آزمون‌های خواص فیزیکی متداول برای قیر اصلاح شده پلیمری

Share

آزمون‌های خواص فیزیکی متداول برای قیر اصلاح شده پلیمری

نفوذپذیری و نقطه نرمی

بااینکه نفوذپذیری و نقطه نرمی آزمون‌های تجربی هستند ولی به‌طور خاص برای تعیین پایداری قیرهای اصلاح‌نشده مورداستفاده قرارگرفته و هنوز هم در عمل برای تعیین اثرات پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر استفاده می‌شوند. اثرات پلیمرهای اصلاح‌کننده بر روی قیرها با پایه مختلف برحسب نفوذپذیری (BS EN 1426) و درجه حرارت نقطه نرمی (BS EN 1427) در شکل‌های شماره 3-8 و 4-8 نشان داده‌شده است. نتایج برای تمامی 5 گروه PMB به‌وضوح یک کاهش در نفوذپذیری و یک افزایش در نقطه نرمی را با افزایش مقدار پلیمر و متعاقباً اصلاح پلیمری را نشان می‌دهد. افزایش در سفتی بایندر (کاهش در نفوذپذیری و افزایش نقطه نرمی) را می‌توان مستقیماً به اثر سفتی ناشی از افزودن هردو نوع پلیمر پلاستومری (EVA) و الاستومری (SBS) نسبت داد (Airey و 2003Rahimzade ).

شکل شماره 3-8 مقادیر نفوذپذیری برای قیرهای اصلاح‌نشده و اصلاح‌شده با پلیمرهای EVA و SBS

شکل شماره 3-8      مقادیر نفوذپذیری برای قیرهای اصلاح‌نشده و اصلاح‌شده با پلیمرهای EVA و SBS

شکل شماره 4-8 مقادیر نقطه نرمی برای قیرهای اصلاح‌نشده و اصلاح‌شده با پلیمرهای EVA و SBS

شکل شماره 4-8      مقادیر نقطه نرمی برای قیرهای اصلاح‌نشده و اصلاح‌شده با پلیمرهای EVA و SBS

شکل 3-8 نشان می‌دهد که اگرچه تغییراتی در مقادیر نفوذپذیری واقعی بین 5 گروه PMB وجود دارد ولی هیچ روند متمایزی را نمی‌توان شناسایی کرد؛ بنابراین آزمون نفوذپذیری نسبتاً  به مورفولوژی پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر EVA و SBS غیر حساس بوده و بیانگر اثر سفتی است که می‌تواند از طریق افزودن هر نوع ماده پرکننده و یا حتی براثر پیرشدگی قیر صورت گیرد.

اطلاعات به‌دست‌آمده از آزمون نقطه نرمی بینش بهتری را در رابطه با اثرات نسبی پلیمرهای اصلاح‌کننده ارائه می‌کند. نتایج به نمایش درآمده در شکل 4-8 تفاوت‌های روشنی را در افزایش نقطه نرمی برای پلیمرهای اصلاح‌کننده EVA و SBS نشان می هد. پلیمر اصلاح کننده EVA یک افزایش نسبتاً سازگاری را در نقطه نرمی با افزایش مقدار پلیمر از 3 درصد وزنی به 7 درصد وزنی نشان می دهد. به هرحال، برای پلیمرهای اصلاح کننده قیر SBS در مقدار پلیمر کم این افزایش نسبتاً جزئی است (تقریباً 10 درصد) ولی یک افزایش شدید را در مقدار پلیمر 5 درصد وزنی تا حدود 60 درصد نشان داده و دوباره هنگامی که مقدار پلیمر تا 7 درصد وزنی افزوده می شود این افزایش را شاهد هستیم. این منحنی S شکل برای پلیمر اصلاح کننده قیر SBS نشان می‌دهد که زیر مقدار SBS اصلی، هیچ شبکه پلیمری دنباله‌داری در بایندر وجود ندارد و پلیمر به‌سادگی به‌عنوان یک پرکننده عمل کرده درحالی‌که در مقادیر بالاتر پلیمر تشکیل یک شبکه پیچیده کرده و قیر به‌سادگی به‌عنوان یک توسعه‌دهنده  عمل می‌کند (Serfass و همکاران 1992). علاوه برافزایش در سختی قیر (کاهش نفوذپذیری و افزایش نقطه نرمی) شاهد یک کاهش چشمگیر در حساسیت دمایی با افزایش پلیمر اصلاح‌کننده (همان‌طور که در جدول 2-8 با افزایش شاخص نفوذ PI نشان داده‌شده) هستیم (Pfeiffer و 1936Van Doormal ). به‌هرحال باید توجه داشت که حساسیت دمایی PMB ها بیش از کل محدوده دمای معمول  به همراه بایندرهای قیری ثابت نیست. این موضوع در نمودار داده‌های آزمون قیر (Heukelom (1969 در شکل شماره 5-8 نشان داده‌شده است که در آن رابطه ویسکوزیته-درجه حرارت برای پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر SBS معمول را می‌توان با رابطه خطی نشان داده‌شده برای قیر نفوذی نرمال مقایسه کرد.

جدول شماره 2-8 تغییرات در خصوصیات بایندرهای معمول اصلاح‌شده با پلیمرهای اصلاح‌کننده EVA و SBSجدول شماره 2-8      تغییرات در خصوصیات بایندرهای معمول اصلاح‌شده با پلیمرهای اصلاح‌کننده EVA و SBS

شکل شماره 5-8 رابطه ویسکوزیته-درجه حرارت برای پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر

شکل شماره 5-8      رابطه ویسکوزیته-درجه حرارت برای پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر

برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:

پارامترهای عملکرد تجربی و ویسکوزیته برای قیر اصلاح‌شده پلیمری

آزمون‌های خواص فیزیکی متداول برای قیر اصلاح شده پلیمری
5 (100%) 16 votes

آزمایش‌های مورداستفاده برای بهبود خصوصیات فیزیکی و مکانیکی الیاف پلی‌پروپیلن تقویت‌کننده مخلوط آسفالت

Share

آزمایش‌های مورداستفاده برای بهبود خصوصیات فیزیکی و مکانیکی الیاف پلی‌پروپیلن تقویت‌کننده مخلوط آسفالت

آزمون مارشال در آزمایشگاه تحت شرایط استاندارد ASTDM 1559-76 انجام می‌پذیرد. برای ترکیب مخلوط الیاف پلی‌پروپیلن، دمای اختلاط به شیوه‌ای کنترل می‌شود که مقدار آن کم‌تر از 143 درجه سانتی گراد باشد. کنترل این درجه حرارت بسیار مهم می‌باشد به این مفهوم که الیاف پلی‌پروپیلن نمی‌توانند تا دمای حدود 146 درجه سانتی گراد گرم شوند زیرا این الیاف در این دما نرم و ذوب‌شده و تأثیرگذاری خود را در مخلوط قیری متراکم از دست می‌دهند (Prowell و همکاران 2000). آزمون‌های جریان و پایداری مارشال بر روی نمونه‌های آسفالت اصلاح‌شده با الیاف پلی‌پروپیلن انجام‌شده است. این آزمایش‌ها ممکن است برای روشن کردن اثرات مثبت الیاف پلی‌پروپیلن بر آسفالت بتنی در نظر گرفته شوند ولی به‌منظور محاسبه عمر خستگی این مخلوط‌های مخصوص آزمون بارگذاری مکرر  کشش غیرمستقیم (به‌عبارت‌دیگر آزمون کشش) نیز با استفاده از دستگاه آزمون جهانی مواد برای آسفالت و نمونه آزاد (UMATTA) آزمونگر (ELE-UMATTA 1994) انجام پذیرد.

خواص مواد الیاف پلی‌پروپیلن استفاده‌شده در مطالعات اصلاحی بر مبنای روش خشک در جدول 2-6 خلاصه‌شده است. از ذرات آهکی به‌دست‌آمده از سنگ منشأ و قیر 60/70 به‌دست‌آمده از نزدیک‌ترین پالایشگاه در آماده‌سازی نمونه استفاده‌شده است. خصوصیات فیزیکی قیر در جدول 3-6 ارائه‌شده است. خصوصیات فیزیکی ذرات دانه‌درشت و ذرات دانه‌ریز به ترتیب در جدول 4-6 و 5-6 نشان داده‌شده است.

جدول شماره 2-6 خواص مواد الیاف پلی‌پروپیلن استفاده‌شده در مطالعات اصلاحی بر مبنای روش خشک

جدول شماره 2-6      خواص مواد الیاف پلی‌پروپیلن استفاده‌شده در مطالعات اصلاحی بر مبنای روش خشک

جدول شماره 3-6 خواص فیزیکی قیر

جدول شماره 3-6      خواص فیزیکی قیر

جدول شماره 4-6 خواص فیزیکی ذرات دانه‌درشت

جدول شماره 4-6      خواص فیزیکی ذرات دانه‌درشت

جدول شماره 5-6 خواص فیزیکی ذرات دانه‌ریز

جدول شماره 5-6      خواص فیزیکی ذرات دانه‌ریز

درجه‌بندی مخلوط و محدودیت درجه‌بندی را می‌توان در جدول شماره 6-6 مشاهده کرد. وزن مخصوص ظاهری پرکننده‌ها 2602kg/m3  است.

