بخشی از مقاله
بررسی و ارزیابی روش های اجرایی مربوط به بازیافت آسفالت گرم
چکیده
امروزه فناوری بازیافت در اکثر شاخه های علوم از جمله روسازی استفاده می شود ، افزایش هزینه های ساخت و نگهداری راه ، مشکلات تهیه مواد اولیه مرغوب ، کمبود منابع مالی و نیاز برای ترمیم و نگهداری راه ها باعث شده است که بازیافت آسفالت به طور جدی در دستور کار سازمان های زیربط قرار گیرد. برای توصیف روش های گوناگون بازیافت آسفالت، چهار روش توسط انجمن مشارکت مدیران بازیافت و بهسازی آسفالت معرفی گردیده است: بازیافت گرم - بازیافت گرم درجا - بازیافت سرد درجا - بازیافت عمیق در این مقاله به بررسی روشها و تجهیزات بازیافت آسفالت گرم می پردازیم که این روش خود به دو صورت بازیافت گرم درجا و بازیافت گرم کارخانه ای می باشد،البته بازیافت گرم درجا نسبت به بازیافت گرم کارخانه ای بیشتر مورد استفاده قرارگرفته و مزیتهای بیشتری دارد،از جمله مهمترین مزیت این روش اتصال حرارتیfusion بین ضخامت لایه های روسازی و درزهای طولی می باشد که باعث جلوگیری از خرابی هایی مانند ترک برداشتن طولی و عرضی تحت اثر نیروهای افقی می شود.
کلمات کلیدی: بازیافت، بازیافت گرم ، بازیافت سرد ، روشهای بازیافت گرم ، تجهیزات بازیافت گرم
1
- 1 مقدمه
امروزه بیش از 20 میلیون کیلومتر از راههای برون شهری و معابر شهری و برون شهری جهان ، با روکش های آسفالتی پوشش داده شده اند . برای حفظ ایمنی و ماندگاری این راه ها هر سال بیش از یک میلیون کیلومتر از آنها نیاز به مرمت دارند. دولت ها و سازمان های زیربط تنها قادر به تامین سالیانه حدود یکصد میلیارد دلار جهت بهبود وضعیت این راه ها هستند که این تنها بخشی از منابع مالی مورد نیاز است . متاسفانه ناکافی بودن بودجه های تخصیص یافته برای مرمت و بازسازی روکش های آسفالتی و نیز ناکار آمدی روش های پرهزینه مرسوم ، موجب بروز وقفه در مرمت و بازسازی به موقع گردیده که منجر به کاهش کیفیت و عمر بخش عمده ای از معابر و راه های موجود در سرتاسر جهان شده است . براساس تجربه ومحاسبات دو نکته کاملا قطعی است : اول اینکه سالیانه رقم هنگفتی صرف تهیه قیر وآسفالت واجرای آن میشود دوم موضوع عمر کم آسفالتهای اجرا شده در ایران است که کمتر از میزان معمول آنها در بسیاری ازکشورهاست. بروز خرابیها نه تنها باعث کاهش عمر مفید روسازی و ایمنی استفاده کنندگان از راه می شود بلکه باعث افزایش مخارج نگهداری و بهسازی روسازی و همچنین افزایش هزینه هایی می شود که استفاده کنندگان از راه به علت خرابی روسازی و اثرات ناشی از آن متحمل می شوند .
