کاربرد پلیمرها در صنعت راهسازی

موضوع : کاربرد پلیمرها در صنعت راهسازی

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

1- مقدمه
امروزه صنعت راهسازي يكي از مهمترين شاخه هاي مهندسي مي‌باشد كه به سرعت در حال رشد است. گسترش سريع شبكه راهها، افزايش ترافيك و بار محوري ناشي از آن، همچنين افزايش تقاضا براي بهبود كيفيت خدمات، سبب تلاش بيشتر مهندسان به منظور بالا بردن كيفيت راهها و نگهداري آنها گشته است.
تا اوايل قرن بيستم جاده ها عمدتا خاكي بودند و راههاي داخل شهري سنگفرش مي‌شدند، امروزه، با پيشرفت تكنولوژي به روسازي راه بسيار اهميت داده مي‌شود.
در اين ميان مناسبترين ماده اي كه براي روسازي راه به كار مي‌رود، آسفالت است. زيرا از مواد ديگري ارزانتر است، در برابر تغييرات شرايط جوي پايدار مي‌باشد، خاصيت ارتجاعي دارد، به فراواني و در همه جا  در دسترس است و مي‌توان آن را (با اصلاحات لازم) در هر آب و هوايي به كار برد.
تا چندين دهه قبل آسفالت به صورت معمول خود (مخلوطي از قير و سنگدانه) به كار مي‌رفت. ولي امروزه مهندسان بنا به دلايل زير سعي در بهبود خواص آسفالت دارند:
آسفالت با مشكلاتي نظير ترك خوردن، شيار شيار شدند (Rutting) فرسوده شده بر اثر نمكها، جمع شدن بر اثر گرما يا شكننده شدن بر اثر سرما و … روبروست.
توجه به ايمني و راحتي جاده ها از مهمترين اصول راهسازي مدرن است. مثلا سطح جاده بايد طوري باشد كه اصطكاك لازم را ايجاد كرده از ليز خوردن اتوميبلها جلوگيري نمايد. همچنين صداي ناهنجار ايجاد ننمايد. يعني داراي سطحي هموار باشد  نيز از جمع شدن آب روي جاده جلوگيري شود.
طراحان و مهندسان در پي يافتن روشها و مواد مناسبي براي اصلاح آسفالت هستند. از جمله مهمترين موادي كه تا كنون براي اين منظور به كار رفته اند و نتايج بسيار رضايت بخشي به همراه داشته اند. پليمرها مي‌باشند.
در اين مقاله سعي شده است به دو كاربرد عمده پليمر در بهبود خواص آسفالت اشاره شود:
1-    استفاده از پليمر براي اصلح خواص قير.
2-    استفاده از شبكه هاي (Mesh) پليمري براي تسليح آسفالت.
3-    استفاده از پليمر براي اصلاح قير PMB2
قير به عنوان چسبنده اي ايده آل براي ساخت آسفالت به كار مي‌رود. اين ماده در دماي بالا مايع شده مي‌تواند با سنگدانه ها مخلوط شود آنها را به هم بچسباند و تشكيل آسفالت دهد. در دماي معمول، قير به صورت يك ماده ويسكو الاستيك عمل مي‌كند به علاوه چسبندگي خوبي داشته، در برابر نفوذ آب مقاوم مي‌باشد. با اين همه، برخي از مشكلات راهها نظير خرد شدن آسفالت بر اثر خستگي، ايجاد شيار بر روي آسفالت بر اثر افزايش بار محوري، روان شدن آسفالت در اثر گرما، كنده شدن و خرد شدن سنگدانه ها و … مربوط به قير مصرفي مي‌باشند. بنابراين شيميدانها سعي زيادي در بهبود خواص قير دارند.
يكي از راههاي اصلاح يك ماده اضافه كردن مواد ديگر به آن مي‌باشد مثل ساخت آلياژهاي گوناگون.
پليمرها از اولين مواد اصلاح كننده اي بودند كه براي افزودن به قير پيشنهاد شدند زيرا:
منشا پليمرها وقير هر دو ماده خام واحدي مي‌باشد (نفت). بنابراين ساختار اصلي آنها قابل مقايسه است.
با استفاده از فرآيندهاي شيميايي مي‌توان پليمرهاي جديد با خواص مطلوب تهيه كرد (تنوع).
پليمرها موادي پايدار و قابل بازيافت هستند (توجيه اقتصادي).
اواسط دهه 70 ميلادي يك شركت نفتي توانسته با اضافه كردن EVA3  ، به قيري با انعطاف پذيري بهتر دست يابد كمي‌بعد با كشف 4SBS ها  شيميدانها توانستند خواص قير را باز هم بهبود بخشند.
EVA ها پلاستيك5 و SBS ها الاستومر6 هستند، امروزه، براي اصلاح قير از هر دو گروه EVA و SBS ها بهره گرفته مي‌شود.
اولين آزمايش موفقيت آميز PMB ها در اواخر دهه 70 ميلادي در جاده هاي انگلستان انجام شد.
2-1 بهبود خواص قير با اضافه كردن پليمر
قير خوب قير است كه حساسيت حرارتي آن كم بوده، چسبندگي مناسب داشته باشد و در دماي پايين شكننده نشود. مواد پليمري حساسيت حرارتي قير را، مخصوصا در دماي بالا كه قير جاري مي‌شود، كاهش مي‌دهند يعني دماي نرم شدن (Softening Point) را افزايش مي‌دهند تا قير ديرتر روان شود.
اين مواد همچنين مقاومت در برابر خستگي را بالا مي‌برند (زيرا باعث مي‌شوند قير در دماي پايين هم، همچنان انعطاف پذيري خود را حفظ كند.) و نيز چسبندگي قير را به ميزان زياد افزايش مي‌دهند.
شكل 1 حساسيت حرارتي واقعي قير و حساسيت حرارتي ايده آل آن را نشان مي‌دهد.
 يك چسبنده (Binder) ايده آل بايد در دماي معمولي رفتاري ثابت داشته باشد. سپس در دماي اختلاط به ماده اي ويسكوز تبديل شود. قير در طبيعت رفتار ايده آلي نشان نمي‌دهد و در برابر تغييرات دما دچار تغييرات پيوسته مي‌شود. با اضافه كردن پليمر مناسب، منحني حساسيت حرارتي قير مي‌تواند به شكل 2 تغيير يابد.
 استفاده از پليمر بهبود شاياني در رفتار ويسكو الاستيك قير پديد مي‌آورد. اين مواد خاصيت الاستيكي قير را در دماهاي بالاتر حفظ مي‌نمايند.
بايد توجه داشت لازمه تغييرات ذكر شده پديد آمدن يك شبكه پليمري در داخل قير مي‌باشد يعني تا زماني كه اين شبكه بوجود نيامده است بهبودي در خاصيت قير مشاهده نمي‌شود.

