کاربرد جدید ضایعات نفتی پلاستیکی تراشه های آسفالت کاربرد آسفالت

کاربرد جدید ضایعات نفتی پلاستیکی تراشه های آسفالت کاربرد آسفالت – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه راه – ساختمان، معماری، عمران

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

  کاربرد جدید ضایعات نفتی، پلاستیکی و تراشه های آسفالت و کاربرد آنها در ترکیبات جدید آسفالت

چکیده

فرآیند بازیافت مواد بکار گرفته شده در روسازی جاده ها به منظور استفاده مجدد از خرده آسفالت ها یا تراشه های آسفالت (RAP) یا دیگر مواد ضایعاتی در ترکیبات جدید آسفالت برای ساخت و بازسازی جاده ها یکی از ویژگی های قابل توجه به شمار می آید که خود سبب کاهش کاربرد مواد تازه (نظیر مصالح و قیر) می شود. بر این مبنا، هدف اصلی این مقاله به حداقل رسانی استفاده از منابع طبیعی از طریق استفاده مجدد از سه ماده ضایعاتی به شرح ذیل می باشد: HDPE، روغن موتور و تراشه ها یا خرده های آسفالت جمع آوری شده از جاده های قدیمی (RAP). در این زمینه مقادیر مختلفی از روغن موتور ضایعاتی و HDPE به مواد آسفالتی همراه با ۵۰% از قیر اصطلاحاً پیر شده افزوده می شود. با توجه به این موضوع بهترین راه حل جهت ایجاد چسب مایه های اصلاح شده (یعنی میزان ۵/۴ الی ۵% HDPE و ۱۰% روغن موتور ضایعاتی) همراه با قیر عادی و تنها ۳۵% از قیر تازه به عنوان یک راه حل مناسب مورد استفاده قرار می گیرد. ترکیبات آسفالت با ۵۰% RAP با استفاده از چسب مایه های اصلاح شده انتخابی تولید شده که خود سبب ارتقای برخی از ویژگی ها در مقایسه با ترکیبات آسفالت عادی شده است. در نتیجه، این مواد ضایعاتی را می توان به خوبی در ترکیبات جدید آسفالت بکار گرفت.

کاربرد جدید ضایعات نفتی پلاستیکی تراشه های آسفالت کاربرد آسفالت

۱- مقدمه

فرآیند بازیافت روکش جاده ها معرف مزیت های محیطی و اقتصادی برای صنایع مربوطه می باشد. از نقطه نظر محیطی، این بازیافت سبب کاهش مقدار کاربرد مصالح جدید و قیر استفاده شده گردیده و همچنین موجب کاهش فضای مورد نیاز جهت انجام این پروسه و همچنین کاهش انرژی شده است. علاوه بر مزیت های محیط زیستی، چرخه بازیافت روکش یا آسفالت جاده ها در مقایسه با رویه های سنتی این فرایند مزیت های اقتصادی زیادی داشته باشد و قابلیت حل مشکلات متعدد دیگر نظیر ترک خوردگی، زبری و دیگر مسایل را دارد (INIR، ۲۰۱۲).

بر حسب داده های فراهم شده به وسیله EAPA (2011)، ۲۰۰۰ تن آسفالت اصلاح شده در پرتغال در سال ۲۰۱۱ موجود بوده است، که از این بین ۶۰% در فرآیندهای گرم و خشک مورد بازیافت قرار گرفته، و ۵% آن نیز تحت فرآیند بازیافت سرد قرار داشته و ۱۵% آن نیز تحت فرآیند لایه های غیرپیوندی قرار گرفته اند. با این وجود، نرخ بازیافت در برخی از کشورهای اروپایی با وجود دسترسی به مقادیر قابل توجه آسفالت قابل بازیافت یا آسفالت اصلاحی همچنان اندک می باشد (EAPA، ۲۰۱۲). بنابراین، این موضوع مشاهده شده است که تکنیک های بازیابی آسفالت همچنان از رشد مناسبی در اروپا برخوردار نبوده اند و مصرف ضعیفی در این زمینه وجود دارد.

تراشه ها یا خرده های آسفالت (RAP) که در فرآیند بازیابی آسفالت بکار گرفته می شوند به صورت یک ماده ناهمگن می باشند (Karlsson و Isacsson، ۲۰۰۶)، چرا که این مورد منوط به مقدار و نوع مواد استفاده شده در ساخت و ساز اولیه جاده، و همچنین در ارتباط با حفظ و نگهداری و فرآیندهای محافظت در طول تاریخ عمر جاده و شرایط حمل و نقل و نگهداری می باشد (Vislavičius و Sivilevičius، ۲۰۱۳) RAP به عنوان یک ماده با ویژگی متفاوت قلمداد شده که خود نیازمند تجربه و دانش زیادی برای بکارگیری آن در ترکیبات جدید آسفالت در مقایسه با مؤلفه های متعارف می باشد (Karlsson و Isacsson، ۲۰۰۶).

