کاربرد سورفکتانت‌ها در ساخت روسازی آسفالتی

سورفکتانت‌ها کاربردهای گسترده‌ای در ساخت روسازی آسفالت دارند که عمدتاً شامل جنبه‌های زیر می‌شود:

۱. به عنوان افزودنی‌های مخلوط گرم

(۱) مکانیسم عمل

افزودنی‌های مخلوط گرم نوعی سورفکتانت (مثلاً افزودنی‌های مخلوط گرم از نوع APTL) هستند که در ساختار مولکولی خود از گروه‌های لیپوفیلیک و هیدروفیلیک تشکیل شده‌اند. در طول اختلاط مخلوط‌های آسفالت، افزودنی‌های مخلوط گرم همزمان با آسفالت به داخل دیگ اختلاط پاشیده می‌شوند. تحت همزن مکانیکی، گروه‌های لیپوفیلیک با آسفالت پیوند برقرار می‌کنند، در حالی که مولکول‌های آب باقیمانده با گروه‌های هیدروفیلیک ترکیب می‌شوند تا یک فیلم آب ساختاری بین سنگدانه‌های پوشیده شده با آسفالت تشکیل دهند. این فیلم آب به عنوان روان‌کننده عمل می‌کند و کارایی مخلوط را در طول اختلاط افزایش می‌دهد. در طول آسفالت‌کاری و تراکم، فیلم آب ساختاری همچنان روانکاری را فراهم می‌کند، سرعت آسفالت‌کاری را افزایش می‌دهد و تراکم مخلوط را تسهیل می‌کند. پس از اتمام تراکم، مولکول‌های آب به تدریج تبخیر می‌شوند و سورفکتانت به سطح مشترک بین آسفالت و سنگدانه‌ها مهاجرت می‌کند و عملکرد پیوند بین سنگدانه‌ها و چسب آسفالت را تقویت می‌کند.

(2) مزایا

افزودنی‌های مخلوط گرم می‌توانند دمای اختلاط، روسازی و تراکم را 30 تا 60 درجه سانتیگراد کاهش دهند و فصل ساخت و ساز را به محیط‌های بالاتر از 0 درجه سانتیگراد افزایش دهند. آنها انتشار CO₂ را تقریباً 50٪ و انتشار گازهای سمی (به عنوان مثال، بخارات آسفالت) را بیش از 80٪ کاهش می‌دهند. علاوه بر این، آنها از پیری آسفالت جلوگیری می‌کنند، کیفیت تراکم و عملکرد ساخت و ساز را تضمین می‌کنند و عمر مفید روسازی‌های آسفالت را طولانی‌تر می‌کنند. علاوه بر این، استفاده از افزودنی‌های مخلوط گرم می‌تواند خروجی کارخانه‌های مخلوط را 20 تا 25٪ افزایش دهد و سرعت روسازی/تراکم را 10 تا 20٪ افزایش دهد، در نتیجه راندمان ساخت و ساز را بهبود می‌بخشد و زمان ساخت را کوتاه می‌کند.

۲. به عنوان امولسیفایر آسفالت

(1) طبقه‌بندی و ویژگی‌ها

امولسیفایرهای آسفالت، سورفکتانت‌هایی هستند که بر اساس خواص یونی به انواع کاتیونی، آنیونی، غیر یونی و آمفوتریک طبقه‌بندی می‌شوند. امولسیفایرهای آسفالت کاتیونی از طریق بارهای مثبت روی سنگدانه‌های با بار منفی جذب می‌شوند و چسبندگی قوی ایجاد می‌کنند - که آنها را به ویژه برای مناطق مرطوب و بارانی مناسب می‌کند. امولسیفایرهای آنیونی، در حالی که کم‌هزینه هستند، مقاومت کمی در برابر آب دارند و به تدریج جایگزین می‌شوند. امولسیفایرهای غیر یونی و آمفوتریک الزامات شرایط محیطی خاص را برآورده می‌کنند. بر اساس سرعت جداسازی امولسیون، طبقه‌بندی می‌شوند که شامل انواع کندگیر (مورد استفاده برای آب‌بندی دوغاب و بازیافت سرد)، متوسط‌گیر (متعادل کننده زمان باز شدن و سرعت پخت) و تندگیر (مورد استفاده برای عملیات سطحی برای امکان پخت سریع و باز کردن ترافیک) می‌شوند.

