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
دکتر لیوینگستون، فیزیکدان برنامه تحقیقات زیربنایی پیشرفته در اداره کل بزرگراه‌های فدرال (FHWA)، می‌گوید: ”آسفالت و سیمان هر دو جزء نانومواد می‌باشند. تاکنون ما نتوانسته‌ایم بفهمیم که در این سطح چه اتفاقی می‌افتد، اما این اثرات بر عملکرد مواد تاثیرمی‌گذارند.“بنا بر گفته لیوینگستون، یک ماده پلیمری ساختاری که می‌تواند به طور خود به خودی ترک‌ها را اصلاح نماید، قبلاً تولید شده است. این پیشرفت قابل ملاحظه با استفاده از یک عامل اصلاح کننده کپسوله شده و یک آغازکننده شیمیایی کاتالیستی درون یک بستر اپوکسی ایجاد شده است.یک ترک در حال ایجاد موجب گسستن میکروکپسول‌های موجود شده، در نتیجه عامل اصلاح‌کننده با استفاده از خاصیت مویینگی درون ترک رها می‌شود. با تماس عامل اصلاح‌کننده با کاتالیزور موجود، این عامل شروع به پلیمریزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم می‌چسباند.این روش می‌تواند منجر به تولید آسفالتی شود که ترک‌های خود را اصلاح می‌کند. لیوینگستون می‌گوید: ”هیچ‌کس نمی‌تواند برای رشد این فناوری زمانی را پیش‌بینی کند، اما پیشرفت واقعی در حال انجام است و قابلیت‌های موجود بسیار هیجان‌آور می‌باشند.“با این حال، برای استفاده‌کنندگان فعلی آسفالت، تصور نبود دست‌انداز، یا نبود تأخیر به خاطر تعمیرات آسفالت، بسیار دور از دسترس بوده و نگرانی‌های جدی آنها را برطرف نمی‌سازد.محیط زیست عامل اصلی تأثیرگذار در فرایند تصمیم‌گیری برای پروژه‌های بزرگراه در بسیاری از کشورها است. مزایای یک آسفالت متفاوت برای جاده‌ها از دیدگاه زیست‌محیطی و مصرف انرژی، تنها یک بخش مهم از فرآیند تصمیم‌گیری است. دیدگاه‌های زیست‌محیطی موجب تسریع پیشرفت‌های فنی و اجتماعی می‌شوند. نیازهای چندگانه حفاظت از محیط زیست شامل: محدود نمودن انتشار گازهای گلخانه‌ای، مصرف کمتر انرژی، کاهش سر و صدای ترافیک و اطمینان از سلامتی و راحتی در رانندگی، اهدافی هستند که به دلیل ایجاد مسئولیت مشترک، مهم‌تر از تمام پیشرفت‌های علمی می‌باشند.یکی از این اهداف بستن چرخه مواد یا استفاده صد در صدی از مواد قابل بازیافت در ساخت جاده است. صنعت در این زمینه تجربه زیادی در مورد استفاده از محصولات فرعی در آسفالت به دست آورده است.مثال‌هایی از مواد زایدی که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عبارتند از: تفاله کوره شیشه‌دمی، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله‌های شهری، خاکستر موجود در مراکز تولید برق به وسیله زغال، آجر‌های خرد شده، پلاستیک حاصل از سیم‌های برق قدیمی و لاستیک حاصل از تایرهای کهنه.با این حال، استفاده موفقیت‌آمیز از این محصولات وابسته به تحقیقات کامل در زمینه منابع و ویژگی‌های آنها بوده و معمولاً در سطح پایینی قابل انجام است. در این حالت امکان بررسی پیوسته عملکرد آسفالت نیز وجود دارد که خود موضوعی مورد بحث است.با این حال، مطابق گفته‌های مارک بلشه، مدیر آسفالت لاستیک در پروژه آسفالت‌سازی آرام آریزونا، حمایت عمومی - نه تحقیقات علمی- کلید توسعه صنعت تولید آسفالت با استفاده از محصولات فرعی است.پرژه آریزونا ارزشی معادل 34 میلیون دلار داشته و در همین سال به پایان خواهد رسید. این پروژه تقریباً 70 درصد (185 کیلومتر)آزادراه ناحیه فونیکس را دربرگرفته و آسفالت آن قادر خواهد بود تا مدت طولانی صدای ناشی از اصطکاک را در جاده کاهش دهد. آسفالتِ دارای لاستیک تنها درصد بسیار کم و تقریباً بی‌اهمیتی از درآمد صنعت ساختمانی را به خود اختصاص می‌دهد، اما بلشه می‌گوید که با افزایش رغبت عمومی این درصد افزایش خواهد یافت.