آسفالت
آسفالت مادهای سیاه، چسبناک و بسیار چسبنده یا شبه جامد است. آسفالت مادهای ترکیبیی است کیه از مخلوط کردن شن و ماسه و قیر ساخته میشود. در ساخت جاده، باند فرودگاه و پشت بام ساختمانها به کار گرفته میشود. آسفالت طبیعی به صورت عام به مایع غلیظ، شبه جامد که عمدتاً از هیدروکربنها و مشتقات آنها تشکیل شده و در کربن دی سولفید به طور کامل حل میشود. آسفالت با توجه به نحوه کاربرد و اختلاط، به سه دسته آسفالت گرم، آسفالت حفاظتی و آسفالت سرد تقسیم بندی میشود.
گوگاس
یکی از عوامل توسعه هر کشور وجود راهها و جادههای مواصلاتی، اتوبانها و بزرگراههای مناسب و با کیفیت است و عامل مهم در اجرای توسعه راهها وجود مصالح و ماشین آلات مناسب است. آسفالت که نقش اساسی در توسعه راهها را دارد همواره با محدودیت تولید مواجه بوده است و این محدودیت بدلیل محدود بودن قیرهای پالایشگاهی است. در سالهای اخیر نیز به دلیل افزایش قیمت نفت خام و سوختهای فسیلی عملاً قیر که در سالهای گذشته کالای کم ارزش محسوب میشد به ارزش واقعی خود رسیده و عملاً هیچ ماده دیگری نیز تاکنون با توجه به مسائل اقتصادی و کیفی نتوانسته جایگزین مناسبی برای آن باشد. در سالهای اخیر به جهت افزایش نرخ سوختهای فسیلی، تحقیقات مختلفی در این خصوص انجام شده که از مهم ترین آنها اضافه شدن ترکیب نوعی گوگرد اصلاح شده در قیرهای پالایشگاهی است. با توجه به این شرایط واحد تحقیق و استفاده از آزمایشهای معتبر بین المللی، پس از سالها تحقیق موفق به تولید نوعی افزودنی اصلاح کننده جایگزین قیر در آسفالت با نام تجاری گوگاس شده است.
گوگاس نوعی ترکیب سولفور پلیمر است که به رنگ خاکستری و به شکل پوکه یا پلتهای گرد کوچک وحباب مانند دیده میشود. این ماده وزن مخصوصی بالاتر از قیر داشته و به علت همراه داشتن ترکیبات جاذب بوی خاص پس از ذوب و بوی گوگرد خالص را ندارد و نیز مقاومت بالاتری از گوگرد در مقابل آتش گرفتن ازخود نشان میدهد. حرارت قیر مذابی که روی مصالح در میکسر کارخانه آسفالت اسپری میشود برای ذوب نمودن آن کافی است.
این ماده پس از اختلاط با آسفالت با نفوذ، به ساختار قیر، استحکام فزایندهای میبخشد و ضمن آن سطوح آغشته به قیر مصالح سنگی به مرور با افزایش کریستالها به زبری گراییده و دانه بندی را در خود قفل میکند. این کریستالها پس از شکستن نمونههای آسفالت گوگاس به شکل ذرات درخشان قابل مشاهده است. ولی موردی که در ظاهر مشاهده نمیشود رشتههای بسیار ظریف سولفور پلیمری است که همانند الیاف در لابلای آسفالت، مقاومت خمشی و کششی قیر را که با گرم و سرد شدنهای متوالی از تولید تا حمل دچار شکنندگی شده، افزایش میدهد. لازم به ذکر است در حال حاضر بر خلاف دستورالعملهای فنی، اکثر کارخانههای آسفالت و حمل کنندگان و پخش کنندگان قیر از حرارت مستقیم به جای حرارت غیر مستقیم، برای گرم و ذوب نمودن آن استفاده میکنند. به علت مقاوم نبودن ساختار پلیمری قیر طبیعی، شکنندگی آن افزایش بسیار زیادی مییابد که ترکیبات پلیمری گوگاس به ترمیم آن کمک میکند.
مزایای فنی استفاده گوگاس در آسفالت
- باعث افزایش طول عمر جاده میشود.
- با افزایش سختی و مقاومت در برابر شیار شدگی (اثر چرخ در سطح راه)، در عین حال، انعطاف پذیری آسفالت را نیز حفظ میکند.
- حدود ۱۰ % تا ۱۵ % نسبت به آسفالت معمولی هم ارزی لایهای بیشتری ایجاد میکند.
- از گوگاس به عنوان جایگزینی برای قیر در تولید مخلوطهای آسفالت استفاده میشود.
- گوگاس باعث افزایش مقاومت در برابر شیار افتادگی، تغییر شکل دائمی آسفالت شده و روسازی را قوی و محکم میکند.
- استفاده از این افزودنی بازه عملکردی برتر در تمام شرایط جوی را ایجاد میکند و باعث کاهش حساسیت دمایی آسفالت میشود. در آب و هوای سرد، گوگاس امکان استفاده از قیرهای نرم تر با خواص دمای پایین (بدون از بین بردن کارایی در دمای بالا) را ایجاد میکند.