جدول شماره 6-6

جدول شماره 6-6   

آزمایش‌های اولیه آزمون مارشال نسبت بین قیر و ذرات استفاده‌شده در مخلوط متراکم قیری اصلاح‌شده بر مبنای روش خشک با استفاده از الیاف پلی‌پروپیلن را بیان کرده است. در این آزمون‌ها، مقدار بهینه قیر (به‌دست‌آمده با میانگین پایداری بیشینه و واحد وزن، 4 درصد حفره‌ها از هوا و 80 درصد حفرات از آسفالت پرشده است) به مقدار 5/5 درصد تعیین‌شده است (Tapkin 2008). در این تحقیق، آسفالت بتنی با 0/3 درصد، 0/5 درصد و 1 درصد الیاف پلی‌پروپیلن در وزن کل، در مقدار قیر بهینه 5/5 درصد موردبررسی قرارگرفته است و تقریباً همین مقدار به‌عنوان نمونه مرجع تعیین‌شده است.

انواع مختلف الیاف پلی‌پروپیلن در آماده کردن مخلوط قیری متراکم اصلاح‌شده مورداستفاده قرارگرفته است. این‌ها شامل انواع M-03 (چند رشته‌ای با 3 میلی‌متر طول)، M-09 (چند رشته‌ای با 9 میلی‌متر طول) و الیاف ضـایعاتـی است {شکل 1-6 (b)،(a)و(c)}. الیـاف نـوع M-03 بهترین نوع الیاف برای فرآوری بوده و با توجه به ثبات نتایج آزمون با نمونه مارشال (فیزیکی و مکانیکی)، مقدار 1 درصد الیاف اضافه‌شده در وزن کل ذرات به‌عنوان مقدار بهینه تعیین‌شده است. برای چندین سال، آزمون‌های زیادی بر روی ذرات و مواد قیری انجام شد و مقدار قابل‌توجهی اطلاعات به دست آمد. خواص مهم فیزیکی و مکانیکی نمونه مارشال در 0/3 درصد، 0/5 درصد و 1 درصد الیاف پلی‌پروپیلن در وزن کل {(واحد وزن kg/m3)، درصد حفرات در ذرات معدنی (VMA)، درصد حفرات پرشده با آسفالت (Vf)، درصد حفرات هوا (Va)، پایداری (kg)، جریان (mm) و بهره مارشال (kg/mm)} در شکل 2-6 تا 8-6 نشان داده‌شده است.

شکل شماره 1-6 انواع الیاف پلی‌پروپیلن: (a) M-03 (چند رشته‌ای با 3 میلی‌متر طول)، (b) M-09 (چند رشته‌ای با 9 میلی‌متر طول) و (c) الیاف پلی‌پروپیلن ضایعاتی

شکل شماره 1-6      انواع الیاف پلی‌پروپیـلن: a) M-03) (چند رشـته‌ای با 3 میلی‌متر طول)، b) M-09) (چند رشته‌ای با 9 میلی‌متر طول) و (c) الیاف پلی‌پروپیلن ضایعاتی

از شکل شماره 2-6 استنباط می‌شود که واحد وزن نمونه مارشال با شیوه‌ای منظم به‌وسیله افزایش مقدار الیاف پلی‌پروپیلن استفاده‌شده در فرآیند اصلاح، کاهش می‌یابد. نمونه اصلاح‌شده با 1 درصد پلی‌پروپیلن (مقدار بهینه اصلاح‌کننده)6/46 درصد سبک‌تر از نمونه مرجع است. این‌یک پدیده مهم است به این معنا که، مخلوط آسفالت سبک‌تری می‌توان به دست آورد که نتیجه آن کاهش هزینه‌های حمل‌ونقل آسفالت و کاهش هزینه انجام پروژه در درازمدت است. همان‌طور که در شکل 5-6 مشاهده می‌شود الیاف پلی‌پروپیلن اصلاح‌کننده حجم فضای خالی (Va) را در مخلوط حاصله به میزان 479 درصد افزایش می‌دهد. این میزان افزایش برای طراحی روسازی جهت استفاده در مناطق گرمسیر بسیار مهم است. در این شرایط آب و هوایی افزایش حفرات هوا فضای کافی را برای جایگزینی بایندر قیری فراهم کرده و از تراوش قیر و مشکلات این‌چنینی جلوگیری می‌کند.

شکل شماره 2-6 اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار واحد وزن

شکل شماره 2-6      اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار واحد وزن

شکل شماره 3-6 اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار حفرات در ذرات معدنی (VMA)

شکل شماره 3-6      اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار حفرات در ذرات معدنی (VMA)

با توجه با رفتار مکانیکی، مقدار پایداری به میزان 158 درصد افزایش‌یافته و مقدار جریان در حدود 36 درصد کاهش می‌یابد که نشان روشنی از استفاده از الیاف پلی‌پروپیلن نوع M-03 اصلاح‌کننده بر مبنای روش خشک است.

شکل شماره 4-6 اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار حفرات پرشده با آسفالت (Vf) شکل شماره 4-6      اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار حفرات پرشده با آسفالت (Vf)

شکل شماره 5-6 اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار حفرات هوا (Va)

شکل شماره 5-6      اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار حفرات هوا (Va)

شکل شماره 6-6 اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار پایداری

شکل شماره 6-6      اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار پایداری

شکل شماره 7-6 اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار جریان

شکل شماره 7-6      اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار جریان

شکل شماره 8-6 اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار بهره مارشال

شکل شماره 8-6      اثر افزودن الیاف پلی‌پروپیلن بر مقدار بهره مارشال

برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:

رئولوژی قیر پلیمری اصلاح‌شده

 

 

آزمایش‌های مورداستفاده برای بهبود خصوصیات فیزیکی و مکانیکی الیاف پلی‌پروپیلن تقویت‌کننده مخلوط آسفالت
5 (100%) 4 votes

فرآوری قیر اصلاح‌شده به‌وسیله پلیمرهای ضایعاتی گرماسخت(Termosetting)

Share

فرآوری قیر اصلاح‌شده به‌وسیله پلیمرهای ضایعاتی گرماسخت(Termosetting)

با توجه به گزارش‌های پیشین، خصوصیات حرارتی-رئولوژیکی CTRMB ها تا حد زیادی تحت تأثیر شرایط فرآوری قرار می‌گیرند. این بخش‌بر روی مطالعات آزمایشگاهی شامل دستگاه‌های فرآوری و دمای پخت اعمالی که بر روی ویژگی‌های مورفولوژی و رئولوژیکی نتایج حاصل از اصلاح قیر توسط خرده تایرهای لاستیکی مؤثر است، تمرکز می‌کند.

در اینجا ما از غلظت CTR  نه درصد وزنی (اندازه ذرات 0/4 میلی‌متر و درجه حرارت 180 درجه سانتی گراد) استفاده می‌کنیم. نتایج قبلی به‌دست‌آمده توسط محققین ثابت کرده است که این غلظت، خصوصیات رئولوژیکی مشابه نسبت به آنچه توسط افزودن 3 درصد وزنی SBS به دست می‌آید را دارا می‌باشد.

تأثیر دستگاه فرآوری

شکل 5-5 نشان‌دهنده وابستگی دمایی ذخیره‌سازی (′G) و مدول اتلاف (″G) قیر اصلاح‌شده به‌دست‌آمده از آزمایش‌های نوسانی در دستگاه‌های فرآوری مختلف است. نتایج نمونه‌های دست‌نخورده (قیر دست‌نخورده در معرض پروتکل‌های فرآوری برای اصلاح قرار داده‌شده ولی بدون افزودن پلیمر) نیز در این شکل نمایش داده‌شده است. این آزمایش‌های حرارتی-رئولوژیکی به‌طور گسترده‌ای به‌عنوان یک ابزار برای ارزیابی عملکرد پایانی  پلیمر اصلاح‌کننده قیر مورداستفاده قرارگرفته است (Fawcett و همکاران 1999، Fuentes-Auden و همکاران 2008).

همان‌طور که مشاهده می‌شود، سیر تکاملی قیر دست‌نخورده رفتار ویسکوالاستیک خطی را نشان می‌دهد. به‌خوبی می‌دانیم که انتقال مستقیم از ناحیه ابری (شیشه‌ای) به منطقه نیوتنی با افزایش درجه حرارت همراه است. به‌طورکلی، افزودن لاستیک منجر به افزایش مدول الاستیک و ویسکوز در منطقه دمابالا و کاهش اندک آن در منطقه دماپایین می‌شود.

