دانلود بررسی ،نانو آسفالت ، پاورپوینت
بخشی از مطلب
در سال 1870 یک شیمیدان بلژیکی با نام دسمدت (Desmedt) اولین سنگفرش آسفالت
واقعی را ، که مخلوطی از ماسه بود ، در برابر تالار شهر در نیویورک ایجاد
نمود. طراحی دسمدت در بزرگراهی در فرانسه در سال 1852 مورد الگوبرداری قرار
گرفت. سپس دسمدت خیابان پنسیلوانیا در واشینگتن را آسفالت کرد که سطح این
پرژه 45149 متر مربع بود.یکی از نمایندگان محلی کنگره به دسمدت گفت: این
کار هرگز عمومیت نخواهد یافت.
با این حال، بر اساس تقاضای رو به رشد بازار، پیش بینی می شود پس از 137
سال (در سال 2007) بازار آسفالت- قیر معدنی به 107 میلیون تن برسد. در این
میان آسفالت معلق بیشترین رشد را دارد. همچنین به عنوان نشانه ای از رشد
این محصولات در آینده، چندی است که کار بر روی آسفالتی که در موقع خرابی
خودش را تعمیر کند، آغاز شده است.
به کارگیری فناوری نانو در ساخت زیربناهای مربوط به حمل ونقل، تقریباً معادل با تلاش بشر برای فرستادن انسان به ماه در سال 1960 است.
در سال 2005 ایده ساخت آسفالتی برای بزرگراه ها که بتوانند خودشان را تعمیر
کنند برای بسیاری دور از ذهن به نظر می رسید. بنابراین صنعت آسفالت-قیر به
یک تحول نیاز دارد تا مردم بتوانند امکانات فناوری نانو را دیده و مزایای
آن را درک نمایند.
دکتر لیوینگستون، فیزیکدان برنامه تحقیقات زیربنایی پیشرفته در اداره کل
بزرگراه های فدرال (FHWA)، می گوید: آسفالت و سیمان هر دو جزء نانومواد می
باشند. تاکنون ما نتوانسته ایم بفهمیم که در این سطح چه اتفاقی می افتد،
اما این اثرات بر عملکرد مواد تاثیر می گذارند.
بنا بر گفته لیوینگستون، یک ماده پلیمری ساختاری که می تواند به طور خود به
خودی ترک ها 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 میکروکپسول های موجود شده، در نتیجه عامل
اصلاح کننده با استفاده از خاصیت مویینگی درون ترک رها می شود. با تماس
عامل اصلاح کننده با کاتالیزور موجود، این عامل شروع به پلیمریزه شدن
نموده، دو طرف ترک را به هم می چسباند.
این روش می تواند منجر به تولید آسفالتی شود که ترک های خود را اصلاح می
کند. لیوینگستون می گوید: هیچ کس نمی تواند برای رشد این فناوری زمانی را
پیش بینی کند، اما پیشرفت واقعی در حال انجام است و قابلیت های موجود بسیار
هیجان آور می باشند.
با این حال، برای استفاده کنندگان فعلی آسفالت، تصور نبود دست انداز، یا
نبود تأخیر به خاطر تعمیرات آسفالت، بسیار دور از دسترس بوده و نگرانی های
جدی آنها را برطرف نمی سازد.
محیط زیست عامل اصلی تأثیرگذار در فرایند تصمیم گیری برای پروژه های
بزرگراه در بسیاری از کشورها است. مزایای یک آسفالت متفاوت برای جاده ها از
دیدگاه زیست محیطی و مصرف انرژی، تنها یک بخش مهم از فرآیند تصمیم گیری
است. دیدگاه های زیست محیطی موجب تسریع پیشرفت های فنی و اجتماعی می شوند.
نیازهای چندگانه حفاظت از محیط زیست شامل: محدود نمودن انتشار گازهای
گلخانه ای، مصرف کمتر انرژی، کاهش سر و صدای ترافیک و اطمینان از سلامتی و
راحتی در رانندگی، اهدافی هستند که به دلیل ایجاد مسئولیت مشترک، مهم تر از
تمام پیشرفت های علمی می باشند.