از آنجا که در بازیافت آسفالت از مصالح سنگی و قیر موجود در لایه آسفالتی استفاده میشود، میتوان گفت که بازیافت منجر به صرفهجویی در استفاده از منابع طبیعی (مصالح سنگی، قیر و سوخت) میشود. با اضافه کردن فقط 0 /5 تا 2/ 5 درصد قیر به مصالح بازیافتی میتوان مخلوط آسفالتی مناسبی بدست آورد در صورتی که مقدار قیر لازم برای ایجاد مخلوط آسفالتی در حالت عادی حدود 5 درصد است. همچنین در فرآیند بازیافت از 90 تا100 درصد مصالح سنگی موجود در لایه آسفالتی استفاده میشود که این امر منجر به حفظ میلیونها تن مصالح سنگی میگردد. این در حالی است که برای تولید مصالح بازیافتی به کمتر از 25 درصد سوخت در حالت معمولی تولید آسفالت نیاز است.[1]
-2 مطالعات پیشینیان
تعداد فعالیت هایی که در زمینه ارزیابی روشهای بازیافت آسفالت گرم در سطح دنیا انجام شده بسیار زیاد است و در اینجا به اشاره چند مورد از آنها بسنده می شود. هنگ کنگ کشوری به مساحت 400 مایل مربع و جمعیت حدود6/9 میلیون نفر دارای 1900 کیلومتر راه است که همگی از مصالح جدید ساخته شده اند. مصالح بازیافتی ناشی از عملیات ترمیم و بهسازی معمولا برای احیای اراضی مورد استفاده قرار می گرفته است. ولی محدودیت های مربوط به خاکریزها و همچنین فشارهایی که در زمینه محیط زیست به این کشور وارد شده، اداره راه این کشور را بر آن داشته که استفاده از مصالح بازیافتی (خرده آسفالتی) را در صنعت راهسازی مورد بررسی قرار دهد. این پروژه از سال 2000 تا 2002 انجام شده بر اساس مطالعات اولیه در مورد هن گکنگ و پژوهش های سایر کشورها چنین نتیجه گیری شد که بازیافت گرم درجا ( HIR ) مناسب ترین روش بهسازی راه ها در کشور هنگ کنگ است.[2]
از نظر میزان شفافیت هوا در محل اجرای عملیات بهسازی، یک شرکت مشاور مسائل زیست محیطی در مطالعه ای که در سال 1995 بر روی ماشین AR2000 انجام داده چنین عنوان کرده است که انداز هگیری هایی که در این خصوص برای این ماشین انجام شده نشان م یدهد که شفافیت هوا در
حین انجام عملیات وضعیت ثابتی دارد. این بدین معنی است که در تمام مدت آزمایش، هوا کاملا شفاف بوده و تنها موارد استثنائی که دیده شده ناشی از امواج گرما بوده است.[3]
در یک کار تحقیقی دیگر در دانشگاه بریتیش کلمبیا اثرات مثبت استفاده از روش بازیافت گرم درجا مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس این تحقیق، بازیافت گرم درجا نه تنها باعث کاهش هزین هها به میزان 30 الی 40 درصد نسبت به روش آسفال تتراشی و جایگزینی آسفالت م یشود بلکه میزان انتشار گازهای گلخانه ای را نیز بین 50 الی 70 درصد کاهش م یدهد. همچنین روسازی بهبودیافته که کیفیت رانندگی بر روی آن ارتقا پیدا کرده منجر به کاهش مصرف سوخت تا میزان 10 درصد می شود. از سوی دیگر، وجود روسازی مناسب باعث کاهش تعداد تصادفات م یشود. تصادفات باعث ایجادآمدوشدهای اضافی و ازدحام ترافیک می شوند بنابراین روسازی مناسب به صورت غیر مستقیم در کاهش مصرف سوخت و انتشار گازهای گلخانه ایتأثیرگذار خواهد بود.[4]
در ایران نیز در سال های اخیر مسائل زیست محیطی مورد توجه قرار گرفته و سعی می شود در اجرای پروژه های مختلف این جنبه نیز مد نظر قرار گیرد. همچنین پروژه های تحقیقاتی در این راستا تعریف شده و به آن بودجه اختصاص داده م یشود. ولی از آنجا که رو شهای بازیافت درجای روسازی و به خصوص بازیافت گرم درجا نسبتا جدید بوده و در زمره روش های متداول ترمیم و بهسازی قرار نگرفته اند مطالعات و تحقیقات نیز در این زمینه بسیار محدود بوده اس
-3 بازیافت گرم آسفالت
بازیافت آسفالت1 گرم شامل عملیاتی است که طی آن آسفالت برداشته شده از روسازی موجود با یا بدون مصالح غیر آسفالتی ، به شرح ضخامت تعیین شده در نقشه های اجرایی ، بعد از شکستن و خرد شدن و دانه بندی ، اختلاط با مواد قیری و یا ترکیبات جوان کننده2 ، با یا بدون مصالح سنگی جدید و یا آسفالت گرم جدید 3، در یک کارخانه مرکزی آسفالت 4 و یا در محل5 به طریق گرم و مطابق مشخصات آسفالت گرم و بتن آسفالتی ، تولید و در سطح راه پخش و کوبیده می شود.[5]
-4 روشهای بازیافت گرم آسفالت
بازیافت آسفالت گرم به دو روش اجرا می شود:
1 -4 روش کارخانه ای
بازیافت گرم کارخانه ای روشی است که طی آن آسفالت برداشت شده از روسازی موجود به کارخانه آسفالت مرکزی حمل شده، و پس از خرد کردن و دانه بندی و اعمال سایر اصلاحات لازم روی آن و تغذیه به کارخانه آسفالت، و اختلاط با قیر و یا جوان کننده و در صورت لزوم با مصالح سنگی جدید و یا آسفالت گرم جدید، به آسفالت گرمی تبدیل می شود که بخشی از آنرا مصالح خرده آسفالتی یا RAP تشکیل می دهد. صرفنظر از روشی که برای کندن و برداشت آسفالت و لایه های روسازی انتخاب می شود، مصالح خرده آسفالت، مصالح سنگی و مصالح مخلوط و آمیخته (خرده آسفالت با مصالح سنگی) باید در کارگاه مرکزی جداگانه انبار و نگهداری شوند.
