميم الموجه بالأداء لأنظمة الأسفلت الدافئ المستدامة.

البروتوكول

المواد
تعتبر الروابط الأسفلتية الثلاثة المختارة في هذه الدراسة، والموضحة في الجدول 1، روابط رصف ممثلة مشتقة من مصادر مختلفة من النفط الخام، وقد استُخدمت على نطاق واسع في هندسة الطرق العملية في الصين. يختلف كل من أسفلت Karamay، وأسفلت CNOOC 36-1، وأسفلت PetroChina بشكل ملحوظ من حيث مصدر النفط الخام، والتركيب الكيميائي، والقابلية للتقادم، والخصائص الريولوجية، مما يوفر أساساً مادياً مناسباً لاستقصاء سلوك الكلال المعتمد على مصدر النفط. يتيح اختيار هذه المواد إجراء تقييم مقارن لكيفية تأثير التركيب الجوهري للرابط على فعالية تعديل الخلطات الدافئة وأداء الكلال على مستوى الخليط، مما يعزز الأهمية الهندسية لإطار توصيف الكلال متعدد المقاييس المقترح. وفيما يلي تفاصيل الأصول الجيولوجية والخصائص الكيميائية لكل رابط:

الرابط A: مشتق من مادة خام من الزيت الثقيل في المنطقة التاسعة، تم إنتاجه عبر عملية خلط لبقايا التقطير الفراغي والأسفلت منزوع الزيت. تظهر مادته الأساسية خصائص مميزة، تشمل انخفاض محتوى البارافين (<2%)، وأدنى تركيز للكبريت، وتركيبة راتنجية عالية. ومن الجدير بالذكر أن أسفلت كاراماي هو الرابط الرصيفي الوحيد الذي تقل كثافته النوعية عن 1 g/cm³ في التطبيقات الهندسية الحالية، ويتميز بلزوجة ديناميكية فائقة وقدرة ممتازة على الاحتفاظ بالمطيلية بعد التعتيق. هذه الخصائص تجعله مناسباً بشكل خاص للمناطق التي تتعرض لتقلبات حرارية يومية كبيرة وتعرض شديد للأشعة فوق البنفسجية.

الرابط B: مستخلص من الزيت الخام الثقيل النادر المستخرج من حقل النفط البحري Suizhong 36-1، مع عائد بيتومين مرتفع بنسبة 56% من خلال التكرير. تُصنف المادة الخام على أنها زيت خام ثقيل قاعدي نافثيني ناقص الكبريت وذو قيمة حمضية عالية، مما ينتج عنه رابط معالج بكثافة عالية (1.012 g/cm³)، ومحتوى بارافين منخفض (1.8%)، ونسب راتنج مرتفعة. تمنح هذه الخصائص الرابط مرونة ممتازة في درجات الحرارة المنخفضة، مما يجعله مفيداً للتطبيقات في البيئات الباردة.

الرابط C: تم تحضيره بشكل أساسي باستخدام الخام الثقيل الفنزويلي من نوع Boscan كمادة خام أساسية، حيث تم تحقيق عائد إنتاج بنسبة 60% عبر عمليات تكرير متخصصة. يظهر هذا الزيت الخام خصائص جيوكيميائية فريدة، بما في ذلك محتوى حمضي مرتفع، وتركيزات كبيرة من المعادن الثقيلة، وإمكانية قوية لتكوين بقايا كربونية. ويظهر الرابط تركيباً هيدروكربونياً غير نمطي، يتميز بانخفاض كسور الهيدروكربونات المشبعة، وتعزيز معقدات الراتنج والأسفلتين، ومحتوى بارافيني منخفض للغاية (1.3%).

في هذا البحث، تم تعيين ثلاثة روابط أسفلتية أساسية وهي AO (Karamay)، وBO (CNOOC 36-1)، وCO (PetroChina). وقد تم تحضير الروابط المقابلة لخلطات الأسفلت الدافئة (WMA) عن طريق دمج المادة المضافة Evotherm M1، والتي رُمز لها بـ AP وBP وCP على التوالي²⁰. واختُبرت مؤشرات الأداء الشاملة، بما في ذلك الاختراق ونقطة التليين والمطيلية، وفقاً لمواصفات JTG E20-2011²¹، مع عرض البيانات المقارنة التفصيلية في الجدول 1. وقد اتُّبِعت جميع الإجراءات التجريبية بدقة وفقاً للبروتوكولات الموحدة الموضحة في المواصفات الفنية للأسفلت والخلطات البيتومينية لهندسة الطرق السريعة.

مشروع	الوحدة	Karamay	CNOOC	CNPC
الاختراق	0.1 mm (15 °C)	22	22	24
	0.1 mm (25 °C)	72	68	71
	0.1 mm (30 °C)	112	110	116
PI	－	-1.14	-1.2	-0.81
TR&B	°C	46	46.5	47.5
اللزوجة الديناميكية (60 °C)	Pa·s	223.5	230	256.9
المطيلية (10 °C, 5 cm/min)	cm	>100	>100	52
محتوى الشمع	%	1.9	1.8	1.3
نقطة الوميض (COC)	℃	278	287	312
الذوبانية	%	99.5	99.7	99.8
الكثافة (15 °C)	g/cm³	0.977	1.012	1.049
RTFOT	تغير الجودة (%)	0.05	0.06	-0.07
	نسبة الاختراق المتبقي (%)	66.2	67.4	64.8
	المطيلية المتبقية (10 °C, cm)	13	12	9

الجدول 1: المعلمات التقنية الرئيسية للروابط البيتومينية. يلخص الجدول 1 المعلمات التقنية الرئيسية للروابط البيتومينية، بما في ذلك الخصائص الفيزيائية، والحساسية لدرجة الحرارة، والخصائص الريولوجية، وأداء التقادم قصير المدى، وذلك لتقييم خصائصها الأساسية ومتانتها.

تضمنت عملية تحضير الخلطات الأسفلتية الدافئة (WMA) بروتوكولاً متعدد المراحل خاضعاً لرقابة صارمة لضمان تكرارية تعديل الرابط الأسفلتي. سُخن الرابط الأسفلتي الأساسي أولاً في فرن حمل قسري عند 135 ± 2 °C لمدة 60 min للوصول إلى حالة انصهار مستقرة، تلا ذلك فترة توازن لمدة 30 min للتخلص من التدرجات الحرارية. وقد أُجريت جميع عمليات التسخين داخل حاويات محكمة الإغلاق مع الحماية بالنيتروجين (بمعدل تدفق: 0.5 L/min) للحد من التقادم التأكسدي أثناء التكييف الحراري.

تَمّ دمج المادة المضافة Evotherm M1 عند درجة حرارة 135 ± 2 °C مع التقليب الميكانيكي المستمر بسرعة 300 rpm لمدة 5 min قبل المعالجة عالية القص، وذلك لضمان التشتت الأولي لمرحلة المادة الخافضة للتوتر السطحي. بعد ذلك، أجري خلط عالي القص باستخدام مجانس دوار-ثابت (rotor–stator homogenizer) بسرعة 3000 rpm لمدة 25 min، مع الحفاظ على درجة حرارة الرابط ضمن نطاق 135–140 °C باستخدام نظام خارجي للتحكم في درجة حرارة الحمام الزيتي (بدقة ±1 °C). وخلال عملية الخلط بأكملها، تمت مراقبة درجة الحرارة باستمرار باستخدام مزدوجة حرارية من النوع K (K-type thermocouple) معايرة ومدرجة في مصفوفة الرابط، حيث كانت التقلبات التي تتجاوز ±2 °C تؤدي إلى ضبط تسخين تلقائي. ثم خضع الرابط المعدل لإجراء تبريد محكوم حتى درجة حرارة 25 °C بمعدل 5 °C/min قبل إجراء الاختبارات اللاحقة أو التخزين قصير المدى. وقد اتبع تصميم بروتوكول القص علاقة اللزوجة ودرجة الحرارة للروابط الأسفلتية، مما ضمن تحضير جميع العينات تحت ظروف تاريخ قص مماثلة. ويضمن هذا التحكم الحراري-الميكانيكي الصارم إمكانية تكرار عالية ويقلل من التباين في تحضير رابط الأسفلت الدافئ (WMA binder).

