استفاده از زبالەهای پلاستیکی در قیر آسفالت

مقدمه:

دفع و حذف زباله های تولیدی به خصوص زباله های تولیدی از مشکلات و معضلات جدی مدیریت پسماند محسوب شده که در موارد زیادی سوزاندن آنها با هدف حذف آنها، باعث آلودگی های زیست محیطی فراوانی گردیده است. به دلیل اینکه زباله های پلاستیکی غیر قابل تجزیه بیولوژیکی هستند، مسببات آلودگیهای زیست محیطی عدیده و ایجاد بیماریهایی مانند سرطان سینه، ناباروری، ناهنجاریهای ژنتیکی و حتی کاهش تعداد و کیفیت اسپرم ها را در انسان و حیوانات رقم زده اند.

با توجه به  وجود میزان بسیار اندک مواد پلاستیکی در زباله (حدود 5 درصد) و توجه به اهمیت بالای آن در ایجاد آلودگیهای زیست محیطی، این میزان اندک با عث بروز تهدیدات زیست محیطی عمده ای گردیده است. امروزه پلاستیک ها در انواع مختلف و با استفاده های متنوع بصورت روزمره  در نزدیکی ما مورد استفاده قرار می گیرند و به نوعی جزء لاینفک زندگی انسانها گردیده که بعد از استفاده به معضل زیست محیطی تبدیل می گردد. لذا با توجه به عدم تحمل محیط زیست نسبت به پذیرش حجم بالای پلاستیک‌ها با اثرات بسیار مخرب، از دیدگاه اکثر محققان و دانشمندان حوزه محیط زیست، بازیافت مواد پلاستیکی و استفاده مجدد آنها در فرایندهای دیگر بهترین روش ممکن جهت کاهش اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از آنها می باشد.

در سالهای اخیر کاربرد زباله های پلاستیکی در بسیاری از کشورهای پیشرفته در ساختار جاده‌ها با استقبال فراوانی روبرو بوده که در این خصوص استفاده مجدد از این مواد براساس شاخص های تکنیکی، اقتصادی و اکولوژیکی بوده است. با توجه به تولید چندین میلیون تن زباله های پلاستیکی در دنیا، اگر بتوان بصورت مناسب و بهینه در ساختار جاده‌ها و بزرگراهها موارد استفاده قرار داد، بخش زیادی از مشکلات دفع و آلودگی ناشی از آن کاهش می یابد.

با توجه به به تحقیقات و آزمایشات انجام شده در خصوص مزیت و فواید استفاده از این مواد در ساختار جاده ها، خواص و ویژگی های قیر طبیعی با استفاده از این مواد افزایش یافته است. لذا استفاده از پلاستیک های زباله با این کاربرد، هم به ساختار جاده ها کمک کرده و هم معضلات مربوط به دفع مناسب آنها را حل و فصل می نماید.

بطور معمول و سنتی در ساختار جاده ها ترکیبات سنگ و خاک، شن، قیر، سیمان و... به کار رفته است که به مرور زمان تدریجا مستعمل گشته و کمیت و کیفیت آنها کاهش یافته است و همچنین هزینه استخراج آنها با کیفیت مناسب، افزایش پیدا کرده است. نگرانی درباره این موضوع باعث شده تا محققان و دانشمندان مواد جایگزین دیگری برای ساختار جاده‌ها جستجو نمایند که در این خصوص مواد زاید پلاستیکی به خصوص مواد زاید صنایع شناسایی گردیده که اگر بتوان این مواد را بصورت مناسب در ساختار جاده ها مورد استفاده قرار داد، بخشی از مشکلات آلودگی و دفع این مواد کاهش می یابد. لذا کاربرد این مواد با دو هدف 1- حفاظت از محیط زیست در برابر مواد پلاستیکی با نرخ آلودگی زیاد 2- حفاطت از محیط زیست با حفظ ذخایر طبیعی و کاهش اثرات زیست محیطی ناشی از کاهش استخراج آنها.