نویسندگان متعددی (نظیر Sengoz و Oylumluoglu، ۲۰۱۳، Reyes-Ortiz و همکاران، ۲۰۱۲) اقدام به بررسی و ارزیابی کاربرد مقادیر مختلف خرده ها یا تراشه های آسفات (RAP) در امر بازیافت ترکیبات آسفالت و عملکرد مکانیکی آنها نموده اند. این تراشه ها جمع آوری شده حاوی قیر می باشند، اما به واسطه فرایند پیرشدگی کوتاه مدت یا درازمدت آن، لازم است تا اقدام به اضافه نمودن یک ماده بازیافتی در این زمینه شود (Karlsson و Isacsson، ۲۰۰۶). این ماده بازیافتی یا ماده جوان کننده می بایست قابلیت تغییر ویژگی های مواد چسبنده پیر شده را به گونه ای داشته باشد تا بتواند خواص مکانیکی معمولی قیر عادی را به آن بازگرداند (Dony و همکاران، ۲۰۱۳). برخی از مثال های مربوط به این مؤلفه ها شامل قیرهای رتبه نرم، روغن نباتی (Dony و همکاران، ۲۰۱۳)، روغن های پوشا یا بسط دهنده (Karlsson و Isacsson، ۲۰۰۶) و روغن موتور ضایعاتی (Silva و همکاران، ۲۰۱۲) می باشند.

روغن موتور ضایعاتی در حقیقت به عنوان پسماند روغن موتوری به شمار می آید که برای جوان سازی یا ممانعت از پیرشدگی قیر از آن استفاده می شود، چرا که این روغن قابلیت رقیق کردن مواد موجود در قیر و تفکیک آن از چسب مایه های پیر شده از طریق اضافه سازی مالتن را خواهد داشت (Lesueur، ۲۰۰۹). اضافه نمودن روغن موتور ضایعاتی سبب کاهش ترکیب و تراکم دما و ویسکوزیته قیر می شود (Silva و همکاران، ۲۰۱۲) و استفاده مجدد آن را می توان به عنوان یک مزیت محیط زیستی و اقتصادی به شمار آورد. با این وجود، کاربرد مقادیر بالای مواد جوان کننده ممکن است سبب بروز مشکلاتی نظیر شیار شدگی شود، که می توان از طریق فرآیند اصلاح پلاستیکی از این موضوع نیز اجتناب نمود. بنابراین، پلاستیک ضایعاتی را می توان در فرآیند اصلاح قیر جهت ارتقای عملکرد آن بکار برد، که عمدتاً سبب کاهش شیار شدگی، ترک خوردگی و حساسیت های حرارتی می شود (Costa و همکاران، ۲۰۱۳). پلی اتیلین دارای چگالی بالا (HDPE) در مقادیر زیاد و با قیمت پایین در دسترس می باشد (Casey و همکاران، ۲۰۰۸) و به عنوان یکی از پلاستیک های ضایعاتی به شمار می آید که می توان از آن برای اصلاح قیر استفاده نمود. این ماده سبب کاهش نفوذ و افزایش نقطه نرم شدگی مربوط به حرارت گردیده و نهایتاً منجر به افزایش مقاومت در برابر گرما و حرارت می شود (Al-Hadidy و Yi-qiu، ۲۰۰۹).

با توجه به این موضوع، هدف اصلی این مقاله کاهش مقدار مواد تازه بکار گرفته شده در ترکیبات جدید آسفالت، از طریق اضافه نمودن ۵۰% RAP و قیر اصلاح شده جدید می باشد که قابلیت به حداکثررسانی کاربرد مواد ضایعاتی (روغن موتور و HDPE ضایعاتی) را فراهم می سازد.

کاربرد جدید ضایعات نفتی پلاستیکی تراشه های آسفالت کاربرد آسفالت

۲- روش ها و مواد

۲ـ۱٫ مواد

مواد بکار گرفته شده در این بررسی خرده آسفالت ها یا تراشه های آسفالت (RAP)، مصالح جدید، قیر معمولی و دو ماده یا اصلاح کننده اضافه شده (روغن موتور ضایعاتی و HDPE ضایعاتی) می باشند.