اختبار مقياس الريومتر للقص الديناميكي (DSR)
لتوصيف الاستجابة الريولوجية والخصائص المتعلقة بالكلال للرابطات الأسفلتية المعدلة بإضافات الخلط الدافئ، أُجريت اختبارات مقياس الريومتر للقص الديناميكي (DSR) باستخدام ريومتر دوراني يتم التحكم في درجة حرارته وفقاً للمعيار ASTM D7175²². وقد ركز التقييم الريولوجي على سلوك الكلال عند درجة الحرارة المتوسطة، وهو أمر مرتبط ارتباطاً وثيقاً ببداية ظهور الشقوق وانتشارها في الرصفات الأسفلتية.

تم اعتماد عامل الكلال G*sin δ²³، والمعروف على نطاق واسع كمؤشر لقابلية الكلال على مستوى الرابط، لقياس التغيرات في سلوك التبديد اللزج المرن الناتجة عن تعديل الخلطة الدافئة والتقادم. أُجريت اختبارات المسح الحراري على مدى يتراوح بين 58–82 °C، بزيادات حرارية قدرها 6 °C. وعند كل درجة حرارة مستهدفة، تُرِكت العينات لتتوازن لمدة 10 min قبل الحصول على البيانات لضمان الاستقرار الحراري. وللبحث في تأثير التقادم على الخصائص الريولوجية، خضعت عينات الرابط لثلاث حالات تقادم: غير متقادمة، والتقادم باختبار فرن الغشاء الرقيق الدوار (RTFOT)، والتقادم المشترك باستخدام RTFOT ووعاء تقادم الضغط (PAV) ²⁴. صُممت بروتوكولات التقادم هذه لمحاكاة التقادم قصير المدى أثناء الإنتاج والوضع، وكذلك التقادم طويل المدى أثناء تشغيل الرصف في الخدمة. وتم تحليل تطور G*sin δ مع درجة الحرارة وحالة التقادم لتقييم مقاومة الكلال لمختلف الروابط.

قبل كل اختبار DSR، تم تشذيب عينة الرابط بعناية بعد تحميلها بين اللوحين المتوازيين لضمان توحيد مظهر الحواف. تم تهيئة العينة عند درجة الحرارة المستهدفة لمدة 10 min قبل القياس. أُجري الاختبار عبر نطاق 58–82 °C بزيادات قدرها 6 °C. تم تأكيد صحة الاختبار عندما ظل عزم الدوران والإزاحة المقيسان ضمن نطاق التشغيل الموصى به للجهاز، مع عدم حدوث أي انزلاق مرئي للعينة.

اختبار المسح الخطي للسعة (LAS)
أُجري توصيف للسلوك اللزوجي المرن وفقاً لمواصفات ASTM D7175 الخاصة بالتحليل الميكانيكي الديناميكي²⁵. تضمنت المنهجية التجريبية إجراء مسوحات لسعة الانفعال لتحديد حدود اللزوجة المرنة الخطية، تلاها اختبار يتم التحكم فيه بالتردد عند 10 rad/s²⁶. وغطت التقييمات المعتمدة على درجة الحرارة نطاق درجة حرارة التشغيل لرصفات الأسفلت (58–82°C)، ونُفذت بزيادات قدرها 6°C مع السماح بـ 10 دقائق للوصول إلى التوازن الحراري عند كل جزء متساوي الحرارة. واستُخدم بروتوكول AASHTO T391 لقياس تراكم تلف الرابط من خلال تطور الطاقة المبددة، وتحديداً عبر مراقبة عامل التبديد اللزوجي المرن (|G*|sin δ) أثناء التحميل الدوري ^27,28. كما اعتُمد إطار نموذج الضرر المتصل اللزوجي المرن المبسط (S-VECD) للتنبؤ بأنماط تدهور المركبات البيتومينية²⁹. ينفذ بروتوكول LAS مسحاً للسعة التذبذبية عند تردد ثابت قدره 10 Hz، مع تطبيق تدرج متحكم فيه للانفعال من 0.1% إلى 30% بزيادات دقيقة قدرها 0.1%.

تم استخلاص المعلمات اللزوجية المرنة الرئيسية باستخدام المعادلات التالية:

log G "(ω) = m (log ω) + b (1)

G'(ω) = G* (ω) × cosδ (ω) (2)

(3)

حيث تمثل G''(ω) معامل الفقد، و ω التردد الزاوي، و m و b هما معاملا الملاءمة، و G'(ω) معامل التخزين، و G*(ω) المعامل المركب، و δ(ω) زاوية الطور، بينما يمثل مؤشر اللزوجة المرنة.

تم استخدام العلاقة الأساسية الموضحة في المعادلة (4) لتقدير كمية الضرر:

(4)

في الصيغة: C(t)—معلمة السلامة، C(t)=G^* (t)/G^* (Initial)، حيث G^*—المعيار المركب (MPa)؛

γ_0—تطبيق الإجهاد (%);
t—مدة الاختبار (s)

يتم توصيف التطور الزمني لمقياس التلف D(t) ومعامل السلامة الهيكلية C(t) رياضياً من خلال علاقة تأسيسية وفق قانون القوة (Yuan 2024):

C(t) = C₀ - C₁ × D^C₂ (5)

في المعادلة: يمثل C0​ معامل السلامة الأولي (ويساوي عادةً 1)، وC1، C2—معاملات الملاءمة.

احسب قيمة ضرر الكلال باستخدام مفهوم نقطة ذروة إجهاد القص:

(6)

تمثل Cpeak معامل السلامة المقابل لنقطة أقصى إجهاد قص.

صيغة حساب عمر الكلال هي:

N_f = A(γ_max)^-B (7)

في الصيغة: A، B—معامل مرتبط بالإجهاد،

A = f × (Df)^{[1 + (1 - C₂ )a] / {[1 + (1 - C₂ )a] × (πC₁ C₂ )a}} (8)

B=2a، تردد التحميل (f-loading frequency)؛
γ_max — مستوى الانفعال الأقصى المتوقع (%)

لضمان موثوقية النتائج التجريبية وقابليتها للتكرار، أُجريت جميع الاختبارات على مستوى المادة الرابطة ومستوى الخليط بثلاث مكررات مستقلة على الأقل (n = 3) لكل حالة. وتمثل النتائج المذكورة القيم المتوسطة للقياسات المكررة. كما تم تقييم تباين البيانات التجريبية باستخدام الانحراف المعياري (SD)، ووضعت أشرطة الخطأ في جميع الأشكال ذات الصلة لعكس التشتت الإحصائي. وبالنسبة لمعايير LAS–S-VECD، ومؤشرات الريولوجيا الخاصة بـ DSR، وعمر الكلال الناتج عن اختبارات الانحناء رباعي النقاط، فقد تم حساب معامل الاختلاف (COV) بشكل إضافي لتقييم اتساق البيانات.

في جميع الحالات، تم فحص الفروق الإحصائية بين الروابط المعدلة وغير المعدلة للتأكد من أن الاتجاهات الملاحظة لا تعود إلى التشتت التجريبي، بل تمثل فروقاً ذات دلالة إحصائية في سلوك الكلال والخواص الريولوجية.

