به گزارش دنیای نفت و قیر، پژوهشگران دانشگاه میسوری در حال اجرای یک روش آزمایشی بسیار کارآمد در ساخت جاده هستند که شامل ترکیب پلی‌اتیلن پسامصرفی با مخلوط‌های آسفالت است. این فرآیند نه‌تنها راهکاری برای مقابله با افزایش سریع قیمت قیر، به‌عنوان ماده چسباننده متداول بر پایه نفت خام، ارائه می‌دهد، بلکه بهبود چشمگیری در عملکرد و مزایای زیست‌محیطی نیز به همراه دارد.
در سراسر آمریکای شمالی، میلیون‌ها مایل جاده، باند فرودگاه و پارکینگ با آسفالت پوشش داده شده‌اند—مخلوطی از مصالح معدنی مانند سنگ خردشده، شن و ماسه که با قیر به هم متصل می‌شوند. هرچند سنگدانه‌ها حدود ۹۵ درصد حجم مخلوط را تشکیل می‌دهند، اما قیر گران‌ترین جزء آن است و معمولاً بیش از ۶۰۰ تا ۷۰۰ دلار به ازای هر تن هزینه دارد، در حالی که سنگدانه‌ها حدود ۲۰ دلار به ازای هر تن قیمت دارند. حتی جایگزینی بخشی از قیر با ماده‌ای مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌تواند صرفه‌جویی قابل‌توجهی به همراه داشته باشد، بدون آنکه کیفیت کاهش یابد.
در جستجوی چنین جایگزینی، تیم تحقیقاتی دانشگاه میسوری به سراغ پلی‌اتیلن رفت—رایج‌ترین پلاستیک جهان که در محصولاتی از فیلم بسته‌بندی تا الیاف مصنوعی استفاده می‌شود، اما به دلیل محدودیت‌های فرآوری، مقادیر زیادی از آن بازیافت نشده و راهی محل‌های دفن زباله می‌شود. پژوهشگران با به‌کارگیری تا ۴۰ درصد پلی‌اتیلن در مخلوط‌های آسفالت، هزینه قیر را کاهش داده، استحکام را افزایش داده و اهداف پایداری را بهبود بخشیدند.
روش‌ها و کاربرد
دو روش اصلی برای تغییر ویژگی‌های آسفالت وجود دارد: روش تر، که در آن افزودنی‌ها پیش از ترکیب با سنگدانه‌ها به قیر افزوده می‌شوند، و روش خشک، که در آن مواد اصلاح‌کننده در مرحله تولید با سنگدانه‌ها مخلوط می‌شوند. گروه دانشگاه میسوری روش خشک را ترجیح دادند، زیرا در این روش می‌توان پلی‌اتیلن دانه‌بندی‌شده یا پودر شده را مستقیماً وارد درام اختلاط کرد. این کار تولید را ساده کرده و از زمان‌بر بودن و هزینه بالای تهیه قیر اصلاح‌شده از پیش جلوگیری می‌کند.
آزمایش میدانی این فناوری از سال ۲۰۲۱ بر روی یک لایه نازک آسفالت در جنوب محوطه دانشگاه آغاز شد. پس از گذر چهار زمستان پیاپی، عملکرد آسفالت آزمایشی رضایت‌بخش بود. سپس آزمایش‌های بیشتری در ۹ بخش آزمایشی بزرگراه بین‌ایالتی ۵۵، بین نیواورلئان و شیکاگو، و همچنین خیابان‌های محلی کانزاس‌سیتی انجام شد—که همگی مقاومت بالایی در برابر ترک‌خوردگی، شیارشدگی و آسیب آبی نشان دادند.
تطبیق با استانداردهای باند فرودگاه
چالش بعدی تیم تحقیقاتی، انطباق این فناوری با استانداردهای سختگیرانه باند فرودگاه بود؛ جایی که الزامات ایمنی بسیار فراتر از جاده‌هاست. سطح باند باید علاوه بر تحمل بارهای سنگین بدون تغییر شکل، خطر ایجاد آوار خارجی (FOD) را نیز به حداقل برساند، چرا که این ذرات می‌توانند به موتور یا بدنه هواپیما آسیب برسانند. این تیم با همکاری سازمان هوانوردی فدرال آمریکا (FAA) به دنبال مکان‌های آزمایشی در ایالت‌های میسوری، آیووا و ایلینوی است و در آزمایشگاه روی اصلاح ترکیب برای عملکرد مناسب در فرودگاه کار می‌کند.
برای باندهای فرود، آسفالت باید در برابر شیارشدگی در گرما مقاوم باشد و در عین حال در سرمای شدید انعطاف‌پذیری کافی برای جلوگیری از ترک‌خوردگی داشته باشد—تعادلی حساس که هم از بروز FOD جلوگیری کند و هم ایمنی عملیات پروازی را تضمین نماید. همچنین، سطح صاف و پایدار باند خطر آب‌لغزی (hydroplaning) را کاهش داده و عملکرد ترمزگیری در هنگام فرود را بهبود می‌بخشد.
پرداختن به نگرانی‌های زیست‌محیطی
علاوه بر عملکرد مکانیکی، پژوهشگران اثرات زیست‌محیطی این فناوری را نیز بررسی کردند. آزمایش‌های آزمایشگاهی تأیید کرد که محصور شدن پلی‌اتیلن درون قیر، منجر به رهایش قابل‌توجه میکروپلاستیک‌ها نمی‌شود و همچنین در آزمون‌ها هیچ مقدار قابل اندازه‌گیری از مواد PFAS (ترکیبات پر و پلی‌فلوروآلکیل) در مواد بازیافتی یافت نشد. پلاستیک‌های زائد در این فرآیند مهر و موم شده و از نفوذ آلودگی به محیط جلوگیری می‌شود و عمر مفید مصالح نیز افزایش می‌یابد.
این پروژه که حاصل همکاری آزمایشگاه آسفالت و نوآوری دانشگاه میسوری با سازمان FAA است، گامی عملی در جهت زیرساخت‌های پایدارتر به شمار می‌رود. بازیافت پلاستیک‌های سخت‌بازیافت در قالب یک جزء سازه‌ای، علاوه بر حذف ضایعات، استحکام گره‌های حمل‌ونقلی را نیز افزایش می‌دهد. با پژوهش‌ها و آزمایش‌های میدانی بیشتر، این فناوری می‌تواند تولید آسفالت برای جاده‌ها و باندهای فرودگاه را متحول کند—و صرفه اقتصادی، مسئولیت‌پذیری زیست‌محیطی و کارایی مهندسی را در یک راهکار واحد گرد هم آورد.
