دانلود تحقیق آسفالت

شاید تا کنون شما با کاربردهای مختلف فناوری نانو در رشته ها و زمینه های زیادی برخورد کرده اید و نتایج به کارگیری این فناوری را نیز شاهد بوده اید اما آیا تا کنون با کاربرد فناوری نانو در صنعت حمل و نقل برخوردی داشته اید؟

شاید تا کنون شما با کاربردهای مختلف فناوری نانو در رشته ها و زمینه های زیادی برخورد کرده اید و نتایج به کارگیری این فناوری را نیز شاهد بوده اید اما آیا تا کنون با کاربرد فناوری نانو در صنعت حمل و نقل برخوردی داشته اید؟

آیا می دانید که با استفاده از فناوری نانو در تولید آسفالت و قیر می توان خیابان هایی بی صداتر داشت که در موقع ترمز کردن اتومبیل ها هیچ گونه صدایی از آنها به گوش نرسد؟

و یا در فصل گرم تابستان هیچ گونه گرمایی از خود متصاعد نکند؟

و یا آسفالتی که هر زمان گوشه ای از آن کنده شد و یا خراب شد مانند سلول های بدن انسان خود را تعمیر کند و نیاز به راهبندان های طولانی جهت بازسازی آسفالت ها نباشد؟

بد نیست بدانید که نخستین آسفالتی که روی خیابان های شهر پهن شد مربوط به سال ۱۸۷۰ است که در یکی از خیابان های نیویورک قرار گرفت.

این آسفالت واقعی حاصل تلاش دسمت (Desmedt) شیمیدان بلژیکی بود که توانست با مخلوطی از ماسه و قیر یکی از خیابان های منتهی به تالار بزرگ شهر را در شهر نیویورک آسفالت کند.

سپس از روی این آسفالت برای آسفالت کردن بزرگراهی در فرانسه الگوبرداری شد و این بزرگراه در سال ۱۸۵۲ آسفالت شد و سپس آسفالت به شهرها، کشورها و قاره های گوناگون مسافرت کرد و اکنون باریک ترین و دورافتاده ترین کوچه ها و خیابان های هر کشوری از آن بهره می برد.

امامدت نه چندان طولانی است که دانشمندان شیمی مشغول کارکردن روی پروژه های مربوط به آسفالت هستند اما این آسفالت با آسفالت معمولی تفاوت فراوانی دارد.

این نوع آسفالت قابلیت خودتعمیری دارد.

یعنی به محض خراب شدن هر بخش از آسفالت به تنهایی قادر به ترمیم بخش از بین رفته است .

این ایده در سال ۲۰۰۶ شکل گرفت اما اکنون تلاش های دانشمندان برای عملیاتی کردن آن در حال نتیجه دادن است.

● خوداصلاحی دکتر لیونیگسون از فیزیکدانان آمریکایی معتقد است که مورد خوداصلاح کننده در سال های نه چندان دور گذشته در سایر رشته ها و زمینه های علمی مورداستفاده قرار گرفته اند.

اومعتقداست «آسفالت و سیمان هر دو در زمره نانو مواد هستند.» طبق نظریات ایشان وجود یک ماده پلیمری ساختاری سبب خواهد شد که ترک ها و شیارهای به وجود آمده در سطح آسفالت اصلاح شود بدین ترتیب که با کمک گرفتن از یک عامل اصلاح کننده کپسوله و یک شروع کننده شیمیایی کاتالیستی درون یک بستر اپوکسی این فرایند شکل خواهد گرفت.

فرایند خوداصلاحی بدین ترتیب آغاز می شود که یک ترک در حال شروع سبب گسستن میکروکپسول های موجود در ساختار آسفالت ترمیم شونده، شده و در نتیجه سبب رهاسازی عامل اصلاح کننده با استفاده از خاصیت دوپینگی در میان ترک خواهد شد و با تماس کاتالیزور موجود و عامل اصلاح ساز، این عامل شروع به پلیمریزه شدن کرده و در اثر این فرایند دو طرف شکاف را به سمت هم نزدیک کرده و سبب اتصال آسفالت ترک برداشته خواهد شد.

● مزایای آسفالت ترمیم شونده ۱) محدود کردن انتشار گازهای گلخانه ای ۲) مصرف کمتر انرژی ۳) کاهش سر وصدای ترافیک و حرکت اتومبیل ها روی آسفالت ۴) راحتی و اطمینان بیشتر در هنگام رانندگی ۵) ماشین ها در اثر مشکلات به وجود آمده در جاده ها خسارت نمی بینند ● مواد مورد استفاده شاید دور از ذهن به نظر برسد که در این آسفالت جدید از مواد زائدی که پیرامون ما وجود دارد استفاده شود اما در حقیقت همین مواد زائد و دورریختنی پیرامون مواد اصلی تشکیل دهنده آسفالت ترمیم شونده را تشکیل می دهند.