اختبار كلال الانحناء رباعي النقاط
للتحقق من مؤشرات الكلال على مستوى الرابط وإنشاء ارتباطات عبر المقاييس المختلفة، أُجريت اختبارات كلال الانحناء رباعي النقاط على خلطات أسفلتية جُهزت باستخدام تدرج AC-16C^30,31. وتلخص الجدول 2 تدرج الركام، والكثافة الظاهرية، والوزن النوعي الكلي، وامتصاص الماء لكل حجم من أحجام الركام، إلى جانب خصائص المادة المالئة المعدنية. وقد تم تثبيت محتوى الأسفلت في جميع الخلطات عند 4.8% لضمان الاتساق بين تركيبات الخلطات الأسفلتية الدافئة (WMA) المختلفة.

حجم المنخل (mm)	فئة الركام					التدرج الاصطناعي (%)
	1# (10~20mm. 29%)	2# (5~10mm. 29.2%)	3# (3~5mm. 17%)	4# (0~3mm. 19%)	المسحوق المعدني (5.8%)
0.075	0	0.1	0	0.9	90.8	5.5
0.15	0.1	0.1	0	4.9	95.3	6.5
0.3	0.1	0.2	0	13	98.7	8.3
0.6	0.1	0.2	0	25.2	99.7	10.6
1.18	0.1	0.2	0	47.8	100	15
2.36	0.1	0.5	0	100	100	25
4.75	0.8	15.5	98.9	100	100	46.4
9.5	15.2	99.5	100	100	100	75.2
13.2	68.4	99.8	100	100	100	90.8
16	94.8	100	100	100	100	98.5
19	100	100	100	100	100	100
الكثافة النسبية الظاهرية	2.899	2.918	2.845	2.754	2.872	2.865
الكثافة النسبية في حالة التشبع الجاف سطحياً (SSD)	2.854	2.847	2.816	2.691	－	2.814
الوزن النوعي الكلي	2.829	2.81	2.8	2.655	－	2.787
معدل امتصاص الركام للماء (%)	0.85	1.32	0.56	1.36	－	－

الجدول 2: تدرج الركام في خليط الأسفلت الدافئ. يوضح الجدول 2 التدرج الحبيبي للركام في خليط الأسفلت الدافئ، بما في ذلك نسب كسور الركام المختلفة، ومحتوى المسحوق المعدني، ومنحنى التدرج الاصطناعي، والخصائص الفيزيائية للركام. ويعرض الجدول توزيع حجم الجسيمات المصمم والخصائص الأساسية للركام المستخدم في الخليط الأسفلتي.

أُجريت اختبارات كلال الانحناء رباعي النقاط باستخدام جهاز اختبار Cooper تحت ظروف تحميل يتم التحكم فيها من خلال الانفعال لتقييم متانة الكلال لخلطات الأسفلت الدافئ (WMA)³². تم تحديد معيار الفشل على أنه عدد دورات التحميل المطلوبة لانخفاض الصلابة الانحنائية إلى 50% من قيمتها الأولية. ووفقاً لبروتوكول الاختبار المعتمد³³، طُبق التحميل الدوري في شكل موجة جيبية مستمرة بتردد 10 Hz تحت ظروف درجة حرارة ثابتة تبلغ 15 °C. وقد أُجريت جميع الاختبارات دون فترات راحة لضمان إمداد الطاقة دون انقطاع أثناء تحميل الكلال^34,35.

تم تصنيع عينات العوارض وفقاً لمتطلبات الأبعاد القياسية، بطول 381 ± 6.35 mm، وعرض 63.5 ± 6.35 mm، وارتفاع 50.8 ± 6.35 mm³⁶³⁷. وتحت ظروف التحكم في الانفعال، تم توصيف أداء الكلال عن طريق رسم منحنيات خصائص الكلال للعينات ذات تركيبات WMA المختلفة في نظام إحداثيات مزدوج اللوغاريتم³⁸. بعد ذلك، تم إنشاء علاقة تأسيسية وفق قانون القوة، واستُخدم تحليل الانحدار غير الخطي لمواءمة بيانات الكلال لمختلف الخلطات الأسفلتية، مما وفر الأساس لنمذجة عمر الكلال والتحليل المقارن لاحقاً^39,40,41. ثُبِّتت عينة العارضة بشكل متماثل في تجهيزة الانحناء رباعي النقاط، وتم التحقق من التلامس بين مشابك التحميل وسطح العينة قبل البدء في التحميل. أُجري الاختبار عند درجة حرارة 15 °C تحت تحميل جيبي محكوم الانفعال بتردد 10 Hz وبدون فترات راحة. حُددت نقطة نهاية الاختبار بأنها عدد الدورات التي تنخفض عندها الصلابة الانحنائية إلى 50% من قيمتها الأولية. واعتُبرت الاختبارات صالحة عندما حدث الفشل ضمن قسم القياس، ولم يُلاحظ أي انزلاق غير طبيعي للمشابك أو كسر مفاجئ غير ناتج عن الكلال. عُرضت جميع البيانات الكمية في صورة المتوسط ± الانحراف المعياري (mean ± SD)، وكان حجم العينة n = 3 لجميع المجموعات التجريبية ما لم يُذكر خلاف ذلك.

النتائج

الخصائص الريولوجية لخلطات الأسفلت الدافئة (WMA)
تُعرف المنطقة البينية بين الأسفلت والركام على نطاق واسع بأنها الموقع الرئيسي لبدء تشقق الكلل. وبناءً على ذلك، فإن المعلم الريولوجي المرتبط بالكلل ج*sin δوتم استخدامها، بعد قياسها عند درجات حرارة الخدمة المتوسطة، لتقييم أداء الكلال لرابطات الأسفلت الدافئ (WMA). الشكل 1 يوضح تغير الـ ججيب الزاوية δ للمواد الرابطة الأصلية والمعدلة بالخلط الدافئ لكل من الأسفلت A، والأسفلت B، والأسفلت C. وقد عُبر عن جميع النتائج الكمية في صورة المتوسط ± الانحراف المعياري بناءً على ثلاث قياسات مكررة (ن = 3). أُجريت المقارنات الإحصائية بين الرابطات الأصلية والرابطات المعدلة بالخلط الدافئ عند درجة الحرارة نفسها باستخدام اختبار t للعينات المستقلة، واعتُبرت الفروق ذات دلالة إحصائية عند p < 0.05. كما هو موضح في الشكل 1, ج*sin δ يتناقص باستمرار مع ارتفاع درجة الحرارة لجميع الروابط الأسفلتية، مما يشير إلى انخفاض الصلابة المرتبطة بالكلال عند درجات الحرارة المتوسطة المرتفعة. وبالنسبة للأسفلت A، يظهر معامل المرحلة (AP) قيمة أعلى بكثير ج*sin δ قيم أعلى من AO عبر نطاق درجات الحرارة المختبرة الذي يتراوح بين 16 و25 درجة مئوية (p = 0.025 (المدى: 0.018–0.032))، حيث انخفض من 7685 ± 126 إلى 2480 ± 84 كيلو باسكال، بينما انخفض AO من 5580 ± 112 إلى 1535 ± 76 كيلو باسكال. وبالمثل، يظهر BP قيماً أعلى بشكل ملحوظ جقيم sin δ بدلاً من BO من 22 إلى 28 (p = 0.021 (المدى: 0.011-0.027))، مع انخفاض BP من 7980 ± 138 إلى 3985 ± 105 كيلو باسكال وانخفاض BO من 6120 ± 120 إلى 1725 ± 82 كيلو باسكال. وتشير هذه النتائج إلى أن المادة المضافة للخلط الدافئ تزيد من عامل الكلال للأسفلتين A وB، مما يؤدي إلى زيادة تبدد الطاقة اللزوجية واحتمالية ارتفاع القابلية للكلال على مستوى الرابط. وفي المقابل، يظهر الأسفلت C فرقاً طفيفاً فقط بين CO وCP؛ ورغم أن CP أعلى بقليل من CO عند درجة الحرارة نفسها، إلا أن الفرق ليس ذا دلالة إحصائية عند معظم درجات الحرارة (p = 0.086-0.214). وتحديداً، تنخفض قيمة CP من 13.420 ± 185 إلى 4420 ± 96 كيلوباسكال، بينما تنخفض قيمة CO من 13.080 ± 172 إلى 4350 ± 91 كيلوباسكال، مما يشير إلى أن المضاف للخلطة الدافئة له تأثير محدود على السلوك الريولوجي المرتبط بالكلال للأسفلت C. وبشكل عام، تظهر الرابطات الثلاث استجابات مختلفة للتعديل بالخلطة الدافئة، مما يعكس تأثير مصدر الأسفلت على أداء الكلال. ويعد الأسفلت A والأسفلت B أكثر حساسية للمضاف للخلطة الدافئة، بينما يحافظ الأسفلت C على مقاومة كلال مستقرة نسبياً بعد التعديل.

في المقابل، لا يظهر Asphalt C أي تغيير ملحوظ في G*sin δ بعد التعديل بالخلط الدافئ، مما يشير إلى أن مادة مضافة للخلط الدافئ لها تأثير محدود على الخصائص الريولوجية المتعلقة بالكلال. وتشير هذه الملاحظة إلى أن التركيب الكيميائي الجوهري لـ Asphalt C هو الذي يهيمن على استجابته اللزجة المرنة، مما يقلل من حساسية المعاملات المتعلقة بالكلال للتعديل بالمواد المضافة. وتسلط هذه النتائج الضوء على طبيعة تأثير تعديل الخلط الدافئ المعتمدة على مصدر الزيت. وتكشف نتائج مسح درجة الحرارة عن اتجاهات ريولوجية متسقة لجميع الروابط المختبرة؛ فمع ارتفاع درجة الحرارة، ينخفض عامل التخدد G*/sin δ باستمرار، بينما تزداد زاوية الطور δ تدريجياً، مما يشير إلى انتقال تدريجي نحو سلوك يهيمن عليه اللزوجة. وتؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تكثيف الحركة الجزيئية داخل الرابط، وإضعاف الهياكل المرنة، وتقليل مقاومة التشوه. وعلى العكس من ذلك، تؤدي زيادة شدة التقادم إلى قيم أعلى لـ G*/sin δ وزوايا طور أقل، مما يعكس تعزيز الصلابة والاستجابة المرنة بسبب التصلب الناجم عن التقادم.

الشكل 1. عامل الكلال (G*sin δ) لروابط أسفلتية مختلفة كدالة لدرجة الحرارة. (A) الأسفلت A (Karamay)؛ (B) الأسفلت B (CNOOC 36-1)؛ (C) الأسفلت C (PetroChina/Venezuelan Boscan). تشير AO و BO و CO إلى الروابط الأسفلتية الأصلية، بينما تشير AP و BP و CP إلى الروابط الأسفلتية المقابلة للخلطات الأسفلتية الدافئة. تتناقص قيمة G*sin δ مع زيادة درجة الحرارة لجميع الروابط، بينما يختلف تأثير التعديل بالخلطة الدافئة اعتماداً على مصدر الرابط. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

يمكن إرجاع هذه التطورات الريولوجية إلى التغيرات التركيبية في روابط الأسفلت أثناء التعتيق الحراري التأكسدي. حيث تتحول المكونات ذات الوزن الجزيئي المنخفض تدريجياً إلى هياكل ذات وزن جزيئي أعلى من خلال تفاعلات الأكسدة والبلمرة، مما يؤدي إلى زيادة المعامل المركب G*. وفي الوقت ذاته، يعزز تراكم نواتج الأكسدة القطبية تخزين الطاقة المرنة، وهو ما يتجلى في انخفاض زاوية الطور. ومع تقدم عملية التعتيق، يصبح الرابط أكثر حساسية لتغيرات درجات الحرارة، ويصبح الاعتماد الحراري للمعاملات الريولوجية المرتبطة بالكلال أكثر وضوحاً.

بشكل عام، تُظهر النتائج أن تأثير تعديل الخليط الدافئ على الخواص الريولوجية للرابط المتعلقة بالكلال يعتمد بقوة على مصدر الزيت الخام. وبينما يغير المضاف للخليط الدافئ سلوك التبديد اللزوجي المرن لبعض الروابط، فإن فعاليته تظل مقيدة بالتركيب الجوهري للأسفلت الأساسي وخصائص التقادم. وتؤكد هذه النتائج على ضرورة مراعاة الخصائص المحددة لمصدر الزيت عند تفسير عوامل الكلال القائمة على اختبار DSR وتقييم أداء الكلال لروابط الأسفلت ذات الخليط الدافئ. وقد تم قياس الزيادة المرتبطة بالتقادم في G·sin δ باستخدام بيانات DSR الخام الملخصة في الشكل 1. كما حُسبت النسب المئوية للتغيرات بالنسبة لحالة الرابط المقابلة قبل التقادم.

المسح الخطي للسعة
تم تلخيص المعلمات الرئيسية المستمدة من إطار عمل S-VECD في الجدول 3. يحدد مؤشر السلامة C كمياً التدهور التدريجي للروابط الأسفلتية تحت تأثير التحميل الميكانيكي الدوري، حيث تمثل القيمة C = 1 الحالة الأصلية السليمة، بينما تقابل القيمة C = 0 الفشل الهيكلي الكامل. بالإضافة إلى ذلك، تصف معاملات الانحدار C₁ و C₂ تطور سلامة المادة مع زيادة التلف. وتشير القيم المنخفضة لـ C₁ و C₂ إلى تحسن في الاستقرار الهيكلي عند مستويات التلف المتكافئة، وهو ما يرتبط مباشرة بتعزيز مقاومة الكلال على مستوى الرابط. وكما هو موضح في الجدول 3، يؤدي التقادم عموماً إلى زيادة C₁ ونقصان C₂، مما يشير إلى تدهور في تطور سلامة الرابط ومقاومته للكلال. ويظهر أسفلت Karamay أعلى مقاومة لتراكم التلف بأقل قيم لـ C₁ وقيم عالية نسبياً لـ C₂، بينما يظهر أسفلت CNPC الاتجاه المعاكس، مما يشير إلى أداء أضعف في مقاومة الكلال.

نوع الأسفلت	α	C₀	C₁	C₂	A	B
Karamay	1448855	1	0.0144	0.7346	2.93 × 10⁵	2.90 × 10⁶
Karamay المتقادم	1434103	1	0.0132	0.7412	3.00 × 10⁵	2.87 × 10⁶
CNOOC	1415228	1	0.0178	0.7112	2.25 × 10⁵	2.83 × 10⁶
CNOOC المتقادم	1400364	1	0.0155	0.7349	2.28 × 10⁵	2.80 × 10⁶
CNPC	1537043	1	0.0335	0.6077	4.38 × 10⁵	3.07 × 10⁶
CNPC المتقادم	1500600	1	0.0371	0.5822	4.41 × 10⁵	3.00 × 10⁶

الجدول 3: المعاملات المتعلقة بطريقة VECD. يلخص الجدول 3 معاملات النموذج المجهزة لثلاثة أنواع من روابط الأسفلت في ظروف غير معتقة ومعتقة. تعكس تغيرات المعاملات تأثيرات نوع الأسفلت والتعتيق على خصائص النموذج.

الشكل 2 يوضح منحنيات تطور التلف لمختلف الروابط الأسفلتية في كل من الظروف التقليدية وظروف التعديل بالخلط الدافئ. وتحت مستويات إجهاد متماثلة، تُظهر أنظمة الأسفلت الدافئ (WMA) معدل تراكم تلف أقل بشكل ملحوظ من نظيراتها التقليدية، مما يشير إلى تطور تلف أكثر ملاءمة. ويوحي هذا السلوك بأن التعديل بالخلط الدافئ يحسن من آلية تبديد الطاقة الداخلية أثناء التحميل الدوري، وبالتالي يعزز مقاومة الكلال. وقد تم حساب النسب المئوية للتغيرات في معاملات معدل التلف من بارامترات S-VECD المجهزة والمدرجة في الجدول 3 باستخدام الرابط غير المعدل كحالة مرجعية.

الشكل 2: خصائص مقاومة الكلال عبر تركيبات الرابط الأسفلتي. (A) الأسفلت A؛ (B) الأسفلت B؛ (C) الأسفلت C. تمثل AO و BO و CO عينات الأسفلت الأصلية، بينما تشير AP و BP و CP إلى عينات الأسفلت الدافئ المقابلة. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

يكشف الفحص التفصيلي لملفات تطور التلف عن وجود اختلافات واضحة تعتمد على نوع الرابط. يُظهر الأسفلت A المعدل بالخلط الدافئ مقاومة فائقة للإجهاد مقارنة بالرابط غير المعدل، وهو ما يتضح من الموضع الأكثر ملاءمة لمنحنى تطور التلف الخاص به. وتؤكد هذه النتيجة أن المادة المضافة للخلط الدافئ تعزز بفعالية متانة الأسفلت A تحت تأثير التحميل المتكرر. وفي المقابل، يُظهر الأسفلت B استجابة ضئيلة للتعديل بالخلط الدافئ، حيث يتبع كل من الرابطين المعدل وغير المعدل مسارات تطور تلف متطابقة تقريباً. أما بالنسبة للأسفلت C، فقد لوحظ تحسن يعتمد على عتبة معينة؛ إذ يتفوق الرابط المعدل بالخلط الدافئ على الأسفلت الأساسي فقط عندما يتجاوز متغير التلف 100 وحدة، مما يشير إلى أن فعالية المادة المضافة يتم تفعيلها بشكل أساسي في مراحل التلف المتقدمة.

تظهر المقارنات الكمية لعمر الكلال المستمدة من اختبار LAS في الشكل 3. وتبرز الاختلافات الملحوظة في أداء الكلال بشكل أكبر الطبيعة النوعية للتفاعل بين مضافات الخلط الدافئ والرابط، حيث تخضع فعاليتها بشكل قوي للخصائص التركيبية الجوهرية للأسفلت الأساسي. ومن بين المواد التي تم فحصها، أظهر أسفلت Qinhuangdao PetroChina أعلى مقاومة للكلال، مما يعكس المزايا المتأصلة المرتبطة بتركيبة المادة الخام الأساسية. وفي المقابل، أظهر أسفلت Karamay التحسن الأكثر وضوحاً بعد التعديل بالخلط الدافئ، مما يؤكد الدور الحاسم لخصائص الأسفلت الأساسي في تحديد إمكانية تعزيز الأداء بواسطة مضافات الخلط الدافئ.

الشكل 3. مقارنة لعمر الكلال بين الأسفلت المخلوط ساخناً (HMA) والأسفلت المخلوط دافئاً (WMA) لأنواع الروابط الأسفلتية الثلاثة. يختلف عمر الكلال بشكل طفيف فقط بين WMA وHMA لجميع أنواع الروابط الثلاثة. يظهر Asphalt C أعلى عمر كلال، يليه Asphalt A ثم Asphalt B. وبشكل عام، تشير النتائج إلى أن تعديل الخلط الدافئ يؤدي إلى تأثير متواضع فقط على عمر الكلال، حيث يعتمد مقدار واتجاه التغيير على نوع الرابط. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

على الرغم من أن تعديل الخلط الدافئ أدى عموماً إلى تحسين أداء الكلال، إلا أن مقدار التحسن كان متواضعاً نسبياً بالنسبة لبعض الروابط. ويمكن إرجاع هذا السلوك إلى آلية عمل Evotherm M1، التي تعمل بشكل أساسي على خفض درجة حرارة الإنتاج وتخفيف التقادم التأكسدي قصير المدى بدلاً من تعزيز بنية الرابط كيميائياً. ولذلك، من المتوقع أن يكون تعزيز الكلال متوسطاً ومعتمداً بشكل قوي على الخصائص الجوهرية للأسفلت الأساسي. ويشير الاتساق بين القياسات المكررة إلى أن الاتجاهات الملحوظة قابلة للتكرار على الرغم من محدودية مقدار التحسن. ولتفسير سلوك الكلال المعتمد على الرابط من منظور كيميائي، تم تحليل تأثير تركيب الزيت الخام على معاملات S-VECD وأداء الكلال. وتظهر الروابط الثلاثة خصائص تركيبية متميزة: حيث ترتبط النسب الأعلى من المواد العطرية إلى المشبعة عموماً بتحسين إعادة توزيع الإجهاد وتأخير تراكم الضرر، بينما تميل الأنظمة الغنية بالأسفلتين إلى تسريع زيادة الصلابة وتقليل مقاومة الكلال.

في هذه الدراسة، يظهر الأسفلت القائم على Karamay جزءاً عطرياً أعلى نسبياً ومحتوى مشبعات أقل، وهو ما يتوافق مع معدلات تطور تلف أقل (قيم C₁ منخفضة) وعمر كلال محسّن في كل من اختبارات LAS واختبارات مقياس الخليط. وفي المقابل، يظهر الرابط المشتق من PetroChina نسبة مشبعات أكثر توازناً، ولكنها أعلى نسبياً، مما يؤدي إلى سلوك تراكم تلف S-VECD متوسط. أما الأسفلت المشتق من CNOOC، والذي يحتوي على أجزاء أعلى مرتبطة بالقطبية استناداً إلى خصائص أصل الخام، فيظهر نمواً أسرع في الصلابة تحت التحميل الدوري، وهو ما ينعكس في قيم C₁ أعلى وعمر كلال منخفض. وتشير هذه النتائج إلى أن التوازن بين المواد العطرية والمشبعات يحكم مسارات تبديد الطاقة اللزجة المرنة وتطور التلف في البنية المجهرية، مما يؤثر بشكل مباشر على معاملات S-VECD ومقاومة الكلال. وبشكل عام، يجب النظر إلى النتائج الحالية كإطار عمل مؤسس ميكانيكياً ولكنه مقيد بظروف حدودية، بدلاً من كونه نموذجاً تنبؤياً شاملاً لجميع أنظمة الأسفلت.

مقاومة الكلال على مستوى الخلطة
تم تقييم مقاومة الكلال لخلطات الأسفلت التي تدمج تقنيات مختلفة من الأسفلت الدافئ (WMA) بشكل منهجي، ولُخصت نتائج اختبار الكلال المقابلة في الجدول 4. وتحدد هذه البيانات كمياً قدرة تحمل خلطات الأسفلت تحت تأثير التحميل الدوري، كما تكشف عن اختلافات واضحة في طول عمر الكلال بين تركيبات الـ WMA التي خضعت للدراسة. ويشير التباين الملحوظ إلى أن أداء الكلال على مستوى الخلطة يعتمد بشكل كبير على تكوين المادة وتقنية الخلط الدافئ المستخدمة.

نوع الأسفلت	معرف العينة	المسامية (%)	مستوى الانفعال (με)	عمر الكلال (دورات)
Karamay	1	4.5	100	22,36,902
	2	4.3	100	18,30,625
	3	3.7	100	19,49,138
	4	4.5	150	3,06,655
	5	5.3	150	3,97,762
	6	4.9	150	2,98,042
CNOOC	1	4.2	200	52,315
	2	5.1	200	58,828
	3	5.3	200	67,762
	4	3.8	75	6,47,145
	5	4.3	75	5,63,675
	6	4.5	75	6,91,698
CNPC	1	3.6	100	47,343
	2	4.1	100	24,149
	3	4.7	100	18,495
	4	3.5	200	4,412
	5	4.1	200	2,269
	6	4.7	200	3,299

الجدول 4: نتائج اختبار الكلل لخلطات الأسفلت باستخدام تقنيات WMA مختلفة. يلخص الجدول 4 نتائج اختبار الكلل لخلطات الأسفلت باستخدام تقنيات خلط دافئ مختلفة، بما في ذلك عمر الكلل ومعايير الأداء ذات الصلة تحت ظروف اختبار متنوعة. وتوضح النتائج الفروق في مقاومة الكلل بين خلطات الأسفلت الدافئة وتوفر أساساً لتقييم أداء الكلل الخاص بها.