1 - 1 - 4 روش های تولید کارخانه ای
زمانی که از مصالح خرده آسفالتی برای تولید آسفالت گرم استفاده می شود، انجام تغییراتی در روال عادی کارخانه الزامی است. روش های مختلفی برای گرم کردن و خشک کردن مصالح خرده آسفالتی وجود دارد که طی آن مصالح RAP بدون قرار گرفتن مستقیم در معرض شعله و حرارت بالا و گاز احتراقی درون خشک کننده کارخانه گرم می شوند. بدون اعمال این تغییرات تولید مخلوط های بازیافتی گرم از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست، ضمن آنکه تولید گازهای آلوده کننده توسط کارخانه نیز موجب آلودگی محیط زیست می شوند. تغییرات اعمال شده باید به گونه ای باشد که به قیر موجود در مصالح خرده آسفالتی آسیب نرسد و منجر به سخت شدگی بیشتر آن نشود. کارخانه های آسفالت مرحله ای و نیز کارخانه آسفالت استوانه ای6 برای تولید رضایت بخش مخلوط های بازیافتی گرم به ترتیب برای مصرف 50 و 70درصد وزنی خرده آسفالت قابل اصلاح و تنظیم می باشند که ذیلا روش کار برای هریک از آن ها جداگانه توضیح داده شده است.
2-1 -4 کارخانه مخلوط کن استوانه ای
در کارخانه های اولیه، مصالح بازیافتی در معرض شعله کوره و گازهای احتراقی فوق العاده داغ قرار می گرفتند که سبب ایجاد دود آبی خیلی زیادی می شد. طرح و برنامه های متعددی برای تنظیم و اصلاح آن ها بشرح زیر مورد استفاده قرار گرفته اند تا به مشکلات آلودگی هوا فائق آیند.
3
الف- تغذیه جداگانه1
در این نوع کارخانه ها، مصالح سنگی از انتهای مشعل استوانه وارد مخلوط کن می شوند. مصالح خشک شده و حرارت بسیار2 زیادی می بیند. سپس در نقطه ای کاملا پایین تر از مشعل یا کوره به مصالح بازیافتی اضافه می شوند تا از شعله و گازهای داغ احتراقی دور باشند. برحسب وضعیت کارخانه، مصالح بازیافتی از میان دریچه های پوسته یا از قسمت عقب استوانه و تقریبا نزدیک به مرکز آن وارد استوانه می شود. قیر جدید یا ماده جوان کننده به آن افزوده شده و اختلاط در نیمه پایین تر استوانه انجام می گیرد (شکل (1
ب- استوانه های مضاعف3
یک استوانه کوچک تر،هم از نظر قطر و هم از نظر طول، داخل استوانه اصلی قرار می گیرد. مشعل، حرارت لازم را برای گرم کردن استوانه کوچک تر تولید می کند. مصالح سنگی بازیافتی RAM یا مصالح سنگی جدید و یا هردوی آن ها وارد استوانه داخلی در انتهای مشعل می شوند. مصالح خرده آسفالتی نیز وارد استوانه اصلی و در انتهای مشعل، اما نه میان شعله مشعل، که فقط در استوانه داخلی گرم می شود. مصالح خرده آسفالتی، توسط جابجایی گازهای داغ، فلز داغ استوانه داخلی و انتقال حرارت از مصالح سنگی گرم شده حرارت داده می شوند که نهایتا به پایین ترین قسمت انتهایی درام داخلی منتقل می شود. در نزدیکی این قسمت قیر جدید و یا ماده جوان ساز افزوده شده و اختلاط قیر و مصالح در قسمت بقیه استوانه اصلی ادامه می یابد. (شکل (2
ج- جابجایی با درجه حرارت پایین4
یک محفظه احتراق با یک سپر گرمایی مخروطی میان کوره و استوانه جای داده می شود. مصالح خرده آسفالتی به تنهایی و یا همراه مصالح سنگی بازیافتی یا مصالح سنگی جدید یا هردو وارد انتهای کوره استوانه می شود. می توان به مصالح یا مصالح ترکیب شده قبل از آنکه وارد استوانه شوند، آب اضافه نمود. قیر جدید یا ماده جوان ساز در طول فرآیند مرحله خشک کردن به مصالح گرم شده، افزوده می شوند. مخلوط در قسمت پایین تر استوانه تخلیه می شود.
