- گروه شیمی - https://www.chemgroup.ir -

افزایش طول عمر آسفالت جاده‌ها به کمک نانو ذرات

محققان دانشگاه سمنان در یک پژوهش آزمایشگاهی تلاش کردند تا عمر آسفالت جاده‌ها را به کمک نانو ذرات بهبود بخشند. سالانه کیلومترها از جاده‌ها تحت عملیات تعمیر و بازسازی قرار می‌گیرند که این امر هزینه بسیار زیادی را به کشور تحمیل می‌کند.

به گزارش از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو ریاست جمهوری، ترکیبات آسفالت متداول قابلیت استفاده برای همه جاده‌ها را ندارند. ازاین‌رو، آسفالت مورد استفاده در جاده‌های پرترافیک و همچنین مناطق سردسیر و گرم‌سیر نیازمند دارا بودن خصوصیات ویژه‌ای است. فناوری نانو می‌تواند تا حدود زیادی به فراهم آمدن این خصوصیات ویژه کمک کند.

مصطفی صادق نژاد محقق دانشگاه سمنان در رابطه با ضرورت بهبود عمر آسفالت ها گفت: آسفالت‌های متداول مورد استفاده در داخل کشور برای تمامی راه‌ها قابلیت استفاده ندارند و مسیرهای مهم که ترافیک بیشتری دارند و مسیرهایی که در مناطق با آب‌وهوای خیلی گرم و خیلی سرد قرار می‌گیرند نیاز به آسفالت‌هایی با مقاومت بالاتری دارند. بااین‌حال، هم‌اکنون برای تمامی شرایط فوق، آسفالت‌های یکسانی استفاده می‌شود.

در سال‌های اخیر در کشورهایی نظیر آلمان و آمریکا آسفالت‌های با استخوان‌بندی درشت‌دانه مورد استفاده قرار می‌گیرد، که با توجه به ساختار آن‌ها، استفاده از یک نوع افزودنی در ترکیب آن‌ها لازم است. در طرح حاضر استفاده از دو نوع نانوذره به‌عنوان افزودنی این نوع آسفالت مورد بررسی قرار گرفته است.

صادق نژاد در ادامه افزود: ما در این طرح از دو نوع نانوذره اکسید سیلیس و اکسید تیتانیم برای بهینه‌سازی خواص آسفالت استفاده کردیم. حضور این نانو ذرات موجب می شود تا ضخامت آسفالت مورد نیاز برای روسازی کاهش یافته و متعاقب آن هزینه‌های مربوطه نیز کاهش ‌یابد. همچنین ترکیب آسفالت حاوی نانو ذرات عمر بیشتری نسبت به آسفالت‌های معمولی از خود بروز می‌دهند، بنابراین فواصل دوره‌های تعمیر و بازسازی آن‌ها نیز طولانی‌تر خواهد بود.

دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه سمنان در رابطه با مکانیسم اثر نانو ذرات بر خواص مخلوط نهایی آسفالت، گفت: هنگامی‌که ذرات تا مقیاس نانو کوچک شوند، انرژی سطحی آن‌ها و متعاقب آن واکنش‌پذیری آن‌ها فوق‌العاده بالا می‌رود. بنابراین وقتی در ترکیب آسفالت قرار می‌گیرند فعل‌وانفعالات فیزیکی و شیمیایی بسیار زیادی بین قیر و نانومواد صورت می‌گیرد و این موضوع موجب می‌شود استحکام محصول نهایی به‌مراتب بالاتر از حالتی باشد که از نانو ذرات استفاده نمی‌شود.

این محقق مراحل انجام این طرح را بدین‌صورت توضیح داد: در این طرح ابتدا قیرهای معمولی و قیرهای اصلاح‌شده با نانومواد تحت آزمون‌های فیزیکی و رئولوژیک نظیر درجه نفوذ، ویسکوزیته و نقطه نرمی، رئومتر برش دینامیکی و رئومتر تیرچه خمشی قرار گرفتند. پس از گذراندن این آزمون‌ها، نمونه‌های آسفالت حاوی قیرهای معمولی و قیرهای اصلاح‌شده با درصدهای مختلفی از نانو ذرات اکسید تیتانیم و اکسید سیلیس ساخته شده و آزمون‌های شیار شدگی جای چرخ، مدول سفتی، خستگی و حساسیت رطوبتی بر روی هر دو دسته نمونه‌ها انجام گرفت.

بر اساس نتایج گزارش‌شده،‌ اضافه کردن ۱٫۲ درصد نانو ذرات اکسید سیلیس و ۰٫۹ درصد نانو ذرات اکسید تیتانیم می تواند در دماهای پایین، متوسط و بالا عملکرد قیر را بهبود بخشد. همچنین مدول سفتی آسفالت نیز پس از افزودن این مقادیر به میزان ۶۴ و ۵۰ درصد بهبود یافته است. علاوه عمر این آسفالت ها نیز پس افزودن ۱٫۲ درصد نانو ذرات اکسید سیلیس و ۰٫۹ درصد نانو ذرات اکسید تیتانیم بترتیب حدوداً ۶۲% و ۳۶% بهبود یافته است.

از دیگر دستاوردهای مهم این تحقیق نتایج آزمایش شیارشدگی بوده که نشان می‌دهد مقدار شیار نمونه‌های آسفالتی حاوی ۱٫۲ درصد نانو ذرات اکسید سیلیس و ۰٫۹ درصد نانو ذرات اکسید تیتانیم حدود ۶۰% کمتر از میزان شیار نمونه‌های بدون افزودنی است.

مصطفی صادق نژاد– دانشجوی مقطع دکتری دانشگاه سمنان و پروفسور غلام‌علی شفابخش- عضو هیأت علمی این دانشگاه در انجام این طرح همکاری داشته‌اند. نتایج این کار در مجله‌ Construction and Building Materials با ضریب تأثیر ۳٫۱۶۹ (جلد ۱۵۷، سال ۲۰۱۷، صفحات ۹۶۵ تا ۹۷۴) منتشر شده است.