- در آب و هوای گرم که غالباً قیرهای معمولی سطح بالایی از سختی مورد نیاز را ندارد، گوگاس عملکرد ضد شیار شدگی را در حالی که هنوز امکان استفاده موثر از قیرهای در دسترس متداول را فراهم میکند، بهبود میبخشد.
- این افزودنی، لایههای سطحی روسازیها را به طور چشمگیری در برابر تغییر شکلهای دائمی و صدمه نشت سوخت مقاوم تر میکند. امکان استفاده از روسازیهای آسفالتی را در جادهها نظیر مسیر اتوبوسها، فرودگاهها و ترمینالها محوطه بنادر و … ایجاد میکند.
- استفاده از گوگاس در لایههای ساختاری به علت کریستاله شدن درون مخلوط افزایش مقاومت و افزایش باربری جادهها را فراهم میکند.به این دلیل مناسب جادههایی با کاربردهای سنگین نظیر محوطه پایانه کامیونها، اتوبوسها و چهار راهها است.
- گوگاس از طریق جایگزین، به عنوان درصدی از قیر در مخلوط آسفالت به کاهش نگرانیهای صنعت در مورد عدم تعادل منابع قیر کمک میکند.
- گوگاس حاوی مواد پلاستی سایزر بوده و ضمناً افزودنی است که موجب کاهش بخارات مضر گوگرد شده و دمای تصعید آن را افزایش میدهد.
- این افزودنی با کاربرد آسان، باعث پایداری آسفالت به مرور زمان (بدون از دست دادن خواص در دماهای گرم و سرد) میشود.
- گر چه ممکن است درصد فضای خالی مخلوط آسفالت حاوی گوگاس نسبت به آسفالت معمولی در محدوده استاندارد بالا رود، ولی در اثر استفاده گوگاس تراکم و استحکام آسفالت افزایش مییابد. حتی در صورت کاهش فضای خالی در برخی موارد نفوذ گوگرد در ساختار قیر و کریستالی شدن گوگرد آزاد در آسفالت بیرون زدگی قیر و البته نفوذ آب و سایر حلالها به آسفالت را نامحتمل مینماید.
- فضای خالی زیاد در مخلوط باعث اکسیداسیون قیر و نفوذ رطوبت میشود که منجر به کوتاه شدن طول عمر آسفالت خواهد شد. اماگرانولهای گوگاس علی رغم افزایش فضای خالی مخلوط بدلیل فراهم آوردن شرایط نفوذ ناپذیری در مخلوط و عدم ایجاد شرایط اکسیداسیون، دوام مخلوط را افزایش میدهند.
- افزایش فضای خالی معمولاًدر صورت کاهش فیلر و تورم پلیمر و افزایش ویسکوزیته میتواند بوجود آید.
- ساختار کریستالی گوگاس در آسفالت پیوندهای داخلی را افزایش داده و روسازی را از درون استحکام میبخشد.
مزایای ایمنی و زیست محیطی استفاده گوگاس در آسفالت
- افزودنی گوگاس دارای مواد جاذب بخار است لذا بسیاری از مشکلات مربوط به تصعید شدن مواد فرار قیر حین ساخت آسفالت و اجرای آن کاهش مییابد.
- مخلوط گوگاس دارای افزودنیهایی برای کاهش و جذب بوی ناشی از گرم شدن گوگرد و دیگر گازهایی است که توسط مخلوط آسفالت تولید میشود.
- در فرآیند تولید و اجرای آسفالت، مخلوطهای حاوی گوگاس در دماهایی پایینتر از دمای آسفالت معمولی تولید میشود که بدین ترتیب بو و میزان گاز SO2 به زیر حد استاندارد زیست محیطی و S2H تقریباً حذف میشود. کنترل دما نیز بسیار ساده و حتی میتواند با نصب سنسورهایی بصورت اتوماتیک در کارخانههای آسفالت صورت گیرد.
- با توجه به اینکه افزودنی گوگاس (برخلاف قیر) ساختار آلی هیدروکربنی ندارد، این امر منجر به کاهش محسوس انتشار ترکیبات آلی فرار بسیار مضر و حلقوی نیز، حین تولید، حمل و اجرای آسفالت میشود.
- حتی در صورت انجام کنترل دستی صحیح مراحل تهیه مخلوط با اپراتور و کنترل دمای اختلاط، در آسفالت حاوی گوگاس تصعید گازهای مضر نظیر SO2 و اسید سولفوریک ناچیز بوده و بسیار پایینتر از مقادیر مندرج در استاندارد اروپا و نیز مقادیر مجاز EPA خواهد رسید.
- با توجه به کاهش دمای قیر و حتی مصالح هنگام استفاده از گوگاس، میزان انتشار گازهای گلخانهای مانند دی اکسید کربنکاهش مییابد.
- گوگاس دارای افزودنیهای مخصوص است که به منظور به حداقل رساندن بوی مواد در طول فرایند تولید، حمل و پخش آسفالت در آن بکار رفته است.
- گوگاس غیر سمی است. با آب برهمکنش نمیدهد و جاذب رطوبت نیست.
- گوگاس در برابر اشعه UV غیرحساس است.
- آسفالت تهیه شده با گوگاس در مقایسه با آسفالت معمولی باعث میشود که منابع مورد نیاز جاده سازی کمتر استفاده شود.
- آسفالت حاوی گوگاس به طور معمول در دماهایی حدود ۲۱ تا ۵۱ درجه سانتی گراد کمتر از آسفالت گرم معمولی تولید میشود. این امر باعث صرفه جویی در باعث مصرف انرژی در کارخانههای آسفالت میشود.
- در صورت اقدام به بازیابی آسفالت اولاً روسازیهای حاوی گوگاس بازیافت پذیرند. ثانیاً در دماهای پایینتر از آسفالتهای متداول بازیافت میشوند.
- به دلیل مقاومت بیشتر روسازی حاوی گوگاس، ضخامت آسفالت میتواند کاهش یابد. این امر باعث کاهش چشمگیر میزان دی اکسید کربن در مقایسه با آسفالت معمولی میشود.
- ترکیبات موجود در قیر حاوی بسیاری مواد سرطانزای اثبات شده که با حرارت و انحلال در آب و سایر حلالها بوفور سالهاست که به محیط زیست وارد میشود. ولی بوی اندک گوگرد در گوگاس جدید به کمتر از میزان مجاز در شاخص هوای پاک رسیده است. گوگرد در مواد غذایی همچون سیر به وفور موجود است. سیر از نظر بالا بودن مقدار گوگرد موجود در آن بینظیر است.
- پدیده پیر شدگی قیر که یکی از مهمترین عوامل تخریب زودرس آسفالت گرم است با گوگاس، اصلاح ساختار صورت گرفته و نیاز به انجام عملیات ترمیمی و روکش متعدد کاهش خواهد داد.
- علت پیر شدگی کاهش وزن قیر در اثر حرارت، اکسیداسیون و اشعه uv و تبدیل روغن به رزین و رزین به آسفالتین است که آزمایش افت وزنی قیر میتواند معیاری خوب برای پیش بینی این پدیده باشد. نکته قابل ذکر دیگر این است که حداکثر میزان افت وزنی مطابق آیین نامه، برابر ۰/۸٪ است.
مزایای استفاده از گوگاس در آسفالت (جنبههای اقتصادی و صرفه جویی انرژی)
- استفاده از گوگاس باعث صرفه جویی از طریق کاهش هزینههای سوخت (به علت دماهای اختلاط کمتر و کاهش نیاز به قیر) است.
- این افزودنی میتواند ۱۰% تا ۳۵ % صرفه جویی اقتصادی در مقایسه با سایر آسفالتهای اصلاح شده دیگر (نظیر آسفالتهای پلیمری) ایجاد کند.
- آسفالتهای حاوی گوگاس در دماهای پایینتر از آسفالتهای متداول قابل بازیافت هستند.
- قیر از محل تولید تا مصرف نهایی باید بصورت گرم نقل و انتقال یافته و لازم است که بطور مکرر گرم شود در صورتی که افزودنی گوگاس مستقیماً در آسفالت استفاده شده و نیاز به گرم کردن جداگانه و یا در اختلاط با قیر ندارد.
- برای کاربرد هر تن قیر در پروژههای مختلف به طور متوسط ۱۲ لیتر گازوئیل مصرف میشود که این امر در خصوص گوگاس اضافه شده به قیر مورد ندارد.
- ضمن صرفه جویی در مصرف انرژی و بهره وری اقتصادی از یک طرف افزایش ظرفیت تحمل باربری آسفالت حاوی گوگاس از یک طرف دیگر، این ماده پتانسیل افزایش عمر جادهها و امکان اجرای روسازی در ضخامتهایی کمتر رانیز فراهم میکند.
بازیافت مخلوطهای آسفالت حاوی گوگاس
- مخلوطهای آسفالتی که در آنها از گوگاس استفاده شده است. به طور موفقیت آمیزی بازیافت میشوند.
- روسازی که حاوی افزودن گوگاس است در دمای پایینتر از آسفالت معمولی بازیافت میشود.
- تجارب نشان داده شده که آسفالت حاوی ۳۰ % گوگاس میتواند به طور موثر بازیافت شود.
- در مقام مقایسه با بازیافت آسفالت قیری مصرف بسیار کمتر انرژی و سوخت و هزینه اجرایی و تولید مجدد دارد.
انباشت و نگهداری
- افزودن گوگاس دارای عمر مفید طولانی بوده و بدون هیچ گونه مشکلی قابل نگهداری در انبار است.
- دارای پایداری زیست محیطی بوده و بدون تخریب و انتشار در محیط یا خرد شدن در دوران انبارداری نگهداری میشود.
- گوگاس با آب برهم کنش نمیدهد و جاذب رطوبت نیست.
- در محوطه یا سوله قابل نگهداری است.
- گرانولهای گوگاس در دمای محیط نگهداری میشوند.