با توجه به اهمیت موضوع، مطالعات مربوطه در جهت استفاده از پلاستیک های زباله در قیر طبیعی برای افزایش کارایی جاده ها، حفاظت از محیط زیست و کاهش هزینه های ساخت و ساز جاده ها انجام گرفته است. اهداف اصلی این مطالعات شامل 1- شناسایی نسبت و مقدار مناسب از پلاستیک های زباله جهت افزودن به قیر برای سنجش میزان استحکام آن 2- مقایسه نتایج آزمایشات بعمل آمده با جزئیات نتایج مرسوم و آنالیزهای اقتصادی 3- شناسایی میزان بهبود خواص حجمی قیر با  افزودن پلاستیک زباله می باشد.

نتایج اولیه از مشاهدات و آزمایشات طرح استفاده از زباله های پلاستیکی در ساختار جاده ها حاکی از آن است که این جاده ها میزان بسیار کمتری از گرما و حرارت را در مقایسه با جاده ها معمولی و سنتی جذب می کنند و همچنین دارای دوام بیشتری هستند. خواص چسپندگی و اتصال دهنده پلاستیک ها باعث می شود که در جاده های طولانی علاوه بر افزایش استحکام آنها، مقاومت بیشتری دربرابر بارهای زیاد داشته باشند. با توجه به اینکه کیفیت آسفالت جاده ها و خصوصا بزرگراه ها بعد از حدود 4 تا 5 سال کاهش چشمگیری پیدا می کند، این ادعا وجود دارد که کیفیت جاده هایی با قیر مخلوط با پلاستیک بالای 10 سال حفظ می گردد. این امر به دلیل نرخ بسیار پایین نفوذ آب باران در این جاده ها می باشد. لذا جادها با تعمیرات کمتری روبرو می گردند.

اگرچه شاید هزینه ساخت جاده هایی با مخلوط پلاستیک در مقایسه با روشهای معمولی کمی بیشتر باشد ولی بهر حال چون که فواید و سودمندی این تکنولوژی خیلی بالاتر از هزینه آن می باشد، نباید از به کارگیری این تکنولوژی بی بهره ماند. تحقیقات ثابت کرده است که بطور کلی کاربرد پلاستیک در قیر جاده‌هایی با ترافیک سنگین به واسطه اتصال و چسپندگی بهتر، وقتی که جاده ها در معرض تغییرات آب و هوایی بیشتری قرار می گیرند، باعث افزایش استحکام و ایجاد شرایط سطحی بهتری می گردد. در نتیجه این پروسه به حذف پلاستیک‌های زباله بصورت آسان و مفید کمک می‌کند.

بر طبق بررسی های انجام گرفته، پلاستیک های مخلوط شده با قیر بعنوان اتصال دهنده عمل کرده و لذا مقاومت در برابر نفوذ آب و پایداری آن افزایش می دهد. در آزمایشات انجام یافته خصوصا تست مارشال در خصوص میزان کارایی پلاستیک ها در قیر و پایداری جاده ها، میزان و درصدهای مختلفی از پلاستیک در قیر مورد بررسی و سنجش قرار گرفته است. در این تست، نمونه ها با بتن قیری (آسفالت) با درصدهای مختلفی تهیه گردید. آزمایشات انجام گرفته بر روی اولین نمونه نتایج مطلوب و محدوده بررسی بیشتری را نشان داد. همچنین نتایج نشان داد که افزایش زباله پلاستیکی به قیر، خواص تراکم قیر افزایش می‌یابد. در این خصوص وقتی که انعطاف پذیری جاده‌هایی که در آن از مخلوط قیر همراه با پلاستیک استفاده شده بود با انعطاف پذیری خیابانهای معمولی، مقایسه گردید نتایج خوبی حاصل گردید. در تأیید این مطلب تعدادی از محققان استفاده از پلاستیک‌های زباله های پزشکی را در ساختار قیر جاده ها مورد مطالعه قرار دادند. در این مورد پلاستیک های زباله های پزشکی بشکل سرنگ های خرد شده مخلوط با قیر جهت سنجش میزان خزش قیر، تست مدول سختی و کششی غیر مستقیم مورد استفاده قرار گرفت. بر پایه نتایج آزمایشی بدست آمده این موضوع دریافت شد که مخلوط قیر با زباله های پلاستیکی پزشکی، نتایج بهتری را در مقایسه با قیر معمولی نشان می‌دهد. از این رو پلاستیک‌های زیست پزشکی توسط مخلوط با قیر بخوبی قابل دفع کردن هستند.

