مهندسی شیمیِ سطح در سامانه‌های نانومدوله دوبعدی در مهار زوال اکسایشی-نوری قیر: مروری بر شکاف‌های پژوهشی و چارچوبی برای طراحی منطقی روسازی‌های پایدار

Abstract

زوال اُکسایشی- نوری قیر بعبارتی پیری قیر، یکی از عوامل اصلی کاهش طول عمر روسازی‌های آسفالتی و افزایش هزینه‌های نگهداری راه‌ها محسوب می‌شود [1]. در سال‌های اخیر، نانوکامپوزیت‌های دوبعدی با ساختار لایه‌ای و نسبت سطح به حجم بالا، به‌عنوان راهکاری نوین برای مهار این پدیده مطرح شده‌اند[2]. بااین‌حال، مرور نظام‌مند پژوهش‌های موجود نشان می‌دهد که اغلب مطالعات حوزه‌ی مهندسی عمران، صرفاً بر بهبود پارامترهای مکانیکی از جمله افزایش مدول برجهندگی، مقاومت مارشال و عمر خستگی متمرکز بوده و کمتر به سازوکارهای شیمیایی حاکم بر این بهبود پرداخته‌اند. همچنین، طیف‌سنجی FTIR در بیشتر این پژوهش‌ها صرفاً به‌عنوان ابزاری برای شناسایی تغییرات شیمیایی (نظیر تأیید حضور نانومواد یا محاسبه‌ی ساده‌ی شاخص‌های کربونیل و سولفوکسید[1] به‌کار رفته است، در حالی که تحلیل عمیق سطحی با استفاده از این تکنیک و روش‌های مکمل مانند XPS و AFM، می‌تواند اطلاعات ارزشمندی درباره‌ی سازوکارهای شیمیایی و پایداری آب‌گریزی در شرایط زوال و غوطه‌وری ارائه دهد [3]. به‌ویژه، ارتباط میان شیمی سطح نانومواد و مقاومت در برابر رطوبت هنوز به‌خوبی تبیین نشده و به‌عنوان یک شکاف پژوهشی جدی مطرح است. مقاله‌ی حاضر با رویکردی میان‌رشته‌ای در مهندسی عمران و شیمی تجزیه، به تحلیل اثر سدکُنندگی[2] نانوکامپوزیت‌های دوبعدی در برابر مهاجرت اکسیژن و کاهش نرخ تشکیل گروه‌های کربونیل و سولفوکسید می‌پردازد. بررسی تطبیقی نانومواد مختلف نشان می‌دهد که اکسید گرافِن (GO) با کاهش شاخص کربونیل از ۰.۴۵ به ۰.۲۸ پس از زوال PAV [3][4]، مؤثرترین عملکرد را در مهار زوال اکسایشی داشته است. در پایان، چارچوبی مفهومی برای طراحی سامانه‌های نانومدوله با هدف مقاوم‌سازی چندبعدی ارائه می‌شود که راهکاری عملی برای توسعه‌ی روسازی‌های ماندگارتر با نیاز به نگهداری کمتر فراهم می‌آورد.