مقاله بررسی انواع بهبود دهنده های پلیمری در صنعت آسفالت

بخشی از مقاله

بررسي انواع بهبود دهنده هاي پليمري در صنعت آسفالت

چکيده
در اين مقاله با توجه به نيازهاي ديده شده براي بهبود کيفيت آسفالت به مروري بر بهبود دهنده ها مورد استفاده پليمري در آسفالت پرداخته که شامل بررسي بهبود دهنده هاي پليمري آسفالت و نتايج افزودن آن به آسفالت مي باشد .در اين بازنگري به بررسي افزودني هايي شامل لاستيک هاي طبيعي ، لاستيک هاي مصنوعي، کوپليمرهاي قطعه اي ، پلاستيک ها و آلياژهاي پليمري (براي بدست آوردن خواص ترکيبي)پرداخته و مزاياي استفاده از آنها به صورت مقايسه اي تحليل شده است .

کلمات کليدي:
بهبود دهنده پليمري ،آسفالت ،آسفالت پليمري ، ،آسفالت بهبود يافته

١- مقدمه
آسفالت ماده سيماني به رنگ قهوه اي تيره تا مشکي ميباشد و گسترده ترين جزء آن قيرها هستند که يا از طبيعت بدست ميآيند و يا به وسيله نفت توليد ميشوند.آسفالتها شامل هيدروکربن هايي با وزن مولکولي زياد هستند که آسفالتن ناميده ميشود و اين اولين نشانه اي ميباشد که ميتوان آسفالت را پليمري دانست .
در سال ١٨٧٠ يک شيميدان بلژيکي به نام دسمت اولين سنگ فرش آسفالت واقعي را که مخلوطي از ماسه بود در برابر تالار شهر نيويورک ايجاد نمود. در سال ١٨٥٢ در بزرگراهي در فرانسه طرحي اجرا شده بود که دسمت از آن الگوبرداري کرده بود.آسفالت روز به روز پيشرفت کرد و کارهاي زيادي در کشورهاي مختلف روي آسفالت انجام گرفت به طوري که در سال ٢٠٠٥ ايده ساخت آسفالتي داده شده که بتواند خودش را تعمير کند.اين پيشرفت با استفاده از يک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و يک آغازکننده شيميايي درون بستري از جنس اپوکسي انجام شد. ترک ايجاد شده موجب گستن ميکروکپسول هاي موجود شده و عامل اصلاح کننده رها ميشود و با کاتاليزر موجود شروع به پليمريزه شدن مي کند و دو طرف ترک را به هم مي چسباند.
دليل استفاده از آسفالت براي پوشش سطوح جاده ها را مي توان
در چند مورد به طور خلاصه بيان کرد:
١- ارزاني نسبت به مواد ديگر با همين مزايا ٢- پايداري در برابر شرايط جوي ٣- خاصيت ارتجاعي ٤- فراواني و در دسترس بودن ٤- قابل اصلاح بودن توسط مواد ديگر
کاستيها استفاده از آسفالت که شامل ترک خوردن ، جمع شدن يا شکسته شدن بر اثر گرما و سرما، سروصدا ناشي از حرکت وسايل ، اصطکاک بهينه و... ميباشد باعث اصلاح خواص شد.
يکي از راه هاي اصلاح که پرکاربردترين آن هم ميباشد ترکيب ماده مورد استفاده با ماده سازگار ديگري براي بهبود خواص خاصي است .در مورد آسفالتها بعد از تحقيقات بهترين مواد، مواد پليمري شناخته شدند ،چرا که آسفالت ها نيز پايه پليمري دارند.
براي اصلاح آسفالت معمولا از استايرن – بوتادي – استايرن (SBS) و پليمرهاي مشابه مانند لاستيک (SBR) استايرن – بوتادين – رابر، اتيلن ونيل استات (EVA) و پلي اتيلن (PE) و ...
استفاده مي شود که با درصد وزني ٢ تا ٥ درصد با قير مخلوط مي شود.در اين مقاله اين کاربرد پليمر در آسفالت بازنگري شده است .

٢- انواع بهبود دهنده هاي پليمري
٣- بازنگري و طبقه بندي
براساس خواص کرنشي در دماي پايين ، پليمرهاي بهبوددهنده به طور کلي به دو دسته اصلي تقسيم مي شوند: الاستومرها و پلاستومرها.

پليمرهاي الاستومري مي توانند تا ١٠ برابر اندازه خود کشيده شوند بدون اينکه شکسته شوند ولي با برداشتن نيرو سريعا به شکل اوليه برميگردند[١٦] مواد پليمري الاستومري که براي تقويت آسفالت به کار ميروند شامل لاستيک هاي مصنوعي و طبيعي هستند.
پليمرهاي الاستومري حدود ٧٥% تمام پليمرهاي بهبوددهنده آسفالت را تشکيل مي دهند. بر خلاف الاستومرها، پليمرهاي پلاستومر مقاومت بالايي در برابر تغيير شکل نشان مي دهند اما شکننده بوده و در صورت تغيير شکل ، بازگشت پذير نمي باشد.
پليمرهاي پلاستومري که براي تقويت و بهبود خواص آسفالت به کار مي روند شامل LDPE و EVA مي باشد. پليمرهاي پلاستومري حدود ١٥% تمام پليمرهاي بهبوددهنده آسفالت را تشکيل ميدهند.
بهبوددهنده هاي پليمري الاستومر و پلاستومر به عنوان ترموست يا ترموپلاستيک دسته بندي مي شوند بسته به وابستگي دمايي و ساختار تخريب و تشکيل آنها اين دسته بندي صورت مي گيرد.[٣و٧و٨و١٤و١٦و٢٠]

