جایگزینی سنگ آهک با سنگ آتشفشانی در روکش آسفالت

جایگزینی سنگ آهک با سنگ آتشفشانی در روکش آسفالت

جایگزینی سنگ آهک با سنگ آتشفشانی در روکش آسفالت

جایگزینی سنگ آهک با سنگ آتشفشانی در روکش آسفالت را با هم ببینیم. سنگ های آتشفشانی نوعی مواد طبیعی هستند و منابع زیادی از زمین را اشغال می کنند که باعث ایجاد دردسر برای ساکنان محلی و ترافیک می شود. در همین حال، تقاضای سالانه سنگ آهک در جهان حدود 1.2 میلیارد تن است و سنگ آهک با کیفیت بالا دارای منابع طبیعی کم و حجم تولید کم است. به منظور انطباق با مفهوم آسفالت روسازی سبز و سازگار با محیط زیست، این مقاله با هدف بررسی استفاده از سنگ های آتشفشانی به جای سنگ آهک در ساخت روسازی جاده به عنوان راهی برای استفاده از منابع معدنی طبیعی موجود برای کاهش مشکل وابستگی بیش از حد به سنگ آهک است. در این مقاله، تولیدات آسفالت با دوزهای مختلف سنگ آتشفشانی آسیاب شده و پودر سنگ آهک مقایسه شده است. با ترکیب روشهای کلان و خرد، کاربرد سنگ آتشفشانی از جنبه های آزمایشات عملکرد اساسی، طیف سنجی فوتوالکترون اشعه X ، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی مادون قرمز مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت. نتایج به وضوح نشان داد که پودر سنگ آتشفشانی نسبت به پودر سنگ آهک می تواند توزیع بهتر و عملکرد با دمای بالا در آسفالت داشته باشد. این ماده حاوی Si و محتوای بسیار بالاتری از SiO2، Al2O3 ، Fe2O3 ، Na2O و K2O  بود که باعث واکنش های شیمیایی با آسفالت می شود و سازگاری آن با آسفالت نسبت به پودر سنگ آهک بیشتر است. بر اساس نتایج این مطالعه، می توان نتیجه گرفت که سنگ آتشفشانی می تواند به طور موثر جایگزین برخی از کاربردهای سنگ آهک در زمینه روسازی آسفالت شود که در عوض باعث کاهش اشغال منابع زمین و انتخاب جدیدی برای جایگزینی سنگ آهک خواهد شد.

با توسعه سریع اقتصاد، علم و فناوری، الزامات روسازی آسفالت برای پایداری در دمای بالا، مقاومت در برابر ترک در دمای پایین و پایداری آب به منظور دستیابی به کیفیت بالا و عمر طولانی به طور مداوم در حال افزایش است. برای غلبه بر این مشکلات، بسیاری از اصلاح کننده ها در آسفالت مورد استفاده قرار گرفتند که در آنها متداول ترین اصلاح کننده های آلی و اصلاح کننده های غیر آلی بودند. اصلاح کننده های آلی دارای معایبی از جمله هزینه زیاد، کار پیچیده و فرآیندهای دشوار تولید بودند که به طور قابل توجهی استفاده از آنها را محدود کرد. اصلاح کننده های غیر آلی به عنوان پرکننده های بی اثر در نظر گرفته شدند، که بر پراکندگی آنها در آسفالت و شیمی سطحی بین پرکننده و آسفالت تأثیر می گذارد. در حقیقت، اصلاح کننده های غیر آلی می توانند با افزایش ترکیب سازی آسفالت و سنگدانه ها، عملکرد اتصال دهنده آسفالت را بهبود بخشند. علاوه بر این، آسفالت اصلاح شده با مواد معدنی دارای ویژگی های فرآیند تولید ساده، قیمت پایین و عملکرد خوب است که با الزامات ملی قوانین کشورها سازگار است.

برای مواد معدنی رایج، خاکستر و پودر سنگ آهک و کربنات کلسیم اغلب در مهندسی بزرگراه استفاده می شد. مطالعات نشان داده است که اگرچه سنگ آهک و کربنات کلسیم بیشترین مقدار مورد استفاده در مهندسی راه است، اما فقط به عنوان یک ماده پر کننده بی اثر در آسفالت وجود دارد. یک محقق مقاومت بالاتری در برابر عملکرد آب مخلوط های لاستیکی آسفالت با سنگدانه های آتشفشانی حاشیه ای با تخلخل بالا یافت. این محقق دریافت که پرکننده خاکستر آتشفشانی می تواند خواص مکانیکی مخلوط آسفالت اصلاح شده استایرن- بوتادین- استایرن (SBS) را از طریق سیستم جامد پرکننده – SBS- جامد که به دلیل توپوگرافی پیچیده و ساختار متخلخل خاکستر آتشفشانی تشکیل شده است، افزایش دهد. لیو چهار نوع بتن آسفالت را مطالعه کرد.