به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقیقات آسفالت لاستیک (JARRG)، که شامل مجموعه‌ای از تولید‌کنندگان تایر و شرکت‌های آسفالت‌سازی می‌باشد، یک اتصال‌دهنده آسفالت بسیار ویسکوز را توسعه داده‌اند که از انبساط و پخش تایرهای کهنه‌ای که به صورت بسیار ریز ساییده شده‌اند، تولید می‌شود. این اتصال دهنده در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته می‌شود.این ماده می‌تواند به عنوان یک ماده الاستیک مابین مواد متراکم دیگر عمل نموده و از این طریق، ارتعاش و صدا را کاهش دهد. بنا بر اعلام JARRG اقبال عمومی به این محصول بسیار خوب است.بلشه می‌گوید: ”افرادی که در صنعت آسفالت لاستیک درگیر بوده‌اند، همواره سعی کرده‌اند که آن را به دلیل ویژگی‌های مهندسی بسیار عالی‌اش به فروش برسانند. امّا بیش از هر چیز این محصول به عنوان کاهش دهنده صدا شناخته شده است و در پشت این قضیه، استقبال عمومی قرار دارد.“وزارت حمل و نقل آریزونا (ADOT) سه سال پیش یک نوع آسفالت را در بزرگراه سوپر استیشن در ناحیه آریزونا به کار برد. بلشه می‌گوید که به محض اتمام آسفالت این بزرگراه، ADOT و مسئولین محلی سیل عظیمی از تلفن‌ها و ایمیل‌ها را دریافت نمودند که از اشتیاق مردم نسبت به این جاده کم‌صداتر حکایت داشت.البته همه چیز آسفالت لاستیک کامل نیست. این مخلوط باعث ایجاد بخار و بو در فرآیند آسفالت کردن شده، هنوز در مورد قابل بازیافت بودن آن بحث وجود دارد. این آسفالت نسبت به آسفالت‌های معمول بسیار گران‌تر بوده و آسفالت‌کارانی که تا به حال با این ماده چسبناک کار نکرده‌اند، ممکن است در کار کردن با آن، که باید در یک بازه دمایی معین انجام شود، دچار مشکل باشند.ممکن است نظر بلشه در مورد نظر عمومی درست باشد، اما روی دیگر سکه این است که خواست استفاده‌کنندگان از جاده کم‌صدا‌تر و در عین حال دارای اثرات زیست‌محیطی کمتر، افزایش یافته است. این امر باعث تمرکز بیشتر تحقیقات بر روی مسائل مربوط به حمل و نقل، از جمله مواد مورد استفاده در جاده شده است.افزایش عمومی در میزان حمل و نقل، بار بیشتر بر روی محور، و فشار بیشتر تایر بر روی جاده، تقاضا برای آسفالت‌های قوی‌تر وبادوام‌تر را افزایش می‌دهد. حمل و نقل بیشتر به این مفهوم نیز می‌باشد که ایجاد مشکل در حمل و نقل برای تعمیرات جاده‌ای مطلوب نیست و این امر موجب ایجاد تقاضای بیشتر برای تحقیق و توسعه مؤثر می‌گردد.
در ایران بدلیل عمر پایین عملکردی آسفالت، و از آنجایی که تاکنون هیچگونه تحقیقات گسترده و کاربردی بر روی اصلاح کردن قیر و همچنین طراحی و ساخت آسفالت ماستیک بعمل نیامده است. جهت تولید قیرهای پلیمری در آزمایشگاه یک دستگاه مخلوط کننده که دارای شرایط خاص بوده طراحی و برای اصلاح کردن قیرها نیز از پلیمر تولید داخل استفاده شد. در آزمایش های انجام شده توسط محققان کشورمان بر روی بر روی قیرهای اصلاح شده پلیمری نشان از بهبود رفتار و خصوصیات قیر خالص داده است. پلیمرها توانستند حساسیت حرارتی قیرها را کاهش داده و مقاومت در مقابل عریان شدگی را بهبود بخشند و مخلوطهای آسفالیت ساخته شده با آن را در مقابل بسیاری از تغییر شکلها و تنشهای اعمال شده بر روسازی مقاوم نماید.