قیر و آسفالت اصلاح شده با پلی اتیلن

 

اولین کاربرد آسفالت اصلاح شده با پلیمر به دهه ی ۱۹۷۰ میلادی در اروپا برمیگردد که در آن سال مشخصا هزینه ی زیادی صرف تولید آسفالت پلیمری شد. در آن زمان که تجریبات اولیه در استفاده از پلیمرها برای اصلاح قیر و آسفالت به حساب می آمد، از مواد ساده پلیمری استفاده میشد. به گونه ای که ۷۵ درصد اصلاح کننده های مصرفی از نوع الاستومر همانند پودر لاستیک بود و ۱۵ درصد هم از نوع پلاستومر بود. یکی از پلیمرهای اولیه مورد استفاده در اصلاح قیر و آسفالت، استفاده از پلی اتیلن بوده است. این پلیمر که زیر مجموعه ی پلاستومرها می باشد یکی از ساده ترین و ارزان ترین پلیمرهای موجود در بازار به حساب می آید.

پلیمر پلی اتیلن برای اولین بار در سال ۱۹۳۳ از سنتز اتیلن که یک بخش از نفت خام به حساب می آید، تولید شد و در واقع با پلیمرزاسیون اتیلن، پلی اتیلن که یک ماده ی جامد و سفید رنگ است، بدست می آید. پلی اتیلن ها از نظر چگالی به سه دسته  تقسیم می شوند و آنچه ک بر چگالی پلی اتیلن تاثیر میگذارد، طول زنجیره های پلیمری، تعداد و مدل شاخه ها است. پلی اتیلن ها به سه گروه زیر تقسیم میشوند:

1. پلی اتیلن با دانسیته ی بالا  ( HDPE )

 این نوع پلی اتیلن، دارای زنجیره های پلیمری بدون شاخه هستند که همین امر باعث افزایش نیروهای بین مولکولی می شود و همینطور موجب افزایش استحکام کششی پلی اتیلن با چگالی سنگین می شود. زنجیره های پلی اتیلن HDPE کاملا به هم فشرده اند که همین امر باعث افزایش دانسیته ی آن و کاهش انعطاف پذیری می شود.

1. پلی اتیلن با دانسیته ی پایین ( LDPE )

زنجیره های پلیمری شاخه دار هستند بنابراین زنجیره ها نمیتوانند به خوبی با یکدیگر تشکیل پیوند بدهند به همین دلیل از نیروی ضعیف بین مولکولی برخوردارند و  استحکام  کششی پایینی دارند. از ویگژگی این نوع پلی اتیلن می توان به انعطاف پذیری آن  اشاره کرد.

1. پلی اتیلن خطی با دانسیته ی پایین ( LLDPE )

 پلیمری خطی با تعداد شاخه های کوتاه است و چگالی آن کمتر از بقیه انواع آن است.

 

در صنعت قیر و آسفالت بر روی هر سه نوع پلی اتیلن ذکر شده آزمایش های مختلفی انجام شده است تا تاثیر این پلیمر را بر روی قیر و آسفالت دریابند و خواص آسفالت اصلاح شده با پلی اتیلن را بررسی کنند. علیرغم محاسن پلی اتیلن، عیب هایی نیز دارد که به علت ورود پلیمرهاي جدید به بازار مانند پلی بوتادین، پلی ایزوپرن و  SBS، لاستیکهاي مصنوعی، این پلیمر نتوانست جایگاه خود را در اصلاح کننده هاي قیري تثبیت کند.

 

 

 

نتایج بدست آمده از تحقیقاتی که در این زمینه انجام شده است: 

از آنجایی که پلی اتیلن ها به طور کلی در دسته ی پلاستیک ها قرار می گیرند، سخت و چقرمه اند. افزودن این نوع پلیمر به قیر باعث افزایش ویسکوزیته ی قیر می شود که همین امر، بدیهی است که باعث افزایش نقطه نرمی و کاهش درجه نفوذ قیر اصلاح شده می شود.

پژوهشی در دانشگاه صنعتی اصفهان برروی تاثیر پلی اتیلن بر قیر انجام شد که نشان داد، با افزودن ۴% پلی اتیلن، مقاومت مارشال از ۸.۱۹ به ۸.۷۱ کیلونیوتن افزایش یافته است. این آزمایش نشان میدهد، آسفالت تولید شده با پلی اتیلن چه مقدار بار می تواند تحمل کند تا دچار تغییر شکل شود. درواقع پلی اتیلن تاثیر مثبت ولی کمی برروی مقاومت مارشال نمونه ی آسفالت گذاشته است. همینطور پلی اتیلن تاثیر خوبی برروی شیارشدگی آسفالت داشته است. دلیل این امر هم بالا بودن نقطه ی ذوب پلی اتیلن است که حدود ۱۴۰ درجه است که باعث افزایش مقاومت آسفالت در برابر آب و هوای گرم می شود و می تواند تاثیر خوبی بر PG قیر در دمای بالا داشته باشد. باید توجه داشت که این خواص طبق تحقیق انجام شده در هند، می تواند حتی از پلی اتیلن های ضایعاتی مانند کیسه های زباله، بطری های یکبار مصرف و …. حاصل شود.

تحقیقات بدست آمده نشان داده است که استفاده از پلی اتیلن در آسفالت مضرراتی هم دارد که در ادامه به آن می پردازیم.

 

معایب آسفالت اصلاح شده با پلی اتیلن

نکته ای که در آسفالت اصلاح شده با پلی اتیلن وجود دارد، این است که با وجود تاثیرات مثبتی که دارد، اثرات منفی برروی آسفالت می گذارد که نمی توان از آن چشم پوشی کرد .

پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران در تحقیقی برروی ۱۰ نوع پلی اتیلن، با بلورینگی و شاخص مذاب متفاوت، در قیر کار کرده است. پلی اتیلن های مورد آزمایش، از پتروشیمی بندر امام و پتروشیمی اراک تهیه شد.

یک مساله ی مهمی در استفاده از پلی اتیلن در قیر وجود دارد و آن هم پایداری قیر و ذخیره سازی آن است. از آنجایی که چگالی پلی اتیلن با چگالی قیر متفاوت است همین امر، موجب دوفاز شدن قیر و پلیمر شده وباعث میشود ترکیب این دو از هم جدا شوند. تستی به نام storage stability  وجود دارد که برای قیرهای پلیمری انجام میشود و دوفاز شدن قیر و پلیمر را نشان می دهد. درصورتی که قیر پلیمری دوفاز شود، قیر دیگر خواص یکسانی ندارد و در هر قسمت، خواص متفاوتی دیده می شود. این تحقیق نشان داده است که در انتخاب نوع پلی اتیلن مصرفی در قیر باید دقت شود. زیرا پلی اتیلن با شاخص مذاب کمتر از یک، به شدت تمایل به دوفاز شدن دارد. از دیگر عیب هایی که ترکیب پلی اتیلن با قیر دارد، نیازمند بودن فرایند به همزن با دور بالا می باشد تا پلی اتیلن به خوبی در قیر پخش شود و مانع از دو فاز شدگی شود. توجه به این نکته ضروری است که خواص پلی اتیلن در قیر، آن هم در دمای بالا، فقط در صورت ترکیب با استفاده از همزن دوربالا حاصل می شود. بنابراین در صورتی که پلی اتیلن مستقیما به آسفالت اضافه شود، بدلیل عدم استفاده از همزن دور بالا و ترکیب نشدن کامل این پلیمر با قیر، خواص مورد نظر به صورت یکنواخت در آسفالت حاصل نخواهد شد.

 

 

 

 

اصلی ترین مشکل پلی اتیلن تاثیر منفی آن در دمای پایین قیر است. در این تحقیق، PG تمامی قیر های اصلاح شده با پلی اتیلن طی آزمایشات مربوطه بدست آمده است و نتایج نشان می دهد که پلی اتیلن نه تنها تاثیر مثبتی بر روی آسفالت در هوای سرد نمی گذارد، بلکه موجب افت خواص و کاهش کیفیت آسفالت در هوای سرد به علت ترد و شکننده شدن قیر میگردد. به گونه ای که باعث افت و بدتر شدن دمای پایین قیر تا ۱۲ درجه هم بوده است. این تاثیر منفی، باعث کاهش مقاومت قیر در زمستان و مناطق سردسیر شده و موجب افزایش ترک خوردگی آسفالت می شود. در پی این ترک خوردگی ها، آب و رطوبت به لایه های زیرین آسفالت نیز نفوذ می کند و موجب خرابی های جبران ناپذیر آسفالت شده و عمر آن را کوتاه می کند.

با توجه به اینکه یکی از اصلی ترین اهداف استفاده از پلیمرها در قیر و آسفالت، ایجاد خاصیت الاستیسیته و برگشت پذیر نمودن تغییر شکل ها می باشد لذا امروزه در دنیا، استفاده از الاستومرها به عنوان افزودنی در قیر بسیار پرکاربرد شده است. چون دقیقا همان خواص مورد نیاز را به آسفالت می دهند و مشکلات پلاستومرهایی مثل پلی اتیلن را ندارند. پلاستومر ها همانند الاستومر ها از خاصیت الاستیسیته ی خوبی برخوردار نیستند و همین امر باعث ایجاد تغییر شکل های دائمی در قیر و آسفالت می شود. این موضوع یکی از دلایل اصلی است که در دنیا به ندرت  دیده می شود از پلی اتیلن، به عنوان اصلاح کننده خواص قیر و یا آسفالت استفاده شود. 

 

 

 

منابع

گلی، احمد و رضایی، احمد و حسین زاده، محمد،۱۳۹۳،بررسی اثر پلیمر داخل کشور بر مشخصات مخلوطهای آسفالتی،ششمین همایش ملی قیر و آسفالت ایران،تهران 

صدرالدینی مهرجردی، محمدرضا و یوسفی، علی اکبر و کاووسی، امیر،۱۳۸۱،بهبود خواص قیر با مواد پلیمری 

یوسفی علی اکبر،۱۳۸۱،قيرهاي اصلاح شده با لاستيك و پلي اتيلن/ پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران، تهران

مهدي كامياب، ميلاد مهرانپور، منصور بزمي، سعيد صادقپور،۱۳۹۴، اثر پلي اتيلن ضايعاتي بر روي خواص قير پايه و پايداري ذخيره سازي

review of relationships between modified asphalt properties and pavement performance – strategic highway research program

Veerararavan Amirthalingam,behavior of Asphalt Concrete Mixtures with Reclaimed Polyethylene as Additive DOI: ۱۰.۱۰۶۱/(ASCE)0899-1561(2007)19:6(500)

 

 

 

 

افزودنی آنتی استریپر ایوانیک آلمان با نام تجاری TEGO Addibit L300 برای تامین دوام رطوبتی آسفالت استفاده می شود.

پلیمر وستنامر شرکت ایوانیک آلمان در ترکیب با پودر لاستیک استفاده می شود.

پلیمر وستاپلاست شرکت ایوانیک آلمان دامنه عملکردی قیر را در دماهای بالا و پایین افزایش می دهد.