و با مواد پرکننده ظریف خاکستر آتشفشانی در مقیاس نانو، که ثابت کرد شکل منحنی کرنش در چرخه پایدار می تواند مستقل از اندازه بار و اسکلت کل باشد. محقق دیگری عملکرد جاده و مکانیزم اصلاح مخلوط آسفالت اصلاح شده کامپوزیت با خاکستر آتشفشانی و SBS را مطالعه کرد و نتیجه گرفت که جایگزینی پودر سنگ آهک به عنوان اصلاح کننده مخلوط آسفالت برای خاکستر آتشفشانی امکان پذیر است. یک محقق دیگر تحقیقی در مورد عملکرد جاده ماستیک آسفالت خاکستر آتشفشانی انجام داد که در آن نشان داد خاکستر آتشفشانی طبیعی می تواند به طور قابل توجهی پایداری در دمای بالا را نسبت به مخلوط آسفالت و عملکرد دمای پایین آسفالت نشان داد.

همچنین ثابت شد که خاکستر آتشفشانی خوب می تواند به عنوان یک ماده اصلاح کننده برای مخلوط آسفالت واجد شرایط باشد و عملکرد روسازی آسفالت را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد و هزینه پروژه را کاهش می دهد. محققی ارزیابی مقایسه ای طراحی مخلوط پایه اصلاح شده با آسفالت با انواع سنگدانه های کامپوزیت را مطالعه کرد. این تحقیق نشان داد که سنگدانه کامپوزیت خصوصیات حجمی مخلوط های آسفالت کامپوزیت را تغییر خواهد داد. ترکیب سنگدانه های درشت قلیایی یا سنگدانه های درشت زبری سطح روی سنگدانه می تواند خواص مکانیکی پایه اصلاح شده با آسفالت را بهبود بخشد.

به عنوان یک ماده طبیعی ساختمانی، سنگ های آتشفشانی به طور گسترده ای در جهان پخش می شدند. اگر از سنگ های آتشفشانی به عنوان مصالح راه سازی استفاده می شد، منافع اقتصادی قابل توجه بود. در حال حاضر، گزارش های تحقیقات داخلی در مورد بتن آسفالت اصلاح شده خاکستر آتشفشانی محدود بود و سازگاری و اثر اصلاح آن خاکستر آتشفشانی برای مخلوط آسفالت به عنوان یک اصلاح کننده هنوز در مرحله اکتشاف بود. در این مقاله، امکان فنی استفاده از سنگ های آتشفشانی به عنوان اصلاح کننده نوع پرکننده برای بهبود آسفالت مورد بررسی قرار گرفت. چسب آسفالت با دوزهای مختلف سنگ آتشفشانی آسیاب شده و پودر سنگ آهک تولید شد و پس از آن از نظر آزمایشات عملکرد اساسی مورد بررسی ماکروسکوپی قرار گرفتند. تجزیه و تحلیل میکروسکوپی نیز توسط طیف سنجی فوتوالکترون اشعه X ، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف سنجی مادون قرمز انجام شد. بنابراین، این مطالعه یک روش ابتکاری برای استفاده از سنگ آتشفشانی در زمینه روسازی آسفالت فراهم کرده است.  در نتیجه کیفیت خدمات آسفالت بهبود می یابد و با هدف استفاده از مواد سبز و کاهش اشغال منابع زمین مطابقت دارد.

جایگزینی سنگ آهک با سنگ آتشفشانی در روکش آسفالت

آسفالت

آسفالت بکر  مورد استفاده در این مطالعه آسفالت تولید شده توسط Chinese Petroleum بود.

پودر سنگ آتشفشانی

در جایگزینی سنگ آهک با سنگ آتشفشانی در روکش آسفالت گروه آتشفشانی بازالت ها عمدتا در منطقه گسل Jingmu از سیستم گسل Tantalum واقع در شهرستان Changle ، شرق چین توزیع شده است. این گروه آتشفشانی عمدتاً در اواخر سوم-اوایل کواترنر، از جمله میوسن، پلیوسن و پلیستوسن تشکیل شده است. این دهانه به شکل گرد یا بیضی شکل و قسمت مقعر بود. سنگهای آتشفشانی بازالت صدها سال وجود داشته است که دردسرهای زیادی را برای حمل و نقل به همراه داشته است.