مطالعات و تحقیقات انجام شده در این پژوهش منجر به ساخت دستگاه آزمایش سختی سنج جهت طراحی آسفالت ماستیک گردید تا بتوان با استفاده از آن تغییرات نوع و مقدار چسبنده، نوع و مقدار فیلر بر روی خصوصیات مکانیکی آسفالت ماستیک مورد بررسی قرار گیرد. نتایج آزمایشهای انجام شده نشان دادند که بسیاری از خصوصیات مکانیکی این آسفالت ناشی از توزیع و یکنواختی فیلر در داخل چسبنده و کیفیت ملات ماستیک می باشد. آزمایشهای انجام شده در این تحقیق نشان دادند که آسفالت ماستیک با چسبنده های اصلاح شده دارای مقاومت کششی بسیار بالایی می باشد. و دارای مقادیر بازگشت الاستیک بیشتری نسبت به آسفالت متداول بوده، سفتی آن در دمای بالا زیاد می باشد و قادر به تحمل عبور چرخهای سنگین بوده و کمتر از آن بتن آسفالت گرم در آن تغییر شکل و گودی چرخ بوجود می آید. در دمای پایین نیز به علت شکل پذیری زیاد و سفتی کم مخلوط، در مقابل تنشهای کششی ناشی از سرما مقاوم بوده و مانع ایجاد ترکهای حرارتی در روسازی آسفالتی خواهد شد. آزمایشها نشان دادند که این مخلوط در مقابل پدیده عریان شدگی بسیار مقاوم می باشد. نتایج تحقیقات در این پژوهش نشان دادند که با استفاده از آسفالت ماستیک اصلاح شده، بسیاری از نواقص و خرابیهای برشمرده در روسازیهای آسفالتی مرتفع خواهد شد. می توان از این مخلوط در مناطق بحرانی و خاص روسازی استفاده نمود. به جهت داشتن فضای خالی نزدیک به صرف مخلوط و عدم نیاز به غلتک زدن جهت تراکم، بسیار مناسب برای استفاده در تعمیرات و وصله روسازیهای آسفالتی در مناطقی پرترافیک می باشد."

در نتیجه می توان گفت که استفاده و اجرای صحیح آسفالت سرد پلیمری، هزینه های گزاف و کلان نگهداری و ترمیم جاده ها و خیابان ها را تا 50 درصد کاهش می دهد. آسفالت سرد به دلیل پایداری بی نظیر و مقاومت در برابر دمای بالا و برودت زیاد، عدم ایجاد ترکهای طولی و عرضی، عدم نیاز به درزگیری و با توجه به اجرای روش سرد این آسفالت که از ایجاد چاله در سطح خیابان ها جلوگیری می کند، دارای عمری طولانی تر نسبت به آسفات گرم است. استفاده از آسفالت پلیمری علاوه بر چند برابر شدن عمر روکش آسفالت خیابان ها و جاده ها، مشکل روکش آسفالت پل های فلزی را نیز برطرف خواهد کرد. مقاومت بالای این نوع آسفالت در درجه حرارت 90 درجه بالای صفر مانع از جمع شدگی و عریان زدگی آن می شود و با دارابودن اصطکاک بالا در هوای بارانی، لغزندگی ایجاد نمی کند و از این نظر نیز امنیت بالایی را برای خودروها فراهم می کند.
حال سوالی که مطرح است این می باشد که آیا آسفالت های پلیمری خطرات زیست محیطی دارد؟
در جواب می توان گفت: : با توجه به اینکه این نوع آسفالت ها به حرارات و پروسه دما، سوخت و بخارات ناشی از آن که یکی از عوامل تخریب کننده محیط زیست است نیاز ندارند، بنابراین با کاهش آلودگی های ناشی از این موارد و نبود حلال های هیدروکربنی آلیفاتیک که در تولید آسفالت سرد بر پایه قیر MC2 تولید می شود منجر به سالم سازی محیط میگردد. استفاده از ضایعات غیر قابل مصرف آسفالت سرد به عنوان یکی از مونومرهای پلیمر در حدود 30 درصد موجب پاکسازی محیط می شود.
به طور خلاصه می توان خصوصیات آسفالت سرد پلیمری را این طور بیان داشت که از مهمترین خصوصیت این آسفالت که برای هم پیمانکار وهم کار فرما مهم است آغاز میکنم.
با توجه به هزینه بالا وگزافی که صرف نگهداری وترمیم جاده ها وخیابان ها صورت میپذیرداین آسفالت حدود 50 درصد هزینه ها را کاهش میدهد .
این آسفالت سرد دارای پایداری بی نظیر و مقاومت در برابر دمای بالا و برودت زیاد وهمچنین عدم ایجاد ترکهای طولی و عرضی، عدم نیاز به درزگیری و با توجه به اجرای روش سرد این آسفالت که از ایجاد چاله در سطح خیابان ها جلوگیری می کند، دارای عمری طولانی تر نسبت به آسفات گرم است.

استفاده از آسفالت پلیمری علاوه بر چند برابر شدن عمر روکش آسفالت خیابان ها و جاده ها، مشکل روکش آسفالت پل های فلزی را نیز برطرف خواهد کرد، اظهار داشت: مقاومت بالای این نوع آسفالت در درجه حرارت 90 درجه بالای صفر مانع از جمع شدگی و عریان زدگی آن می شود و با دارابودن اصطکاک بالا در هوای بارانی، لغزندگی ایجاد نمی کند و از این نظر نیز امنیت بالایی را برای خودروها فراهم می کند.
