آسفالتهای پلیمری
۱۳۸۸/۱۰/۲۷
(در این پست خلاصه مقاله ی آسفالت های پلیمری که برای درس شیمی و سینتیک پلیمریزاسیون ارائه دادم رو براتون میذارم.)
چکیده :
در این مقاله سعی شده است آشنایی مختصری در مورد آسفالت های پلیمری داده شود. امروزه با گسترش علم مهندسی پلیمر و کاربردهای وسیع آن در زندگی روزمره مواد پلیمری جدیدی در سرتاسر دنیا به وجود می آید که لزوم آشنایی آن برای مهندسان پلیمر احساس می شود. امید است که این مقاله بتواند آشنایی هر چند کم را در اختیار محققان قرار دهد.
کلمات کلیدی:
آسفالت- پلیمر- قیر- روکش آسفالت- جاده- راه سازی
مقدمه :
امروزه با گسترش علم پلیمر راهکارهای جدیدی برای زندگی بهتر ارائه می شود. هر ساله دولت ها هزینه هنگفتی را برای راه سازی و ترمیم آسفالت های ترک خورده و فرسوده می پردازند. با توجه به این که مواد اولیه آسفالت قیر ها و ترکیباتی مشابه هستند که از نفت استخراج می شود با مطالعه بر روی این مواد مشاهده شد که می توان با افزودن مواد پلیمری جلوی ترک خوردن و فرسودگی آسفالت ها را گرفت. مطالعه انجام داده شده توسط محققان نشان داد که استفاده از این روش 50 درصد هزینه ها را کاهش می دهد.
در ادامه با آسفالت های پلیمری بیشتر آشنا می شویم.
برای آشنایی با آسفالت های پلیمری ابتدا با مفهوم آسفالت آشنا می شویم.
" آسفالت اینگونه تعریف شده است: یک ماده سیمانی که رنگ آن از قهوه ای تیره تا مشکی، متغیر است و گسترده ترین اجزای تشکیل دهنده آن قیرها هستند که یا از طبیعت حاصل می شوند و یا در خلال پروسه های در ارتباط با نفت به دست می آیند. آسفالت ها آن طور که به رفتار و خصلت آن ها مربوط می شود شامل هیدروکربن هایی با ورزن مولکولی زیاد هستند که آسفالتن نامیده می شود( پس این تولین نشانه از پلیمری بودن آسفالت است.)"
از طرف دیگر با مفهوم قیر آشنا می شویم. تعریفی که از قیر در مرجع ذکر شده آمده است را می توان به طور خلاصه این طور بیان داشت:
" قیر مجموعه ای از مواد سیمانی با خواص مشابه می باشد که رنگ آن ها مشکی یا تیره است. قیرها ممکن است جامد، شبه جامد و یا به صورت سیالاتی ویسکوز و گرانرو باشند. هر قدر آب و هوای یک منطقه گرمتر و یا میزان آمد و شد بیشتر باشد باید از قیر با درجه نفوذ کمتری استفاده شود."
آسفالت های طبیعی در زمان باستان وجود داشته اند و فعالیت های ساخت و ساز به آسفالت های طبیعی هم وابسته بود.
در سال 1870 يک شيميدان بلژيکي با نام دسمت اولين سنگفرش آسفالت واقعي را، که مخلوطي از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نيويورک ايجاد نمود. طراحي دسمدت در بزرگراهي در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداري قرار گرفت. سپس دسمدت خيابان پنسيلوانيا در واشينگتن را آسفالت کرد که سطح اين پرژه 45149 متر مربع بود.يکي از نمايندگان محلي کنگره به دسمدت گفت: ”اين کار هرگز عموميت نخواهد يافت.“با اين حال، بر اساس تقاضاي رو به‌رشد بازار، پيش‌بيني ميشود پس از 137 سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قير معدني به 107 ميليون تن برسد. در اين ميان آسفالت معلق بيشترين رشد را دارد. همچنين به عنوان نشانه‌اي از رشد اين محصولات در آينده، چندي است كه کار بر روي آسفالتي که در موقع خرابي خودش را تعمير کند، آغاز شده است.به کارگيري فناوري نانو در ساخت زيربناهاي مربوط به حمل ونقل، تقريباً معادل با تلاش بشر براي فرستادن انسان به ماه در سال 1960 است.در سال 2005 ايده ساخت آسفالتي براي بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمير کنند براي بسياري دور از ذهن به نظر مي‌رسيد. بنابراين صنعت آسفالت-قير به يک تحول نياز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوري نانو را ديده و مزاياي آن را درک نمايند.
در چند ده اخیر بنا به رشد استفاده از مصالح مصنوعی مانند مواد پلیمری و لاستیکی طیف وسیعی از مواد ژئو سینتیک که کاربردهای فراوانی را در مهندسی عمران داراست تولید و به بازار عرضه شده است. بر اساس تعریف ژئو سینتیکها مواد و مصالح پلیمری هستند که به همراه خاک و سنگ به کار رفته و خصوصیات آنها را اصلاح میکنند،به عبارتی خواص و ظرفیت باربری مواد، مصالح و سازه های ژئوتکنیکی را افزایش می دهند.