سنگهای آتشفشانی گروه آتشفشانی بازالتها بازالتهای قلیایی ایجاد کرده بودند که بیشتر بازالت الیوین قلیایی، بیکسونیت و نفلین زیتون بودند. سنگها، بلوک های سیاه، خاکستری قهوه ای، متراکم، اتصالات ستونی، اتصالات شبکه ای و ساختارهای متخلخل آمیگدال بودند. به منظور ارزیابی کاربرد سنگهای آتشفشانی، نمونه ها به طور تصادفی هر 10 متر جمع آوری شدند. اندازه ذرات سنگها زیر 30 سانتی متر کنترل می شود و روند کار چندین بار تکرار شد. سپس سنگهای جمع شده به طور مساوی مخلوط شده و سنگهای غیر آتشفشانی از ترکیب دور ریخته شدند. پس از این فرآیند، پودر سنگ آتشفشانی (VSP) بر اساس مراحل زیر تولید شد:

از سنگ شکن برای شکستن سنگ آتشفشانی به شن زیر 4.75 میلی متر استفاده شد.

 سنگهای آتشفشانی خرد شده به مدت 4 الی 5 ساعت در دستگاه سایش نوع قفسه لس آنجلس ریخته شدند.

پس از آزمایش سایش لس آنجلس، باقیمانده سنگ زمین همراه با پودر با استفاده از غربال با اندازه ذرات 0.075 میلی متر فیلتر شد. پودر باقی مانده پس از فیلتراسیون، پودر سنگ آتشفشانی مورد نیاز برای آزمایش است.

پودر سنگ آهک

از پودر سنگ آهک و کربنات کلسیم معمولاً در زمینه راه سازی استفاده می شد. در این مقاله، دو نوع پودر سنگ آهک، پودر سنگ آهک M و پودر سنگ آهک B ، برای توضیح سازگاری اجزای آنها استفاده شد. M در شهر آنکانگ واقع در وسط چین تولید شد. این دستگاه به حاشیه شمال شرقی سیستم تاشو از طریق Qinling و جاده باستانی Hannan در قسمت شمالی ایستگاه شبه یانگزی از موقعیت ژئوتکتونیک تعلق داشت. این منطقه متشکل از چین و شیب خور شیب Qinling و کمربند تاشو قوس Dabashan شمال غربی است. بیشتر سنگهای آهکی مورد استفاده برای تولید پودر M سفید بودند. B در شهر یانشان (1000 کیلومتر دور از آنکانگ) تولید شد. کوههای یانشان یکی از کوههای معروف در شمال چین است. از یانگه در غرب شروع و به سد در فلات در شمال خاتمه می یابند. یانشان دارای یک ساختار پیچیده زمین شناسی و سازندهای سنگ آهک غنی بود. روش پردازش پودر سنگ آهک با روش پردازش پودر سنگ آتشفشانی سازگار بود. پودر سنگ آتشفشانی و هر دو پودر سنگ آهک از ثبات حرارتی مشابهی برخوردارند. چگالی، سطح خاص و حجم ویژه سطح VSP ، M  و B اندازه گیری شده و گزارش شده است. خصوصیات فیزیکی مشابه بودند. با این حال، سطح ویژه VSP حجم بسیار بیشتری از M و B داشت.

تست خصوصیات شیمیایی

در این مطالعه، ترکیب شیمیایی VSP ، M  و B با استفاده از طیف سنجی فوتوالکترون اشعه X به منظور نشان دادن تفاوت اساسی مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج آزمایش نشان داد که VSP حاوی اکسیدهای مختلفی مانند SiO2 ، Al2O3 ، Fe2O3 ، Na2O ، K2O  ، CaO و MgO و همچنین عنصر غیر فلزی Si است. از طرف دیگر، M و B حاوی عنصر غیر فلزی Si نبودند و محتوای آنها از SiO2، Al2O3 ، Fe2O3 ،Na2O  و K2O به طور قابل توجهی کوچکتر از VSP بود. اختلاف عناصر همچنین عامل تعیین کننده VSP ،M  و B در زمینه ساخت جاده بود. VSP  حاوی اکسیدهای فعال  SiO2، Al2O3  و Si است که می تواند وقوع واکنش بین VSP و اتصال دهنده آسفالت را تسهیل کند. این اکسیدهای اساسی برای بهبود چسبندگی قیر با اسید قیر و انیدرید قیر واکنش نشان دادند. این دوباره مناسب بودن VSP به عنوان یک ماده پر کننده در مخلوط آسفالت را ثابت کرد.

