بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
خصوصیات و عملکرد رنگهای گرم (ترموپلاستیک) خطکشی در معابر شهری
چکیده
رنگهای سرد ترافیـکی با وجود هزیـنه کم و اجرای آسـان، دوام مناسـبی در منـاطق پرترافیک ندارند و جایگزین کردن آنـها با مواد با دوامتر مانند مواد گرمانرم (ترموپلاستیک) ضروری است؟ سابقه اجرای رنگهای خطکشی در معابر شهری کشورمان اغلب با استفاده از رنگهای سرد خطکشی بوده و صرفاً در موارد خـاص از رنگهای گرم استفاده شـده است. رنـگهای گرم اجرا شده بیشـتر در حاشیه بزرگـراهها و خـطوط مربوط به مسـیر ویژه اتوبـوس استفاده شده است. مطالعات وتجربیات در این حوزه نشان میدهد که عملکرد این نوع رنگها با توجه به شرایط آب وهوایی در نقاط مختلف کلانشهرها متـفاوت بوده و حدود مشخصات برای اینگونه رنگها باید حداقل به صورت دو منطقه آب وهوایی و با نحوه اجرای اصولی آنها ارائه گردد. در
این مقاله سعی شده است ضمن مطالعه کلی ویژگیهای این نوع خطکشیها، نحوه عملکرد و اجرای آنها ، به نقش دانههای شیشهای در میزان بازتابندگی و خصوصیات آنها با استناد به آییننامهها و استانداردها و اثر اختلاط رزینهای هیدروکربنی بر خواص مکانیکی و فیزیکی آنها اشاره شود.
واژه های کلیدی: خطکشی معابر، رنگ گرم ترموپلاستیک، رنگ هیدروکربنی.
مقدمه
در طول سالهای گذشته مواد ترموپلاستیک جدیدی برای کاربردهای مهندسی از جمله خطکشی معابر وارد بازار شدهاند (رضائیان،2،.(1369 با افزایش تعداد وسایلنقلیه و حجم آنها در معابر نیاز به خطکشیهای ترافیکی با دوام و مقرون به صرفه بیش از پیش احساس میشود. با توجه به دوام و قیمت مناسب، ضخامت قابل توجه 1مواد ترموپلاستیک و قراردادن آنها برروی خطکشیهای قبلی به سرعت جایگزین رنگهای سرد ترافیکی 2در خطکشی راهها میشوند. رنگهای گرم موادی بدون حلال متشکل از پیونده (رزین) ، رنگدانه، پرکنندهها و دانههای شیشهای 3است که به شکلهای دانه، پودر و قطعه تهیه میشوند و در دمای 180-210 درجه سلسیوس، با استفاده از روشهای مناسب دستی یا مکانیکی به حالت مذاب روی سطح جاده اجرا میشوند (کاووسی، 1385، .(3 این رنگها در برابر عواملی از قبیل حجم ترافیک، زبری سطح روسازی و فرسایش محیطی در مقایسه با رنگهای سرد، از دوام عمر کاربری طولانیتر و چسبندگی بیشتر به سطح روسازی آسفالتی برخوردار است، ولی در مقابل کاراییآنها روی سطوح بتنی قابل توجه نیست. همچنین فرمولاسیونهای جدید رنگ گرم این اجازه را میدهد که ترافیک حتی یکدقیقه بعد از اجرا به جریان درآید. با وجود مزایای زیاد، نرمی در روزهای گرم تابستان و ترد و شکننده بودن در روزهای سرد زمستان از جمله مهمترین معایب و محدودیتهایی است که رنگهای گرم با آن روبهرو هستند. نرمی در دمای بالا، موجب جذب و نفوذ آلودگی به داخل لایه خطکشی، سیاه شدن، حرکت وتغییر ابعاد خطکشی میشود. از طرفی شکننده بودن این نوع خطوط ترافیکی در دمای کم منجر به خردشـدن و از بین رفتن کامل آنها در اثر تنـشهای ناشی از تردد وسایلنقلیه میشود (کاووسی، 1385، .(5 از راههای بهبود بخشیدن به این نقیصه رنگهای گرم، اصلاح خواص کشسانی آنهاست که در ادامه اشاره خواهد شد. یکی دیگر از معایب رنگهای ترموپلاستیک شفافیت آنها است، که رنگ ترموپلاستیک متمایل به خاکستری است که دید آن در روز کمتر و امکان شکنندگی آن بیشتر است. در کل عملکرد رنگ ترموپلاستیک به میزان زیادی به فرمولاسیون رنگ، پاکسازی مناسب سطح روسازی و از بین بردن رطوبت پیش از نصب بستگی دارد.