دکتر ليوينگستون، فيزيکدان برنامه تحقيقات زيربنايي پيشرفته در اداره کل بزرگراه‌هاي فدرال (FHWA)، مي‌گويد: ”آسفالت و سيمان هر دو جزء نانومواد مي‌باشند. تاکنون ما نتوانسته‌ايم بفهميم که در اين سطح چه اتفاقي مي‌افتد، اما اين اثرات بر عملکرد مواد تاثيرمي‌گذارند.“بنا بر گفته ليوينگستون، يک ماده پليمري ساختاري که مي‌تواند به طور خود به خودي ترک‌ها را اصلاح نمايد، قبلاً توليد شده است. اين پيشرفت قابل ملاحظه با استفاده از يک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و يک آغازکننده شيميايي کاتاليستي درون يک بستر اپوکسي ایجاد شده است.يک ترک در حال ايجاد موجب گسستن ميکروکپسول‌هاي موجود شده، در نتيجه عامل اصلاح‌کننده با استفاده از خاصيت مويينگي درون ترک رها ميشود. با تماس عامل اصلاح‌کننده با کاتاليزور موجود، اين عامل شروع به پليمريزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم مي‌چسباند.اين روش مي‌تواند منجر به توليد آسفالتي شود که ترک‌هاي خود را اصلاح مي‌کند. ليوينگستون مي‌گويد: ”هيچ‌کس نمي‌تواند براي رشد اين فناوري زماني را پيش‌بيني کند، اما پيشرفت واقعي در حال انجام است و قابليت‌هاي موجود بسيار هيجان‌آور مي‌باشند.“با اين حال، براي استفاده‌کنندگان فعلي آسفالت، تصور نبود دست‌انداز، يا نبود تأخير به خاطر تعميرات آسفالت، بسيار دور از دسترس بوده و نگراني‌هاي جدي آنها را برطرف نمي‌سازد.محيط زيست عامل اصلي تأثيرگذار در فرايند تصميم‌گيري براي پروژه‌هاي بزرگراه در بسياري از کشورها است. مزاياي يک آسفالت متفاوت براي جاده‌ها از ديدگاه زيست‌محيطي و مصرف انرژي، تنها يک بخش مهم از فرآيند تصميم‌گيري است. ديدگاه‌هاي زيست‌محيطي موجب تسريع پيشرفت‌هاي فني و اجتماعي مي‌شوند. نيازهاي چندگانه حفاظت از محيط زيست شامل: محدود نمودن انتشار گازهاي گلخانه‌اي، مصرف کمتر انرژي، کاهش سر و صداي ترافيک و اطمينان از سلامتي و راحتي در رانندگي، اهدافي هستند که به دليل ايجاد مسئوليت مشترک، مهم‌تر از تمام پيشرفت‌هاي علمي مي‌باشند.يکي از اين اهداف بستن چرخه مواد يا استفاده صد در صدي از مواد قابل بازيافت در ساخت جاده است. صنعت در اين زمينه تجربه زيادي در مورد استفاده از محصولات فرعي در آسفالت به دست آورده است.مثال‌هايي از مواد زايدي که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عبارتند از: تفاله کوره شيشه‌دمي، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله‌هاي شهري، خاکستر موجود در مراکز توليد برق به وسيله زغال، آجر‌هاي خرد شده، پلاستيک حاصل از سيم‌هاي برق قديمي و لاستيک حاصل از تايرهاي کهنه.با اين حال، استفاده موفقيت‌آميز از اين محصولات وابسته به تحقيقات کامل در زمينه منابع و ويژگي‌هاي آنها بوده و معمولاً در سطح پاييني قابل انجام است. در اين حالت امکان بررسي پيوسته عملکرد آسفالت نيز وجود دارد که خود موضوعي مورد بحث است.با اين حال، مطابق گفته‌هاي مارك بلشه، مدير آسفالت لاستيک در پروژه آسفالت‌سازي آرام آريزونا، حمايت عمومي - نه تحقيقات علمي- کليد توسعه صنعت توليد آسفالت با استفاده از محصولات فرعي است.پرژه آريزونا ارزشي معادل 34 ميليون دلار داشته و در همين سال به پايان خواهد رسيد. اين پروژه تقريباً 70 درصد (185 کيلومتر)آزادراه ناحيه فونيكس را دربرگرفته و آسفالت آن قادر خواهد بود تا مدت طولاني صداي ناشي از اصطکاک را در جاده کاهش دهد. آسفالتِ داراي لاستيک تنها درصد بسيار کم و تقريباً بي‌اهميتي از درآمد صنعت ساختماني را به خود اختصاص ميدهد، اما بلشه مي‌گويد که با افزايش رغبت عمومي اين درصد افزايش خواهد يافت.به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقيقات آسفالت لاستيک (JARRG)، که شامل مجموعه‌اي از توليد‌کنندگان تاير و شرکت‌هاي آسفالت‌سازي مي‌باشد، يک اتصال‌دهنده آسفالت بسيار ويسکوز را توسعه داده‌اند که از انبساط و پخش تايرهاي کهنه‌اي که به صورت بسيار ريز ساييده شده‌اند، توليد ميشود. اين اتصال دهنده در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته ميشود.اين ماده مي‌تواند به عنوان يک ماده الاستيک مابين مواد متراکم ديگر عمل نموده و از اين طريق، ارتعاش و صدا را کاهش دهد. بنا بر اعلام JARRG اقبال عمومي به اين محصول بسيار خوب است.بلشه مي‌گويد: ”افرادي که در صنعت آسفالت لاستيک درگير بوده‌اند، همواره سعي کرده‌اند که آن را به دليل ويژگي‌هاي مهندسي بسيار عالي‌اش به فروش برسانند. امّا بيش از هر چيز اين محصول به عنوان کاهش دهنده صدا شناخته شده است و در پشت اين قضيه، استقبال عمومي قرار دارد.“وزارت حمل و نقل آريزونا (ADOT) سه سال پيش يک نوع آسفالت را در بزرگراه سوپر استيشن در ناحيه آريزونا به کار برد. بلشه مي‌گويد كه به محض اتمام آسفالت اين بزرگراه، ADOT و مسئولين محلي سيل عظيمي از تلفن‌ها و ايميل‌ها را دريافت نمودند که از اشتياق مردم نسبت به اين جاده کمصداتر حکايت داشت.البته همه چيز آسفالت لاستيک کامل نيست. اين مخلوط باعث ايجاد بخار و بو در فرآيند آسفالت کردن شده، هنوز در مورد قابل بازيافت بودن آن بحث وجود دارد. اين آسفالت نسبت به آسفالتهاي معمول بسيار گران‌تر بوده و آسفالت‌کاراني که تا به حال با اين ماده چسبناک کار نکرده‌اند، ممکن است در کار کردن با آن، که بايد در يک بازه دمايي معين انجام شود، دچار مشکل باشند.ممکن است نظر بلشه در مورد نظر عمومي درست باشد، اما روي ديگر سکه اين است که خواست استفاده‌کنندگان از جاده کمصداتر و در عين حال داراي اثرات زيست‌محيطي کمتر، افزايش يافته است. اين امر باعث تمرکز بيشتر تحقيقات بر روي مسائل مربوط به حمل و نقل، از جمله مواد مورد استفاده در جاده شده است.افزايش عمومي در ميزان حمل و نقل، بار بيشتر بر روي محور، و فشار بيشتر تاير بر روي جاده، تقاضا براي آسفالتهاي قوي‌تر وبادوام‌تر را افزايش ميدهد. حمل و نقل بيشتر به اين مفهوم نيز مي‌باشد که ايجاد مشکل در حمل و نقل براي تعميرات جاده‌اي مطلوب نيست و اين امر موجب ايجاد تقاضاي بيشتر براي تحقيق و توسعه مؤثر ميگردد.
در ايران بدليل عمر پايين عملكردي آسفالت، و از آنجايي كه تاكنون هيچگونه تحقيقات گسترده و كاربردي بر روي اصلاح كردن قير و همچنين طراحي و ساخت آسفالت ماستيك بعمل نيامده است. جهت توليد قيرهاي پليمري در آزمايشگاه يك دستگاه مخلوط كننده كه داراي شرايط خاص بوده طراحي و براي اصلاح كردن قيرها نيز از پليمر توليد داخل استفاده شد. در آزمایش های انجام شده توسط محققان کشورمان بر روی بر روي قيرهاي اصلاح شده پليمري نشان از بهبود رفتار و خصوصيات قير خالص داده است. پليمرها توانستند حساسيت حرارتي قيرها را كاهش داده و مقاومت در مقابل عريان شدگي را بهبود بخشند و مخلوطهاي آسفاليت ساخته شده با آن را در مقابل بسياري از تغيير شكلها و تنشهاي اعمال شده بر روسازي مقاوم نمايد.مطالعات و تحقيقات انجام شده در اين پژوهش منجر به ساخت دستگاه آزمايش سختي سنج جهت طراحي آسفالت ماستيك گرديد تا بتوان با استفاده از آن تغييرات نوع و مقدار چسبنده، نوع و مقدار فيلر بر روي خصوصيات مكانيكي آسفالت ماستيك مورد بررسي قرار گيرد. نتايج آزمايشهاي انجام شده نشان دادند كه بسياري از خصوصيات مكانيكي اين آسفالت ناشي از توزيع و يكنواختي فيلر در داخل چسبنده و كيفيت ملات ماستيك مي باشد. آزمايشهاي انجام شده در اين تحقيق نشان دادند كه آسفالت ماستيك با چسبنده هاي اصلاح شده داراي مقاومت كششي بسيار بالايي مي باشد. و داراي مقادير بازگشت الاستيك بيشتري نسبت به آسفالت متداول بوده، سفتي آن در دماي بالا زياد مي باشد و قادر به تحمل عبور چرخهاي سنگين بوده و كمتر از آن بتن آسفالت گرم در آن تغيير شكل و گودي چرخ بوجود مي آيد. در دماي پايين نيز به علت شكل پذيري زياد و سفتي كم مخلوط، در مقابل تنشهاي كششي ناشي از سرما مقاوم بوده و مانع ايجاد تركهاي حرارتي در روسازي آسفالتي خواهد شد. آزمايشها نشان دادند كه اين مخلوط در مقابل پديده عريان شدگي بسيار مقاوم مي باشد. نتايج تحقيقات در اين پژوهش نشان دادند كه با استفاده از آسفالت ماستيك اصلاح شده، بسياري از نواقص و خرابيهاي برشمرده در روسازيهاي آسفالتي مرتفع خواهد شد. مي توان از اين مخلوط در مناطق بحراني و خاص روسازي استفاده نمود. به جهت داشتن فضاي خالي نزديك به صرف مخلوط و عدم نياز به غلتك زدن جهت تراكم، بسيار مناسب براي استفاده در تعميرات و وصله روسازيهاي آسفالتي در مناطقي پرترافيك مي باشد."
در این مقاله سعی شده است آشنایی مختصری در مورد آسفالت های پلیمری داده شود. امروزه با گسترش علم مهندسی پلیمر و کاربردهای وسیع آن در زندگی روزمره مواد پلیمری جدیدی در سرتاسر دنیا به وجود می آید که لزوم آشنایی آن برای مهندسان پلیمر احساس می شود. امید است که این مقاله بتواند آشنایی هر چند کم را در اختیار محققان قرار دهد.
کلمات کلیدی:
آسفالت- پلیمر- قیر- روکش آسفالت- جاده- راه سازی
مقدمه :
امروزه با گسترش علم پلیمر راهکارهای جدیدی برای زندگی بهتر ارائه می شود. هر ساله دولت ها هزینه هنگفتی را برای راه سازی و ترمیم آسفالت های ترک خورده و فرسوده می پردازند. با توجه به این که مواد اولیه آسفالت قیر ها و ترکیباتی مشابه هستند که از نفت استخراج می شود با مطالعه بر روی این مواد مشاهده شد که می توان با افزودن مواد پلیمری جلوی ترک خوردن و فرسودگی آسفالت ها را گرفت. مطالعه انجام داده شده توسط محققان نشان داد که استفاده از این روش 50 درصد هزینه ها را کاهش می دهد.
در ادامه با آسفالت های پلیمری بیشتر آشنا می شویم.
برای آشنایی با آسفالت های پلیمری ابتدا با مفهوم آسفالت آشنا می شویم.
" آسفالت اینگونه تعریف شده است: یک ماده سیمانی که رنگ آن از قهوه ای تیره تا مشکی، متغیر است و گسترده ترین اجزای تشکیل دهنده آن قیرها هستند که یا از طبیعت حاصل می شوند و یا در خلال پروسه های در ارتباط با نفت به دست می آیند. آسفالت ها آن طور که به رفتار و خصلت آن ها مربوط می شود شامل هیدروکربن هایی با ورزن مولکولی زیاد هستند که آسفالتن نامیده می شود( پس این تولین نشانه از پلیمری بودن آسفالت است.)"
از طرف دیگر با مفهوم قیر آشنا می شویم. تعریفی که از قیر در مرجع ذکر شده آمده است را می توان به طور خلاصه این طور بیان داشت:
" قیر مجموعه ای از مواد سیمانی با خواص مشابه می باشد که رنگ آن ها مشکی یا تیره است. قیرها ممکن است جامد، شبه جامد و یا به صورت سیالاتی ویسکوز و گرانرو باشند. هر قدر آب و هوای یک منطقه گرمتر و یا میزان آمد و شد بیشتر باشد باید از قیر با درجه نفوذ کمتری استفاده شود."
آسفالت های طبیعی در زمان باستان وجود داشته اند و فعالیت های ساخت و ساز به آسفالت های طبیعی هم وابسته بود.
در سال 1870 يک شيميدان بلژيکي با نام دسمت اولين سنگفرش آسفالت واقعي را، که مخلوطي از ماسه بود، در برابر تالار شهر در نيويورک ايجاد نمود. طراحي دسمدت در بزرگراهي در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداري قرار گرفت. سپس دسمدت خيابان پنسيلوانيا در واشينگتن را آسفالت کرد که سطح اين پرژه 45149 متر مربع بود.يکي از نمايندگان محلي کنگره به دسمدت گفت: ”اين کار هرگز عموميت نخواهد يافت.“با اين حال، بر اساس تقاضاي رو به‌رشد بازار، پيش‌بيني ميشود پس از 137 سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قير معدني به 107 ميليون تن برسد. در اين ميان آسفالت معلق بيشترين رشد را دارد. همچنين به عنوان نشانه‌اي از رشد اين محصولات در آينده، چندي است كه کار بر روي آسفالتي که در موقع خرابي خودش را تعمير کند، آغاز شده است.به کارگيري فناوري نانو در ساخت زيربناهاي مربوط به حمل ونقل، تقريباً معادل با تلاش بشر براي فرستادن انسان به ماه در سال 1960 است.در سال 2005 ايده ساخت آسفالتي براي بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمير کنند براي بسياري دور از ذهن به نظر مي‌رسيد. بنابراين صنعت آسفالت-قير به يک تحول نياز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوري نانو را ديده و مزاياي آن را درک نمايند.
در چند ده اخیر بنا به رشد استفاده از مصالح مصنوعی مانند مواد پلیمری و لاستیکی طیف وسیعی از مواد ژئو سینتیک که کاربردهای فراوانی را در مهندسی عمران داراست تولید و به بازار عرضه شده است. بر اساس تعریف ژئو سینتیکها مواد و مصالح پلیمری هستند که به همراه خاک و سنگ به کار رفته و خصوصیات آنها را اصلاح میکنند،به عبارتی خواص و ظرفیت باربری مواد، مصالح و سازه های ژئوتکنیکی را افزایش می دهند.
دکتر ليوينگستون، فيزيکدان برنامه تحقيقات زيربنايي پيشرفته در اداره کل بزرگراه‌هاي فدرال (FHWA)، مي‌گويد: ”آسفالت و سيمان هر دو جزء نانومواد مي‌باشند. تاکنون ما نتوانسته‌ايم بفهميم که در اين سطح چه اتفاقي مي‌افتد، اما اين اثرات بر عملکرد مواد تاثيرمي‌گذارند.“بنا بر گفته ليوينگستون، يک ماده پليمري ساختاري که مي‌تواند به طور خود به خودي ترک‌ها را اصلاح نمايد، قبلاً توليد شده است. اين پيشرفت قابل ملاحظه با استفاده از يک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و يک آغازکننده شيميايي کاتاليستي درون يک بستر اپوکسي ایجاد شده است.يک ترک در حال ايجاد موجب گسستن ميکروکپسول‌هاي موجود شده، در نتيجه عامل اصلاح‌کننده با استفاده از خاصيت مويينگي درون ترک رها ميشود. با تماس عامل اصلاح‌کننده با کاتاليزور موجود، اين عامل شروع به پليمريزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم مي‌چسباند.اين روش مي‌تواند منجر به توليد آسفالتي شود که ترک‌هاي خود را اصلاح مي‌کند. ليوينگستون مي‌گويد: ”هيچ‌کس نمي‌تواند براي رشد اين فناوري زماني را پيش‌بيني کند، اما پيشرفت واقعي در حال انجام است و قابليت‌هاي موجود بسيار هيجان‌آور مي‌باشند.“با اين حال، براي استفاده‌کنندگان فعلي آسفالت، تصور نبود دست‌انداز، يا نبود تأخير به خاطر تعميرات آسفالت، بسيار دور از دسترس بوده و نگراني‌هاي جدي آنها را برطرف نمي‌سازد.محيط زيست عامل اصلي تأثيرگذار در فرايند تصميم‌گيري براي پروژه‌هاي بزرگراه در بسياري از کشورها است. مزاياي يک آسفالت متفاوت براي جاده‌ها از ديدگاه زيست‌محيطي و مصرف انرژي، تنها يک بخش مهم از فرآيند تصميم‌گيري است. ديدگاه‌هاي زيست‌محيطي موجب تسريع پيشرفت‌هاي فني و اجتماعي مي‌شوند. نيازهاي چندگانه حفاظت از محيط زيست شامل: محدود نمودن انتشار گازهاي گلخانه‌اي، مصرف کمتر انرژي، کاهش سر و صداي ترافيک و اطمينان از سلامتي و راحتي در رانندگي، اهدافي هستند که به دليل ايجاد مسئوليت مشترک، مهم‌تر از تمام پيشرفت‌هاي علمي مي‌باشند.