دنیای نفت و قیر: قیر یک ماده ضدآب و ویسکوالاستیک مبتنی بر نفت است که به دلیل ویژگی‌های منحصربهفرد مکانیکی و شیمیایی، در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد. مهم‌ترین استفاده‌های آن شامل ساخت جاده، عایق‌کاری بام و آب‌بندی سازه‌ها است. صنعت راه‌سازی به‌تنهایی حدود ۹۵ درصد از کل تولید جهانی قیر را مصرف می‌کند که تقریباً ۱۰۰ میلیون تن در سال برآورد می‌شود. در آسفالت جاده‌ها، قیر به‌عنوان یک ماده چسباننده عمل کرده و سنگدانه‌های معدنی را به هم متصل می‌کند و در نهایت، مواد آسفالت بتن یا بتن قیری را تشکیل می‌دهد. این خاصیت چسبندگی قوی، نقش مهمی در استحکام و دوام سازه‌های جاده‌ای دارد.
لزوم جایگزین‌های زیستی برای قیر
ازآنجاکه قیر از سوخت‌های فسیلی به دست می‌آید، منابع آن محدود است و به همین دلیل، جایگزین‌های تجدیدپذیر زیستی موردتوجه قرار گرفته‌اند. بااین‌حال، ترکیب شیمیایی پیچیده قیر، عامل اصلی ویژگی‌های منحصربهفرد آن است و این موضوع جایگزینی کامل آن را دشوار می‌سازد. تاکنون، جایگزینی جزئی تا ۵۰ درصد گزینه‌ای عملی محسوب شده است. افزودن مواد زیستی نه‌تنها ترکیب قیر را تغییر می‌دهد، بلکه بر رفتار پیرشدگی آن نیز تأثیر می‌گذارد و می‌تواند عملکرد بلندمدت آن را تحت تأثیر قرار دهد.
چالش‌های پایداری و مقررات زیست‌محیطی
با اعمال مقررات سخت‌گیرانه زیست‌محیطی برای کاهش انتشار آلاینده‌ها و حفظ منابع فسیلی، فشار فزاینده‌ای برای استفاده از جایگزین‌های پایدار وجود دارد. این مقررات کل چرخه عمر مواد را شامل می‌شود، از استخراج و حمل‌ونقل تا تولید، استفاده و دفع. در این میان، یک پرسش اساسی مطرح است:آیا جایگزینی قیر فسیلی با قیر زیستی به قیمت کاهش دوام تمام می‌شود یا می‌توان به ترکیبی از پایداری و عملکرد بلندمدت دست یافت؟
روش‌های آزمایشگاهی برای بررسی پیرشدگی قیر زیستی
برای ارزیابی رفتار پیرشدگی قیر زیستی، فرآیندهای پیرشدگی مصنوعی در شرایط آزمایشگاهی انجام شده است. در این آزمایش‌ها، سه نوع قیر زیستی در کنار یک قیر پایه اصلاح‌نشده و یک قیر مرجع موردبررسی قرار گرفتند. میزان افزودنی زیستی در این نمونه‌ها بین ۱۰ تا ۵۰ درصد متغیر بود.برای شبیه‌سازی پیرشدگی قیر در شرایط واقعی، دو روش اصلی مورداستفاده قرار گرفت:
• پیرشدگی کوتاه‌مدت (STA)
• پیرشدگی بلندمدت (LTA)
در این فرآیندها، نمونه‌های قیر در معرض عوامل تسریع‌کننده پیرشدگی قرار گرفتند، از جمله:
• دمای بالا
• تابش نور
• گونه‌های فعال اکسیژن (ROS)
برای بررسی تغییرات شیمیایی، از روش طیف‌سنجی تبدیل فوریه مادون‌قرمز (FTIR) استفاده شد و برای تحلیل ویژگی‌های مکانیکی، آزمایش رئومتر برشی دینامیکی (DSR) به‌کار گرفته شد تا عملکرد قیر در شرایط مختلف ارزیابی شود.
نتایج کلیدی درباره مقاومت در برابر پیرشدگی
نتایج نشان داد که پیرشدگی حرارتی به‌تنهایی تأثیر محدودی دارد و یک چرخه آزمایش پیرشدگی با دستگاه PAV به‌اندازه سایر روش‌های پیرشدگی بلندمدت مانند:
• پیرشدگی قیر به روش وین (VBA)
• پیرشدگی نوری (LA)
مؤثر نیست.
در روش VBA، مشخص شد که قیر زیستی ۱ و ۲ به میزان قابل‌توجهی پیر می‌شوند، درحالی‌که قیر زیستی ۳ مقاومت بیشتری در برابر گونه‌های فعال اکسیژن (ROS) نشان داد.
پیرشدگی نوری و عملکرد رئولوژیکی
پیرشدگی ناشی از نور در نمونه‌های مختلف متفاوت بود و به‌شدت تحت تأثیر نوع منبع نوری (LA1–LA3) قرار داشت. در مقایسه با قیر مرجع ۷۰/۱۰۰، همه قیرهای زیستی حساسیت کمتری نسبت به پیرشدگی نشان دادند.
• قیر زیستی ۱ ویژگی‌های رئولوژیکی منحصربه‌فردی داشت و در دمای متوسط و بالا عملکرد بسیار خوبی از خود نشان داد، ضمن اینکه در دمای پایین نیز رفتار بهتری نسبت به قیر معمولی داشت.
• قیر زیستی ۲ ویژگی‌های مکانیکی مشابهی با قیر مرجع از خود نشان داد.
• قیر زیستی ۳ حساسیت بیشتری به پیرشدگی نوری در مقایسه با گونه‌های فعال اکسیژن داشت.
این یافته‌ها نشان می‌دهند که برخی از افزودنی‌های زیستی می‌توانند مقاومت به پیرشدگی را افزایش دهند، درحالی‌که برخی دیگر ممکن است نیاز به بهینه‌سازی بیشتر داشته باشند تا دوام طولانی‌مدت در شرایط واقعی را تضمین کنند.