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.
مثال هایی از مواد زایدی که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته اند،
عبارتند از: تفاله کوره شیشه دمی، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله های شهری،
خاکستر موجود در مراکز تولید برق به وسیله زغال، آجر های خرد شده، پلاستیک
حاصل از سیم های برق قدیمی و لاستیک حاصل از تایرهای کهنه.
با این حال، استفاده موفقیت آمیز از این محصولات وابسته به تحقیقات کامل در
زمینه منابع و ویژگی های 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 گفته های مارک بلشه، مدیر آسفالت لاستیک در پروژه آسفالت
سازی 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 بی اهمیتی از درآمد
صنعت ساختمانی را به خود اختصاص می دهد، اما بلشه می گوید که با افزایش
رغبت عمومی این درصد افزایش خواهد یافت.
به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقیقات آسفالت لاستیک (JARRG)، که شامل
مجموعه ای از تولید کنندگان تایر و شرکت های آسفالت سازی می باشد، یک اتصال
دهنده آسفالت بسیار ویسکوز را توسعه داده اند که از انبساط و پخش تایرهای
کهنه ای که به صورت بسیار ریز ساییده شده اند، تولید می شود. این اتصال
دهنده
در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته می شود.این ماده می تواند 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 می گوید: افرادی که در صنعت آسفالت لاستیک درگیر بوده اند، همواره سعی
کرده اند که آن را به دلیل ویژگی های مهندسی بسیار عالی اش 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 می گوید که به محض اتمام
آسفالت این بزرگراه، ADOT و مسئولین محلی سیل عظیمی از تلفن ها و ایمیل ها
را دریافت نمودند که از اشتیاق مردم نسبت به این جاده کم صداتر 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 آسفالت های معمول بسیار گران تر بوده و آسفالت
کارانی که تا به حال با این ماده چسبناک کار نکرده اند، 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 استفاده کنندگان از جاده کم صدا تر و در عین حال دارای اثرات زیست
محیطی 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 آسفالت های قوی تر وبادوام تر را افزایش می
دهد. حمل و نقل بیشتر به این مفهوم نیز می باشد که ایجاد مشکل در حمل و نقل
برای تعمیرات جاده ای مطلوب نیست و این امر موجب ایجاد تقاضای بیشتر برای
تحقیق و توسعه مؤثر می گردد.
نحوه ترمیم هوشمندانه ترک ها در نانوآسفالت:
در مراحل تولید آسفالت به درون قیر کپسول هایی به اندازه ۲۰۰ میکرومتر
اضافه می شود. این کپسول های بسیار ریز، از منومرهای حاوی مواد پلیمری و
نانویی کربن و دی اکسید تیتانیوم تشکیل شده است. این منومرها با یک
آغازکننده کاتالیستی واکنش انجام می دهند. هنگامی که یک ترک مویی در آسفالت
ایجاد می شود، این ترک به لایه های زیری آسفالت منتقل می شود و در نتیجه
مواد موجود در منومرها در اثر واکنش ایجاد شده از داخل کپسول خارج می شود و
ترک ها را به طور خودکار از بین می برد. بنابراین در همان لحظه ابتدایی که
در آسفالت، ترکی ایجاد می شود که اغلب در مراحل اولیه اندازه آن بسیار ریز
و مویی است، این منومرها سبب می شود که آسفالت به صورت هوشمندانه با شکستن
کپسول های نانویی درون خود ترمیم شود و اجازه بزرگ شدن ترک ها را ندهد.
تغییرات شدید درجه حرارت، بارش و یخبندان، انبساط و انقباض آسفالت و از همه
مهم تر وجود اقلیم های مختلف آب و هوایی در کشور از عوامل ایجاد ترک در
آسفالت می باشد ،ضمن اینکه ذرات نانویی و پلیمری موجود در این نانوآسفالت
در واقع مانع بزرگ شدن ترک های آسفالت می شود.
نانو آسفالت خود متراکم که در مواد سازنده آن از نانو تیوپ های کربنی و
نانو سیلیس استفاده شده قادر است ترک های احتمالی خود را ترمیم کرده و با
آب کردن برف، از یخ زدگی و لغزندگی جاده ها جلوگیری کند.
نانو آسفالت چه تاثیری در زندگی ما خواهد داشت؟
هنگامی که مردم در مورد آخرین پیشرفت های تکنولوژیکی فکر می‌کنند، به
احتمال زیاد تصاویر سه‌بعدی HDTV ها، تلفن‌های هوشمند و سایر دستگاه های
الکترونیکی به ذهن‌شان می آیند. احتمال خیلی کمی وجود دارد که تصاویری از
جاده ای که هر روز آنها را به مدرسه یا محل کارشان می‌رساند، در رابطه با
فناوری های پیشرفته به ذهن‌شان خطور کند. با این حال، اکثر مردم زمانی
متوجه آنها می‌شوند که پر از چاله چوله شوند و یا اینکه بریدگی های قابل
ملاحظه ای بر روی آسفالت به چشم آید. اما کمتر کسی به این فکر می‌کند که
فناوری های پیشرفته در آسفالت خیابان‌ها می‌تواند موجب کاهش مصرف سوخت،
کاهش آلودگی محیط زیست، و صرفه جویی در هزینه های تعمیر و نگهداری شود.
آسفالت ماده‌ای سیاه، چسبناک و بسیار چسبنده یا شبه جامد می‌باشد. آسفالت
ماده‌ای ترکیبی است که از مخلوط کردن شن و ماسه و قیر ساخته می‌شود و در
ساخت جاده، باند فرودگاه و پشت بام ساختمان‌ها به کار گرفته می‌شود. مدارک
موجود، نشان می‌دهند که آسفالت از ۶۲۵ سال پیش از میلاد وجود داشته است.
در حال حاضر، یکی از جذاب ترین حوزه های تحقیقات آسفالت شامل استفاده از
نانومواد می‌شود. یک گروه تحقیقاتی در دانشگاه فن آوری میشیگان، به رهبری
دکتر ژان‌پینگ، در حال بررسی استفاده از نانوخاکرس (nanoclay) در روسازی
آسفالت است. نانوخاکرس کانی‌های رسی است که برای مخلوط کردن با مواد دیگر
بهینه سازی شده است. ساختار منحصر به فرد مواد نانوخاکرس باعث می‌شود مواد
سخت‌تر و محکم‌تر شوند. این گروه نشان داد که اضافه کردن حتی مقدار کمی از
نانوخاکرس (nanoclay) به آسفالت، آن را سخت تر می‌سازد. این به این معنی
است که تحت ترافیک سنگین و در آب و هوای گرم تغییرات کمتری در آسفالت بوجود
می‌آید. همچنین هزینه تعمیرات و نگهداری از آسفالت نیز کاهش می‌یابد.
تیم تحقیقاتی دیگری در موسسه تکنولوژی ماساچوست (MIT) با رهبری دکتر فرانتس
ژوزف اولم و مهدی اکبریان (دانشجوی ایرانی)، مدل‌های روسازی آسفالت را در
برخورد با تایر خودرو برررسی می‌کنند. آنها نیروهای فیزیکی درگیر (مثل
اصطکاک بین تایر و آسفالت)، ویژگی های لاستیک و آسفالت و حرکت تایرهای
خودرو را بررسی کرده و دریافتند که روسازی آسفالت را بایستی با توجه به شیب
و سربالایی و یا سرپایینی بودن جاده می‌توان مقاومتر ساخت.
اولم و اکبریان پس از تحقیقات در بزرگ‌راه‌های فدرال به این نتیجه رسیدند
که با مقاومتر ساختن آسفالت می‌توان ۳% در مصرف سوخت خودروهای ایالات متحده
صرفه جویی کرد. این علاوه بر صرفه جویی در هزینه های رانندگان باعث کاهش
سالانه ۴۶٫۵ میلیون تن انتشار دی‌اکسیدکربن می‌شود، که بسیار چشمگیر
می‌باشد.
و.....