با توجه به اینکه این نوع آسفالت ها به حرارات و پروسه دما، سوخت و بخارات ناشی از آن که یکی از عوامل تخریب کننده محیط زیست است نیاز ندارند، بنابراین با کاهش آلودگی های ناشی از این موارد و نبود حلال های هیدروکربنی آلیفاتیک که در تولید آسفالت سرد بر پایه قیر MC2 تولید می شود منجر به سالم سازی محیط می گردد.
استفاده از ضایعات غیر قابل مصرف آسفالت سرد به عنوان یکی از مونومرهای پلیمر در حدود 30 درصد موجب پاکسازی محیط می شود.
‌‌ ضخامت‌ آسفالت‌ پلیمری‌ حدود ‌1‌/‌5‌ سانتی‌ متر است‌ و به‌ علت‌ عمر مصرف‌ بیشتری‌ که‌ نسبت‌ به‌ آسفالت‌ گرم‌ دارد برای‌ استفاده‌ در سطح‌ شهر به‌ صرفه‌ است.‌‌
آسفالت سرد پلیمری مشکی مخلوط پلیمری فوق پیشرفته می باشد که تا کنون در خاورمیانه تولید نشده است و آسفالت پلیمری رنگی راه بسپار به دلیل تک جزئی بودن و پایداری زمانی بیشتر فام، در جهان نظیر ندارد.
عمده محصولات تولیدی با عنوان آسفالت رنگی در جهان، به طور عام دو جزئی و بر پایه رزینهای اپوکسی یا پلی اورتان در حجم بسیار اندک (به دلیل کوتاهی زمان ژل تایم) و به قیمتهای گزاف تولید و عرضه می شود.
هم اکنون فقط چند شرکت معدود داخلی نسبت به تولید آسفالت سرد بر پایه قیر محلول در حلال های هیدروکربنی که تاثیرات مخرب زیست محیطی دارد فعالیت می کنند و راه بسپار تنها تولید کننده آسفالت سرد پلیمری مشکی تک جزئی در خاورمیانه است
استقبال از این محصول در سطح کشور و سازمان های ذیربط تقریبا بی نظیر بوده است و بیشتر ادارات مرتبط با راه و آسفالت از این طرح ولو با حداقل امکانات موجود خود استقبال کرده 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 :
شناسایی پلیمر:

پلیمر اولیه این محصول حاصل اصلاح رزینهای سینتتیک و ایجاد پیوند شیمیایی و اصلاح هم و واچسبی با توانایی بالای پلیمراسیون نهایی در اتصال سنگدانه و مصالح بتون آسفالتی و همچنین قابلیت گیرش اولیه و نهایی بسیار بالا در شرایط آب و هوایی سرد از صفر درجه سانتیگراد به بالا می باشد.
نوع پلیمر:

تشکیل پیوندهای شیمیایی و پلیمریزاسیون نهایی با خروج حلال موجود در پلیمر اتفاق می افتد . بنابراین پلیمر تک جزیی و هوا خشک بوده و هرچه جریان هوا شدیدتر باشد سرعت گیرش پلیمر سریعتر خواهد بود .زمان گیرایش پلیمر:بر پایه ازمایشات انجام گرفته سرعت گیرش اولیه حدکثر 30و سرعت گیرش ثانویه حداکثر 60 دقیقه برای آسفالت پلیمری ویژه مرمت چاله ها و بسته به ضخامت اجرا در خصوص آسفالتهای رنگی و مشکی از 5 تا 16 ساعت خواهد بود.زمان:زمان پلیمراسیون نهایی بسته به دمای محیط برای کلیه محصولات از 1 تا 24 ساعت متغیر خواهد بود .مکمل های اجرایی:از همان دقایق اولیه اجرای آسفالت پلیمری سرد ویژه مرمت چاله جاده ها و خیابانها با پاشش مقداری پودر سنگ تردد وسائط نقلیه مجاز بوده و این تردد کمک اساسی به کمپاکت محل اجرا مینماید . بنابراین اساسا ممنوعیت تردد خودرو برروی سطوح اجرا شده محلی از اعراب ندارد.
مزایای آسفالت:در اجرای این پلیمر نیاز به اجرای لایه پرایمربر پایه محلول mc2 یا قیر داغ وجود ندارد و دیگر چسبی بی نظیر که توانایی چسبندگی به تمام سطوح به غیر سطوح دارای خاک و رطوبت را دارد .بنابراین سطح مورد اجرا بایستی از هرگونه گردو رطوبت پاک گشته باشد.
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/