(2) سناریوهای کاربردی

امولسیفایرهای آسفالت، امکان اختلاط سرد و فرآیندهای روسازی سرد را فراهم می‌کنند که نیاز به گرمایش آسفالت را از بین می‌برد و مصرف انرژی را بیش از 30٪ کاهش می‌دهد - یک مزیت قابل توجه در مناطق کوهستانی دورافتاده یا تعمیرات سریع جاده‌های شهری. آنها همچنین برای نگهداری پیشگیرانه (مثلاً درزگیری دوغابی) برای تعمیر روسازی‌های قدیمی و افزایش عمر مفید 5 تا 8 سال استفاده می‌شوند. علاوه بر این، آنها از بازیافت سرد درجا پشتیبانی می‌کنند و به بازیافت 100٪ مواد روسازی آسفالت قدیمی دست می‌یابند و هزینه‌ها را 20٪ کاهش می‌دهند.

۳. بهبود کارایی آسفالت محلولی و مخلوط‌های آن

(1) اثر

سورفکتانت‌هایی که با ترکیب کاهنده‌های ویسکوزیته نفت سنگین (AMS) با Span80 فرموله شده‌اند، هنگامی که به آسفالت محلول اضافه می‌شوند، کشش سطحی را در سطح مشترک آسفالت-سنگدانه به طور قابل توجهی کاهش می‌دهند و ویسکوزیته آسفالت محلول را پایین می‌آورند. این امر عملکرد بهینه اختلاط مخلوط را تضمین می‌کند و در عین حال دوز دیزل را کاهش می‌دهد. ترکیب سورفکتانت‌های ترکیبی، پخش‌پذیری آسفالت را روی سطوح سنگدانه افزایش می‌دهد، مقاومت در حین روسازی را کاهش می‌دهد و درجه تراکم نهایی مخلوط‌های آسفالت محلول را افزایش می‌دهد - که باعث بهبود یکنواختی اختلاط و عملکرد روسازی/تراکم می‌شود.

(2) مکانیسم

سورفکتانت‌های ترکیبی، کشش سطحی مایع-جامد بین آسفالت و سنگدانه‌ها را تغییر می‌دهند و مخلوط‌های آسفالت را قادر می‌سازند تا حتی با کاهش دوز رقیق‌کننده، عملکرد ساخت‌وساز مطلوبی را حفظ کنند. در دوز سورفکتانت ۱.۰ تا ۱.۵ درصد، بهبود در ویژگی‌های روسازی و تراکم مخلوط‌های آسفالت محلول معادل افزودن ۴ تا ۶ درصد رقیق‌کننده دیزل است و به مخلوط اجازه می‌دهد تا به همان یکنواختی اختلاط و کارایی تراکم دست یابد.

۴. برای بازیافت سرد آسفالت روسازی‌ها

(1) مکانیسم بازیافت

امولسیفایرهای آسفالت بازیافت سرد، سورفکتانت‌هایی هستند که آسفالت را از طریق واکنش شیمیایی به ذرات ریز تبدیل کرده و آنها را در آب تثبیت می‌کنند و عملکرد اصلی آنها امکان ساخت آسفالت در دمای محیط است. مولکول‌های امولسیفایر یک لایه جذب جهت‌دار در سطح مشترک آسفالت-سنگدانه تشکیل می‌دهند و در برابر فرسایش آب مقاومت می‌کنند - به ویژه برای سنگدانه‌های اسیدی موثر است. در همین حال، اجزای سبک روغن در آسفالت امولسیون شده به آسفالت کهنه نفوذ می‌کنند و تا حدی انعطاف‌پذیری آن را بازیابی کرده و میزان بازیافت مواد بازیافتی را افزایش می‌دهند.

(2) مزایا

فناوری بازیافت سرد، اختلاط و ساخت‌وساز در دمای محیط را امکان‌پذیر می‌کند و در مقایسه با بازیافت گرم، مصرف انرژی را 50 تا 70 درصد کاهش می‌دهد و انتشار گازهای گلخانه‌ای را نیز کم می‌کند. این فناوری با نیازهای بازیافت منابع و توسعه پایدار همسو است.