ضایعات گوگرد در مخلوط آسفالت پلیمری

دسته: مقالات منتشر شده در 27 تیر 1403
نوشته شده توسط Admin بازدید: 231

افزودن ضایعات گوگرد به مخلوط آسفالت حاوی استایرن-بوتادین-استایرن و پلی پروپیلن

این مطالعه امکان استفاده از ضایعات گوگرد (SW)، استایرن-بوتادین-استایرن (SBS) و ضایعات پلی پروپیلن (WPP) را به عنوان مواد پایدار در مخلوط های روسازی آسفالت بررسی می کند. ترکیبات بتن آسفالت حاوی ضایعات (SWAC) با بایندرهای ویرجین (V)، SBS و آسفالت-WPP نیز در این مطالعه مورد بررسی قرار گرفته اند. غلظت SW در مخلوط بتن آسفالت (AC) 5 درصد (برحسب وزن سنگدانه) بود، درحالی که وزن پلیمرهای SBS و WPP باهم 5 درصد (با وزن آسفالت) ثبت شد. از تست های پایداری مارشال، ضریب مارشال، کشش غیرمستقیم، نسبت استحکام کششی، خمش نیمه دایره ای و استحکام تغییر شکل در تست های کیم برای ارزیابی عملکرد و دوام استفاده شد. باتوجه به نتایج حاصل از این آزمایشات، همه ترکیبات V، SBS و WPP-SWAC حداقل استانداردهای ASTM پایداری 8 کیلونیوتن، جریان 2 تا 4 میلی‌متر، 5-3 درصد فضای خالی هوا و 14 درصد VMA در همان محتوای بایندر بهینه را داشتند و همچنین SBS و WPP عملکرد و دوام مخلوط های SWAC را افزایش دادند. مخلوط SBS-SWAC  عملکرد و دوام بهتری (یعنی کاهش پدیده تغییر شکل، انتشار ترک و آسیب رطوبت) نسبت به مخلوط WPP-SWAC  داشت. در این مطالعه مشخص شد که SW و WPP قابل بازیافت هستند و همچنین می توانند به عنوان مواد پایدار در ساخت سنگفرش استفاده شوند به طوری که به راحتی در دسترس بوده و هزینه حمل و نقل آن کمتر از مواد اولیه است.

 

با روند روبه افزایش جمعیت جهان، رشد اقتصادی و صنعتی به تولید فزاینده ضایعات ادامه خواهد داد. روش های دفع زباله تاثیر مستقیم بر تعادل محیط های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی که اکوسیستم جهان ما را تشکیل می دهند دارند. به دلایل زیادی (همچون دلایل اقتصادی)، استفاده از ضایعات در ساخت و ساز به عنوان جایگزینی مواد اولیه افزایش یافته است. به طور کلی، تجربه قبلی نشان داد که استفاده از برخی ضایعات (مانند فیبر، خرده لاستیک، پلی اتیلن، پلی پروپیلن، ضایعات گوگرد، روسازی آسفالت احیا شده، ضایعات آهک بازیافتی، کربن سیاه، خاکستر، خاکستر آتشفشانی، پودر آجر قرمز بازیافتی، ضایعات سرامیکی و زغال سنگ ازنظر زیست محیطی مقرون به صرفه بوده و به بهبود خواص عملکردی مخلوط های آسفالت کمک می کنند. هدف از این این مطالعه پژوهشی استفاده از پلاستیک در بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی بایندر و مخلوط آسفالت ازجمله استحکام کششی، مقاومت در برابر رطوبت، مقاومت در برابر ترک خوردگی و دوام است. روی ژونگ و همکارانش دریافتند که استفاده از زغال سنگ فعال (ACG) به عنوان فلر معدنی مشتق شده از زباله جامد در ترکیب با آسفالت مقاومت برشی و حساسیت دمایی توده آسفالت را درمقایسه با فلر معدنی سنگ آهک بهبود می بخشد. علاوه براین، ACG تاثیر مثبت بر خواص دمای بالا دارد درحالی که برخی اثرات منفی بر خواص دمای پایین آسفالت ماستیک از خود نشان می دهد. نتایج حاصل از این مطالعه همچنین نشان می دهد که جذب فیزیکی بین پرکننده ACG و بایندر آسفالت همان حالت اصلی فعال است. پانیت و وراراگا دریافتند که با استفاده از پلی اتیلن (PE) مشتق شده از کیسه های حمل پلی اتیلن سبک جمع آوری شده از زباله های خانگی به عنوان افزودنی در مخلوط بتن آسفالت عملکرد مخلوط معمولی را ازنظر پتانسیل شیار شدگی و حساسیت دما افزایش داد.

