استخدام المواد الفعالة بالسطح في بناء الطرق الإسفلتية

تُستخدم المواد الخافضة للتوتر السطحي على نطاق واسع في بناء الطرق الإسفلتية، وتشمل بشكل رئيسي الجوانب التالية:

1. كمضافات للخلطات الدافئة

(1) آلية العمل

إضافات الخلطات الدافئة هي نوع من المواد الفعالة سطحياً (مثل إضافات الخلطات الدافئة من نوع APTL) تتكون من مجموعات محبة للدهون وأخرى محبة للماء في تركيبها الجزيئي. أثناء خلط الخلطات الإسفلتية، تُرش هذه الإضافات في وعاء الخلط بالتزامن مع الإسفلت. تحت تأثير التحريك الميكانيكي، ترتبط المجموعات المحبة للدهون بالإسفلت، بينما تتحد جزيئات الماء المتبقية مع المجموعات المحبة للماء لتشكيل طبقة مائية هيكلية بين الركام المغطى بالإسفلت. تعمل هذه الطبقة المائية كمادة تشحيم، مما يُحسّن قابلية تشغيل الخليط أثناء الخلط. أثناء الرصف والدمك، تستمر الطبقة المائية الهيكلية في توفير التشحيم، مما يزيد من سرعة الرصف ويُسهّل دمك الخليط. بعد اكتمال الدمك، تتبخر جزيئات الماء تدريجياً، وتنتقل المادة الفعالة سطحياً إلى السطح الفاصل بين الإسفلت والركام، مما يُعزز قوة الترابط بين الركام ومادة الربط الإسفلتية.

(2) المزايا

يمكن للمواد المضافة للخلطات الدافئة أن تخفض درجات حرارة الخلط والرصف والدمك بمقدار 30-60 درجة مئوية، مما يطيل موسم الإنشاء ليشمل بيئات تزيد درجة حرارتها عن الصفر المئوي. كما أنها تقلل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنحو 50%، وانبعاثات الغازات السامة (مثل أبخرة الأسفلت) بأكثر من 80%. إضافةً إلى ذلك، فإنها تمنع تقادم الأسفلت، وتضمن جودة الدمك وأداء الإنشاء، وتطيل عمر خدمة أرصفة الأسفلت. علاوة على ذلك، يمكن لاستخدام هذه المواد المضافة أن يزيد إنتاجية محطات الخلط بنسبة 20-25%، ويرفع سرعات الرصف/الدمك بنسبة 10-20%، مما يحسن كفاءة الإنشاء ويقلل مدته.

2. كمستحلبات أسفلتية

(1) التصنيف والخصائص

مستحلبات الأسفلت هي مواد فعالة سطحية تُصنف حسب خصائصها الأيونية إلى أنواع كاتيونية، وأنيونية، وغير أيونية، ومذبذبة. تمتص مستحلبات الأسفلت الكاتيونية على الركام المشحون سلبًا عبر الشحنات الموجبة، مما يوفر التصاقًا قويًا، ويجعلها مناسبة بشكل خاص للمناطق الرطبة والممطرة. أما المستحلبات الأنيونية، فرغم انخفاض تكلفتها، إلا أنها ضعيفة المقاومة للماء، ويجري استبدالها تدريجيًا. وتلبي المستحلبات غير الأيونية والمذبذبة متطلبات الظروف البيئية الخاصة. وتُصنف هذه المستحلبات حسب سرعة فصلها، وتشمل أنواعًا بطيئة التصلب (تُستخدم في طبقة مانعة للتسرب وإعادة التدوير البارد)، ومتوسطة التصلب (تُوازن بين وقت الفتح وسرعة التصلب)، وسريعة التصلب (تُستخدم في معالجة الأسطح لتمكين التصلب السريع وفتح الطريق أمام حركة المرور).

(2) سيناريوهات التطبيق

تُتيح مستحلبات الأسفلت عمليات الخلط والرصف البارد، مما يُغني عن تسخين الأسفلت ويُقلل استهلاك الطاقة بأكثر من 30%، وهو ما يُعد ميزةً هامةً في المناطق الجبلية النائية أو عند إجراء إصلاحات سريعة للطرق الحضرية. كما تُستخدم هذه المستحلبات في الصيانة الوقائية (مثل طبقة الإسفلت السائلة) لإصلاح الأرصفة القديمة وإطالة عمرها الافتراضي من 5 إلى 8 سنوات. إضافةً إلى ذلك، تدعم هذه المستحلبات إعادة التدوير البارد في الموقع، مما يُحقق إعادة تدوير كاملة لمواد رصف الأسفلت القديمة ويُقلل التكاليف بنسبة 20%.

3. تحسين قابلية تشغيل الأسفلت المخفف ومخاليطه

(1) التأثير

عند إضافة مواد فعالة سطحية مُصنّعة من مُخفّضات لزوجة الزيوت الثقيلة (AMS) مع Span80 إلى الأسفلت المُخفّف، فإنها تُقلّل بشكل ملحوظ من التوتر السطحي عند سطح التماس بين الأسفلت والركام، وتُخفّض لزوجة الأسفلت المُخفّف. وهذا يضمن أداءً مثاليًا للخلطة مع تقليل كمية الديزل المُستخدمة. كما يُحسّن دمج هذه المواد الفعالة السطحية من قابلية فرد الأسفلت على أسطح الركام، ويُقلّل من المقاومة أثناء الرصف، ويزيد من درجة الدمك النهائية لخلطات الأسفلت المُخفّف، مما يُحسّن من تجانس الخلط وأداء الرصف والدمك.

(2) الآلية

تعمل المواد الفعالة السطحية المركبة على تغيير التوتر السطحي بين الأسفلت والركام، مما يُمكّن الخلطات الأسفلتية من الحفاظ على أداء بناء ممتاز حتى مع تقليل جرعة المُخفف. عند جرعة من المواد الفعالة السطحية تتراوح بين 1.0 و1.5%، يكون التحسن في خصائص الرصف والدمك للخلطات الأسفلتية المخففة مُكافئًا لإضافة 4-6% من مُخفف الديزل، مما يسمح للخلطة بتحقيق نفس تجانس الخلط وقابلية الدمك.

4. لإعادة تدوير الأرصفة الإسفلتية على البارد

(1) آلية إعادة التدوير

مستحلبات الأسفلت المعاد تدويره على البارد هي مواد فعالة سطحية تعمل على تشتيت الأسفلت إلى جزيئات دقيقة عبر تفاعل كيميائي، وتثبيتها في الماء، وتتيح وظيفتها الأساسية بناء الأسفلت في درجة حرارة الغرفة. تشكل جزيئات المستحلب طبقة امتزاز موجهة عند سطح التماس بين الأسفلت والركام، مما يقاوم التآكل الناتج عن الماء، وهو فعال بشكل خاص مع الركام الحمضي. في الوقت نفسه، تتغلغل مكونات الزيت الخفيف الموجودة في الأسفلت المستحلب في الأسفلت القديم، مما يعيد إليه مرونته جزئيًا ويزيد من معدل إعادة تدوير المواد المستصلحة.

(2) المزايا

تتيح تقنية إعادة التدوير البارد إمكانية الخلط والبناء في درجة حرارة الغرفة، مما يقلل استهلاك الطاقة بنسبة 50-70% مقارنةً بإعادة التدوير الساخن، ويخفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. وتتوافق هذه التقنية مع متطلبات إعادة تدوير الموارد والتنمية المستدامة.