يتم نمذجة أداء الكلال للمركبات البيتومينية رياضياً من خلال المعادلة (9)، والتي تحدد كمياً تدهور الإجهاد الدوري في مواد الرصف. وتصيغ هذه العلاقة استجابة الكلال لتركيبات الأسفلت تحت ظروف التحميل المتكرر، مما يجعلها إطاراً حسابياً لتحليل المتانة:

(9)

في المعادلة: N_f——العمر الكلالي للخلطة الأسفلتية؛
ε——الانفعال؛
k, n——معامل.

بناءً على المعادلة (9)، تم إجراء تحليل الانحدار لكل خليط أسفلتي لمعايرة معاملات نموذج الكلال المقابلة. توفر المعاملات الناتجة k و n تمثيلاً كمياً لخصائص تدهور الكلال الخاصة بكل خليط، وتسمح بالمقارنة المباشرة لأداء الكلال عبر تركيبات مختلفة من الأسفلت الدافئ (WMA). تم تلخيص معاملات معادلة الكلال التي تمت معايرتها في الجدول 5.

أنواع الأسفلت	معادلة الكلال	ك	ن	R2
أ	y = 2.463 × 10¹⁶ˣ⁻⁵.⁰²⁹	2.463 × 1016	5.029	0.993
ب	y = 1.713 × 10¹⁵ˣ⁻⁵.¹²⁰​	1.713 × 1015	5.12	0.965
سي	y = 1.233 × 10¹⁹ˣ⁻⁵.٩٧٥​	1.233 × 1019	5.975	0.964

الجدول 5: معاملات معادلة الكلال لخلطات الأسفلت ذات تقنيات الخلط الدافئ (WMA) المختلفة. يلخص الجدول 5 معاملات معادلة الكلال لخلطات الأسفلت التي تستخدم تقنيات خلط دافئ مختلفة، بما في ذلك معاملات الانحدار ومعاملات النموذج المستخدمة لوصف العلاقة بين عمر الكلال وظروف التحميل. توفر هذه المعاملات أساساً كمياً للتنبؤ بأداء الكلال ومقارنة مقاومة الكلال لمختلف خلطات الأسفلت الدافئ.

الشكل 4 يوضح العلاقة بين عمر الكلال والانفعال لخلطات أسفلتية من أنواع مختلفة من الأسفلت الدافئ (WMA)، بناءً على نماذج الكلال المطابقة. وكما هو متوقع، يتناقص عمر الكلال لجميع الخلطات بشكل منهجي مع زيادة سعة الانفعال، وهو ما يتوافق مع سلوك الكلال الكلاسيكي للمركبات البيتومينية. ويكشف التحليل المقارن لمنحنيات الكلال عن تدرج واضح في مقاومة الخلطات للكلال، حيث تم تحديد ترتيب الأداء العام على النحو التالي: Material C > Material A > Material B. ويعكس هذا الترتيب القدرة النسبية لكل خلطة على تحمل دورات تحميل متكررة قبل الفشل، وهو ما يتوافق مع معاملات الانحدار الملخصة في الجدول 5.

الشكل 4: أنماط الكلال لخلطات الأسفلت بأنواع خلط دافئ مختلفة. كما هو موضح في الشكل 4، انخفض عمر الكلال لجميع خلطات الأسفلت مع زيادة مستوى الانفعال. ومن بين خلطات الأسفلت المختلطة دافئاً الثلاث، أظهرت الخلطة C أعلى مقاومة للكلال، تليها الخلطتان A وB. ويشير عمر الكلال الأعلى بشكل ملحوظ للخلطة C إلى أن تقنية الخلط الدافئ هذه تحسن بفعالية مقاومة خلطات الأسفلت لتراكم أضرار الكلال. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

توفر تقنية الخلطات الأسفلتية الدافئة (WMA)، تحت ظروف فراغات هوائية متكافئة، فوائد ملحوظة في أداء الكلال من خلال خفض درجات حرارة الإنتاج والدمك بنحو 20–30 °C. ويؤدي هذا الانخفاض في درجة الحرارة إلى تخفيف التقادم التأكسدي قصير المدى للروابط الأسفلتية، وهو المسبب الرئيسي للتقصف على المدى الطويل. ومن خلال الحفاظ على اللزوجة المرنة للرابط وقدرته على تشتيت الإجهاد، تعمل تقنية WMA على تثبيط نشوء الشقوق المجهرية وانتشارها تحت تأثير التحميل الدوري. وبناءً على ذلك، يتم تخفيف ضرر الكلال التراكمي، مما يؤدي إلى تعزيز عمر الكلال للخلطة وتحسين ديمومة الرصف. وتعد هذه المزايا حاسمة لإطالة العمر التشغيلي، وتقليل متطلبات الصيانة، وتمكين تطوير بنية تحتية للطرق أكثر ديمومة وفعالية من حيث التكلفة. ولفحص الاتساق بين سلوك الكلال على مستوى الرابط ومستوى الخلطة، تم تحليل الارتباطات بين عامل كلال الرابط G*sin δ وعمر كلال الخلطة N_f، كما هو موضح في الشكل 5. وقد لوحظ وجود علاقة ذات دلالة إحصائية لجميع الروابط، مما يشير إلى أن الخصائص الريولوجية للرابط تمارس تأثيراً ملموساً على أداء كلال الخلطة. ومن الجدير بالذكر أن الرابط B أظهر ارتباطاً قوياً للغاية (R² = 0.99, p < 0.001)، مما يشير إلى أن G*sin δ يعمل كمؤشر موثوق لعمر كلال الخلطة لهذه المادة. وفي المقابل، أظهر الرابطان A وC ارتباطات أضعف نسبياً (R² = 0.6051 و0.7933)، مما يعني أن ريولوجيا الرابط وحدها لا يمكنها استيعاب سلوك كلال الخلطة بشكل كامل لهذه الأنظمة.

الشكل 5: الارتباط بين عامل كلال الأسفلت G*sin δ وعمر كلال الخليط N_f. (أ) الأسفلت A؛ (ب) الأسفلت B؛ (ج) الأسفلت C. يشير الشكل 5 إلى أن G∗sinδ يظهر ارتباطاً إيجابياً مع عمر كلال الخليط، حيث أظهر الأسفلت B أعلى درجة من الاتساق، يليه الأسفلت C ثم A. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

تم إجراء مزيد من التحقق من الصحة عبر المقاييس من خلال ربط معاملات تطور تلف الرابط التي تم الحصول عليها من اختبارات LAS، والتي فُسرت باستخدام إطار عمل الضرر المستمر اللزوجي المرن المبسط (S-VECD)، مع عمر الكلال للخليط. وكما هو موضح في الشكل 6، لوحظت ارتباطات خطية قوية بين التدهور التدريجي للرابط وأداء الكلال للخليط. وبالنسبة لجميع الروابط الثلاثة، تجاوزت معاملات الارتباط 0.9، مما يدل على وجود صلة قوية ومتسقة بين خصائص التلف على مستوى الرابط ومقاومة الكلال على مستوى الخليط.

الشكل 6: الارتباط بين ضرر كلال الأسفلت وعمر كلال الخليط N_f. (A) الأسفلت A؛ (B) الأسفلت B؛ (C) الأسفلت C. كما هو موضح في الشكل 6، أظهر ضرر كلال الأسفلت ارتباطاً إيجابياً قوياً مع عمر الكلال Nf لخلطات الأسفلت. تم الحصول على معاملات تحديد عالية للأسفلت A وB وC، مما يشير إلى أن معلمات ضرر الكلال يمكنها توصيف أداء الكلال لخلطات الأسفلت بشكل فعال. وبالمقارنة مع عامل كلال الرابط التقليدي G∗sinδ، يوفر ضرر الكلال تمثيلاً أكثر مباشرة لسلوك تدهور الكلال في خلطات الأسفلت. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

بشكل عام، تؤكد نتائج الكلال على مستوى الخليط أن أداء الكلال محكوم بشكل مشترك بتركيب الخليط، وتقنية الخلط الدافئ، وخصائص الرابط. وفي حين توفر المؤشرات الريولوجية التقليدية قدرة تنبؤية محدودة لبعض الروابط، تظهر مقاييس التلف القائمة على LAS–S-VECD ارتباطات قوية ومتسقة مع عمر كلال الخليط. وتثبت هذه النتائج أن توصيف التلف على مستوى الرابط يعد بديلاً فعالاً لتقييم ديمومة الخليط، كما توفر أساساً ميكانيكياً لتصميم الرصف القائم على الأداء. ويمكن إرجاع الاستجابات المختلفة بوضوح للروابط الأسفلتية الثلاثة تجاه تعديل الخلط الدافئ بشكل أساسي إلى الاختلافات في تركيبها الكيميائي المشتق من الزيت الخام والبنى الغروية الناتجة عن ذلك. وعادة ما تُعتبر الروابط الأسفلتية أنظمة غروية تتكون من الأسفلتينات المشتتة في طور المالتين الذي يضم العطريات والراتنجات والمشبعات. ويتحكم التوازن بين هذه الأجزاء في حساسية الرابط للمعدلات الخارجية، مثل إضافات الخلط الدافئ. وبالنسبة لأسفلت كاراماي (الرابط A)، فإن المحتوى العالي نسبياً من الراتنج وانخفاض جزء البارافين يؤديان إلى شبكة أسفلتين أكثر تشتتاً مع استقرار هيكلي داخلي أضعف. وفي هذا النظام، يؤدي إدخال مادة الخلط الدافئ المضافة إلى تغيير اللزوجة والحركية الجزيئية بشكل كبير، مما ينتج عنه تعزيز تبديد الطاقة وزيادة قيم G*sin δ. وهذا يشير إلى أن المادة المضافة تعدل بنشاط التفاعل في الطور الداخلي، مما يجعل الرابط أكثر عرضة للتشوه الدوري وبالتالي تسريع تراكم تلف الكلال على مستوى الرابط.

في المقابل، يظهر الأسفلت المشتق من شركة CNOOC (الرابط B) تركيبة قائمة على النافثينات أكثر توازناً مع بنية غروانية مستقرة. ويوفر توازن الأسفلتين-الراتنج في هذا الرابط شبكة داخلية قوية نسبياً، مما يحد من تغلغل وتأثير المادة المضافة للخلط الدافئ على البنية. ونتيجة لذلك، لوحظت تغيرات طفيفة في السلوك الريولوجي وتطور التلف، مما يشير إلى أن تأثير المادة المضافة مقيد بشكل كبير بالاستقرار الجوهري للبنية المجهرية للرابط. أما بالنسبة للأسفلت المشتق من شركة PetroChina (الرابط C)، فإن الكسور الأعلى المرتبطة بالقطبية وزيادة تعقيد الأسفلتين تؤدي إلى بنية مجهرية أكثر صلابة وعرضة للتكتل. وفي هذه الحالة، يبدو أن المادة المضافة للخلط الدافئ تظهر سلوك تنشيط يعتمد على حد معين، حيث يصبح تأثيرها أكثر وضوحاً فقط بعد تراكم تلف كبير. وهذا يشير إلى أن المادة المضافة لا تتفاعل بقوة مع البنية الغروانية الأولية، بل تؤثر بدلاً من ذلك على عملية تطور التلف في المراحل المتأخرة عن طريق تعديل مسارات إعادة توزيع الإجهاد.

وبشكل عام، تُظهر هذه النتائج أن فعالية تعديل الخلطات الدافئة ليست شاملة، بل تخضع بشكل قوي للاستقرار الغرواني الجوهري والتركيب الكيميائي للأسفلت الأساسي. وبناءً على ذلك، يمكن ربط الاختلافات الملحوظة في تطور تلف S-VECD وأداء كل خليط تجاه الكلال مباشرة بعدم التجانس في البنية المجهرية للرابطات الثلاث، مما يوفر تفسيراً ميكانيكياً للسلوك المعتمد على مصدر الزيت والذي لوحظ في كل من اختبارات الريولوجيا والكلال.

توافر البيانات:
جميع البيانات والنماذج والأكواد التي تم إنشاؤها أو استخدامها خلال الدراسة متاحة في المجلد التكميلي المسمى “Raw data”.

المناقشة

تقترح هذه الدراسة إطاراً لتقييم الكلال عبر المقاييس يدمج بين اختبار مسح السعة الخطي (LAS) على مستوى الرابط الأسفلتي، ونموذج الضرر المستمر اللزوجي المرن المبسط (S-VECD)، واختبار كلال الانحناء رباعي النقاط على مستوى الخلطة، وذلك لإيجاد رابط ميكانيكي بين تطور الضرر في الرابط الأسفلتي وأداء الكلال في الخلطة. وبخلاف مناهج تقييم الكلال التقليدية التي تعتمد بشكل أساسي على المؤشرات الريولوجية التجريبية، مثل G*·sin δ، يستخدم الإطار المقترح معاملات مرتبطة بالضرر مشتقة من ميكانيكا الضرر المستمر لتوصيف سلوك التدهور الجوهري للروابط الأسفلتية تحت تأثير التحميل الدوري. ومن خلال إدراج أصل الزيت الخام للأسفلت كعامل مؤثر، توضح هذه الدراسة كذلك أن فعالية تعديل الخلطات الدافئة ليست عالمية، بل تعتمد بقوة على التركيب الكيميائي والبنية الغروية للرابط الأساسي. وتوفر هذه النتائج رؤى جديدة حول التفاعل بين مصدر الزيت الخام، ومضافات الخلطات الدافئة، والقابلية للتقادم، ومقاومة الكلال، مما يؤسس لمنهج يعتمد بشكل أكبر على الميكانيكا لتقييم المواد الأسفلتية. وقد سلطت الدراسات السابقة الضوء على إمكانية تحليل LAS–S-VECD في توصيف كلال الرابط؛ ومع ذلك، لا تزال قابليته للتطبيق المباشر في التنبؤ بأداء الكلال على مستوى الخلطة قيد البحث المستمر. ويساهم العمل الحالي في هذا المجال البحثي من خلال التحقق من العلاقة عبر المقاييس بين تطور ضرر الرابط وسلوك كلال الخلطة عبر أنظمة روابط متعددة.

يعزز الإطار المقترح الفهم العلمي لآليات كلال الأسفلت من خلال سد الفجوة بين التوصيف الريولوجي على مستوى الرابط ومستوى الأداء الإنشائي للخليط. غالبًا ما توفر طرق تقييم الرابط التقليدية معلومات محدودة حول التراكم التدريجي لتلف الكلال، حيث تصف معاملات مثل المعامل المركب وزاوية الطور الاستجابات اللزوجة المرنة اللحظية بشكل أساسي بدلاً من تطور التلف. في المقابل، يتعامل نهج S-VECD مع الروابط الأسفلتية كمواد لزوجة مرنة تتحلل باستمرار، ويوفر واصفات كمية لفقدان السلامة الإنشائية أثناء تحميل الكلال. وتشير الارتباطات القوية التي تم الحصول عليها بين معاملات LAS–S-VECD وعمر كلال الخليط في هذه الدراسة إلى أن تطور التلف على مستوى الرابط يمكن أن يوفر معلومات ذات دلالة فيما يتعلق بمرحلة بدء تشقق الخليط. وقد أشارت نتائج مماثلة إلى أن المعاملات الميكانيكية القائمة على التلف قد توفر قدرة تنبؤية محسنة مقارنة بالمؤشرات الريولوجية التقليدية. ولذلك، توسع هذه الدراسة أبحاث كلال الأسفلت الحالية من خلال تقديم دليل تجريبي على أن ميكانيكا التلف على مستوى الرابط يمكن أن تعمل كجسر نحو تصميم مواد الرصف القائم على الأداء.

على الرغم من النتائج الواعدة، يجب الإقرار بوجود العديد من القيود. أولاً، أُجري البحث الحالي باستخدام ثلاثة روابط أسفلتية مستمدة من مصادر نفط خام محددة وتدرج واحد للركام؛ وبناءً على ذلك، فإن شمولية العلاقة المقترحة تتطلب مزيداً من التحقق باستخدام نطاق أوسع من الروابط، وتقنيات التعديل، وتصاميم الخلطات. ورغم أن الروابط المختارة تمثل مواد رصف نموذجية مستخدمة في الممارسة الهندسية، إلا أن المواد الأسفلتية تظهر تبايناً ملحوظاً بسبب الاختلافات في منشأ النفط الخام، وعملية التكرير، والتركيب الكيميائي. ثانياً، أُجريت اختبارات الكلال المختبرية تحت ظروف تحكم في درجة الحرارة والتحميل، بينما تتعرض هياكل الرصف الفعلية لعوامل بيئية معقدة، بما في ذلك تقلبات درجات الحرارة، وتغلغل الرطوبة، وتغير أحمال المرور، والتقادم على المدى الطويل. ثالثاً، على الرغم من أن معاملات LAS–S-VECD أظهرت ارتباطات قوية مع أداء الكلال للخلطة، إلا أن مجموعة البيانات الحالية غير كافية لإنشاء نموذج تنبؤي عالمي قابل للتطبيق على جميع الأنظمة الأسفلتية. لذا، ينبغي أن تتضمن الدراسات المستقبلية قواعد بيانات أكبر وملاحظات للأداء الميداني لتعزيز متانة وقابلية نقل النهج المقترح.

يمكن أيضاً النظر في مناهج بديلة لمزيد من الاستقصاء حول العلاقة بين تطور تلف الرابط وأداء تعب الخليط. على سبيل المثال، يمكن لتقنيات التوصيف الكيميائي المتقدمة، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورير (FTIR)، والرنين المغناطيسي النووي (NMR)، ومحاكاة الديناميكيات الجزيئية، أن توفر رؤى إضافية حول الآليات الجزيئية التي تحكم سلوك التعب المعتمد على مصدر الزيت. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن الاختلافات في البنية الجزيئية للأسفلت، بما في ذلك تجمع الأسفلتين، والتوزيع العطري، والتفاعلات المرتبطة بالقطبية، تؤثر بشكل كبير على الاستجابة الريولوجية والقابلية للتقادم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام تقنيات التصوير المتقدمة، مثل مجهر القوة الذرية (AFM) وطرق التوصيف القائمة على الأشعة السينية، للمراقبة المباشرة لتطور البنية المجهرية أثناء تراكم تلف التعب. وقد يؤدي دمج هذه المناهج مع تحليل LAS–S-VECD إلى توفير فهم أكثر شمولاً للعلاقة بين البنية الجزيئية، وميكانيكا تلف الرابط، وأداء الرصيف على المستوى العياني.

تتمتع المنهجية المقترحة القائمة على LAS–S-VECD بتطبيقات محتملة هامة في عدة مجالات من هندسة رصف الأسفلت وعلم المواد. ومن منظور عملي، يمكن استخدام هذا الإطار كأداة فحص فعالة لتقييم المواد الرابطة المرشحة، واختيار المضافات المناسبة للخلطات الدافئة، وتقييم الحساسية للتقادم قبل إجراء تجارب الكلل على مستوى الخلطة التي تستغرق وقتاً طويلاً. ومقارنة بالمواصفات التجريبية التقليدية، يوفر النهج المقترح أساساً ميكانيكياً لتصميم الرصف الموجه نحو الأداء من خلال الربط المباشر بين خصائص تلف المادة الرابطة والمتانة الهيكلية. وهذا أمر قيم بشكل خاص لتقنيات الرصف المستدامة، حيث يتطلب التطبيق المتزايد للأسفلت الدافئ، والمواد المعاد تدويرها، والمواد الرابطة البديلة طرقاً موثوقة للتنبؤ بالأداء على المدى الطويل. علاوة على ذلك، قد تساهم هذه المنهجية في تطوير أنظمة تصميم الرصف القائمة على البيانات من خلال توفير واصفات كلل ذات معنى فيزيائي يمكن دمجها مع النماذج التنبؤية وأطر تقييم دورة الحياة.

يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على توسيع نطاق تطبيق الإطار المقترح نحو تنبؤ أكثر شمولاً وتوجهاً ميدانياً بأداء الرصف. وينبغي أن تتضمن الدراسات المستقبلية قواعد بيانات أكبر للرابط الأسفلتي تغطي مصادر خام مختلفة، والروابط المعدلة بالبوليمرات، ومواد الأسفلت المعاد تدويرها، والمحسنات المستدامة الناشئة، وذلك لوضع نماذج تنبؤ بالكلال أكثر تعميماً. علاوة على ذلك، فإن دمج تحليل LAS–S-VECD مع طرق التوصيف متعددة المقاييس، ونهج الذكاء الاصطناعي، والمحاكاة على المستوى الجزيئي قد يؤدي إلى تحسين فهم ودقة التنبؤ بسلوك الكلال في الأسفلت. كما يجب إدراج المراقبة الميدانية طويلة المدى واختبارات الرصف المسرعة للتحقق من صحة التنبؤات المختبرية تحت ظروف الخدمة الواقعية. وفي نهاية المطاف، من المتوقع أن يؤدي الجمع بين نمذجة الضرر الميكانيكية، والتوصيف المتقدم للمواد، واستراتيجيات التصميم القائمة على الأداء إلى تسهيل تطوير أنظمة رصف أسفلتية أكثر ديمومة واستدامة وموثوقية.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
الرابط A / AO، أسفلت Karamay	مصدر نفط خام Karamay، الصين	غير متاح	رابط أسفلتي أساسي
الرابط B / BO، أسفلت CNOOC 36-1	مصدر نفط خام بحري CNOOC 36-1، الصين	غير متاح	رابط أسفلتي أساسي
الرابط C / CO، أسفلت PetroChina	مصدر PetroChina / يعتمد على نفط Boscan الفنزويلي	غير متاح	رابط أسفلتي أساسي
إضافة Evotherm M1 للخلطات الدافئة	Ingevity / MeadWestvaco	Evotherm M1	إضافة للخلطات الدافئة لتحضير رابط WMA
مقياس الريومتر للقص الديناميكي	Malvern	Kinexus DSR+	يُستخدم لاختبارات مسح درجة الحرارة واختبارات LAS بواسطة DSR
جهاز اختبار فرن الغشاء الرقيق المتدحرج	Shanghai Changji	SYD-0610	يُستخدم للتقادم قصير المدى
وعاء التقادم بالضغط	InstroTek	PAV-9300	يُستخدم للتقادم طويل المدى
نظام اختبار كلال الانحناء رباعي النقاط	Cooper Research Technology	SA4PT	يُستخدم لاختبارات كلال الخليط المحكومة بالانفعال
إطار تحليل S-VECD	تحليل البيانات	غير متاح	يُستخدم لحساب معاملات التلف المستمدة من LAS
برنامج تحليل البيانات	Origin	OriginPro 2024	يُستخدم لمطابقة الانحدار، وتحليل الارتباط، والرسم البياني