تعریف
رنگ گرم مطابق با استاندارد EN1871 ، موادی عاری از حلال هستند که به صورت گرانول4، پودر و بلوکی 5 تهیه میشوند. مـواد گرمانرم با حرارت دیدن بهصورت مذاب و روان درمیآیند و با استـفاده از روشهای منـاسب دستی یا مکانـیکی روی سطح معبر اجـرا میشوند و پس از سرد شدن بهصورت یک فیلم پیوسته و چسبنده روی سطح تبدیل میشوند (راهنمای اجرا و خطکشی راهها، 1387، 45، و(Road Marking Material, 2000, 251 در مقایسه با رنگ سرد، در مقابل عوامل محیطی از قبیل حجم ترافیک، زبری سطح روسازی و فرسایش محیطی، رنگ گـرم از دوام بیشتر و عمر سرویسدهی طولانیتری برخوردار است. عمرمفید رنـگ گرم براساس نوع معبـر، شرایـط آبوهـوایی و میزان تردد وسایلنقلیه بین سه تا پنـج سال متغیر است. از این نوع رنگ بیـشتر برای خـط-کشی معابر با تردد زیاد استفاده میشود.
رنگهای ترموپلاسـتیک ترافیکی به عنوان مواد گرانروکشـسان معرفی میشوند که خواص برخی جامدات و بعضی از مایعات را دارند. بدین معنی که تغییرشکل آنها زیر یک نیروی اعمال شده مانند مواد جامد است، اما سیالیت آنها مشابه مایعات است ( Wicks .(Z.W et al, 2007, 18
برای دستیابی به خواص کاربری مناسب و تنظیم ترکیب مواد خطکشی بایـد خواص فیزیکی و مکانیکی مواد مطـابق با شرایط آب و هوایی منطقه موردنظر تنظیم شود. به عبارت دیگر، در مناطق سردسیر فرمولبندی رنگ باید به شـکلی بهینه شود که Tg آن
کمتر و در مناطق گرمسیر با تغییر ترکیب مواد Tg بالاتری داشته باشد. مطابق با معادله (1)، Tg ارتباط مستقیمی با ساختار پلیمر گرم دارد. بنـابراین با دانستن Tg میتوان رفتـار و حالات فیزیکی و ساخـتارهای رنگ گرمانرم را در دمای محیط (T) پیشبینی کرد. این معادله نشان میدهد، هر قدر Tg پلیمر کمتر باشد، گرانروی آن در دمای محیط کمتر است، یعنی رفتار پلیمر به سمت رفتار یک مایع گرانرو تغییر میکند (میرعابدینی و همکاران، 1388، 2 و : Road Marking Material, 2000, 251
به دلیـل وجود ترکیبـاتی از قبـیل رنگـدانهها و پرکننـدهها در ترکیب رنگ گرمانـرم، در اغلب مـوارد Tg رنگ ترافیک تا حدود دمایی موردنیاز برای داشتن خواص بهینه مواد خطکشی فاصله دارد. دمای نرم شدن با انتخاب صحیح رزین، نرمکننده و موم انجام میشود.