يکي از اين اهداف بستن چرخه مواد يا استفاده صد در صدي از مواد قابل بازيافت در ساخت جاده است. صنعت در اين زمينه تجربه زيادي در مورد استفاده از محصولات فرعي در آسفالت به دست آورده است.مثال‌هايي از مواد زايدي که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عبارتند از: تفاله کوره شيشه‌دمي، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله‌هاي شهري، خاکستر موجود در مراکز توليد برق به وسيله زغال، آجر‌هاي خرد شده، پلاستيک حاصل از سيم‌هاي برق قديمي و لاستيک حاصل از تايرهاي کهنه.با اين حال، استفاده موفقيت‌آميز از اين محصولات وابسته به تحقيقات کامل در زمينه منابع و ويژگي‌هاي آنها بوده و معمولاً در سطح پاييني قابل انجام است. در اين حالت امکان بررسي پيوسته عملکرد آسفالت نيز وجود دارد که خود موضوعي مورد بحث است.با اين حال، مطابق گفته‌هاي مارك بلشه، مدير آسفالت لاستيک در پروژه آسفالت‌سازي آرام آريزونا، حمايت عمومي - نه تحقيقات علمي- کليد توسعه صنعت توليد آسفالت با استفاده از محصولات فرعي است.پرژه آريزونا ارزشي معادل 34 ميليون دلار داشته و در همين سال به پايان خواهد رسيد. اين پروژه تقريباً 70 درصد (185 کيلومتر)آزادراه ناحيه فونيكس را دربرگرفته و آسفالت آن قادر خواهد بود تا مدت طولاني صداي ناشي از اصطکاک را در جاده کاهش دهد. آسفالتِ داراي لاستيک تنها درصد بسيار کم و تقريباً بي‌اهميتي از درآمد صنعت ساختماني را به خود اختصاص ميدهد، اما بلشه مي‌گويد که با افزايش رغبت عمومي اين درصد افزايش خواهد يافت.به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقيقات آسفالت لاستيک (JARRG)، که شامل مجموعه‌اي از توليد‌کنندگان تاير و شرکت‌هاي آسفالت‌سازي مي‌باشد، يک اتصال‌دهنده آسفالت بسيار ويسکوز را توسعه داده‌اند که از انبساط و پخش تايرهاي کهنه‌اي که به صورت بسيار ريز ساييده شده‌اند، توليد ميشود. اين اتصال دهنده در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته ميشود.اين ماده مي‌تواند به عنوان يک ماده الاستيک مابين مواد متراکم ديگر عمل نموده و از اين طريق، ارتعاش و صدا را کاهش دهد. بنا بر اعلام JARRG اقبال عمومي به اين محصول بسيار خوب است.بلشه مي‌گويد: ”افرادي که در صنعت آسفالت لاستيک درگير بوده‌اند، همواره سعي کرده‌اند که آن را به دليل ويژگي‌هاي مهندسي بسيار عالي‌اش به فروش برسانند. امّا بيش از هر چيز اين محصول به عنوان کاهش دهنده صدا شناخته شده است و در پشت اين قضيه، استقبال عمومي قرار دارد.“وزارت حمل و نقل آريزونا (ADOT) سه سال پيش يک نوع آسفالت را در بزرگراه سوپر استيشن در ناحيه آريزونا به کار برد. بلشه مي‌گويد كه به محض اتمام آسفالت اين بزرگراه، ADOT و مسئولين محلي سيل عظيمي از تلفن‌ها و ايميل‌ها را دريافت نمودند که از اشتياق مردم نسبت به اين جاده کمصداتر حکايت داشت.البته همه چيز آسفالت لاستيک کامل نيست. اين مخلوط باعث ايجاد بخار و بو در فرآيند آسفالت کردن شده، هنوز در مورد قابل بازيافت بودن آن بحث وجود دارد. اين آسفالت نسبت به آسفالتهاي معمول بسيار گران‌تر بوده و آسفالت‌کاراني که تا به حال با اين ماده چسبناک کار نکرده‌اند، ممکن است در کار کردن با آن، که بايد در يک بازه دمايي معين انجام شود، دچار مشکل باشند.ممکن است نظر بلشه در مورد نظر عمومي درست باشد، اما روي ديگر سکه اين است که خواست استفاده‌کنندگان از جاده کمصداتر و در عين حال داراي اثرات زيست‌محيطي کمتر، افزايش يافته است. اين امر باعث تمرکز بيشتر تحقيقات بر روي مسائل مربوط به حمل و نقل، از جمله مواد مورد استفاده در جاده شده است.افزايش عمومي در ميزان حمل و نقل، بار بيشتر بر روي محور، و فشار بيشتر تاير بر روي جاده، تقاضا براي آسفالتهاي قوي‌تر وبادوام‌تر را افزايش ميدهد. حمل و نقل بيشتر به اين مفهوم نيز مي‌باشد که ايجاد مشکل در حمل و نقل براي تعميرات جاده‌اي مطلوب نيست و اين امر موجب ايجاد تقاضاي بيشتر براي تحقيق و توسعه مؤثر ميگردد.