٣-١- لاستيک طبيعي و لاتکس :
لاتکس لاستيک طبيعي (NRL) يک الاستومر پليمري هيدروکربني است که از مونومرهاي ايزوپرن تشکيل شده و به شکل شيره طبيعي توسط بسياري از گونه هاي گياهي توليد ميشود.اين شيره داراي ساختار کلوئيدي پايه آلي است .لاستيک طبيعي (NR) از NRL به وسيله انعقاد شدن براي تشکيل يک ماده جامد تهيه مي شود.اولين روش تجاري که براي امولسيون سازي آسفالت و NRL انجام شد سامانه رالومک (Ralumac) بود. فرآيند رالومک شامل مخلوط کردن NRL آنيوني با عامل فعال سطح کاتيوني و امولسيوني کردن مايع حاصله با آسفالت بوسيله خوراک کلوئيدي است . اين نحوه تقويت NRL معمولا يک فرآيند دو مرحله اي بوسيله سامانه امولسيون خوراک پيوسته براي رسيدن به نتيجه دلخواه ميباشد. اگر چه وقتي NRL سازگار استفاده ميشود مي توان فرآيند را به يک فرآيند تک مرحله اي تبديل کرد و لاتکس را به صورت قبل يا بعد امولسيوني اضافه کرد همانطور که در شکل ميبينيد.[٧و١٥]
در سال ١٩٦٠امولسيون کاتيوني قير جايگزين سيستم آنيوني واختلاط گرم براي پوشش هاي سطح شد.امولسيون کاتيوني قير تقويت نشده براي جاده ها با حجم ترافيک کم مناسب بود ولي شبکه رو به رشد راهها نيازمند يک محصول قويتر بود که اين امر منجر به تحقيق و معرفي اولين سيستم امولسيون کاتيوني قير تفويت شده به وسيله پليمر به نام رالومک شد.اين سازوکار شامل دو مرحله است مرحله اول ساخت NRL سازگار با امولسيون کاتيوني و مرحله دوم اختلاط NRL با اسيد امولسيون کننده در فاز آبي(شکل ٢) و سپس تزريق آن به امولسيون کاتيوني قير مي باشد.اين فرآيند براي امولسيون قير پيوسته مناسب نيست ولي معرفي NRLاختصاصي و لاتکس مصنوعي مناسب ، براي اضافه شدن به صورت مستقيم (شکل ٣)به امولسيون کاتيوني قير به طور چشم گيري داراي رشد مصرف بوده است .(جلسه سالانه عمومي سال ٢٠٠٥(AMAP))

امولسيون کاتيوني بدست آمده ، جذب سطح آنيوني توده لاتکس و مواد پرکننده مي شود و باعث خيس شوندگي بهتر روغن و چسبندگي بهتر آسفالت منعقد شده به دانه هاي معدني هنگام پخت ميشود (شکل ٢)[١٧] اين فرآيند شکست براي دستيابي اطمينان به چسبندگي و مقاومت الزامي است . اجزاي پليمر که به طور درست فرموله و امولسيون پايداري داشته باشد درون سيمان قيردار بخوبي پخش شده تا يک لايه فوم مانند الاستيک در حين پخت تشکيل دهد. (شکل ٣) تقويت آسفالت بوسيله NRL شامل فوايد کاربردي مانند افزايش پايدار حرارتي، مقاومت بالاتر به تغيير شکل در برابر بار و کاهش ترک هاي حرارتي مي باشد.
آسفالت لاستيکي شده حاصله ، همچون يک غشاء الاستيکي عمل کرده و ذرات رسوب باقيمانده ،آسفالت را کنار هم نگه داشته و از طرفي رشد ترک را کاهش داده و نگهداري سنگ را افزايش مي دهد (شکل ٣) گيرانداختن ترک نيز وابسته به کاهش رشد ترک است . در دماهاي بالاتر، شبکه NRL باعث افزايش مقاومت در برابر تغيير شکل در زير سازي مي شود.
آسفالت نازک سطحي (Micro surfacing) ، دوغاب آبندي
(Slurry seals) ، چيپ سيل (Chip seal) ، تک کوت ( Tack coats) همگي از موارد استفاده بهبود دهنده NRL است شکل ٣ توزيع شبکه لاتکس را درون اتصال دهنده هاي آسفالت که در يک چيپ سيل استفاده شده است رانشان مي دهد.

٣-٢- لاستيک مصنوعي:
لاستيک طبيعي يک الاستومرگرماسخت شونده است .که شامل ماتريسي از ذرات پليمر پخش شده درون آب مي باشد. بطور معمول از کائوچوي استايرن بوتادي ان را بر که يک کوپليمر اتفاقي است ، پلي کلروپرن (نئوپرن )وپلي بوتادي ان بعنوان لاتکس مصنوعي استفاده ميشود.
لابر و واستون (٢٠٠٥) اشاره کردند که استفاده و مخلوط کردن لاتکس SBR به راحتي انجام پذير بوده و با روش هاي مختلف پيش و پس تقويت کنندگي قابل اجرا است . فوايد استفاده از آن شامل افزايش نگهداري سنگ ، افزايش مقاومت لغزيدن ، افزايش کاربرد در دماي پايين است .[٨]
تاکامورا مشخص کرد مخلوط آسفالت نازک سطحي بهبود يافته بالاتکس SBR نتايج بهتري را نسبت به SBS،EVA و يا نئوپرن در آسفالت يکسان در تغيير شکل هاي مسيرچرخ (Whell Deformation track) و کاهش ساييدگي مرطوب ( WetAbrasion loss) به خاطر نگهداري سنگ بهتر و کاهش خواص جريان از خود نشان مي دهد.[١٨]