مراحل مخلوط کردن مواد پلاستیکی زباله به قیر

جمع آوری پلاستیک های زباله: پلاستیک های زباله از منابع مختلف مانند صنایع، منابع تجاری و کشاورزی و منابع زباله های شهری جمع آوری می گردند. سپس بایستی ناخالصی های موجود در آنها پاک گردند چون این ناخالصی ها خواص چسپندگی و اتصال دهندگی پلاستیک ها را کاهش می دهند. در این  مورد ابتدا ذرات گرد و خاک با پلاستیک ها مخلوط شده و حفره های توخالی را بوجود می آورند و این حفره ها با آب و هوا پر شده  و سبب کاهش استحکام، سختی و ظرفیت برشی قیر مخلوط می گردند. لذا بایستی پلاستیک ها پاک و تمییز گردند. در اثر ورود آب شستشو دهنده پلاستیک ها به محیط زیست از جمله آبها به واسطه آلودگی شیمیایی آن، اثرات زیان باری برای انسان و حیوان بوجود می آید که این مورد از معایب این فرایند می باشد لذا بایستی نسبت به تصفیه آن اقدام نمود.

کاهش دادن سایز مواد پلاستیکی: پس از شستشوی پلاستیک‌ها، اندازه پلاستیک‌ها توسط دستگاه برش کاهش داده می شود. پلاستیک‌ها در سایزهای کوچک بین 2.3 تا 4.7 برش داده می شوند. اندازه های کوچک بطور یکنواخت تر ترکیب شده و نتایج بهتری را بدست می دهند. سپس پلاستیک های خرد شده که عاری از گرد و غبار، شن و عوامل دیگر هستند جهت اختلاط با قیر آماده می شوند.

حرارت دادن پلاستیک های خرد شده: در این مرحله توده قیر تا حدود 160 درجه سانتیگراد  گرما داده شده سپس به محفظه اختلاط انتقال داده می شوند که در این محفظه پلاستیک های خرد شده به توده قیر اضافه می گردند. این امر باعث پوشش داده شدن توده با یک ظاهر چرب در محدوده زمانی 30 تا 60 ثانیه می گردد. با توجه به گرمای داده شده ، ملکول ها فعال شده و در تکه های پلاستیک گیر افتاده و در توده قیر به شیوه مناسب انتشار می یابند. این فرایند گرمایش توسط هیترهایی که گرما ساطع می کنند، انجام می شود. توده های قیر و مخلوط پلاستیک ها باهوای گرم مخازن و یا قیف های دریافت کننده گرم می شوند. فشار زیاد فن ها، هوای گرم را از طریق لوله ها و دیفیوزرها بر روی مواد داخل مخازن پخش می کند. با این کار قیر گرم بطور یکنواخت با پلاستیک ها مخلوط می گردد.

نتایج و بحث ها

آزمایش ضربه: سختی یک ویژگی مواد برای مقاومت در برابر ضربه و فشار وارده می باشد. با توجه به بار و شدت ترافیک، جاده های سنگی و خاکی در معرض وضعیت هایی هستند که باعث عارض شدن مشکلاتی مانند تپش قلب و اختلالات تنفسی می گردد. بنابراین این گونه جاده ها بایستی به این دلیل به اندازه کافی استحکام کافی داشته باشند تا در برابر ترک و شکستگی مقاوت کنند. از این رو آزمایشی جهت ارزیابی و سنجش میزان سختی جاده طراحی گردید. در این آزمایش درصدهای مختلفی از قیر با پلاستیک و بدون وجود پلاستیک مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش میزان پلاستیک پوششی، میزان شدت ضربه در توده قیر پایین می آید.

آزمایش شکل پذیری: این آزمایش جهت تعیین شکل پذیری قیر انجام شده است. اصل و قاعده کلی این تست این است که شکل پذیری مواد قیری بوسیله میزان کشیدگی تا قبل از شکستگی توده اندازه گیری می شود. در این خصوص آزمایشات برای دو حالت قیر خالص و قیر مخلوط با مواد پلاستیکی انجام گرفت؛ که نتایج نشان داد با توجه به افزایش درصدهای مواد پلاستیکی میزان شکل پذیری پایین می آید.

آزمایش پایداری مارشال: در این آزمایش تغییر شکل نمونه قیر مخلوط شده وقتی که همان بار اعمال شده اندازه گیری می شود. پایداری مارشال برای مخلوط قیر بعنوان حداکثر بار تحمل شده توسط یک نمونه فشرده شده تعریف می گردد. این آزمایش نیز برای دو حالت قیر خالص و قیر مخلوط با مواد پلاستیکی انجام گرفت؛ نتایج نشان داد که با افزایش میزان پلاستیک، میزان پایداری تا مرحله ای افزایش پیدا می کند ولی با افزودن درصدهای بیشتر از مواد پلاستیکی، این پایداری به تدریج پایین می آید. بنابراین باید جهت حفظ  پایداری لازم، درصد افزایش مناسب را رعایت نمود.

نتایج کلی تحقیق

پلاستیک نقطه ذوب قیر را افزایش می دهد. با توجه به دمای بالای تابستان، ساختار ضعیف جاده ها و بالاتر از همه خطرات زیست محیطی ناشی از زباله های پلاستیکی، استفاده از آنها در ساختار جاده‌ها شاید منافع اقتصادی را در بسیاری از زمینه ها بوجودآورد. استفاده از این تکنولوژی خلاقانه و نوآورانه نه تنها ساخت جاده ها را استحکام می بخشد بلکه همچنین عمر مفید جاده ها را نیز بخوبی افزایش داده و به بهبود حفاظت محیط زیست کمک کرده و یک منبع درآمد بوجود می آورد.

بعد از انجام آزمایشات بر روی قیر مخلوط شده با مواد پلاستیکی با حجم و مقادیر مختلف و بعد از آنالیز اطلاعات و مقایسه نتایج؛ موارد زیر حاصل گردید:

نتایج نشان داد که با افزایش پلاستیک های زباله به قیر، ویژگی قیر و توده افزایش می یابد.

وقتی که نتایج قیر اصلاح شده با نتایج مرسوم قیر طبیعی مقایسه شد، نتایج مطلوبی حاصل گردید.

پوشش توده های قیر با پلاستیک زباله، میزان نفوذ آّب و رطوبت را در جاده ها کاهش می دهد.

با افزایش مواد پلاستیکی زباله به قیر، نرخ نفوذ کاهش می یابد؛ در حالیکه نرخ نرم شدگی افزایش می یابد.

قیر اصلاح شده با پلاستیک، ارزش بیشتری در خصوص کاهش دفع پسماندهای پلاستیکی که یک روش سازگار با محیط زیست است؛ بوجود آورده است.

استفاده از پلاستیک‌های زباله در اصلاح باندهای جاده ها، یک کالای ارزان و یک روش تکنولوژیکی مؤثر جهت افزایش کارایی جاده های سنتی بوجود آورده  که یک روش جایگزین و متناوب جهت مدیریت زباله پلاستیکی پیشنهاد می کند.

گردآورنده: آوات احمدی