در ايران بدليل عمر پايين عملكردي آسفالت، و از آنجايي كه تاكنون هيچگونه تحقيقات گسترده و كاربردي بر روي اصلاح كردن قير و همچنين طراحي و ساخت آسفالت ماستيك بعمل نيامده است. جهت توليد قيرهاي پليمري در آزمايشگاه يك دستگاه مخلوط كننده كه داراي شرايط خاص بوده طراحي و براي اصلاح كردن قيرها نيز از پليمر توليد داخل استفاده شد. در آزمایش های انجام شده توسط محققان کشورمان بر روی بر روي قيرهاي اصلاح شده پليمري نشان از بهبود رفتار و خصوصيات قير خالص داده است. پليمرها توانستند حساسيت حرارتي قيرها را كاهش داده و مقاومت در مقابل عريان شدگي را بهبود بخشند و مخلوطهاي آسفاليت ساخته شده با آن را در مقابل بسياري از تغيير شكلها و تنشهاي اعمال شده بر روسازي مقاوم نمايد.مطالعات و تحقيقات انجام شده در اين پژوهش منجر به ساخت دستگاه آزمايش سختي سنج جهت طراحي آسفالت ماستيك گرديد تا بتوان با استفاده از آن تغييرات نوع و مقدار چسبنده، نوع و مقدار فيلر بر روي خصوصيات مكانيكي آسفالت ماستيك مورد بررسي قرار گيرد. نتايج آزمايشهاي انجام شده نشان دادند كه بسياري از خصوصيات مكانيكي اين آسفالت ناشي از توزيع و يكنواختي فيلر در داخل چسبنده و كيفيت ملات ماستيك مي باشد. آزمايشهاي انجام شده در اين تحقيق نشان دادند كه آسفالت ماستيك با چسبنده هاي اصلاح شده داراي مقاومت كششي بسيار بالايي مي باشد. و داراي مقادير بازگشت الاستيك بيشتري نسبت به آسفالت متداول بوده، سفتي آن در دماي بالا زياد مي باشد و قادر به تحمل عبور چرخهاي سنگين بوده و كمتر از آن بتن آسفالت گرم در آن تغيير شكل و گودي چرخ بوجود مي آيد. در دماي پايين نيز به علت شكل پذيري زياد و سفتي كم مخلوط، در مقابل تنشهاي كششي ناشي از سرما مقاوم بوده و مانع ايجاد تركهاي حرارتي در روسازي آسفالتي خواهد شد. آزمايشها نشان دادند كه اين مخلوط در مقابل پديده عريان شدگي بسيار مقاوم مي باشد. نتايج تحقيقات در اين پژوهش نشان دادند كه با استفاده از آسفالت ماستيك اصلاح شده، بسياري از نواقص و خرابيهاي برشمرده در روسازيهاي آسفالتي مرتفع خواهد شد. مي توان از اين مخلوط در مناطق بحراني و خاص روسازي استفاده نمود. به جهت داشتن فضاي خالي نزديك به صرف مخلوط و عدم نياز به غلتك زدن جهت تراكم، بسيار مناسب براي استفاده در تعميرات و وصله روسازيهاي آسفالتي در مناطقي پرترافيك مي باشد."
در نتیجه می توان گفت که استفاده و اجراي صحيح آسفالت سرد پليمري، هزينه هاي گزاف و كلان نگهداري و ترميم جاده ها و خيابان ها را تا 50 درصد كاهش مي دهد. آسفالت سرد به دليل پايداري بي نظير و مقاومت در برابر دماي بالا و برودت زياد، عدم ايجاد تركهاي طولي و عرضي، عدم نياز به درزگيري و با توجه به اجراي روش سرد اين آسفالت كه از ايجاد چاله در سطح خيابان ها جلوگيري مي كند، داراي عمري طولاني تر نسبت به آسفات گرم است. استفاده از آسفالت پليمري علاوه بر چند برابر شدن عمر روكش آسفالت خيابان ها و جاده ها، مشكل روكش آسفالت پل هاي فلزي را نيز برطرف خواهد كرد. مقاومت بالاي اين نوع آسفالت در درجه حرارت 90 درجه بالاي صفر مانع از جمع شدگي و عريان زدگي آن مي شود و با دارابودن اصطكاك بالا در هواي باراني، لغزندگي ايجاد نمي كند و از اين نظر نيز امنيت بالايي را براي خودروها فراهم مي كند.
حال سوالی که مطرح است این می باشد که آيا آسفالت هاي پليمري خطرات زيست محيطي دارد؟
در جواب می توان گفت: : با توجه به اينكه اين نوع آسفالت ها به حرارات و پروسه دما، سوخت و بخارات ناشي از آن كه يكي از عوامل تخريب كننده محيط زيست است نياز ندارند، بنابراين با كاهش آلودگي هاي ناشي از اين موارد و نبود حلال هاي هيدروكربني آليفاتيك كه در توليد آسفالت سرد بر پايه قير MC2 توليد مي شود منجر به سالم سازي محيط ميگردد. استفاده از ضايعات غير قابل مصرف آسفالت سرد به عنوان يكي از مونومرهاي پليمر در حدود 30 درصد موجب پاكسازي محيط مي شود.
به طور خلاصه می توان خصوصیات آسفالت سرد پلیمری را این طور بیان داشت که از مهمترين خصوصيت اين آسفالت كه براي هم پيمانكار وهم كار فرما مهم است آغاز ميكنم.
با توجه به هزينه بالا وگزافي كه صرف نگهداري وترميم جاده ها وخيابان ها صورت ميپذيرداين آسفالت حدود 50 درصد هزينه ها را كاهش ميدهد .
اين آسفالت سرد داراي پايداري بي نظير و مقاومت در برابر دماي بالا و برودت زياد وهمچنين عدم ايجاد تركهاي طولي و عرضي، عدم نياز به درزگيري و با توجه به اجراي روش سرد اين آسفالت كه از ايجاد چاله در سطح خيابان ها جلوگيري مي كند، داراي عمري طولاني تر نسبت به آسفات گرم است.
استفاده از آسفالت پليمري علاوه بر چند برابر شدن عمر روكش آسفالت خيابان ها و جاده ها، مشكل روكش آسفالت پل هاي فلزي را نيز برطرف خواهد كرد، اظهار داشت: مقاومت بالاي اين نوع آسفالت در درجه حرارت 90 درجه بالاي صفر مانع از جمع شدگي و عريان زدگي آن مي شود و با دارابودن اصطكاك بالا در هواي باراني، لغزندگي ايجاد نمي كند و از اين نظر نيز امنيت بالايي را براي خودروها فراهم مي كند.
با توجه به اينكه اين نوع آسفالت ها به حرارات و پروسه دما، سوخت و بخارات ناشي از آن كه يكي از عوامل تخريب كننده محيط زيست است نياز ندارند، بنابراين با كاهش آلودگي هاي ناشي از اين موارد و نبود حلال هاي هيدروكربني آليفاتيك كه در توليد آسفالت سرد بر پايه قير MC2 توليد مي شود منجر به سالم سازي محيط مي گردد.
استفاده از ضايعات غير قابل مصرف آسفالت سرد به عنوان يكي از مونومرهاي پليمر در حدود 30 درصد موجب پاكسازي محيط مي شود.
ضخامت آسفالت پليمري حدود 1/5 سانتي متر است و به علت عمر مصرف بيشتري که نسبت به آسفالت گرم دارد براي استفاده در سطح شهر به صرفه است.
آسفالت سرد پليمري مشكي مخلوط پليمري فوق پيشرفته مي باشد كه تا كنون در خاورميانه توليد نشده است و آسفالت پليمري رنگي راه بسپار به دليل تك جزئي بودن و پايداري زماني بيشتر فام، در جهان نظير ندارد.
عمده محصولات توليدي با عنوان آسفالت رنگي در جهان، به طور عام دو جزئي و بر پايه رزينهاي اپوكسي يا پلي اورتان در حجم بسيار اندك (به دليل كوتاهي زمان ژل تايم) و به قيمتهاي گزاف توليد و عرضه مي شود.
هم اكنون فقط چند شركت معدود داخلي نسبت به توليد آسفالت سرد بر پايه قير محلول در حلال هاي هيدروكربني كه تاثيرات مخرب زيست محيطي دارد فعاليت مي كنند و راه بسپار تنها توليد كننده آسفالت سرد پليمري مشكي تك جزئي در خاورميانه است
استقبال از اين محصول در سطح كشور و سازمان هاي ذيربط تقريبا بي نظير بوده است و بيشتر ادارات مرتبط با راه و آسفالت از اين طرح ولو با حداقل امكانات موجود خود استقبال كرده اند.
و در آخر مشخصات کلی آسفالت سرد رنگی را به عنوان یک نوع از آسفالت های پلیمری را به صورت اجمالی بررسی می کنیم.
آشنایی با آسفالت سرد رنگی :
شناسايي پليمر:
حال سوالی که مطرح است این می باشد که آيا آسفالت هاي پليمري خطرات زيست محيطي دارد؟
در جواب می توان گفت: : با توجه به اينكه اين نوع آسفالت ها به حرارات و پروسه دما، سوخت و بخارات ناشي از آن كه يكي از عوامل تخريب كننده محيط زيست است نياز ندارند، بنابراين با كاهش آلودگي هاي ناشي از اين موارد و نبود حلال هاي هيدروكربني آليفاتيك كه در توليد آسفالت سرد بر پايه قير MC2 توليد مي شود منجر به سالم سازي محيط ميگردد. استفاده از ضايعات غير قابل مصرف آسفالت سرد به عنوان يكي از مونومرهاي پليمر در حدود 30 درصد موجب پاكسازي محيط مي شود.
به طور خلاصه می توان خصوصیات آسفالت سرد پلیمری را این طور بیان داشت که از مهمترين خصوصيت اين آسفالت كه براي هم پيمانكار وهم كار فرما مهم است آغاز ميكنم.
با توجه به هزينه بالا وگزافي كه صرف نگهداري وترميم جاده ها وخيابان ها صورت ميپذيرداين آسفالت حدود 50 درصد هزينه ها را كاهش ميدهد .
اين آسفالت سرد داراي پايداري بي نظير و مقاومت در برابر دماي بالا و برودت زياد وهمچنين عدم ايجاد تركهاي طولي و عرضي، عدم نياز به درزگيري و با توجه به اجراي روش سرد اين آسفالت كه از ايجاد چاله در سطح خيابان ها جلوگيري مي كند، داراي عمري طولاني تر نسبت به آسفات گرم است.
استفاده از آسفالت پليمري علاوه بر چند برابر شدن عمر روكش آسفالت خيابان ها و جاده ها، مشكل روكش آسفالت پل هاي فلزي را نيز برطرف خواهد كرد، اظهار داشت: مقاومت بالاي اين نوع آسفالت در درجه حرارت 90 درجه بالاي صفر مانع از جمع شدگي و عريان زدگي آن مي شود و با دارابودن اصطكاك بالا در هواي باراني، لغزندگي ايجاد نمي كند و از اين نظر نيز امنيت بالايي را براي خودروها فراهم مي كند.
با توجه به اينكه اين نوع آسفالت ها به حرارات و پروسه دما، سوخت و بخارات ناشي از آن كه يكي از عوامل تخريب كننده محيط زيست است نياز ندارند، بنابراين با كاهش آلودگي هاي ناشي از اين موارد و نبود حلال هاي هيدروكربني آليفاتيك كه در توليد آسفالت سرد بر پايه قير MC2 توليد مي شود منجر به سالم سازي محيط مي گردد.
استفاده از ضايعات غير قابل مصرف آسفالت سرد به عنوان يكي از مونومرهاي پليمر در حدود 30 درصد موجب پاكسازي محيط مي شود.
ضخامت آسفالت پليمري حدود 1/5 سانتي متر است و به علت عمر مصرف بيشتري که نسبت به آسفالت گرم دارد براي استفاده در سطح شهر به صرفه است.
آسفالت سرد پليمري مشكي مخلوط پليمري فوق پيشرفته مي باشد كه تا كنون در خاورميانه توليد نشده است و آسفالت پليمري رنگي راه بسپار به دليل تك جزئي بودن و پايداري زماني بيشتر فام، در جهان نظير ندارد.
عمده محصولات توليدي با عنوان آسفالت رنگي در جهان، به طور عام دو جزئي و بر پايه رزينهاي اپوكسي يا پلي اورتان در حجم بسيار اندك (به دليل كوتاهي زمان ژل تايم) و به قيمتهاي گزاف توليد و عرضه مي شود.
هم اكنون فقط چند شركت معدود داخلي نسبت به توليد آسفالت سرد بر پايه قير محلول در حلال هاي هيدروكربني كه تاثيرات مخرب زيست محيطي دارد فعاليت مي كنند و راه بسپار تنها توليد كننده آسفالت سرد پليمري مشكي تك جزئي در خاورميانه است
استقبال از اين محصول در سطح كشور و سازمان هاي ذيربط تقريبا بي نظير بوده است و بيشتر ادارات مرتبط با راه و آسفالت از اين طرح ولو با حداقل امكانات موجود خود استقبال كرده اند.
و در آخر مشخصات کلی آسفالت سرد رنگی را به عنوان یک نوع از آسفالت های پلیمری را به صورت اجمالی بررسی می کنیم.
آشنایی با آسفالت سرد رنگی :
شناسايي پليمر:
پليمر اوليه اين محصول حاصل اصلاح رزينهاي سينتتيك و ايجاد پيوند شيميايي و اصلاح هم و واچسبي با توانايي بالاي پليمراسيون نهايي در اتصال سنگدانه و مصالح بتون آسفالتي و همچنين قابليت گيرش اوليه و نهايي بسيار بالا در شرايط آب و هوايي سرد از صفر درجه سانتيگراد به بالا مي باشد.
نوع پليمر:
نوع پليمر:
تشكيل پيوندهاي شيميايي و پليمريزاسيون نهايي با خروج حلال موجود در پليمر اتفاق مي افتد . بنابراين پليمر تك جزيي و هوا خشك بوده و هرچه جريان هوا شديدتر باشد سرعت گيرش پليمر سريعتر خواهد بود .زمان گيرايش پليمر:بر پايه ازمايشات انجام گرفته سرعت گيرش اوليه حدكثر 30و سرعت گيرش ثانويه حداكثر 60 دقيقه براي آسفالت پليمري ويژه مرمت چاله ها و بسته به ضخامت اجرا در خصوص آسفالتهاي رنگي و مشكي از 5 تا 16 ساعت خواهد بود.زمان:زمان پليمراسيون نهايي بسته به دماي محيط براي كليه محصولات از 1 تا 24 ساعت متغير خواهد بود .مكمل هاي اجرايي:از همان دقايق اوليه اجراي آسفالت پليمري سرد ويژه مرمت چاله جاده ها و خيابانها با پاشش مقداري پودر سنگ تردد وسائط نقليه مجاز بوده و اين تردد كمك اساسي به كمپاكت محل اجرا مينمايد . بنابراين اساسا ممنوعيت تردد خودرو برروي سطوح اجرا شده محلي از اعراب ندارد.
مزاياي آسفالت:در اجراي اين پليمر نياز به اجراي لايه پرايمربر پايه محلول mc2 يا قير داغ وجود ندارد و ديگر چسبي بي نظير كه توانايي چسبندگي به تمام سطوح به غير سطوح داراي خاك و رطوبت را دارد .بنابراين سطح مورد اجرا بايستي از هرگونه گردو رطوبت پاك گشته باشد.
نحوه اجرا :
مزاياي آسفالت:در اجراي اين پليمر نياز به اجراي لايه پرايمربر پايه محلول mc2 يا قير داغ وجود ندارد و ديگر چسبي بي نظير كه توانايي چسبندگي به تمام سطوح به غير سطوح داراي خاك و رطوبت را دارد .بنابراين سطح مورد اجرا بايستي از هرگونه گردو رطوبت پاك گشته باشد.
نحوه اجرا :
در اجراي پليمربتون آسفالتي رعايت موارد اجرا همچون غلتك كردن سطح براي ايجاد فشار لازم براي اتصال سنگدانه ها انجام پذيرد . نيازي به مرطوب كردن سطح غلتك با هيدروكربنهاي اشباع شده وجود ندارد.نوع بسته بندي :اين محصول در بسته بنديهاي 50 كيلو گرمي در كيسه هاي 2جداره با رويه لمينت و گيره مناسب براي جلوگيري از تبادل هوا توليد وعرضه ميگردد.بنابراين لزوم رعايت اجراي سريع پس از گشودن درب كيسه ها ضروري است .
ماندگاري :پليمر در صورت عدم تماس با نور و هوا داراي قابليت انبار داري تا 2 ماه را خواهد داشت . بنابراين چنانچه به هر دليل ممكن كيسه ها پاره گرديد بايستي سريعا نسبت به اجراي آن اقدام نمود.
عمده محصولات تولیدی با عنوان آسفالت رنگی در جهان به طور عام دو جزیی و بر پایه ی رزین های اپوکسی یا پلی اورتان در حجم بسیار اندک ( به دلیل کوتاهی زمان ژل تایم) و به قیمت های گزاف تولید و عرضه می شود.
نتیجه گیری:
با توجه به هزینه های بالا و گزافی که صرف نگهداری و ترمیم جاده ها و خیابان ها صورت می پذیرد این نوع آسفالت( آسفالت های پلیمری) به دلیل کارایی و طول عمر حدود 50 درصد هزینه ها را کاهش می دهد.
با توجه به پتانسیل های خوبی که هم در نیروهای فعال و مواد اولیه کشورمان دارد لزوم انجام یک برنامه ریزی برای بهبود راه های جاده ای کشور احساس می شود.
ماندگاري :پليمر در صورت عدم تماس با نور و هوا داراي قابليت انبار داري تا 2 ماه را خواهد داشت . بنابراين چنانچه به هر دليل ممكن كيسه ها پاره گرديد بايستي سريعا نسبت به اجراي آن اقدام نمود.
عمده محصولات تولیدی با عنوان آسفالت رنگی در جهان به طور عام دو جزیی و بر پایه ی رزین های اپوکسی یا پلی اورتان در حجم بسیار اندک ( به دلیل کوتاهی زمان ژل تایم) و به قیمت های گزاف تولید و عرضه می شود.
نتیجه گیری:
با توجه به هزینه های بالا و گزافی که صرف نگهداری و ترمیم جاده ها و خیابان ها صورت می پذیرد این نوع آسفالت( آسفالت های پلیمری) به دلیل کارایی و طول عمر حدود 50 درصد هزینه ها را کاهش می دهد.
با توجه به پتانسیل های خوبی که هم در نیروهای فعال و مواد اولیه کشورمان دارد لزوم انجام یک برنامه ریزی برای بهبود راه های جاده ای کشور احساس می شود.
منابع:
1) خواص و کاربرد پلیمرهای طبیعی، دکتر نورالدین گودرزیان، نشر مهکامه، چاپ اول، پاییز 1385
2) سایت اینترنتی: http://database.irandoc.ac.ir/
3) سایت اینترنتی:http://www.cutlerrepaving.com/
محصول نهایی می تواند آمورف و یا نیمه کریستال باشد.که در شکل های زیر نشان داده شده است.که هر محصول در صنعت خاصی کاربرد خواهد داشت.رنگ محصول باتوجه به نوع کاربرد متفاوت است
انواع گرید PET
