تأثير فناوری نانو بر آسفالت

در سال 1870 یک شیمیدان بلژیکی با نام دسمت(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 پروژه 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 كه 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 مارك 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 فونیكس 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 كه 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.