انواع مواد گرمانرم
مواد ترموپلاستیک براساس نوع پیـوند مصرفی به سه نوع آلکیدی، هیدروکربنی و اپوکسی ترموپلاست تقسـیمبندی میشوند، که دو نـوع اول کـاربرد بیـشتری در اجرای خـطکشی معـابر دارند، و معـمولاً حاوی %18 وزنی رزین، %25 وزنی دانههای شیشهای ، %25 وزنی فیلر و %32 وزنی پیگمنت هستند(.Road Marking Material, 2000, 286
در بخـش 6 مقـاله به بررسی اختـلاط دو ترکیب آلکیدی و هیدروکربنی بر خواص رنگ گرم ترافیکی پرداخته شده است.
مواد ترموپلاستیک آلکیدی (روزین استری)
مـواد گرمانرم آلکـیدی دارای رزیـنهای هیـدروکربـنی آلیفـاتیک6 مقـاومـی بـوده کـه از محصـولات نـفتی هستند. این نـوع گرمانرمها حسـاس بوده و نیاز به ملاحـظات بیشتری در زمان استـفاده دارند. گرمانرم آلکیدی برای خطکـشیهای معـابر محـلی با هـدف دستـرسی، مناطـق پرترافیـک که ریزش سـوخت و روغن در آنها بیشتر است و عمدتاً برای خطوط عرضی استفاده میشود .(Migletz et al , 2000, 5)
مواد ترموپلاستیک هیدروکربنی
رزینهای هیـدروکربنی دارای ثبات حرارتی بالا بوده، بر پایه ترکیبات خـطی پایه نفتی (C5 ) بوده و خصوصیات کاربـری آنها قابل پیشبینی است. این نوع ترموپلاستیکها ممکن است به دلیل نشـت سوخت و ریـختن روغن وسایـلنقـلیه بر روی خطکشی از بین روند، بنـابراین برای استفاده آنـها در خطوطی که در معرض ترمـزهای شدید وسایلنقلیه قرار داشـته و همچـنین خطکشی مسـیرهای کنـاری، مناسب نیسـتند. این نـوع گرمـانرمها بیـشتر بـرای معـابر شـریانی درجـه 1 و خطوط طولی توصیه میشود
(Migletz et al, 2000, 8(
6 Aliphatic
ترکیباتی که شامل کربن و هیدروژن بوده و در آن حلقهای وجود نداشته باشد در این دسته جای میگیرند.
اجزای کلی رنگ گرم
کلید اصلی دوام رنگ ترموپلاستیک اجزای تشکیل دهنده و نحوه اجرای آن است. درصورت انتخاب نسبت ترکیب صحیح و اجرای اصولی، رنگ ترموپلاستیک میتواند تا 5 سال در شرایط عادی ترافیک دوام داشته باشد. رنگهای گرم شامل چهار قسمت هستند:
دانههای شیشهای
دانههای شیشهای ذرات گرد و کروی شکل از جنس شیشه (سیلیکا) و بصورت جامد هستند که در علائم و خطکشیهای راهها بکار میرونـد تا دیـد کافی و مناسب را در مسیـرهای تاریـک برای رانندگان فراهم آورند. نـور چراغ جـلوی خودرو هنـگام برخورد به سطح دانههای شیـشهای موجود در خطکشیها، به دلیل اختـلاف ضـریب شکست در فصل مشـترک دانهها و مواد خطکشی به طرف راننده منعکس میشـود، ایـن پدیده بازتـاب نور برگشـتی نامیده میشود که در شکل (1) نیز نشان داده شده است. این مواد میتوانند هم در حین ساخت رنگ و هم بصورت روپاشـی به مواد خـطکشی اضـافه شونـد. میزان مصـرف دانـههای شیشهای باید بیـن250gr/m3 الی 400 gr/m3 باشد (راهنمای اجرا و خطکشی راهها، 1387، 47وکاووسی، 1385، 4و James et al, 1994, 38 (Miglets
× شکل-1 چگونگی بازتاب نور برگشتی توسط یک دانه شیشهای[3]
قابـلیت بازتابش خطکشی معابر مهمـترین عامل در تخمین فاصله توسط راننده در شب است. در این راستا مقادیر حداقل بازتابش که واحد آن (mcd/m2/lux) است، در جدول (1) نشان داده شده است.