شکل شماره 5-5 سیر تکاملی (a) مدول ذخیره‌سازی و (b) مدول اتلاف با درجه حرارت در 1 هرتز برای قیر اصلاح‌نشده و CTRMB های فرآوری شده در دستگاه‌های مختلف در 180 درجه سانتی گراد

شکل شماره 5-5      سیر تکاملی (a) مدول ذخیره‌سازی و (b) مدول اتلاف با درجه حرارت در 1 هرتز برای قیر اصلاح‌نشده و CTRMB های فرآوری شده در دستگاه‌های مختلف در 180 درجه سانتی گراد

به‌هرحال، تفاوت‌های قابل‌اغماض در مقادیر ″G تابع فرآوری CTRMB ها در دستگاه‌های مختلف مشاهده شده و فقط یک افت اندک در مدول الاستیک بعد از فرآیند برشی بالا به‌دست‌آمده است. این نتایج را می‌توان به‌حساب آنکه تمام نمونه‌ها همان مقدار از لاستیک‌های محلول و یا پراکنده در 180 درجه سانتی گراد در طول 1/5 ساعت را داشته باشند، توضیح داد (مشاهده جدول 4-5)

جدول شماره 4-5 محتوای لاستیک حل‌شده در نمونه‌های مطالعه شده قیرهای اصلاح‌شده

جدول شماره 4-5      محتوای لاستیک حل‌شده در نمونه‌های مطالعه شده قیرهای اصلاح‌شده

درصد ترکیبات محلول در لاستیک خام در حدود 11 درصد وزنی است. درنتیجه، فقط در حدود 4 درصد وزنی لاستیک به‌صورت محلول و یا پراکنده در قیر به دلیل دی پلیمریزاسیون جزئی (شکستن ستون اصلی زنجیره اصلی) و دی ولکانیزاسیون (تقسیم پیوندهای اتصالات عرضی سولفور) ذرات لاستیک وجود دارد. درنتیجه، تأثیر دستگاه فرآوری چشم‌گیر نیست زیرا درجه حرارت (180 درجه سانتی گراد) برای تولید لاستیک از طریق دی پلیمریزاسیون و یا دی ولکانیزاسیون به هراندازه‌ای به مقدار کافی نمی‌باشد (Billiter و همکاران 1996،Zanzotto و 1996Kennepohl وnavarro و همکاران 2007).

علاوه براین، اندازه قطعات لاستیک استفاده‌شده در این مطالعه (بزرگ‌تر از 5 میکرومتر) می‌تواند به‌اندازه کافی برای حذف هر نوع فعالیت شیمیایی-کلوئیدی و غلظت حرکت براونی بزرگ در نظر گرفته شود؛ بنابراین رفتار رئولوژیکی مشاهده‌شده را باید با در نظر گرفتن فعل‌وانفعالات هیدرودینامیکی و یا مکانیکی بین ذرات در فاز قیری توضیح داد. به این معنا که اندازه ذرات در اثر فرآیند برشی/حرارتی کاهش‌یافته که این را می‌توان به کاهش مدول ذخیره‌سازی بعد از فرآیند توضیح داد (Navarro و همکاران 2002)

تأثیر درجه حرارت فرآوری بر رئولوژی خرده تایرهای لاستیکی اصلاح‌کننده قیر (CTRMB)

به‌منظور مطالعه تأثیرات درجه حرارت فرآوری، آزمایش‌های درجه حرارت رفت‌وبرگشت و منحنی جریان بر روی هردو قیر اصلاح‌نشده و نمونه CTRMB، در دماهای متفاوت در مقیاس آزمایشگاهی با دستگاه دارای پروانه 4 پره ای انجام‌گرفته است.

شکل 6-5 نشان‌دهنده مدول ویسکوالاستیک آزمایش درجه حرارت رفت‌وبرگشت در رژیم ویسکوالاستیک خطی است. با توجه به قیرهای اصلاح‌نشده (نمونه دست‌نخورده) افزایش در درجه حرارت فرآیند تغییر کیفی در رفتار ویسکوالاستیک خطی ندارد.

شکل شماره 6-5 سیر تکاملی (a) مدول ذخیره‌سازی و (b) مدول اتلاف با درجه حرارت در 1 هرتز برای قیر اصلاح‌نشده و CTRMB های فرآوری شده در دماهای مختلفشکل شماره 6-5      سیر تکاملی (a) مدول ذخیره‌سازی و (b) مدول اتلاف با درجه حرارت در 1 هرتز برای قیر اصلاح‌نشده و CTRMB های فرآوری شده در دماهای مختلف

پیرشدگی قیر یک فرآیند بسیار پیچیده است که تولید ترکیبات شیمیایی و ساختارهای کلوئیدی متنوع می‌کند (Garcia-Morales و همکاران 2004). افزایش مقدار آسـفالتن که در جدول 5-5 ارائه‌شده است به‌عنوان نتیجه فرآیند می‌تواند این تأثیرات را توضیح دهد.

در مقابل، درجه حرارت فرآوری تأثیر پیچیده‌تری در مورد CTRMB ها دارد. بدین ترتیب در منطقه درجه حرارت بالا، افزایش در درجه حرارت فرآوری به‌خصوص از 120 تا 180 درجه سانتی گراد منجر به افزایش مقادیر ′G و ″G می‌شود.

ازنقطه‌نظر عملکرد فنی، در محدوده بیشینه حرارتی سرویس، افزایش مشاهده‌شده در مدول ویسکوز و الاستیک برای تمام نمونه‌ها (قیرهای مسن و CTRMB ها) باعث افزایش مقاومت در برابر شیار شدگی آسفالت حاصله می‌شود (Navarro و همکاران 2004). علاوه بر این، همان رفتار در دمای سرویس پایین باعث می‌شود که انعطاف‌پذیری بایندر کم‌تر و شکنندگی آن بیش‌تر شده و حساسیت بیش‌تری به ترک خردگی براثر تأثیرات دمایی داشته باشد. درنتیجه دمای فرآیند بالا باعث ایجاد اثرات منفی بر روی عملکرد قیر اصلاح‌شده شده درحالی‌که در مقابل، افزودن خرده تایرهای لاستیکی باعث بهبود خصوصیات سرویس در هردو محدوده دمابالا و دماپایین می شود. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که درجه حرارت بهینه فرآوری CTRMB برای خرده تایرهای لاستیکی استفاده‌شده در این پژوهش 210 درجه سانتی گراد است.

شکل 7-5 و 8-5 رفتار جریان ویسکوز را در 50 درجه سانتی گراد و 135 درجه سانتی گراد برای قیر اصلاح‌نشده و CTRMB های تولیدشده در درجه حرارت‌های مختلف فرآوری را نشان می‌دهند. همان‌طور که انتظار می‌رفت، اطلاعات موجود در شکل 7-5 نشان می‌دهد که افزایش در درجه حرارت فرآوری همیشه موجب بازده بیش‌تر مقدار ویسکوزیته در 50 درجه سانتی گراد برای قیر اصلاح‌نشده و به‌طور عمده در 250 درجه سانتی گراد می‌شود. به‌طور مشابه افزایش دمای فرآوری CTRMB به بالای 180 درجه سانتی گراد منجر به افزایش مقدار ویسکوزیته در 50 درجه سانتی گراد می‌شود. به‌هرحال منحنی جریان ویسکوز باکمی تغییر به مقادیر کم‌تر برای CTRMB های فرآوری شده در دمای فرآیند بالاتر منتقل می‌شود.

جدول شماره 5-5 مقادیر آسفالتن برای قیر اصلاح‌نشده به‌عنوان تابعی از شرایط فرآوری

جدول شماره 5-5      مقادیر آسفالتن برای قیر اصلاح‌نشده به‌عنوان تابعی از شرایط فرآوری

شکل شماره 7-5 منحنی جریان ویسکوز در 50 درجه سانتی گراد برای قیر دست‌نخورده و CTRMB های فرآوری شده در درجه حرارت‌های مختلفشکل شماره 7-5      منحنی جریان ویسکوز در 50 درجه سانتی گراد برای قیر دست‌نخورده و CTRMB های فرآوری شده در درجه حرارت‌های مختلف

شکل شماره 8-5 منحنی جریان ویسکوز در 135 درجه سانتی گراد برای قیر دست‌نخورده و CTRMB های فرآوری شده در درجه حرارت‌های مختلف

شکل شماره 8-5      منحنی جریان ویسکوز در 135 درجه سانتی گراد برای قیر دست‌نخورده و CTRMB های فرآوری شده در درجه حرارت‌های مختلف

در 135 درجه سانتی گراد (شکل 8-5) قیر اصلاح‌نشده همیشه یک رفتار نیوتنی را از خود نشان می‌دهد درصورتی‌که CTRMB ها رفتار نازک شدن برشی را در سرعت‌های برشی حد واسط و کم از خود نشان می‌دهند. CTRMB ها رفتار ویسکوالاستیک بیش‌تری نسبت به قیرهای اصلاح‌نشده دارند (Airey 2003 و Navarro و همکاران 2002). علاوه بر این تمامی مقادیر ویسکوزیته قیر اصلاح‌نشده در 135 درجه سانتی گراد زیر 3Pa.s است ولی CTRMB ها گرانروی بیش‌تری را نسبت به این محدوده ویسکوزیته در سرعت برشی کم دارند. فقط در سرعت برشی بالا منحنی جریان ویسکوز تمایل به نزدیک شدن به این مقدار را دارد. ازنقطه‌نظر مهندسی، این‌یکی از نتایج مهمی است که در کاربردهای صنعتی مانند پمپاژ، اداره کردن و اختلاط قیر که در محدوده سرعت برشی بالا رخ می‌دهد کاربرد دارد.