این مواد عبارتند از تفاله های کوره های شیشه پزی، خاکستر زباله های شهری، خاکستر تولید برق با زغال، خرده آجرها، لاستیک های فرسوده ماشین ها، پلاستیک سیم های برق قدیمی و غیره.

● آسفالت کم صدا هم اکنون در گوشه و کنار جهان شرکت ها و مؤسسات تحقیقاتی فراوانی در حال تحقیق روی تولید آسفالت های کم صدا، ترمیم شونده، کم ارتعاش و غیره هستند.

در این میان تلاش های گروه آسفالت و لاستیک کشور ژاپن (JARRG) در زمینه تولید آسفالت کم صدا حائز اهمیت است.

در آسفالت تولیدی باJARRG اتصال دهنده آسفالت ویسکوز توسعه پیدا کرده و سبب شده است که از انبساط پخش تایرهای کهنه ای که به صورت ریز در اثر تردد ماشین ها بر روی آسفالت ساییده می شوند جلوگیری به عمل آورد.

به علاوه این اتصال دهنده می تواند به عنوان ماده ای لاستیکی بین مواد متراکم موجود در آسفالت عمل کرده و از این راه ارتعاش و صدای حاصل از تردد ماشین ها را روی آسفالت کاهش دهد.

نمونه ای از این آسفالت در بزرگراه سوپراستشین در آریزونا به کار گرفته شده است که با استقبال فراوانی از سوی ساکنان محلی و نیز افرادی که از این مسیر تردد می کنند روبرو شده است.

● مشکلات آسفالت ترمیم شونده با توجه به مطالب فوق نمی توان گفت که این نوع از آسفالت، آسفالتی کامل است و هیچ گونه مشکلی ندارد.

علاوه بر مزایای فوق الذکر باید معایب و کاستی های زیر را نیز برای این گونه از آسفالت ها در نظر داشت: ۱) مواد تشکیل دهنده این نوع از آسفالت سبب ایجاد بخار و بوی بد در هنگام عملیات راهسازی می شود.

۲) هنوز تلاش های دانشمندان درخصوص قابلیت بازیافت بودن این گونه از آسفالت به نتیجه ای نرسیده است.

۳) نسبت به آسفالت های معمولی بسیار گران قیمت تر است.

۴) آسفالت باید در یک بازه دمایی معین نگاهداری شود.

درغیراین صورت بلااستفاده خواهد شد.

۵) برای عملیات و آسفالت کردن خیابان ها نیاز به متخصصین ویژه ای است و برخلاف آسفالت معمولی نمی توان تنها با چند کارگر معمولی عملیات آسفالت را به پایان رساند.

با توجه به افزایش میزان تقاضا در حمل و نقل شهری و بین شهری و فشار بیشتر این حمل و نقل بر مسیرهای ریلی و جاده ای می توان پیش بینی نمود که در آینده ای نه چندان دور تقاضا برای آسفالت های ترمیم شونده و نیز آسفالت های کم صدا افزایش یابد و به علاوه دیگر امکان مسدود کردن جاده ای برای انجام تعمیرات وجود ندارد.

زیرا در این صورت بار ترافیکی روی سایر محورها توزیع شده و مشکلات فراوان تری را برای سایر محورها به وجود خواهد آورد متن مقاله: در سال ۱۸۷۰ 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 ۱۸۵۲ مورد الگوبرداری قرار گرفت.

سپس دسمدت خیابان پنسیلوانیا در واشینگتن را آسفالت کرد که سطح این پرژه ۴۵۱۴۹ متر مربع بود.یکی از نمایندگان محلی کنگره به دسمدت گفت: ”این کار هرگز عمومیت نخواهد یافت.“ با این حال، بر اساس تقاضای رو به‌رشد بازار، پیش‌بینی می‌‌شود پس از ۱۳۷ سال (در سال ۲۰۰۷) بازار آسفالت- قیر معدنی به ۱۰۷ میلیون تن برسد.

در این میان آسفالت معلق بیشترین رشد را دارد.

همچنین به عنوان نشانه‌ای 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 ۱۹۶۰ است.

در سال ۲۰۰۵ ایده ساخت آسفالتی برای بزرگراه‌ها که بتوانند خودشان را تعمیر کنند برای بسیاری دور از ذهن به نظر می‌رسید.

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 بزرگراه‌های فدرال (FHWA)، می‌گوید: ”آسفالت و سیمان هر دو جزء نانومواد می‌باشند.

تاکنون ما نتوانسته‌ایم بفهمیم که در این سطح چه اتفاقی می‌افتد، اما این اثرات بر عملکرد مواد تاثیر می‌گذارند.“ بنا بر گفته لیوینگستون، یک ماده پلیمری ساختاری که می‌تواند به طور خود به خودی ترک‌ها 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 میکروکپسول‌های موجود شده، در نتیجه عامل اصلاح‌کننده با استفاده از خاصیت مویینگی درون ترک رها می‌شود.