 

در اینجا استفاده از ضایعات پلی اتیلن و پلی پروپیلن به عنوان اصلاح کننده قیر مورد بررسی قرار گرفته و نتایج به دست آمده بهبود کیفیت بایندر و خواص مخلوط را نشان می دهد. افزودن 30 درصد پلاستیک پلی الفنیک (پلی اتیلن و پلی پروپیلن) باتوجه به حجم قیر موجب افزایش 42 درصدی پایداری مارشال می شود. زوورا و سوپارما اثبات کردند که جایگزینی 30 درصد سنگدانه های حجمی با پلی اتیلن سبک منجر به کاهش چگالی مخلوط فشرده فله تا 16 درصد، فزایش 250 برابری در پایداری مارشال (استحکام) و ضریب مارشال بهبود یافته (مقاومت به تغییر شکل) می شود. علاوه براین، مقادیر استحکام کششی غیرمستقیم استاتیک (ITS) بسیار بالاتر مشاهده شد. فون کوینتوس و همکارانش نیز مشاهده کردند که افزودن پلیمر SBS به مخلوط های آسفالت موجب بهبود ترک خوردگی، مقاومت شیارشدگی و درعین حال افزایش عمر مفید آنها 5 تا 10 سال می شود. صنایع گوگرد و پتروشیمی در کشور عراق سالانه میلیون ها تن ضایعات گوگرد (SW) و ضایعات پلی پروپیلن (WPP) تولید می کنند که به محیط زیست وارد می شوند. این ضایعات از استحکام بالا و مقاومت سایشی خوبی برخوردار هستند و همچنین می تواند در برابر تجزیه ناشی از برخی مواد شیمیایی، کپک و پوسیدگی مقاومت کنند. این نوع ضایعات انتخاب عالی برای مهندسین عمران در برنامه های کاربردی مختلف همچون احیای ساختار روسازی و سنگفرش محسوب می شوند. تولید گوگرد در یکی از کارخانجات عراق افزایش یافته و موجب افزایش نگرانی های دفع زباله و آلودگی محیط زیست شده است. تنها راه حل کاملا سازگار با محیط زیست برای چالش دفع زباله های فله استفاده مجدد از آنهاست.

 

کلام آخر و نتیجه گیری

این مطالعه به بررسی استفاده از ضایعات گوگرد (SW) به عنوان یک پرکننده معدنی در مخلوط های آسفالت متراکم می پردازد. ترکیب SW حاوی بایندرهای SBS و آسفالت-WPP به طور کامل در آزمایشگاه با غلظت 5 درصدی ضایعات گوگرد برحسب وزن کل سنگدانه آزمایش شد. تاثیر بایندرهای SBS و آسفالت-WPP بر عملکرد و دوام مخلوط SW ازطریق مقاومت کششی غیرمستقیم، شکست خمشی نیم دایره، استحکام تغییرشکل (تست کیم) و تست آسیب رطوبت مورد بررسی قرار گرفت. پس از انجام این تحقیق، نتایج و پیشنهادات زیر ارائه شده است:

 

1. مخلوط های SBSW و WPPSW، درمقایسه با مخلوط SW کنترل، پایداری مارشال و ضریب مارشال بالاتری با مقادیر جریان کمتر و محتوای AV داشتند. علاوه براین، مخلوط SBSW پایداری بالاتر و ضریب مارشال بالاتری نسبت به مخلوط WPPSW داشت.

2. مخلوط های SBSW و WPPSW استحکام کششی و نسبت استحکام کششی بالاتری نیز نسبت به مخلوط کنترل SW داشتند. علاوه براین، مخلوط SBSW درمقایسه با مخلوط WPPSW، استحکام و نسبت استحکام کششی بالاتری داشت. این امر نشان می دهد که مخلوط SBSW بیشتر از مخلوط WPPSW در برابر رطوبت مقاوم است؛ (یعنی طول عمری بیشتری دارد).

3. مخلوط های SBSW و WPPSW شکست انرژی بالا، انتگرال J، شاخص انعطاف پذیری و مقاومت در برابر ترک خوردگی بالایی نسبت به مخلوط SW دارند. SBSW بیشترین افزایش در شاخص انعطاف پذیری و انتگرال J را داشت.

 

باتوجه به یافته های حاصل از این مطالعه، به این نتیجه می رسیم که ضایعات گوگرد می تواند گزینه های مناسبی برای استفاده به عنوان پرکننده معدنی با/بدون پلیمرهای SBS و WPP در مخلوط بتن آسفالت باشد. این کار خواص مارشال، حساسیت پذیری به رطوبت، شکست انرژی، انتگرال J، شاخص انعطاف پذیری و مقاومت به ترک خوردگی را بهبود می بخشد. علاوه براین، استفاده از SW و WPP در مخلوط های بتن آسفالت به طور بالقوه مقرون به صرفه تر و با ارزش تر از زمین است که زباله ها در آن رها شوند و ازطرفی، زمین نیز از دست زباله ها در امان خواهد بود.