3 .1 .4 کارخانه آسفالت مرحله ای5
برای بهره گیری از کارخانه آسفالت مرحله ای در بازیابی آسفالتی گرم، از روش انتقال حرارت استفاده می شود. این کارخانه ها طوری تغییر یافته اند تا بتوانند مخلوط های بازیافتی گرم تولید کنند. این تغییرات شامل افزودن یک تغذیه کننده و تسمه نقاله برای حمل مستقیم مصالح بازیافتی روسازی به پیمانه وزنی6 می شود. در این روش مصالح سنگی جدید از سیلوهای سرد، به کارخانه تغذیه و سپس در یک خشک کن متداول مصالح سنگی، گرم می شوند و از آنجا به سیلوی ذخیره گرم به روش مرسوم منتقل می گردند. مصالح خرده آسفالتی، بدون حرارت دادن یا خشک کردن از دپو به سیلوی ذخیره سرد، حمل می شود. یک سیلوی تغذیه سرد مجزا با شیب خیلی زیاد ضروری می باشد. مصالح بازیافتی پس از آن به قیف توزین منتقل می شوند. در آنجا مصالح خرده آسفالتی به مصالح سنگی فوق گرم شده7 اضافه می شوند. وقتی که مواد یا مصالح با نسبت های معین درون مخلوط کن ریخته شدند، انتقال حرارت بین مصالح خرده آسفالتی و مصالح سنگی گرم شده انجام می گیرد.[4
4
شکل -1کارخانه استوانه ای با سیستم تغذیه منفک شکل-2کارخانه آسفالت استوانه ای مضاعف
2 - 4 روش درجا
استفاده از روش درجا محدود به آن است که روسازی از توان باربری لازم و کافی برخوردار باشد تا اصلاح و ترمیم خرابی های سطحی مشروحه زیربا حداکثرضخامت بازیابی،حدود5سانتیمتر،امکانپذیرگردد.
-1 اصلاح تغییر شکل های طولی و عرضی شامل شیارافتادگی و موج های ایجاد شده در جهت حرکت وسایل نقلیه -2 اصلاح شیب عرضی و زهکشی سطحی.
-3 حذف موقت ترک های انعکاسی -4 مرمت ترک های ناشی از بارگذاری و ترک های حرارتی با شدت خیلی کم
-5 احیاء قیر اکسیده شده آسفالت موجود با مصرف جوان سازها بدون افزایش قیر -6 مرمت ترک های لغزشی -7 اصلاح تاب لغرشی و قیرزدگی
-8 اصلاح دانه بندی و افزایش کیفیت آسفالت در این روش ابتدا سطح آسفالت موجود حرارت داده می شود و آسفالت نرم شده توسط حرارت با شخم زن های دوار برداشته شده و به داخل
دستگاه مخلوط کننده آسفالت و در صورت لزوم ضمن اختلاط با مصالح جدید سنگی، قیر و یا ماده جوان ساز، مخلوط آسفالت گرم حاصل روی سطح راه پخش و متراکم می شود، که معمولآ یک لایه آسفالت گرم جدید نیز روی این لایه اجراو تمام این عملیات بصورت درجا و طی یک یا دوبار عبور انجام می گردد. حداکثر عمق بازیافت در روش درجا گاهی تا 75 میلیمتر نیز قابل افزایش است.
1 -2 -4 انواع بازیافت گرم درجا:
بازیافت گرم درجا به سه روش زیر اجراء می شود :
الف - بازیافت سطحی: بازیافت سطحی یا روش گرمایش - تراشیدن شامل مرا حل زیر است :
· حرارت دادن سطح مورد باریافت با دستگاه های گرم کننده مخصوص با دمای 110 - 150 درجه سانتیگراد.
· شخم زدن اسفالت گرم شده و نرم شده.
· افزودن ماده جوان ساز به مصالح شخم زده برای اصلاح قیر موجود و انطباق آن با مشخصات قیر تعیین شده در پروژه .
· اختلاط کامل مخلوط بازیافتی با ماده جوان ساز.
· پخش مخلوط بعد از اختلاط در تراز و شیب کنترل شده.
· متراکم کردن مخلوط با غلتک های معمولی مورد استفاده در عملیات آسفالت گرم.
عمــق بازیافــت ســطحی بــین 20- 25 میلیمتــر اســت کــه مــی توانــد بــه 50 مبلیمتــر نیــز افــزایش یابــد. در جریــان اجــرای مــرا حــل بــالا بــا توجــه بــه تفــاوتی کــه ممکــن اســت در ســختی و شــکنندگی موضــعی رویــه آســفالتی وجــود داشــته باشــد، گــاهی اوقــات شــخم زدن موجــب نــاهمگنی و تغییــر تراز سطح شخم زده نسـبت بـه تـراز اولیـه مـی شـود. ایـن روش اگـر بـا اجـرای یـک لایـه نـازک از بـتن آسـفالتی جدیـد بعنـوان روکـش همـراه باشـد