با تماس عامل اصلاح‌کننده با کاتالیزور موجود، این عامل شروع به پلیمریزه شدن نموده، دو طرف ترک را به هم می‌چسباند.

این روش می‌تواند منجر به تولید آسفالتی شود که ترک‌های خود را اصلاح می‌کند.

لیوینگستون می‌گوید: ”هیچ‌کس نمی‌تواند برای رشد این فناوری زمانی را پیش‌بینی کند، اما پیشرفت واقعی در حال انجام است و قابلیت‌های موجود بسیار هیجان‌آور می‌باشند.“ با این حال، برای استفاده‌کنندگان فعلی آسفالت، تصور نبود دست‌انداز، یا نبود تأخیر به خاطر تعمیرات آسفالت، بسیار دور از دسترس بوده و نگرانی‌های جدی آنها را برطرف نمی‌سازد.

محیط زیست عامل اصلی تأثیرگذار در فرایند تصمیم‌گیری برای پروژه‌های بزرگراه در بسیاری از کشورها است.

مزایای یک آسفالت متفاوت برای جاده‌ها از دیدگاه زیست‌محیطی و مصرف انرژی، تنها یک بخش مهم از فرآیند تصمیم‌گیری است.

دیدگاه‌های زیست‌محیطی موجب تسریع پیشرفت‌های فنی و اجتماعی می‌شوند.

نیازهای چندگانه حفاظت از محیط زیست شامل: محدود نمودن انتشار گازهای گلخانه‌ای، مصرف کمتر انرژی، کاهش سر و صدای ترافیک و اطمینان از سلامتی و راحتی در رانندگی، اهدافی هستند که به دلیل ایجاد مسئولیت مشترک، مهم‌تر از تمام پیشرفت‌های علمی می‌باشند.

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.

مثال‌هایی از مواد زایدی که در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته‌اند، عبارتند از: تفاله کوره شیشه‌دمی، خاکستر حاصل از سوزاندن زباله‌های شهری، خاکستر موجود در مراکز تولید برق به وسیله زغال، آجر‌های خرد شده، پلاستیک حاصل از سیم‌های برق قدیمی و لاستیک حاصل از تایرهای کهنه.

با این حال، استفاده موفقیت‌آمیز از این محصولات وابسته به تحقیقات کامل در زمینه منابع و ویژگی‌های 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 گفته‌های مارک بلشه، مدیر آسفالت لاستیک در پروژه آسفالت‌سازی آرام آریزونا، حمایت عمومی - نه تحقیقات علمی- کلید توسعه صنعت تولید آسفالت با استفاده از محصولات فرعی است.

پرژه آریزونا ارزشی معادل ۳۴ میلیون دلار داشته و در همین سال به پایان خواهد رسید.

این پروژه تقریباً ۷۰ درصد (۱۸۵ 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 بی‌اهمیتی از درآمد صنعت ساختمانی را به خود اختصاص می‌دهد، اما بلشه می‌گوید که با افزایش رغبت عمومی این درصد افزایش خواهد یافت.

به عنوان مثال در ژاپن، گروه تحقیقات آسفالت لاستیک (JARRG)، که شامل مجموعه‌ای از تولید‌کنندگان تایر و شرکت‌های آسفالت‌سازی می‌باشد، یک اتصال‌دهنده آسفالت بسیار ویسکوز را توسعه داده‌اند که از انبساط و پخش تایرهای کهنه‌ای که به صورت بسیار ریز ساییده شده‌اند، تولید می‌شود.

این اتصال دهنده در مخلوط آسفالت پخش شده و سپس پخته می‌شود.این ماده می‌تواند 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 می‌گوید: ”افرادی که در صنعت آسفالت لاستیک درگیر بوده‌اند، همواره سعی کرده‌اند که آن را به دلیل ویژگی‌های مهندسی بسیار عالی‌اش 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 می‌گوید که به محض اتمام آسفالت این بزرگراه، ADOT و مسئولین محلی سیل عظیمی از تلفن‌ها و ایمیل‌ها را دریافت نمودند که از اشتیاق مردم نسبت به این جاده کم‌صداتر 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 آسفالت‌های معمول بسیار گران‌تر بوده و آسفالت‌کارانی که تا به حال با این ماده چسبناک کار نکرده‌اند، 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 استفاده‌کنندگان از جاده کم‌صدا‌تر و در عین حال دارای اثرات زیست‌محیطی 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 آسفالت‌های قوی‌تر وبادوام‌تر را افزایش می‌دهد.

حمل و نقل بیشتر به این مفهوم نیز می‌باشد که ایجاد مشکل در حمل و نقل برای تعمیرات جاده‌ای مطلوب نیست و این امر موجب ایجاد تقاضای بیشتر برای تحقیق و توسعه مؤثر می‌گردد.