مقایسه پودرهای مختلف سنگ آهک طیف سنجی مادون قرمز در زمینه تجزیه و تحلیل ساختار شیمیایی آسفالت اصلاح شده کاربرد گسترده ای دارد و می تواند اطلاعات غنی سازه را فراهم کند. طیف سنجی مادون قرمز به طور عمده تغییر قله های مشخصه را در موارد مختلف معکوس می کند، و تغییر گروه های عملکردی را با تغییر قله های مشخصه معکوس می کند. بر این اساس می توان تغییرات در ساختار شیمیایی قیر را بررسی کرد.

قله های مشخصه VA و دو نوع کارخانه آسفالت پودر سنگ آهک اساساً یکسان هستند. طول موج 1375 cm-1 اوج جذب ارتعاش خمش متقارن CH3 بود که اوج مشخصه VA بود. طول موج 1450 cm-1 یک اوج تشکیل شده توسط برهم زدن لرزش خمش  CH2  و لرزش خم نامتقارن CH3 است. این قله نشان داد که آسفالت حاوی آلکان های زنجیره بلند، مواد معطر و هیدروکربن ها است. طول موج 1600cm-1  یک قله تشکیل شده توسط کشش C = C بود که یک ترکیب معطر در زمین بود. اندازه ذرات M و B  در محدوده 1300–2000 cm-1 و 3300–4000 cm-1 است. دامنه اوج جذب کوچک بود، اما دامنه ارتعاش طول موج گسترده بود. این ویژگی ها مشخص می کند که آیا آسفالت حاوی نشانه مهمی از مواد معدنی است. طول موج 1450 cm-1 کربنات بود، نشان می دهد که آسفالت حاوی کربنات کلسیم است. طول موج 1000 cm-1 سیلیکات بود، اما قله مشخصه مشخص نبود، که نشان می داد آسفالت حاوی مقدار کمی سیلیکات است. نتایج طیف مادون قرمز با تشخیص مولفه XR مطابقت داشت. علاوه بر این، تغییر فرکانس در قله های مختلف جذب M و B اساساً یکسان بود که با توجه به تجزیه و تحلیل کیفی، ترکیب معدنی مشابهی را در بناهای آسفالت نشان داد. تمام نتایج نشان داد که پودر سنگ آهک در مناطق مختلف تقریباً ترکیب اولیه دارد و تأثیر کمی بر روی بتونه آسفالت خواهد داشت. بنابراین، پودر سنگ آهک M به عنوان یک کنترل برای بررسی اثربخشی VSP در آسفالت انتخاب شد.

نتیجه گیری

در این مطالعه، برخی آزمایش های مرسوم و خاص برای جایگزینی سنگ آهک با سنگ آتشفشانی در روکش آسفالت انجام شده است. بر اساس نتایج آزمایشات و تجزیه و تحلیل انواع مختلف پودر و محتویات، می توان نتیجه گیری زیر را انجام داد:

  1. آسفالت با VSP عملکرد پايه بهتري نسبت به پودر سنگ آهک داشت. عملکرد دمای بلند ماستیک آسفالت با VSP 17.6٪ افزایش یافته و عملکرد دمای پایین نیز تقریباً یکسان است. در همین حال، پودر سنگ آتشفشانی می تواند اثر اتصال بهتری نسبت به پودر سنگ آهک برای آسفالت ایجاد کند.
  2. حالت پراکندگی ماستیک آسفالت با VSP از نوع سل بود، اما ماستیک آسفالت با پودر سنگ آهک از نوع ژل بود. در طول فرایند ساخت و ساز، حساسیت به درجه حرارت پایدار تر از روکش آسفالت با VSP بود. VSP نسبت به پودر سنگ آهک در نتایج T1.2 و T800 برای بهبود عملکرد دمای آسفالت مناسب تر بود.
  3. پودر سنگ آتشفشانی حاوی عنصر Si منحصر به فرد و محتوای بسیار بالاتر SiO2، Al2O3 ، Fe2O3 ، Na2O  و K2O بود.

تمام این عناصر می توانند واکنش های شیمیایی را با آسفالت در هنگام تورم تقویت کنند، که VSP را با آسفالت سازگارتر می کند.

  • این مقاله نشان داد که پودر سنگ آتشفشانی می تواند بخشی از پودر سنگ آهک را به عنوان پرکننده غیر آلی جایگزین کند. همچنین نشان داد که VSP نه تنها پرکننده های بی اثر ساده هستند بلکه می توانند با افزایش اثر سیمان سازی، عملکرد آسفالت را بهبود بخشند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *