به گزارش دنیای نفت و قیر، افزایش سرعت توسعه زیرساختهای حملونقل در بسیاری از مناطق جهان باعث شده توجه پژوهشگران به مواد مورد استفاده در ساخت روسازی جادهها بیش از گذشته جلب شود. کشورهای خاورمیانه، آسیای مرکزی و بخشهایی از آفریقا در سالهای اخیر برنامههای گستردهای برای ساخت بزرگراهها، جادههای شهری و مسیرهای ارتباطی میان مراکز صنعتی و بنادر آغاز کردهاند. اجرای این پروژهها نیازمند حجم قابل توجهی از مصالح آسفالتی است و همین موضوع باعث شده مهندسان به دنبال روشهایی برای بهبود عملکرد بایندر آسفالت باشند. در همین راستا یک پژوهش علمی تازه به بررسی استفاده از روغن موتور بازیافتی و لیگنین به عنوان افزودنی در بایندر آسفالت پرداخته است. این تحقیق که در محیط آزمایشگاهی انجام شده اطلاعات تازهای درباره نحوه رفتار این مواد در ترکیب با بایندرهای قیری ارائه میدهد و میتواند در آینده برای توسعه مصالح روسازی مورد توجه قرار گیرد.
بایندر آسفالت یکی از اجزای اصلی در تولید مخلوطهای آسفالتی است و نقش چسبندگی میان سنگدانهها را در روسازی جادهها ایفا میکند. این ماده معمولاً از بخشهای سنگین نفت خام در پالایشگاهها تولید میشود و ویژگیهای فیزیکی آن تعیین میکند که روسازی جاده تا چه اندازه در برابر فشار ناشی از عبور وسایل نقلیه، تغییرات دما و شرایط محیطی مقاومت داشته باشد. در مناطق گرمسیر یا مناطقی که اختلاف دمای روز و شب زیاد است، عملکرد بایندر اهمیت بیشتری پیدا میکند زیرا اگر این ماده خواص مناسبی نداشته باشد ممکن است سطح جاده دچار ترکخوردگی یا تغییر شکل شود. به همین دلیل تحقیقات متعددی در حوزه مهندسی راه به دنبال اصلاح بایندر آسفالت از طریق افزودن مواد مختلف هستند.
در پژوهش جدید، دو ماده متفاوت به عنوان افزودنی مورد بررسی قرار گرفتهاند. نخستین ماده روغن موتور بازیافتی است که از روغنهای مصرفشده در خودروها و ماشینآلات صنعتی به دست میآید. این روغنها پس از پایان دوره مصرف معمولاً جمعآوری میشوند تا از ورود آنها به محیطزیست جلوگیری شود. در بسیاری از کشورها مدیریت پسماند روغنهای مصرفشده یکی از مسائل مهم زیستمحیطی محسوب میشود، زیرا ترکیبات موجود در این روغنها میتوانند در صورت دفع نامناسب باعث آلودگی خاک و منابع آب شوند. استفاده مجدد از این مواد در صنایع مختلف میتواند به کاهش چنین مشکلاتی کمک کند.
ماده دوم که در این پژوهش مورد بررسی قرار گرفته لیگنین است. لیگنین یکی از ترکیبات طبیعی موجود در ساختار سلولی گیاهان است و در فرآیند تولید خمیر کاغذ به مقدار قابل توجهی به عنوان محصول جانبی تولید میشود. کارخانههای کاغذسازی در بسیاری از کشورها حجم زیادی از این ماده را تولید میکنند و یافتن کاربردهای صنعتی جدید برای آن میتواند ارزش اقتصادی بیشتری ایجاد کند. در سالهای اخیر برخی مطالعات علمی نشان دادهاند که لیگنین میتواند در تولید مصالح ساختمانی و مواد مهندسی مورد استفاده قرار گیرد. به همین دلیل پژوهشگران در این تحقیق بررسی کردند که آیا این ماده میتواند در ترکیب بایندر آسفالت نیز کاربرد داشته باشد یا خیر.
برای انجام این مطالعه مجموعهای از آزمایشهای تخصصی در آزمایشگاه طراحی شد. در این آزمایشها نمونههایی از بایندر آسفالت با درصدهای مختلف روغن موتور بازیافتی و لیگنین تهیه شد و سپس ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی آنها مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایشهایی مانند اندازهگیری ویسکوزیته، بررسی رفتار بایندر در دماهای مختلف، تحلیل مقاومت در برابر ترکخوردگی و ارزیابی پایداری در برابر بارگذاری تکراری از جمله آزمونهایی بودند که در این تحقیق انجام شدند. چنین آزمایشهایی معمولاً در مهندسی راه برای پیشبینی عملکرد روسازی آسفالتی در شرایط واقعی مورد استفاده قرار میگیرند.
نتایج اولیه آزمایشها نشان داد که روغن موتور بازیافتی میتواند بر ویژگیهای جریان بایندر آسفالت تأثیر قابل توجهی داشته باشد. افزودن مقدار مشخصی از این روغن باعث کاهش ویسکوزیته بایندر شد و در نتیجه ماده به شکل روانتری در فرآیند اختلاط با سنگدانهها عمل کرد. این موضوع میتواند در مرحله تولید آسفالت و همچنین هنگام پخش آن در محل پروژه مفید باشد زیرا بایندر روانتر قادر است سطح سنگدانهها را بهتر پوشش دهد. با این حال پژوهشگران اشاره کردند که افزایش بیش از حد این ماده ممکن است باعث کاهش مقاومت روسازی در برابر تغییر شکل دائمی شود. به همین دلیل تعیین نسبت دقیق روغن موتور بازیافتی در ترکیب بایندر اهمیت زیادی دارد.
در مقابل، لیگنین رفتار متفاوتی در آزمایشها نشان داد. نتایج نشان داد که افزودن این ماده میتواند سختی بایندر را افزایش دهد و مقاومت آن را در برابر تغییر شکل در دماهای بالا بهبود ببخشد. این ویژگی برای جادههایی که تحت ترافیک سنگین قرار دارند بسیار مهم است. در بسیاری از مناطق گرم جهان، سطح آسفالت در تابستان نرم میشود و عبور مداوم خودروها میتواند باعث ایجاد شیار در سطح جاده شود. افزایش سختی بایندر از طریق افزودن لیگنین میتواند احتمال بروز چنین مشکلاتی را کاهش دهد.
یکی از بخشهای مهم این پژوهش بررسی عملکرد ترکیبی این دو ماده بود. پژوهشگران تلاش کردند با تنظیم نسبت روغن موتور بازیافتی و لیگنین در نمونههای آزمایشگاهی، ترکیبی ایجاد کنند که هم انعطافپذیری مناسب داشته باشد و هم مقاومت کافی در برابر تغییر شکل از خود نشان دهد. نتایج آزمایشها نشان داد که برخی نسبتهای خاص از این دو ماده میتواند تعادل مناسبی میان انعطاف و سختی ایجاد کند. چنین ترکیبی ممکن است بتواند در شرایط آبوهوایی متغیر عملکرد بهتری نسبت به بایندرهای معمولی داشته باشد.
این موضوع برای بسیاری از مناطق خاورمیانه اهمیت ویژهای دارد. در شهرهایی مانند ریاض، ابوظبی و دوحه دمای سطح جاده در تابستان میتواند بسیار بالا باشد. در مقابل در برخی مناطق کوهستانی اختلاف دمای شب و روز قابل توجه است. روسازی جادهها در چنین شرایطی نیازمند مصالحی است که بتوانند در برابر گرمای شدید و همچنین تغییرات دمایی مقاومت داشته باشند. به همین دلیل توسعه بایندرهای اصلاحشده یکی از موضوعات مهم در تحقیقات مهندسی راه به شمار میرود.
از دیدگاه زیستمحیطی نیز استفاده از مواد بازیافتی در بایندر آسفالت اهمیت زیادی دارد. روغن موتور مصرفشده اگر به درستی مدیریت نشود میتواند به یکی از منابع آلودگی تبدیل شود. استفاده از این ماده در تولید آسفالت میتواند راهی برای استفاده مجدد از آن در یک فرآیند صنعتی باشد. در مورد لیگنین نیز چنین وضعیتی وجود دارد زیرا این ماده در صنایع کاغذسازی به مقدار زیادی تولید میشود و استفاده از آن در صنایع دیگر میتواند باعث کاهش حجم پسماندهای صنعتی شود.
از نظر اقتصادی نیز این رویکرد میتواند مزایایی به همراه داشته باشد. پروژههای زیرساختی معمولاً نیازمند حجم بسیار زیادی از مصالح هستند و هزینه مواد اولیه بخش مهمی از هزینه کل پروژه را تشکیل میدهد. اگر بخشی از مواد مورد استفاده در تولید آسفالت از منابع بازیافتی یا محصولات جانبی صنایع دیگر تأمین شود، ممکن است هزینه تولید کاهش پیدا کند. البته تحقق چنین مزایایی به بررسیهای فنی و اقتصادی بیشتری نیاز دارد.
با وجود نتایج مثبت به دست آمده در آزمایشگاه، پژوهشگران تأکید کردهاند که استفاده عملی از این مواد در پروژههای راهسازی نیازمند تحقیقات بیشتری است. عملکرد واقعی روسازی آسفالتی تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار دارد از جمله شرایط آبوهوایی، نوع سنگدانهها، میزان ترافیک و نحوه اجرای پروژه. به همین دلیل پیش از استفاده گسترده از هر نوع بایندر اصلاحشده معمولاً پروژههای آزمایشی در مقیاس واقعی اجرا میشود تا رفتار آن در طول زمان بررسی شود.
یکی دیگر از موضوعاتی که در ادامه تحقیقات باید بررسی شود سازگاری این افزودنیها با فرآیندهای تولید در کارخانههای آسفالت است. کارخانههای تولید آسفالت برای کار با محدوده مشخصی از دما و شرایط اختلاط طراحی شدهاند و هر افزودنی جدید باید بتواند بدون ایجاد مشکل در این فرآیندها مورد استفاده قرار گیرد. به همین دلیل پژوهشگران پیشنهاد میکنند آزمایشهای بعدی بر رفتار این مواد در شرایط تولید صنعتی نیز متمرکز شود.
در نهایت، نتایج این پژوهش نشان میدهد که روغن موتور بازیافتی و لیگنین هر یک میتوانند ویژگیهای خاصی را به بایندر آسفالت اضافه کنند. روغن موتور بازیافتی میتواند انعطافپذیری بایندر را افزایش دهد و فرآیند اختلاط را آسانتر کند، در حالی که لیگنین میتواند مقاومت آن را در برابر تغییر شکل در دماهای بالا تقویت کند. ترکیب کنترلشده این دو ماده ممکن است امکان تولید بایندری با ویژگیهای متعادل را فراهم کند که در شرایط آبوهوایی مختلف عملکرد قابل قبولی داشته باشد. اگر تحقیقات میدانی آینده نیز این نتایج را تأیید کند، چنین افزودنیهایی میتوانند در آینده به عنوان گزینههایی برای توسعه فناوریهای جدید در صنعت آسفالت مورد توجه قرار گیرند.