جدول -1 حداقل مقادیر بازتابندگی مورد نیاز معابر[2]
رنگدانه
پودر ریزی است که جهت ایجاد فام رنگی به مخلوط اضـافه میشود. این پودر شامل دیاکسیدتیتانیوم برای تضمین وجود خط-کشی سفید و شفاف است. میزان کرومات سرب در رنـگ نباید از %5 وزنی بیشتر باشد. رنـگدانه زرد از اسـتاندارد خاصی پیروی نمی-کند و برای این امر رنـگدانههای مناسب جایگزین دیاکسـیدتیتانیوم میشوند. براساس قوانیـن زیسـتمحیطی در فام زرد رنگ نباید مقدار کرومات سرب در فیلم خشک بیش از 3200ppm و مقدار کروم در آن بیشاز 800ppm باشد (کاووسی، 1385، .(4
مـواد چسبنده
این مـواد بـرای اسـتفاده بهـینه رنـگ در شرایط مخـتلف آبو هوایی و قدرت تراکمپـذیری بـالا مورد اسـتفاده قـرار میگـیرد. ایـن مـواد شـامل هیـدروکربن دانـهدرشــت برمـبنای رزیـنهای مصنـوعی شکلپذیر هسـتند و پیـوستگی بین رنگـدانهها، شفـافیت در رنگ، ثبات حرارتی و پایداری در شرایط مختلف آب و هوایی را فراهم میکند (کاووسی، 1385، .(4
مـواد پرکننده
برای کاهش قیمت و ایجاد مقاومت سایشی در رنگ استفاده شده بهکار میرود. که شامل کربنات کلسیم، کلسیت و کوارتز سفیددانه درشت است (راهنمای اجرا و خطکشی راهها، 1387، .(48
جرای خطکشی گرمانرم
فرسایش خطکشی ترموپلاستیک به حجم ترافیک و عبور خودروهای سنگین، استفاده از زنجیرچرخ و لاستیک یخشکن، طول عمر و سـطح معبر بستگی دارد. برای اطمـینان یافتن از نتیجه مناسب اجـرای رنگ گرم خـطکشی، نیـاز به پیمانکاران با تجربه و ابزار کافی، بررسـی شرایط معبر و به حداقل رساندن حضور افراد غیرمرتبط برای تضمین پاک نشدن خطکشی از روی مسیر ضروری است (راهنمای اجرا و خطکشی راهها، 1387، .(50
برحسب نوع مواد، ضخامت موردنـظر، الگوی خطکشی و همـچنین وضعیت روسازی آن، بهصورتهای مختلف و با استفاده از تجهیزات کوچک دستی و یا تجهیزات اتوماتیک بزرگ اجرا میشوند. در شـرایط آب وهـوایی مختلف نوع مواد مصرفی نیز متفاوت است. عمولاًـ مواد ترموپلاستیک آلکیدی در نواحی سردسیر و به روش اکسـتروژن اجرا میشوند، در حالیکه از مواد ترموپلاستیک گرم هیدروکربنی به روش اسپری و در نواحی نسبتاً گرم استفاده میشود (راهنمای اجرا و خطکشی راهها، 1387، .(51
اجرای رنگهای گرم با روشهای زیر قابل انجام است:
پخش تحت فشار
در این حالت رنگ ترموپلاستیک از تانکر تحت فشار، بهصورت یک نوار مستمر و معمولاً به شکل حلقه حلقه روی معبر قرار می-گیرد.
روش پاششی
در این روش مواد ترموپلاستیک و هوا تحت فشار خیلی زیاد باهم مخلوط شده و سپس بهروی معبر پاشیده میشوند. با استفاده از این روش میتوان پخش رنگ را در ضخامتهای نازک نیز انجام داد. ماشینهای اسپری کننده دارای سرعت بیشتری بوده و میتوانـند مواد ترمـوپلاستیک را با سرعت بیـشتری روی معبر قرار دهند.