2-2 مواردي از كاربرد آسفالت پليمري
2-2-1 با افزايش ترافيك و بار محوري ناشي از آن مشاهده مي‌شود كه سطح بسياري از جاده ها (مخصوصا در هواي گرم) شيار، شيار و ناهموار مي‌شود. قبلا براي جبران اين نقيصه از آسفالت سفت تر استفاده مي‌شد كه اين امر باعث شكنندگي آسفالت (مخصوصا در هواي سرد) مي‌شد. ولي اكنون با استفاده از PMB مي‌توان از نرم شدن آسفالت در دماي بالا و در نتيجه از ايجاد شيار بر روي آن و همچنين از شكنندگي آسفالت در دماي پايين جلوگيري كرد.پيشگيري از شكنندگي نتيجه حفظ الاستيسيته PMB ها در دماي پايينتر مي‌باشد.
2-2-2 از بين بردن آبهاي سطحي در روزهاي باراني ايمني جاده ها را افزايش مي‌دهد. آسفالت زهكشي يا متخلخل آسفالتي است داراي دانه بندي منقطع و درشت. آب از بين اين دانه ها رد مي‌شود و به كانالهاي آبي انتقال مي‌يابد. اين نوع آسفالت چند مشكل عمده دارد:
سنگدانه هاي آن به علت درشتي خيلي زود كنده مي‌شوند.
فهرست مطالب
1- مقدمه    1
2-1 بهبود خواص قير با اضافه كردن پليمر    3
2-2 مواردي از كاربرد آسفالت پليمري    5
2-3 مشكلات استفاده از قير پليمري    7
3 - استفاده از پليمرها در تسليح آسفالت    8
3-1 چگونه مشهاي انعطاف پذير از ترك خوردن آسفالت جلوگيري مي‌كنند؟    9
3-2 مشخصات فيزيكي مشهاي تسيلح    10
3-3- موارد استفاده    11
3-4 نحوه استفاده از مشهاي تسليح    12
4- نتيجه گيري    12
مراجع    13
ژوتكستايل    14
1- مقدمه    14
2- كاربرد ژئوتكستايلها در جداسازي لايه هاي خاك (separation)    17
3- كاربرد ژئوتكستايلها در تسليح خاك    18
3-1 تسليح ديوارهاي حائل به وسيله ژئوتكستايل    19
3-2 پايداري شيروانيهاي خاكي توسط ژئوتكستايل    22
3-3- تسيلح جاده ها به وسيله ژئوتكستايل    24
3-4 افزايش شيب مجاز شيروانيها    25
3-5 پايداري شيروانيهاي خاكي بوسيله ژئوتكستايل    26
4- كاربرد ژئوتكستايلها به عنوان فيلتر    27
5- كاربرد به عنوان قالب انعطاف پذير    28
6- كاربرد ژئوتكستايلها به عنوان زهكشي    31