فوم قیر جهت استفاده در صنعت آسفالت و روسازی جاده‌ها
تاکنون تلاش‌هایی در جهت گسترش تکنولوژی‌های نوین آسفالت فومی انجام‌گرفته است که شامل قیر اصلاح‌شده پلی اورتان می‌باشد (Carrera و همکاران 2010). به‌طورمعمول، از پلیمرهای واکنشی MDI-PPG استفاده می‌شود. ویژگی اصلی این پلیمرها نسبت مولی 1:3، عملکرد کمتر از 3، میانگین وزن مولکولی در حدود 300gr/mol و شاخص Polydispersity کم (کمتر از 1/5) می‌باشد.
ساخت و ترکیب فوم‌های روسازی بر اساس دو مرحله تدوین می‌شود. نخست، قیر اصلاح‌شده توسط مخلوط کردن قیر دست‌نخورده با 4 درصد وزنی MDI-PPG ساخته می‌شود. در این مرحله، شرایط فرآوری شامل زمان مخلوط بین 15 دقیقه تا 1 ساعت و محدوده دمایی از 90 تا 120 درجه سانتی گراد است. در مرحله دوم این قیر اصلاح‌شده به‌وسیله افزودن 1 تا 2 درصد وزنی آب در یک مخزن دارای همزن برای یک مدت کوتاه به قیر فومی تبدیل می‌شود.
سیر تکاملی ضریب انبساط (ER) که به‌صورت نسبت مقدار فوم واکنشی به حجم اولیه پلیمر واکنشی اصلاح‌کننده قیر تعریف می‌شود، تابع زمان و درجه حرارت فرایند است که در شکل 13-3 برای قیر معمولی ارائه‌شده است. در 90 درجه سانتی گراد، ضریب انبساط به‌طور ناگهانی به مقدار بیشینه 5 افزایش و سپس به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد (برای زمان پخت کمتر از 1 ساعت). این تحول بدین‌صورت توضیح داده می‌شود که بعد از گذشت 15 دقیقه از فرآیند، گروه‌های بزرگ NCO– در سمت چپ پلیمرهای واکنشی قرارگرفته که این امر به نفع تشکیل سریع حباب (اولین افزایش در ER) در درون ماتریکس قیری نرم شده و بعدازآن به‌سرعت فرومی‌ریزد. برای فراینـد با زمان‌های طولانی‌تر، کاهش قابل‌توجهی در توانایی و سرعت فوم سازی مشاهده می‌شود. بدین ترتیب و با توجه به حداکثر شکل‌پذیری، کم‌ترین مقدار ضریب انبساط بیشینه مشاهده‌شده برای نمونه با زمان پخت 24 ساعت می‌باشد. این نتیجه مستقیماً مربوط به حضور مقدار کمتری گروه‌های NCO– آزاد در دسترس بعد از 24 سـاعت واکنـش بین MDI-PPG و برخی از اجزاء قیر (واکنش 1-3) و پس‌ازآن کاهش انتشار دی‌اکسید کربن بعد از افزایش آب است (واکنش 2-3).
شکل شماره 13-3 سیر تکاملی ضریب انبساط قیر فومی با زمان در دماهای فوم سازی و زمان‌های پخت متفاوت. اقتباس از Carrera و همکاران 2010
افزایش دمای فوم سازی (120 درجه سانتی گراد) منجر به کاهش اندک ضریب انبساط بیشینه می‌شود. بیشترین مقدار ثبت‌شده برای نمونه 15 دقیقه پخت و 1 ساعت پخت بین 3/75 تا 4 اسـت. درحالی‌که برای نمـونه 24 سـاعت پخت مقدار آن انـدکی کمـتر اسـت (در حـدود 3/25) (Carrera و همکاران 2010).
هنگام آزمایش فوم سازی در مقایسه نمونه 15 دقیقه پخت در دماهای 90 درجه سانتی گراد و 120 درجه سانتی گراد، یک تأخیر در اضافه جهش ضریب انبساط ER به همراه کاهش درجه حرارت فوم سازی مشاهده می‌شود؛ اما در مورد فوم قیری استاندارد فروپاشی حباب‌ها هنگامی اسـت که حـد طـویل شـدگی پوشـش فیلـم قیـر از مقـدار خـود تجـاوز کنـد (HE و Wong 2006). گرانروی قیر در 90 درجه سانتی گراد از گرانروی آن در 120 درجه سانتی گراد بیشتر است. براین اساس، حد طویل شدگی به‌دشواری به بیشینه نهایی خود در ماتریکس با ویسکوزیته بالاتر که درجه حرارت پایین‌تری دارد برسد. ازاین‌رو، تعداد زیادی از حباب‌های فروپاشی نشده که به‌طور مستمر انباشت شده‌اند، شروع به افزایش مقدار بیشینه ضریب انبساط ER و زمان سپری‌شده برای خروج از حد نهایی کرده و درنتیجه باعث پایداری بیشتر فوم می‌شود (HE و Wong 2006). از سوی دیگر، رفتار مشاهده‌شده ممکن است درنتیجه از دست دادن آب براثر تبخیر هنگام ورود آب به داخل محتوای قیر مذاب در 120 درجه سانتی گراد باشد (بالاتر از نقطه‌جوش آب). این امر ممکن است منجر به کاهش مقدار تولید دی‌اکسید کربن شود.
فوم قیر معمولاً نشان‌دهنده ضریب انبساط بیشینه به مقدار خیلی نزدیک به 4 یا بالاتر است؛ که این حداقل مقدار گزارش‌شده برای داشتن مخلوط مناسب جهت عملیات روسازی است (Jenkins و van de Ven 2001).
مزایای بیشتری از فوم واکنشی در مقایسه با عملیات سنتی وجود دارد. زمان طولانی که برای فروپاشی فوم سپری می‌شود این اجازه را می‌دهد که یک مخلوط درجا با ذرات موجود ساخته شود (به‌طور مثال در عملیات روسازی بازیافت آسفالت سرد درجا). به‌عنوان یک نتیجه، استفاده از پلیمرهای واکنشی مبتنی بر ایزوسیانات ممکن است یک‌راه انعطاف‌پذیر برای به دست آوردن طیف گسترده‌ای از بایندرهای فومی با توانایی فوم شوندگی و ویژگی‌های پایدار متفاوت صرفاً توسط تغییرات در زمان فرایند و درجه حرارت فوم سازی است. علاوه بر این، همان‌طور که قبلاً مشاهده شد، MDI-PPG اصلاح‌کننده فوم قیری به‌وسیله واکنش با آب افزوده‌شده منجر به اتصال مواد با افزایش بسیار زیاد گرانروی در 60 درجه سانتی گراد شده که ممکن است باعث بهبود عملکرد در دمای سرویس بالا شود (Carrera و همکاران 2010).
برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:
