اختراعات مهم تاریخ
آسفالت

آسفالت

-
ادوارد دی اسمت

اگر سیر تکامل و پیشرفت بشر را دقیق بنگریم، یکی از مهم‌ترین حوزه‌هایی که این توسعه و تکامل را به خوبی نشان می‌دهد، حوزه حمل‌ونقل است. جابجایی افراد و کالا، از دیرباز توجه مخترعین و نوآوران را به خود مشغول نموده و نتیجه ابداعات و اختراعات آن‌ها، تغییرات بزرگی به همراه داشته که مسافرت با اسب و شتر و یا حمل کالا با چهارپایان را به مسافرت‌های هوایی بسیار سریع و حمل محصولات و کالاها از طرق مختلف، اعم از ترانزیت بین جاده‌ای، حمل‌ونقل ریلی و هوایی مبدل نموده است.

یکی از رایج‌ترین روش‌های حمل‌ونقل، حمل‌ونقل جاده‌ای است که امروزه هم در مسیرهای درون‌شهری و هم بین شهری مورد استفاده قرار می‌گیرد. جاده‌های هموار و مناسب برای حرکت وسایط نقلیه زمینی، یکی از الزامات اصلی حمل‌ونقل زمینی است که شاید در نگاه اول، بسیار ساده و ابتدایی جلوه کند. اما اگر لحظه‌ای چشم خود را ببندید و وضعیتی را تصور نمایید که جاده‌ها همگی خاکی و پر از سنگلاخ باشند، آنگاه به اهمیت جاده‌های آسفالته و هموار فعلی پی خواهید برد. عدم وجود جاده مناسب برای تردد خودرویی که «کارل بنز» برای اولین بار ساخته بود و چالش‌های فراوانی که همسر وی برای طی یک مسیر به نسبت طولانی توسط اولین اتومبیل بنز به جان خرید، اهمیت فراوان این مسئله را به خوبی نشان می‌دهد. بدون شک، آسفالت یکی از نوآوری‌های کلیدی در مسیر توسعه و تکامل حمل‌ونقل جاده‌ای محسوب می‌شود که اختراع آن و به‌کارگیری شکل مدرن آن، در اواخر قرن نوزدهم میلادی رخ داد.

پیش از آن‌که به اختراع آسفالت و جاده‌های آسفالته بپردازیم، بهتر است نگاهی به تاریخچه جاده‌ها و پیشرفت‌های صورت گرفته در آن‌ها داشته باشیم. قدیمی‌ترین نشانه‌ها از جاده‌های ساخته شده توسط بشر، به حدود ۴۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح باز می‌گردد که شامل خیابان‌های سنگفرش شده در عراق فعلی و جاده‌های چوبی واقع در «Glastonbury» انگلستان است.

با گذشت قرن‌ها و سعی و خطاهای صورت گرفته از سوی سازندگان جاده‌ها، به اواخر قرن هجدهم میلادی می‌رسیم. زمانی که از سنگ، شن و ماسه، برای ساخت جاده استفاده می‌شد و ماده چسباننده این ترکیبات نیز، صرفاً آب بود. این امر ادامه داشت تا این‌که جان متکالف «John Metcalfe» اسکاتلندی، موفق به ساخت جاده‌ای ۱۸۰ مایلی در یورک‌شر «Yorkshire» انگلیس شد. وی در حالی که خودش یک نابینا بود، از سنگ‌های بزرگ، ترکیبات و مواد حفاری شده از زیر زمین و شن، به‌عنوان سه لایه تشکیل‌دهنده جاده استفاده نمود.

جاده‌های مدرن با یک لایه قیر، نوآوری جدیدی بود که توسط دو مهندس اسکاتلندی به نام‌های توماس تلفورد «Thomas Telford» و جان لودون مک‌آدام «John Loudon McAdam» ابداع شد. توماس تلفورد، با تجزیه‌وتحلیل ضخامت سنگ، میزان تردد و شیب زمین، روش ساخت جاده‌ها را بهبود داد و با بالا بردن سطح جاده در مرکز آن، راهکاری برای تخلیه آب در هنگام رانندگی یافت. جان مک‌آدام نیز، ایده استفاده از سنگ‌های شکسته به شکل متقارن و پوشاندن آن‌ها با سنگ‌های کوچک‌تر را دنبال نمود که در نهایت به ساخت یک سطح صاف و بسیار مستحکم ختم می‌شد. طراحی ویژه مک‌آدام با نام «Macadam Roads» یا جاده‌های سنگفرش، یکی از بزرگ‌ترین پیشرفت‌های صورت گرفته در ساخت جاده‌ها محسوب می‌شود.

ساخت جاده‌های متشکل از سنگ، شن و ماسه و یا ساختن جاده‌های کوتاه سنگفرشی ادامه داشت تا این‌که آسفالت به‌عنوان نوآوری جدید، نظام قبلی ساخت جاده‌ها را به کلی تغییر داد. امروزه بالغ بر 94 درصد از جاده‌ها و خیابان‌های آمریکا، از آسفالت پوشیده شده است که تقریباً دو میلیون مایل را در بر می‌گیرد. نکته جالب این‌که تقریباً تمامی این حجم انبوه از آسفالت‌های مصرفی، با استفاده از فرآوری روغن‌های خام به دست می‌آید. پس از این‌که تمامی اجزاء ارزشمند روغن مورد استفاده قرار گرفت، پسماند نهایی برای ساخت سیمان آسفالت بکار گرفته می‌شود. گفتنی است، آسفالت مصنوعی یا دست‌ساز، متشکل از ترکیبات هیدروژن و کربن به همراه نسبت‌هایی جزئی از نیتروژن، گوگرد و اکسیژن است. البته آسفالت‌های طبیعی یا «Brea» نیز وجود دارد که از ذخایر معدنی تشکیل می‌گردد.

یک جمله معروف است که می‌گوید: «شما نمی‌توانید کار امروز را با روش‌های دیروز انجام دهید و فردا در کسب‌وکار باقی بمانید». داستان اختراع و استفاده از آسفالت، به خوبی این موضوع را نشان می‌دهد. داستان آسفالت که از واژه یونانی «Άσφαλτος» یا «Asphaltos» به معنای «ایمن» گرفته شده و توسط رومیان به آسفالت تغییر یافته، از هزاران سال پیش آغاز شده است. آسفالت طبیعی که به شکل دریاچه‌های آسفالت و آسفالت سنگی (مخلوطی از شن، سنگ‌آهک و آسفالت) به وجود می‌آید، در بین‌النهرین باستان برای ساخت معبدهای ضد آب و مخازن نگهداری آب مورد استفاده قرار می‌گرفت. فنیقی‌ها برای پوشاندن درز کشتی‌های بازرگانی خود از آسفالت استفاده می‌کردند و حتی فراعنه مصر از این مواد طبیعی به‌عنوان ملات سنگ‌هایی که در کناره رود نیل قرار داده بودند، استفاده می‌کردند. شاید با خود بگویید، آسفالت با این سابقه قدیمی، چرا زودتر از این‌ها برای ساخت جاده مورد استفاده قرار نگرفت؟ جواب در نحوه ساخت آسفالت به‌عنوان یک ترکیب مصنوعی نهفته است.

جاده آسفالت به معنای مدرن آن، ایده یک مهاجر بلژیکی به نام ادوارد اسمت «Edward de Smedt» بود که در دانشگاه کلمبیا مشغول به کار بود. وی در سال ۱۸۷۰ میلادی، موفق به اختراع آسفالت جاده تحت عنوان «ورق آسفالت» گردید که در 29 ژوئیه همان سال، در خیابان «Newark» و در مقابل تالار شهر نیویورک در نیوجرسی مورد استفاده قرار گرفت. پروفسور اسمت، از مخلوط شن و ماسه و با الگو گرفتن از نوعی آسفالت بومی، ترکیب منحصربه‌فرد خود را ابداع کرده بود و ماندگاری آن اثبات کرد که کیفیت آسفالت دست‌ساز وی می‌تواند با آسفالت‌های وارد شده از اروپا برابری نماید. وی در سال ۱۸۷۲ میلادی، موفق به طراحی و ساخت نوعی آسفالت درجه‌بندی شده با حداکثر تراکم شد که برای نخستین بار در «Battery Park» و خیابان پنجم شهر نیویورک مورد استفاده قرار گرفت. پنج سال بعد، این آسفالت به مقیاس ۵۴ هزار متر مربع تولید شد و در واشنگتن مورد استفاده قرار گرفت.