ماده RAP از طریق آسیاب یک لایه سطحی آسفالت بدست می آید، که با استفاده از کلاسیفایر و الک ۸ میلیمتری به دو بخش (بخش ظریف و ضخیم) تقسیم می شوند. قیر پیر شده حاصل آمده از ماده RAP یک ماده چسبنده بسیار سخت با نفوذ ۹ dmm و دمای نرم شدگی ۷۴ درجه سلسیوس می باشد.

مصالح انتخابی جزء سنگدانه های گرانیتی می باشند، به جز فیلر که سنگ آهک انتخاب شد. قیر معمولی از CEPSA دارای میزان نفوذ ۳۵ dmm و نقطه نرمی ۵۴ درجه سلسیوس می باشد. این قیر با استفاده از روغن موتور ضایعاتی و HDPE ضایعاتی اصلاح شد. متعاقباً با قیر پیر شده حاصل از RAP ترکیب گردیده و مشخصه های آن با قیر اصلی مقایسه گردید. روغن موتور از وسایل نقلیه سنگین نشان دهنده ویسکوزیته بین ۱/۰ و ۰۰۵/۰ Pa.s با یک محدوده دمایی (۳۰ الی ۱۸۰ سلسیوس) می باشند. در مقابل، HDPE با بعد حداکثری ۴ میلیمتری و دمای ذوب برابر با ۱۳۴ درجه سلسیوس حاصل آمد.

۲ـ۲٫ روش ها

قیر ۵۰/۳۵ با استفاده از پلیمر ضایعاتی (HDPE) با یک میکسر برشی با سرعت بالای ۷۲۰۰ دور در دقیقه برای مدت ۲۰ دقیقه در دمای ۱۸۰ درجه سلسیوس به منظور حاصل آوردن ماده چسبنده اصلاح شده همگن تحت فرآیند مورد نظر قرار گرفتند. متعاقباً، مقدار مورد نیاز روغن موتور ضایعاتی به قیر اصلاح شده اضافه گردیده و به مدت ۱۰ دقیقه در دمای ۱۸۰ درجه سلسیوس مخلوط شد. در انتها، قیر اصلاح شده با پلیمر و روغن موتور ضایعاتی به قیر پیر شده با تناسب ۵۰% در طی ۲ دقیقه و در دمای ۱۸۰ درجه سلسیوس اضافه شد. ذکر این موضوع ضروری است که برخی از نمونه ها صرفاً با موتور روغن ضایعاتی به دلایل مقایسه ای اصلاح شدند.

به طور اولیه، مواد چسبنده با مقادیر مختلف روغن موتور ضایعاتی (۱۰، ۱۵ و ۲۰%)، مورد بررسی قرار گرفتند. این مواد با ۵% HDPE (حداکثر درصد توصیه شده) اصلاح شده و بر این مبنا با حاصل آوردن بهترین ماده چسبنده اصلاح شده قابلیت انتخاب مقدار روغن موتور ضایعاتی به منظور استفاده در فاز بعدی حاصل آمد. متعاقباً، چندین درصد HDPE (5/2، ۵/۳ و ۵/۴%) با این مقدار از روغن موتور ضایعاتی مورد بررسی قرار گرفت. محتوای هر ماده و دسته بندی آنها در جدول ۱ نشان داده شده است. مواد چسبنده اصلاح شده نهایی، که قبلاً با قیر پیر شده ترکیب شده بودند با توجه به میزان نفوذ تحت شرایط دمایی ۲۵ درجه سلسیوس (EN 1426)، دمای نقطه نرمی (EN 1427) و مشخصه های ویسکوزیته دینامیکی (EN 13302) تحت آزمایش قرار گرفتند. در نهایت، این مواد (با روغن و HDPE) با مشخصه ای مشابه با قیر معمولی ۵۰/۳۵ pen (قیر پایه استفاده شده در این مطالعه) جهت تولید ترکیبات آسفالت بازیافتی به منظور ارزیابی عملکرد مکانیکی آنها انتخاب شدند.

با توجه به تولید ترکیبات آسفالتی بازیافتی با RAP (ترکیباتAC 14 Surf  با محتوای مواد چسبنده ۵ درصدی) فرآیند مربوطه با اضافه نمودن مصالح جدید در دمای ۲۳۰ درجه سلسیوس با ۲۰% میزان RAP درشت دانه آغاز شد. این مواد را می بایست در طی یک دقیقه با هم ترکیب نمود تا از همگنی آنها اطمینان حاصل شود. پس از آن، ۳۰% میزان RAP ظریف در دمای اتاق به ترکیب قبلی اضافه گردید که به مدت ۲ دقیقه به منظور همگن سازی یا یکنواخت سازی دمای ترکیب تحت فرآیند مربوطه قرار گرفت. متعاقباً، قیر اصلاح شده با مواد ضایعاتی (در ۱۸۰ درجه سلسیوس) به ترکیب اضافه شد، با توجه به مدت ۲ دقیقه ای، همانگونه که در استاندارد EN 12697-35 مشخص شده است. این راهکار تولید بر مبنای مطالعه انجام شده توسط Palha و همکاران (۲۰۱۳) می باشد. کلیه ترکیب ها با حساسیت آب (EN 12697-23) و مقاومت در برابر شیار شدگی (EN 12697-22) به منظور ارزیابی عملکرد آنها مورد آزمایش قرار گرفتند.

کاربرد جدید ضایعات نفتی پلاستیکی تراشه های آسفالت کاربرد آسفالت

۳- نتایج

۳ـ۱٫ انتخاب محتویات مواد ضایعاتی

اصول کلی چسب های مایه های مورد بررسی در جدول ۲ نشان داده شده است. افزایش محتوای موتور ضایعاتی سبب افزایش مقادیر نفوذ و کاهش دمای نقطه نرمی می شود. در مقابل، اضافه نمودن HDPE سبب کاهش مقدار نفوذ و افزایش دمای نقطه نرمی خواهد شد. بنابراین می توان قیر اصلاح شده با ۵% HDPE ضایعاتی و ۱۰% روغن موتور ضایعاتی را به عنوان ماده ای با مقادیر نفوذ مشابه با قیر B35/50 عادی تصدیق نمود، آن هم با میانگین داشتن مقدار دمای نقطه نرمی بالاتر. بنابراین، این مطالعه صرفاً اقدام به بررسی ۱۰% روغن موتور ضایعاتی و محدوده ای از محتوای HDPE به منظور یافتن بهترین چسب مایه های اصلاح شده نموده است که قابلیت به حداکثر رسانی کاربرد مواد ضایعاتی را دارند.

بر حسب شکل ۱، برای درصد مشابهی از روغن موتور ضایعاتی، افزایش مقدار HDPE سبب کاهش مقدار نفوذ و افزایش مقدار نقطه نرمی خواهد شد. ذکر این نکته ضروری است که مقادیر نقطه نرمی کاملاً مشابه با مقادیر HDPE بین ۵/۲ و ۵/۴% می باشند که به طور فزاینده ای برای مقدار HDPE 5% افزایش یافته است. این گوناگونی شدید را می توان در ارتباط با تغییر فاز در چسب مایه دانست، آن هم زمانی که غلظت HDPE در حد کفایت جهت ایجاد ساختارهای داخلی در نظر گرفته شود.

نتایج ویسکوزیته دینامیکی (شکل ۲) مؤکد مشاهدات قبلی می باشد. ویسکوزیته چسب مایه اصلاح شده صرفاً با روغن موتور ضایعاتی در کمترین سطح می باشد، در حالی که چسب مایه های اصلاح شده های دیگر (با روغن موتور و HDPE ضایعاتی) معرف ویسکوزیته مشابه یا حتی بالاتر از قیر عادی می باشند. مجدداً، قیر اصلاح شده با ۵% HDPE و ۱۰% روغن موتور ضایعاتی (RBP5O10) نشان دهنده بالاترین میزان ویسکوزیته می باشد و در پی آن چسب مایه RBP4.5O10 قرار می گیرد.

با توجه به نتایج فوق، تنها یکی از قیرهای اصلاح شده، یعنی RBP5O10، نشان دهنده خواص مشابه یا حتی بالاتر از قیر معمولی B35/50 pen می باشد. با این وجود، قیر اصلاح شده RBP4.5O10 معرف ویژگی هایی مشابه با قیر عادی B50/70 pen است (که همچنین برای ساخت و ساز جاده از آن استفاده می شود)، و در عین حال از بروز برخی از مشکلات مرتبط با کاربرد پذیری کمتر چسب مایه ها با ویسکوزیته بالاتر نیز جلوگیری می نماید. بنابراین، این دو قیر اصلاح شده (RBP5O10 و RBP4.5O10) انتخاب گردیده و قابلیت تولید ترکیبات آسفالتی بازیافتی به منظور ارزیابی عملکرد خود را خواهند داشت، که خود در مقایسه با ترکیب معمولی ایجاد شده با قیر پایه بکار گرفته شده در این مطالعه (B35/50) می باشد.

۳ـ۲٫ عملکرد ترکیبات HMA عادی و بازیافتی

شکل ۳ نشان دهنده حساسیت آب و نتایج مربوط به حفره های هوا به دست آمده از ترکیبات مورد بررسی بر حسب استاندارد EN 12697-8 (روش الف) می باشد. ترکیبات مختلف آسفالت معرف مقادیر حساسیت آب مشابه در محدوده ۶۶ و ۷۱% می باشند و در بین این مقادیر ترکیب آسفالت معمولی ارائه دهنده پایین ترین حد حساسیت به آب است. با توجه به محتوای حفره های هوایی، ترکیبات جدید آسفالت با چسب مایه اصلاح شده مشخص کننده میزان حفره های هوایی اندکی فراتر از موارد مشخص شده برای یک ترکیب AC 14 Surf (3 الی ۵%) می باشند. با این وجود، محتویات بالاتر این حفره ها در ترکیبات جدید سبب ایجاد مشکل نمی شوند چرا که حساسیت آب بسیار نزدیک به ترکیب معمولی آسفالت می باشد. محتویات بالاتر حفره هوای این ترکیبات بازیافتی جدید به واسطه کاربرد مواد RAP یا به واسطه ویسکوزیته بالاتر چسب مایه های اصلاح شده با HDPE در دمای کاری بالا می باشد.

مقاومت در برابر دفرمه شدگی دائمی (شیارشدگی) با استفاده از برآورد عمق شیار شکل گرفته بر حسب رفت و آمدهای مکرر چرخ ماشین های نقلیه بر روی مواد آزمایشی مشخص شد. ارزیابی عمق شیارشدگی با تعداد چرخه ها به منظور مشخص سازی رتبه عملکرد دفرمه شدگی دائمی ترکیبات آسفالتی بکار گرفته شد (شکل ۴)، که عمدتاً با استفاده از پارامتر شیب اثر چرخ در هوا (WTS_AIR) می باشد. ترکیبات آسفالت با ۵/۴ یا ۵% HDPE و ۱۰% روغن موتور ضایعاتی (AM-RBP4.5O10 و AM-RBP5O10) ارائه دهنده مقاومت بالاتر در برابر شیارشدگی در مقایسه با ترکیب معمولی (AM-B) می باشند. به علاوه، هر دو ترکیب آسفالت با چسب مایه های اصلاح شده جدید معرف مقادیر بسیار پایین WTS_AIR می باشند، که کاملاً کمتر از مقادیر ترکیب های معمولی هستند، که خود معرف یک عملکرد مناسب در برابر شیارشدگی این ترکیبات جدید می باشد.

کاربرد جدید ضایعات نفتی پلاستیکی تراشه های آسفالت کاربرد آسفالت

۴- نتیجه گیری

مقاله جاری ارائه دهنده نتایج اصلی مرتبط با توسعه ترکیبات آسفالتی جدید با کاربرد مقادیر قابل توجهی از مواد ضایعاتی مختلف (RAP، روغن موتور و HDPE) می باشد، که به نظر دارای عملکرد مشابهی یا حتی بهتر از ترکیبات معمولی دارند. در طی فاز ابتدایی مشخص سازی ویژگی های چسب مایه ها، بهترین عملکرد به وسیله چسب مایه های اصلاح شده با ۵/۴ الی ۰/۵% HDPE و ۱۰% روغن موتور ضایعاتی حاصل آمد. متعاقباً، ترکیبات آسفالت بازیافتی با ۵۰% RAP در این راستا قرار گرفته و چسب مایه های اصلاح شده انتخابی  نیز ارائه دهنده مقاومت بالاتر در برابر شیارشدگی همراه با حساسیت مشابه در برابر با آب در مقایسه با ترکیبات معمولی با قیر ۵۰/۳۵ می باشند، علیرغم آنکه آنها دارای میزان بیشتر حفره های هوایی نیز هستند. بر این مبنا می توان این نتیجه گیری را حاصل آورد که قابلیت استفاده از این مواد ضایعاتی مختلف (RAP، روغن موتور، HDPE) در ترکیبات آسفالتی جدید به خوبی وجود داشته و به طور قابل توجهی سبب کاهش کاربرد قیر تازه به میزان ۶۵% می شود. بنابراین، این ترکیبات آسفالتی جدید با چسب مایه های اصلاح شده ضایعاتی را می توان به عنوان یک راهکار محیط زیستی و اقتصادی جهت استفاده مجدد از مواد ضایعاتی به حساب آورد.