لازم به ذکر است که آسفالت به‌عنوان یک ترکیب مصنوعی و قابل تولید، دارای مزایا و منافع بسیاری در صنعت ساخت‌وساز است و به همین دلیل، بسیاری از مخترعین و فعالان حوزه ساخت جاده، سعی در توسعه و تکامل آن داشته‌اند. بدیهی است که حفاظت از این نوآوری‌ها از طریق ثبت پتنت، یک اقدام ضروری در این مسیر محسوب می‌شده است. نخستین پتنت این حوزه، متعلق به ناتان آبوت «Nathan B. Abbot» است که در سال ۱۸۷۱ میلادی، با عنوان «Composition pavement»، در کانادا به ثبت رسید و در سال ۱۸۷۳ میلادی، گواهی آن با شماره «CA2633A»، از سوی دفتر ثبت اختراع کانادا به وی اعطا گردید.

فردریک وارن «Frederick J. Warren»، یکی دیگر از افرادی است که فعالیت قابل توجهی در زمینه ثبت و انتشار پتنت‌های مرتبط با جاده‌های آسفالت داشته است. وی در بازه زمانی سال‌های ۱۹۰۱ تا ۱۹۰۳ میلادی، حدود ۱۷ پتنت به ثبت رسانیده است. نوآوری اصلی وی، مخلوطی متراکم از سنگ خرد شده و قیر بود که تحت عنوان «Bitulithic Pavement» شناخته گردید که البته این اصطلاح، امروزه برای اشاره به هر نوع سطح آسفالتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

یک اتفاق جالب در مسیر توسعه و تکامل جاده‌های آسفالت، تشدید رقابت‌ها در سال‌های پایانی قرن نوزدهم است؛ به‌طوری که نیاز شدید به مواد لازم برای ساخت آسفالت، سازندگان را به سمت استفاده از مواد دیگر سوق داد. یک مثال خوب برای این مسئله، به‌کارگیری بلوک‌های چوبی و گرانیتی به‌عنوان مواد سازنده آسفالت مورد نیاز شهر نیویورک در سال ۱۸۹۶ میلادی بود که به دلیل اخذ ضمانت‌های ۱۵ ساله برای آسفالت‌های مذکور و عدم کارایی مناسب آن‌ها، به ورشکستگی بسیاری از سازندگان آسفالت ختم شد. بررسی پتنت‌های فردریک وارن نشان می‌دهد که وی نیز بر روی این موضوع به تحقیق پرداخته است. وی در ژوئن سال ۱۹۰۲ میلادی، پتنتی با عنوان «Wooden Block for Pavements» به ثبت رسانید که گواهی آن با شماره «US794758A»، به وی اعطا شد. این پتنت که بر ساخت آسفالت از طریق مواد و ترکیبات چوبی متمرکز است، به خوبی فضای آن سال‌ها و تلاش برای جایگزینی مواد اولیه ساخت آسفالت را نشان می‌دهد.

گفتنی است، در سال‌های پایانی قرن نوزدهم، بخش عمده آسفالت مصرفی آمریکا از منابع طبیعی موجود در دریاچه‌های «Trinidad» و دریاچه «Bermudes» در ونزوئلا تأمین می‌شد. این امر، در اواسط دهه ۱۸۷۰ میلادی با به‌کارگیری آسفالت‌های نفتی تصفیه شده برای نرم کردن آسفالت طبیعی، تا حدی تغییر یافت و نهایتاً در سال ۱۹۰۷ میلادی، آسفالت تصفیه شده جایگزین آسفالت طبیعی شد. در این میان، با ورود اتومبیل و محبوبیت این صنعت در میان عامه مردم، نیاز به نوآوری‌های جدید برای تولید انبوه آسفالت‌های مصنوعی، شدت یافت و بشر به نقطه‌ای رسید که امروزه اغلب خیابان‌ها و جاده‌ها پوشیده از آسفالت مرغوب، هموار و بسیار محکم است.