آنچه در این بخش نشان داده شد این است که خصوصیات CTRMB ها به‌طور عمده به دمای فرآوری بستگی دارند. همان‌طور که در جدول 4-5 ارائه شد، لاستیک‌های حل‌شده در فاز قیری باقیمانده ثابت و برابر مقدار اولیه برای دمای فرآوری بین 90 و 120 درجه سانتی‌گراد‌است و درنتیجه این شرایط به مقدار کافی برای شکستن پیوندهای شبکه‌ای شیمیایی شدید نمی‌باشد. بدین ترتیب رفتار رئولوژیک مشاهده‌شده درنتیجه حضور قطعات لاستیک متورم شده توسط ترکیبات سبک اجزاء مالتنیک است (Airey 2003 و Navarro و همکاران 2005). به‌وسیله افزایش دمای فرآوری، انحلال و پراکندگی لاستیک در قیر به دلیل افزایش سرعت شکست پیوندهای شبکه‌ای به‌وضوح افزایش می‌یابد. دو اثر متفاوت بر خصوصیات رئولوژیکی محصول به‌دست‌آمده تأثیرگذار است. نخست مربوط به فاز قیری است که  به‌وسیله افزایش مقدار اجزاء محلول اصلاح می‌شود (Navarro و همکاران 2002). دومین اثر مرتبط است با ذرات جامد لاستیک باقیمانده که باعث کاهش غلظت می‌شود (Navarro و همکاران 2005).

برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:

قیر تقویت‌شده با الیاف پلی‌پروپیلن

فرآوری قیر اصلاح‌شده به‌وسیله پلیمرهای ضایعاتی گرماسخت(Termosetting)
5 (100%) 8 votes

عملکرد روسازی ساخته‌شده با مخلوط آسفالت-لاستیک

Share

عملکرد روسازی ساخته‌شده با مخلوط آسفالت-لاستیک

خرده لاستیک‌های به‌دست‌آمده از تایرهای فرسوده به‌طور گسترده‌ای در اصلاح قیر (به روش مرطوب) و یا به‌عنوان جایگزین بخشی از اجزاء معدنی (دانه‌ها) در مخلوط آسفالت (در روش خشک) به‌صورت زیر مورداستفاده قرار می‌گیرد:

  • مخلوط آسفالت-لاستیک برای ساخت لایه‌های روسازی جاده‌ها

  • SAM (تنش غشاء جاذب رطوبت) روکش آسفالت و SAMI (تنش غشاء جاذب رطوبت بین لایه‌ای)

  • لایه واشری (ضد آب)

از بایندر اصلاح‌شده قیر-لاستیک (مقدار خرده لاستیک در حدود 25 درصد وزنی قیر) با استفاده از تکنولوژی روسازی دوباره که به‌اصطلاح SAM نامیده می‌شد برای انجام عملیات تعمیر و نگهداری لایه‌ها استفاده شد. (SAM (Stress Absorbent Membrane می‌تواند در لایه‌های ضد آب و یا به‌اصطلاح لایه‌های واشری مورداستفاده قرار گیرد. تنش غشاء جاذب رطوبت مقاومت زیادی را در برابر تغییر شکل و شکستگی از خود نشان می‌دهد. روکش SAM به همراه ذرات دانه‌درشت یا شن هیچ آسیب و تخریب‌شدگی را در خود بعد از گذشت 12 الی 15 سال از عملیات روسازی در شرایط آب و هوایی مختلف نشان نداده است (EPPS،1994).

دیگر کاربرد بایندر قیر-لاستیک استفاده در لایه‌های SAMI

(Stress Absorbent Membrane Interlayer) به‌عنوان لایه کاهنده فشار است. این‌ها لایه‌های قیر-لاستیک نازکی هستند که در سطوح دارای شکستگی و آسیب‌دیده تحت لایه‌های قیری جدید باضخامت کم‌تر از 10 سانتی‌متر قرارگرفته‌اند.

بایندرهای قیر-لاستیک به دلیل خصوصیات ویسکوالاستیک که در بیش از یک محدوده گسترده دمایی دارند، اغلب به‌عنوان اجزاء پرکننده مورداستفاده قرار می‌گیرند. از آن‌ها برای آب‌بندی اتصالات در روسازی‌ها و دیگر سازه‌ها در مهندسی عمران استفاده می‌شود. پرکننده‌ها به همراه قیرهای اصلاح‌شده لاستیکی توسط چسبندگی عالی به سطح بالایی صفحات مجاور، مقاومت بار ترافیکی، شرایط آب و هوایی و مقاومت شیمیایی مشخص می‌شوند (EPPS،1994).

رویه آسفالت ساخته‌شده از مخلوط آسفالت-لاستیک معمولاً توسط مزایای زیر در مقایسه با رویه آسفالت معمولی مشخص می‌شود:

  • بهبود خواص اصطکاکی و ضد لغزشی

  • افزایش مقامت پیرشدگی لایه‌های روسازی

  • افزایش دوام و مقاومت در برابر شرایط آب و هوایی

  • افزایش مقاومت در برابر ترک‌خوردگی در دمای پایین

  • بهبود مقاومت شیار شدگی

  • افزایش دوام خستگی و فرسایش

  • کاهش هزینه‌های نگهداری جاده‌ها

بهبود خواص اصطکاکی را به‌طور ویژه می‌توان برای لایه‌های سطحی ساخته‌شده از مخلوط آسفالت به همراه لاستیک که با استفاده از روش خشک تهیه‌شده مشاهده کرد. افزودن خرده لاستیک به مخلوط آسفالت مقاومت مخلوط را در برابر سرما و یخ‌زدگی افزایش داده و باعث افزایش ضریب اصطکاک بین تایر خودرو و سطح جاده شده که این امر سبب کاهش حدود 25 درصدی طول ترمز برای توقف خودروها می‌شود (EPPS،1994).

مخلوط‌های آسفالت در طول عملیات تولید، روسازی، تراکم و سرویس آسفالت تحت فرایند پیرشدگی قرار می‌گیرد. شدت پیرشدگی به درجه حرارت، دسترسی به اکسیژن (از هوا)، نوع بایندر و ضخامت لایه بایندر که سطح ذرات دانه‌ها را پوشش می‌دهد بستگی دارد. در مخلوط با مقدار کم بایندر، لایه فیلم قیری پوشش دهنده ذرات نازک بوده (5-4 میکرومتر) و باعث افزایش سرعت پیرشدگی می‌شود. طبق تحقیقات Kandhal وChakraborty در سال 1996 ، پیرشدگی هنگامی‌که ضخامت فیلم بایندر پوشاننده ذرات و دانه‌ها بزرگ‌تر از 9 میکرومتر باشد به‌شدت کاهش می‌یابد. افزایش ویسکوزیته قیر اصلاح‌شده با لاستیک اجازه استفاده از مقدار بیش‌تری از بایندر در مخلوط را داده (Siusarski1999وMassucco1994)(Gawel) که منجر به افزایش غشاء احاطه‌کننده ذرات تا 25-19 میکرومتر می‌شود. افزایش ضخامت فیلم بایندر قیر-لاستیک در اطراف ذرات و دانه‌ها از عوامل افزایش قابل‌توجه مقاومت آسفالت در برابر پیرشدگی است.

استفاده از بایندر قیر-لاستیک در مخلوط آسفالت دوام آن را افزایش می‌دهد. لایه سطحی با بایندر اصلاح‌شده با لاستیک افزایش مدول سختی در دماهای سرویس بالا و کاهش مدول سختی در دماهای سرویس پایین را نشان می‌دهد. ماهیت ویسکوالاستیک بایندر قیر-لاستیک باعث افزایش مقاومت سطح جاده‌ها در برابر ترک‌خوردگی در دماهای پایین و افزایش مقاومت در برابر شیار شدگی در دماهای بالا می‌شود.

آسفالت‌هایی که تحت‌فشارهای متعدد چرخ‌های وسایل نقلیه قرار دارند ممکن است به دلیل فرسودگی دچار شکست و ترک‌خوردگی شوند. طراحی مخلوط آسفالت باید به‌گونه‌ای باشد که لایه‌های آسفالت دارای عمر خستگی و فرسودگی بلندمدت باشند. تجارب سرویس روسازی‌ها نشان می‌دهد که لایه‌های ساختار جاده با بایندر قیر-لاستیک بیش از دو برابر نسبت به لایه‌های روسازی با بایندر اصلاح‌نشده دارای عمر خستگی بالاتر بوده و در برابر فرسایش مقاوم‌تر هستند (EPPS،1994).

روسازی جاده‌ها با مخلوط آسفالت-لاستیک معمولاً توسط دوام طولانی‌مدت و درنتیجه نیاز کم‌تر به تعمیرات مشخص می‌شوند. این‌یک تأثیر قابل‌توجه در کاهش هزینه‌های سرویس در مقایسه با روسازی‌ها و آسفالت‌های سنتی است. کاهش اختلالات و اتلاف زمان برای استفاده‌کنندگان از جاده‌ها به خاطر کاهش مقدار تعمیرات از جنبه‌های مهم اجتماعی است.

برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:

استفاده از پلیمرهای ضایعاتی برای اصلاح قیر

عملکرد روسازی ساخته‌شده با مخلوط آسفالت-لاستیک
5 (100%) 10 votes

فعل‌وانفعالات انجام‌گرفته بین قیر و لاستیک

Share

فعل‌وانفعالات انجام‌گرفته بین قیر و لاستیک

باور عمومی بر این است که فعل‌وانفعالات بین قیر و لاستیک یک واکنش شیمیایی نیست بلکه یک پدیده انتشاری می‌باشد. هنگام قرار گرفتن در قیر مذاب، خرده لاستیک‌ها ترکیبات قیر با پارامتر حلالیت مشابه را جذب کرده و شروع به متورم شدن می‌کنند. این مقدار تورم ممکن است به حد 3 تا 5 برابر حجم اولیه خود باشد (Massucco و همکاران 1994). افزایش تورم به‌صورت یک نرخ خطی در 90 ثانیه ابتدایی بوده و بعدازآن شاهد افزایش در کاهش نرخ تورم هستیم (Joseph و همکاران 1994). ابعاد خرده لاستیک تا زمانی که غلظت مایع در سراسر مخلوط یکنواخت شود و تعادل بین ذرات و تورم حاصله برقرار شود، افزایش خواهد یافت (Blow 1971).

مقدار تورم به درجه حرارت اختلاط، مدت‌زمان، ماهیت شیمیایی، گرانروی قیر، ترکیبات و اندازه ذرات لاستیک بستگی دارد. سازگاری لاستیک و سیال نیز یکی از عوامل بسیار مهمی است که بر تورم تأثیرگذار می‌باشد. ماهیت شیمیایی قیر تعیین‌کننده تعادل تورمی است درحالی‌که گرانروی قیر تعیین‌کننده نرخ نفوذ به بخش عمده‌ای از لاستیک است (Stroup-Gardiner و همکاران 1993). نرخ نفوذ (انتشار) با کاهش ویسکوزیته مایع افزایش می‌یابد. طبق گزارش‌های Airey و همکاران در سال 2003، نرخ اولیه جذب قیر و احتمالاً مقدار تورم لاستیک وابسته به گرانروی (درجه نفوذ) بایندر است. بایندرهای نرم‌تر (ویسکوزیته کم) بیش‌ترین نرخ جذب رادارند. مطالعات Gawel و همکاران (2006) نشان می‌دهد که مقدار تورم لاستیک در قیرهای نرم‌تر (با درجه نفوذ بالا) به‌طور هنگفتی بیش‌تر از انواع سفت‌تر آن (با درجه نفوذ پایین) است (جدول 1-4).

فعل‌وانفعالات قیر-لاستیک تابع وزن مولکولی قیر است (Stroup-Gardiner و همکاران 1993). قیر غنی از ترکیبات با وزن مولکولی کم تعامل بیش‌تری با لاستیک دارد. ترکیبات و اجزاء سبک قیر نفوذ بیش‌تر و راحت‌تری درون ماتریکس داخلی پلیمر دارند.

آنالیزHP-GPC بایندر قیری قبل و بعد از اصلاح به‌وسیله خرده‌های لاستیکی نشان‌دهنده افزایش اندازه مولکولی اجزاء بزرگ و کاهش اندازه مولکولی اجزاء کوچک‌تر است (Putman و 2010Amirkhanain). مشخص‌شده است که ترکیبات غیر قطبی، سری آلکان ها و سری آلکیل بنزن‌ها دارای بیش‌ترین گرایش به نفوذ در ذرات لاستیک هستند (Gawel و همکاران 2006). جذب ترجیحی ترکیبات با زنجیره آلیفاتیک های خطی در لاستیک حاکی از آن است که این ترکیبات سازگاری خوبی با اسکلت پلیمرهای خطی لاستیک دارند.

جدول شماره 1-4 درصد تورم لاستیک در قیر (ضخامت لاستیک 85/0 میلی‌متر)(تورم به‌عنوان درصد افزایش حجم لاستیک است). منبع Gawel و همکاران 2006

جدول شماره 1-4      درصد تورم لاستیک در قیر (ضخامت لاستیک850 میلی‌متر)(تورم به‌عنوان درصد افزایش حجم لاستیک است). منبع Gawel و همکاران 2006

اطلاعات مختلفی در تألیفاتی  که راجع به اثر ترکیب‌بندی شیمیایی قیر در نرخ و مقدار تورم لاستیک ارائه‌شده، وجود دارد. طبق گفته Singleton و همکاران (2000)، ترکیبات قیر اثر قابل‌توجهی را بر نرخ برهم‌کنش بین قیر و لاستیک درصورتی‌که به مقدار کافی اجزاء با وزن مولکولی کم حضورداشته باشند، ندارد.

ترکیبات شیمیایی قیرها بسته به درجه و نوع نفت خام و همچنین تکنولوژی تولید آن‌ها متفاوت است (Baginska و Gawel 2004).

Putman وAmirkhanian در سال 2010 تعیین کردند که فعل و انفعالات بین لاستیک و بایندر قیری از منابع مختلف به‌وسیله محاسبه اثر متقابل (IE) امکان‌پذیر است. اثر متقابل به‌صورت تغییرات بیس پس از تخلیه بایندر برای بایندر اصلاح‌شده با لاستیک نسبت به بایندر بیس بیان می‌شود.(فرمول 1-4)

فرمول 1-4                                                     IE

تفاوت‌های قابل‌توجه در مقدار IE بین قیر از خاستگاه‌های مختلف نشان‌دهنده تأثیر منبع بایندر بر فعل‌وانفعالات قیر-لاستیک است. Frantzis در سال 2004، روش تبیین ضرایب انتشار و حلالیت لاستیک در قیر را ارائه کرد. افزایش جرم لاستیک در قیر در دمای 180 درجه سانتی گراد برای مدت‌زمان مختلف اندازه‌گیری کرده و منحنی جذب آن را به دست آورده است. ضریب انتشار از طریق شیب ناحیه خطی منحنی جذب محاسبه می‌شود. این مطالعه نشان داد که بایندر ها از خاستگاه‌های متفاوت دارای مقدار ضریب انتشار مختلف هستند. به‌طور مثال، قیر ونزوئلا که دارای مقدار بسیار بالایی از آروماتیک‌هاست در مقایسه با قیر کویت با مقدار آروماتیک بسیار کم‌تر، ضریب انتشار بالاتری دارد. در میان قیرها از منابع خام مشابه، بایندر ها با درجه نفوذ بالاتر (نرم‌تر) ضریب انتشار بالاتری نیز دارند (Frantzis 2004).

گرایش اجزاء سازنده قیر (اجزاء عمومی) به نفوذ در ذرات لاستیک به‌وسیله برخی از محققان هنگام ارزیابی فعل‌وانفعالات بین قیر و لاستیک محاسبه‌شده است (Singleton و همکاران 2000، Gawel و همکاران 2006، Ould Henia و 2008Dumont). اگرچه مقایسه نتایج به‌دست‌آمده تحت شرایط تجربی متفاوت ممکن است در مورد نتایج به‌دست‌آمده تردید ایجاد کند، اما ضروری است که توجه داشته باشید (بر مبنای اطلاعات به‌دست‌آمده توسط این محققین) که تغییرات در ترکیب‌بندی عمومی قیر به ترکیب‌بندی قیر پایه بستگی دارد. Singleton و همکاران (2000) برای قیر با محتوای آروماتیک (تعیین‌شده به‌وسیله روش SARA) در محدوده 50 تا 65 درصد وزنی یک کاهش در ساختار و اجزاء آروماتیک را بعد از پخت به‌وسیله لاستیک گزارش کرده‌اند. Ould Henia و Dumont در سال 2008 یک بایندر با محتوای آروماتیک بالا (86-70 درصد وزنی با استفاده از روش SARA) را مورداستفاده قرار داده و نتیجه‌گیری کردند که اجزاء آروماتیک قیر یک مؤلفه اصلی در مهاجرت به سمت شبکه لاستیک است. بایندر قیری مورداستفاده آن‌ها در این مطالعه دارای مقدار ترکیبات اشباع بسیار پایین بوده است. الگوی متفاوت تغییرات (تعیین‌شده با استفاده از ASTM D4124 در سال 2009) توسط Gawel و همکاران در ترکیب‌بندی قیر به‌دست‌آمده از نفت خام روسیه را موردمطالعه قرار گرفته و الگوی متفاوت تغییرات بایندر ها با مقدار آروماتیک کم‌تر و محتوای اشباع بیش‌تر (جدول 2-4) را در مقایسه با بایندرهای ذکرشده در بالا را مشاهده کردند.

طبق اطلاعات جدول شماره 2-4 می‌توان استنباط کرد که برای قیر از نوع پارافین-نفتنیک (قیر روسیه)، ترکیبات اشباع از اجزاء اصلی نفوذ در لاستیک هستند. نفوذ ترجیحی ترکیبات اشباع درون ماتریکس داخلی پلیمر ممکن است توسط تشابه پارامتر حلالیت ترکیبات اشباع و پارامتر حلالیت لاستیک توضیح داده شود. پایداری قیر و لاستیک ممکن است به‌وسیله مقایسه پارامتر حلالیت ترکیبات ارزیابی شود. ترکیبات قیر از منظر پارامتر حلالیت باهم متفاوت می‌باشند (Yen و 1994Chilingarian). برای قیرهایی که ترکیب‌بندی آن در جدول 2-4 توصیف‌شده است، پارامتر حلالیت اجزاء به شرح زیر است:

ترکیبات اشباع δ=17.5، آروماتیک‌ها δ=18.2، رزین‌ها δ=19.5 و آسفالتن ها δ=22.3 MPa1/2

به‌هرحال برای قیرها با ماهیت شیمیایی متفاوت ممکن است پارامتر انحلال اجزاء تشکیل‌دهنده آن‌ها دارای مقداری انحراف از اعداد ذکرشده در بالا باشد (Rogel 1997). لاستیک به‌دست‌آمده از تایر اتومبیل‌ها عمدتاً دارای ترکیب لاستیک استایرن-بوتادین (δ=17.5) و لاستیک طبیعی (δ=14.8) است (Brandrup و 1989Immergut). مقایسه پارامتر انحلال ترکیبات جداشده از قیر روسیه با پارامتر انحلال لاستیک شواهدی دال بر اینکه ترکیبات اشباع بهترین سازگاری با لاستیک رادارند ارائه می‌کند.

افزایش در مقدار آروماتیک قیر بعد از غوطه‌وری لاستیک (جدول 2-4) را می‌توان از هردو منظر کاهش محتوای ترکیبات اشباع و مهاجرت ترکیبات مشابه از لاستیک به قیر توضیح داد. استفاده از روش NMR توسط Miknis و Michonدر سال 1998 نشان داد که روغن استفاده‌شده در تولید تایر و روغن موجود در قیر دارای ترکیبات مشابه هستند. این مشاهدات آن‌ها را وادار کرد به این نتیجه برسند که احتمالاً روغن‌ها در طول فرایند پخت مبادله می‌شوند. آنالیز GC-MS ترکیبات مولکولی برخی اجزاء استخراج‌شده از خرده لاستیک‌ها قبل و بعد از غوطه‌وری در قیر مذاب (از ترکیبات عمومی مشخص‌شده در جدول 2-4) کاهش قابل‌توجهی را در مقدار اسید نشان داده است. میرستیک، پالمتیک (غالب) و اسید استاریک که به‌وفور در لاستیک وجود دارد، به‌عنوان مؤلفه‌های سیستم پخت هستند.

جدول شماره 2-4 ترکیبات عمومی قیر با گرید 100/70(تولیدشده از نفت خام روسیه) قبل و بعد از غوطه‌وری لاستیک. اقتباس از Gawel و همکاران 2006

جدول شماره 2-4      ترکیبات عمومی قیر با گرید 70/100(تولیدشده از نفت خام روسیه) قبل و بعد از غوطه‌وری لاستیک. اقتباس از Gawel و همکاران 2006

این یافته نشان می‌دهد که در طول غوطه‌وری لاستیک در قیر مذاب، اسیدها از ماتریکس لاستیک به داخل قیر نفوذ می‌کنند. در طول جداسازی بایندر باقی‌مانده به اجزاء عمومی احتمالاً این اسیدها در بخش نفتن-آروماتیک متمرکز می‌شوند. این موضوع از افزایش محتوای اجزاء بعد از اصلاح توسط لاستیک استنباط می‌شود (جدول 2-4).

به نظر می‌رسد که نفتنیک اسیدها در قیر نیز به فعل‌وانفعالات با لاستیک کمک می‌کنند. برخی از قیرهای ونزوئلا مقدار اسید بالاتر و درنتیجه تعامل بهتری را با لاستیک نشان می‌دهند. کاهش مشاهده‌شده در مقدار اجزاء آروماتیک‌های قطبی (جدول 2-4) را می‌توان به تجزیه جزئی آروماتیک‌های قطبی درنتیجه پیرشدگی قیر در دمای بالا نسبت داد. تجزیه آروماتیک‌های قطبی تحت پیرشدگی در آزمایشگاه در قیر به‌دست‌آمده از نفت خام نوع پارافین-نفتنیک (به‌طور مثال از نفت خام روسیه) مشاهده شد است (Gawel و 2004Baginska )

بررسی متون مربوطه بیان‌گر آن است که در فعل‌وانفعالات قیر-لاستیک، مقدار بیشینه تورم بیش‌تر به ماهیت خرده لاستیک‌ها بستگی دارد تا به ماهیت شیمیایی قیر البته به‌شرط اینکه اجزاء اصلی سبک به مقدار کافی در بایندر حضورداشته باشد. در بخش لاستیک، فعل‌وانفعالات به مقدار خرده لاستیک‌ها، اندازه ذرات، نوع تایر (تایر خودرو سواری و یا کامیون)، روش فرایند و ترکیبات پلیمر آن بسـتگـی دارد (Billiter و هـمکاران 1997،Bahia و Davies،1995Dias و 2008Picado-Santos).

مقدار لاستیک بایندر به‌عنوان یک عامل کمک‌کننده مهم در تورم لاستیک شناخته‌شده است. محققین به این نتیجه رسیده‌اند که تورم لاستیک از نسبت قیر-لاستیک مستقل بوده به شرطی که به‌اندازه کافی اجزاء سبک قیر وجود داشته باشند. این‌یک مورد برای پلیمرهای کلاسیک متورم شده در حلال که در آن مقدار حلال به‌اندازه کافی برای به دست آوردن تورم به نسبت مستقل از مقدار پلیمر اضافه‌شده وجود داشته باشد.

تأثیرات اندازه ذرات لاستیک بر روی نرخ و مقدار تورم لاستیک در قیر مذاب در شکل 3-4 نشان داده‌شده است. نرخ تورم به‌طور محسوسی برای نمونه لاستیک‌های ضخیم کم‌تر است. بعد از 120 دقیقه غوطه‌وری در قیر مذاب، مقدار تورم تقریباً بیش از دو برابر برای نمونه لاستیک با اندازه 0/5 میلی‌متر نسبت به نمونه لاستیک با اندازه 0/85 میلی‌متر است. بعد از گذشت 180 دقیقه از مدت‌زمان آزمایش، انسجام لاستیک نازک‌تر به‌طور چشمگیری کاهش‌یافته بنابراین روند تورم متوقف می‌شود.

سطح خاصی از خرده لاستیک‌ها ویژگی مهم تأثیرگذاری بر فعل‌وانفعالات بین قیر و لاستیک دارند (Heitzmanو1992Dias و 2008Picado-Santos). با توجه به شکل ناهموار و سطح خرده لاستیک‌های به‌دست‌آمده از روش مکانیکی تعامل بهتری با قیر نسبت به خرده لاستیک‌های تولیدشده به‌وسیله روش برودتی (با شکل مکعبی و سطح صاف) دارند.

شکل شماره 3-4 نرخ تورم لاستیک در قیر با گرید 100/70 در 200 درجه سانتی گرادشکل شماره 3-4      نرخ تورم لاستیک در قیر با گرید 70/100 در 200 درجه سانتی گراد

ارزیابی ترکیب شیمیایی خرده لاستیک‌ها دشوار است زیرا تنوع زیادی در نوع تایرها و فرایندهای روکش وجود دارد (Airy و همکاران 2003). به‌طورکلی تایر کامیون‌ها دارای مقدار زیادی لاستیک طبیعی در مقایسه با تایر خودروهای سواری است. ترکیب لاستیک نیز بین بخش‌های یک تایر متفاوت است. تایرهای مختلف در پارامتر انحلال نیز باهم تفاوت دارند. پارامتر انحلال برای تایرهای لاستیکی محدوده‌ای از 17.8 الی 20.8 MPa1/2 است (Hansen و 2004Smith ).

پارامتر انحلال مشابه مایع و لاستیک باعث ایجاد اطمینان از سازگاری بهتر اجزاء بوده و بنابراین بهترین فعل‌وانفعالات بین لاستیک و مایع (قیر) به دست می‌آید. آرایش مولکولی شبکه پلیمر به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای تحت تأثیر درجه تورم است (Airey و همکاران 2003). هرچه تعداد آرایش مولکولی در لاستیک بیش‌تر، میانگین طول زنجیره لاستیک بین آرایش مولکولی کوتاه‌تر و درنتیجه نرخ انتشار و نفوذ اجزاء سبک‌تر قیر به درون لاستیک نیز کم‌تر است. امکان نفوذ اجزاء سبک قیر به درون لاستیک وجود دارد هرچند باعث کاهش پایداری کلوئیدی بایندر قیری شود. اگر قیر از اجزاء سبک غنی بوده و درعین‌حال حاوی مقدار آسفالتن زیاد (اجزاء سنگین) هم باشد، افزودن خرده لاستیک ممکن است منجر به انعقاد آسفالتن ها شود. برای جلوگیری از این امر آسفالتن ها با درجه نفوذ بالا مورداستفاده قرار می‌گیرد.

هنگام اختلاط با قیر مذاب، قطعات لاستیک دچار دی ولکانیزاسیون و دی پلیمریزاسیون می‌شوند. اگر لاستیک تا یک حدی دی ولکانیزه نشود، تولید بایندر ناهمگون با لاستیک که عمدتاً به‌عنوان یک پرکننده انعطاف‌پذیر است می‌کند (Giavarini 1994). دی ولکانیزاسیون بیش‌ازحد منجر به تخریب خصوصیات بایندر می‌شود. بهبود در الاستیسیته بایندر ممکن است به‌وسیله آرایش مولکولی اضافی پلیمر در بایندر اصلاح‌شده با لاستیک به دست آید (Gawel و 1999Slusarski).

فعل‌وانفعالات بین لاستیک و قیر بر عملکرد مربوط به خصوصیات بایندر باقیمانده اثرگذار است. بیش‌ترین اثر مورد انتظار، تورم لاستیک در قیر مایع، کاهش قابل‌ملاحظه در ویسکوزیته بایندر است. قیر با مقدار کم اجزاء سبک و مقدار زیاد آسفالتن یک بایندر با ویسکوزیته بالا را تولید می‌کند (Ould Henia و 2008Dumont). افزایش قابل‌توجه در سختی و رفتار ویسکوالاستیک بایندر باقیمانده منطبق با از دست دادن ترکیبات سبک قیر ناشی از انتشار آن‌ها به داخل لاستیک و پیری اکسایشی و همچنین همراه با درهم شکست لاستیک است (Huang 2008).

تفاوت در اطلاعات گزارش‌شده در مورد فعل‌وانفعالات قیر-لاستیک به موارد زیر نسبت داده می‌شود:

دمای مخلوط و زمان‌های مختلف، استفاده از قیرها با ماهیت شیمیایی متفاوت و یا لاستیک‌ها با اندازه ذرات و ترکیب‌بندی شیمیایی مختلف و تغییرات در پارامتر انحلال ترکیبات با افزایش دما. اگرچه پیرشدگی قیر در دمای ترکیب 160 تا 210 درجه سانتی گراد به نظر از اهمیت بیش‌تری نسبت به فعل‌وانفعالات قیر-لاستیک برخوردار است (Singleton و همکاران 2000، Ould Heniaو 2008Dumont).

برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:

خصوصیات قیرهای اصلاح شده لاستیکی

فعل‌وانفعالات انجام‌گرفته بین قیر و لاستیک
Rate this post

فوم قیر جهت استفاده در عایق‌کاری

Share

فوم قیر جهت استفاده در عایق‌کاری

یکی از اولین اصول طراحی معماری عایق‌بندی ساختمان است و دلیل آن هزینه‌های بالای تهویه مطبوع و گرمایش ساختمان است، درنتیجه جهت افزایش بهره‌وری استفاده از عایق امری اجتناب‌ناپذیر می‌باشد. فوم‌های پلی اورتان می‌توانند به‌عنوان عایق حرارتی بکار روند. فوم‌های پلی اورتان به دلیل وجود هوای محبوس در ساختار لانه‌زنبوری‌شان رسانایی حرارتی بسیار کمی داشته و درنتیجه یک محافظ انرژی بسیار عالی است. مثال‌هایی از کاربردهای ساختمانی آن‌ها شامل: عایق‌بندی و پوشش لایه‌های کف و سقف ساختمان، تخته‌های روی بام، روکش، عایق‌کاری محیط، اسپری کردن به دیوارها و سقف، تانکرهای صنعتی، پنل های پرده‌ای دیوار و سقف و غیره است (Szycher 1999). برای چنین کاربردهایی فوم قیری پایدار ممکن است که به‌عنوان یک تکنولوژی نوین درزمینه صنعت عایق‌کاری در نظر گرفته شود.

فوم قیری پایدار ممکن است با استفاده از فرایند مشابه مورداستفاده برای فوم‌های پلی اورتان به دست آید (Eares 2004). نخست در طول فرایند و پخت حرارت بالا، MDI-PPG با ترکیبات قیر واکنش داده و منجر به تولید قیر اصلاح‌شده می‌شود. مرحله دوم پس از افزودن آب آغاز می‌شود و شامل چندین مرحله است (Izquierdo و همکاران 2010). در ابتدا و ازآنجاکه قابلیت حلالیت آب در قیر بسیار کم است، سیستم واکنش بلافاصله و بشدت به مدت 30 ثانیه جهت اطمینان از پراکندگی مناسب واکنش‌دهنده‌ها هم زده و به‌خوبی مخلوط می‌شود. سپس تحریک متوقف‌شده و هسته حباب‌های گاز رشد می‌کند. این حباب‌ها در فاز مایع پراکنده بوده و دارای ناپایداری ترمودینامیکی است. همان‌طور که در بخش قبلی به آن اشاره شد، در غلظت‌های پایین پلیمر، فوم قیری حاصله ناپایدار است (ازآنجاکه بخش عمده ترکیب فوم به سمت بالا و تا مقدار بیشینه گسترش‌یافته و سپس کاهش می‌یابد). در مقابل، در غلظت‌های پلیمری زیاد و کافی (مانند 10 درصد وزنی MDI-PPG) در مورد فوم‌های پلی اورتان کاهشی در مقدار نهایی فوم مشاهده نشده است. در این مورد اخیر، واکنش‌های مربوط به آب منجر به کاهش چشمگیر در ثبات قیر اصلاح‌شده است.

مهم است تأکید کنیم که تمام فوم‌های قیری دارای دانسیته مشابه (400-gr/m3350) بوده و درنتیجه خصوصیات حرارتی-مکانیکی آن‌ها ممکن است به‌خوبی باهم منطبق باشد. با در نظر گرفتن آن‌که دانسیته تقریبی قیر و MDI-PPG به ترتیب 1/2 و 1/0 گرم بر مول است، تولید فوم کاهش قابل‌توجهی در دانسیته مواد دارد.

شکل 14-3 نشان‌دهنده منحنی جریان ویسکوز در 60 درجه سانتی گراد برای قیر اصلاح‌شده با 10 درصد وزنی MDI-PPG و فوم قیری متناظر آن‌ها به‌عنوان یک تابع زمان پخت در 90 درجه سانتی گراد در محدوده 1 ساعت (پس از آغاز فرایند) تا 7 روز است. آنچه قابل‌مشاهده است، مقدار ویسکوزیته متناظر با قیر اصلاح‌شده که فقط پس از فرایند به دست می‌آید (1 ساعت در شکل 14-3) شبیه قیر دست‌نخورده است. درنتیجه انتظار می‌رود که کاهش ویسکوزیته را براثر افزودن یک مایع با ویسکوزیته کم (پیش پلیمر) که به‌وسیله واکنش قیر-پلیمر در طول اختلاط میسر می‌شود را مشاهده کنیم. به‌هرحال در دماهای پخت بالا (در 90 درجه سانتی گراد و با عدم حضور آب) یک کاهش اندک در ویسکوزیته به وجود می‌آید که این امر بعد از گذشت 7 روز از پخت اهمیت دارد. با این اوصاف، افزودن آب منجر به تغییرات قابل‌توجهی در خواص جریان می‌شود. توسعه سیستم با ساختار بالا به دلیل واکنش‌های شیمیایی در طول فرایند دمیدن شیمیایی است.

شکل شماره 14-3 منحنی جریان ویسکوز در 60 درجه سانتی گراد برای قیر اصلاح‌شده با 10 درصد وزنی MDI-PPG و فوم قیری (تولیدشده با 10 درصد وزنی MDI-PPG و 2 درصد وزنی آب) به‌عنوان تابعی از زمان پخت در 90 درجه سانتی گراد. اقتباس از Izquierdo و همکاران 2010

شکل شماره 14-3      منحنی جریان ویسکوز در 60 درجه سانتی گراد برای قیر اصلاح‌شده با 10 درصد وزنی MDI-PPG و فوم قیری (تولیدشده با 10 درصد وزنی MDI-PPG و 2 درصد وزنی آب) به‌عنوان تابعی از زمان پخت در 90 درجه سانتی گراد. اقتباس از Izquierdo و همکاران 2010

این موضوع به‌خوبی شناخته‌شده است که خصوصیات ویسکوالاستیک خطی پلیمرهای اصلاح‌کننده قیر با طیف گسترده‌ای از دماهای سرویس، می‌تواند به‌وسیله روش‌های دینامیکی مکانیکی تعیین شود.

سیر تکاملی هر دو مدول برشی مجموعه (سفتی و به‌طورکلی مقاومت در برابر تغییر شکل)،*G و تانژانت اتلاف،tanδ(با رابطه معکوس با الاستیسیته کلی نمونه) با دما در شکل شماره 15-3 ارائه‌شده است. آنچه قابل‌مشاهده است، مدول مجموعه به‌طور قابل‌توجهی در طول زمان پخت افزایش می‌یابد. درنتیجه افزودن 2 درصد وزنی آب به قیر اصلاح‌شده با 10 درصد وزنی MDI-PPG باعث افزایش بازده مقدار مدول مجموعه به‌طور عمده در دمای بالای 60 درجه سانتی گراد و باگذشت زمان کم از شروع پخت می‌شود. درجه حرارت مجموعه افزایش زمان پخت را اعلام کرده و بیانگر کاهش قابل‌توجهی در حساسیت دمایی مواد است.

از سوی دیگر، مقادیر تانژانت اتلاف برای فوم قیری به‌طور چشمگیری کم‌تر از قیر اصلاح‌شده با 10 درصد وزنی MDI-PPG است و همیشه این مقدار کم‌تر از 1 باقی می‌ماند. این امر نشان‌دهنده رفتار الاستیک غالب است که بعد از گذشت 1 روز از زمان پخت بارزتر می‌شود. بیشینه تانژانت اتلاف در دمای حدود 50 درجه سانتی گراد مربوط به فرایند تغییر شکل آرام ساختارهای جدید که براثر واکنش‌های بین قیر و پلیمر تکامل‌یافته‌اند است. به‌هرحال این فرایند در فوم‌های قیری که عمدتاً دارای الاستیک متوسط می‌باشند رخ می‌دهد. در حقیقت کم‌ترین مقدار تانژانت اتلاف زیر 1 نشان‌دهنده منطقه الاستیک و قابل‌انعطاف در قیرهای اصلاح‌شده مشاهده نشده است. این رفتار براثر توسعه در طول شکل‌گیری فوم بر پایه شبکه شیمیایی سه‌بعدی در تمامی قسمت‌های قیر است. درنتیجه یک رفتار ژل‌مانند در نمونه مطالعه شده آزمایشگاهی مشاهده‌شده و به‌تبع آن ویژگی‌های الاستیک بایندر تا حد زیادی بهبودیافته است.

شکل شماره 15-3 آزمایش رفت‌وبرگشت دما در نوسانات برشی در 10 rad/s برای فوم قیری (اصلاح‌شده با 10 درصد وزنی MDI-PPG و 2 درصد وزنی آب)، سیر تکاملی مدول برشی مجتمع (a) و تانژانت اتلاف (b) به‌عنوان یک تابع زمان پخت در دمای 90 درجه سانتی گراد. اقتباس از Izquierdo و همکاران 2010

شکل شماره 15-3      آزمایش رفت‌وبرگشت دما در نوسانات برشی در 10rad/s  برای فوم قیری (اصلاح‌شده با 10 درصد وزنی MDI-PPG و 2 درصد وزنی آب)، سیر تکاملی مدول برشی مجتمع (a) و تانژانت اتلاف (b) به‌عنوان یک تابع زمان پخت در دمای 90 درجه سانتی گراد. اقتباس از Izquierdo و همکاران 2010

در شکل 16-3 که با میکروسکوپ اتمی تصویربرداری شده است، تصاویر (a) و (b) نشان‌دهنده تصاویر فازی متناظر در قیر دست‌نخورده و قیر اصلاح‌شده بعد از گذشت 7 روز از زمان پخت در دمای 90 درجه سانتی گراد است. دو منطقه با دو سطح شدت نور متفاوت (تیره و روشن) به‌وضوح از هم متمایز است. درنتیجه ذرات جامد آسفالتن ها (رگه‌های سیاه‌وسفید) به نظر توسط پوسته جامد رزین‌ها (مناطق خاکستری روشن) پوشش داده‌شده و به‌وسیله ماتریکس مالتنی (تاریک‌ترین مناطق) محصورشده که در آن میسل های آسفالتن (مانند آسفالتن های Peptis شده توسط رزین‌ها) پراکنده‌شده‌اند. برای قیرهای اصلاح‌شده با 10 درصد وزنی MDI-PPG شکل b) 16-3)، نشان‌دهنده مناطق آسفالتنیک فشرده‌تر در مقایسه با قیر دست‌نخورده است. درنتیجه، افزودن پلیمر باعث افزایش توسعه ساختارهای ماتریکس قیر با توجه به تشکیل پیوندهای شیمیایی بین پلیمر و ترکیبات قطبی قیر می‌شود.

شکل c) 16-3) نمایانگر تصویر میکرو گراف فوم قیر بعد از شروع 7 روز از زمان پخت در دمای 90 درجه سانتی گراد است. در مقابل نتایج نشان داده‌شده در شکل a) 16-3) و (b)، بیانگر این است که ساختار کلوئیدی قیر آشکار نمی‌باشد. زیرا درنتیجه واکنش آب که قبلاً نیز راجع به آن بحث شد، این ساختار ناپدید می‌شود. درنتیجه این میکرو گراف نشان‌دهنده ماتریکس مستمر فاز سخت (مناطق روشن) است که به شبکه سه‌بعدی ترکیبات قیر-پلیمر با وزن مولکولی زیاد نسبت داده می‌شود. علاوه بر این، پراکندگی مناطق نرم (مناطق تیره) به‌وضوح قابل‌تشخیص است که ناشی از فاز غیر واکنشی و یا حضور حباب‌های گاز می‌باشد. شکل c) 16-3) نشان‌دهنده ساختار کروی و یا توپ مانند است که شبیه ساختار فوم‌های پلی اورتان است (Yontz و همکاران 2008).

شکل شماره 16-3 میکرو گراف میکروسکوپی اتمی در 25 درجه سانتی گراد برای قیر دست‌نخورده (a)، قیر اصلاح‌شده (b) بعد از گذشت 7 روز از زمان پخت در دمای 90 درجه سانتی گراد و فوم قیری (c). ابعاد 25*25 میکرومتر. اقتباس از Izquierdo و همکاران 2010

شکل شماره 16-3      میکرو گراف میکروسکوپی اتمی در 25 درجه سانتی گراد برای قیر دست‌نخورده (a)، قیر اصلاح‌شده (b) بعد از گذشت 7 روز از زمان پخت در دمای 90 درجه سانتی گراد و فوم قیری (c). ابعاد 25*25 میکرومتر. اقتباس از Izquierdo و همکاران 2010

این نتایج بیانگر این است که استفاده از پلیمرهای واکنشی سنتز شده توسط واکنش ′4,4 methylenebis (فنیل ایزوسیانات)MDI با poly(پروپیلن گلیکول)PPG با وزن مولکولی کم، یک روش امیدبخش در تولید مواد پوششی مبتنی بر قیر و فوم قیری پایدار است. به‌طور خاص، امکان به دست آوردن بایندر فومی پایدار با استفاده از قیر معمولی اصلاح‌شده با 10 درصد وزنی MDI-PPG و 2 درصد وزنی آب وجود دارد. این فوم‌ها یک ریزساختار مشابه فوم‌های پلی اورتان را ارائه می‌کنند. گرانروی و خصوصیات ویسکوالاستیک خطی بایندرهای اصلاح‌شده از زمانی که بایندر فومی اصلاح‌شده به دست آمد به‌طور چشمگیری بهبودیافته است.


برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:

لاستیک‌های اصلاح‌کننده قیر

 

فوم قیر جهت استفاده در عایق‌کاری
5 (100%) 9 votes

قیر اصلاح‌شده بر پایه پلی اورتان/اوره

Share

قیر اصلاح‌شده بر پایه پلی اورتان/اوره

در اصلاح کوتاه‌مدت و بلندمدت قیر به‌وسیله پیش پلیمرهای مبتنی بر MDI به نظر می‌رسد که یک فرایند پیچیده‌ای شامل عوامل دیگری که قبلاً در نظر گرفته نمی‌شد وجود داشته باشد(نتایج اصلاح فقط تحت تأثیر یک واکنش بین پیش پلیمر و برخی ترکیبات قیر نیست).

طبق اظهارنظر بالا،آزمایش‌های پخت شامل یک‌لایه نازک از قیر اصلاح‌شده است که تحت شرایط محیطی قرار می‌گیرد.آزمایش‌های اضافی بر روی لایه ضخیم که در یک ظرف درباز قرار داده‌شده است انجام‌شده و از مناطق بالای آن‌که در معرض هوا قرار داشته و قسمت تحتانی آن‌که در مجاورت هوا نبوده نمونه‌برداری شده است.شکل 9-3 نشان‌دهنده وابستگی معمول توابع ویسکوالاستیک خطی (الاستیک،′G،ویسکوز،″G،مدول) در دمای انتخاب‌شده محدوده 20- تا 120 درجه سانتی گراد برای نمونه PMB شامل 8 درصد وزنی MPI-PEG گرفته‌شده از قسمت بالایی و پایینی ظرف است که بایندر به مدت 4 ماه ذخیره‌شده است.ازاین‌پس از این نمونه‌ها به‌عنوان نمونه بالا و نمونه پایین اشاره خواهد شد.برای هر دمای آزمایش منحنی مربوطه ′G و″G،نمونه بالا مقادیر بیشتری نسبت به نمونه پایین نشان می‌دهند.در طیف وسیعی از دماهای موردمطالعه قرارگرفته برای نمونه بالا ′G بالاتر از ″G قرارگرفته است.

نمونه پایین نشان‌دهنده مقادیر بیش‌تری از مدول الاستیک در دماهای زیر 10 درجه سانتی گراد و رفتار چسبنده غالب در دماهای بالا 80 درجه سانتی گراد است.به‌عنوان یک نتیجه،افزودن پلیمر و فرایند پخت منجر به تولید مواد پیچیده‌تر با افزایش رفتار الاستیک و کاهش حساسیت دمایی می‌شود.

شکل شماره 9-3      وابستگی متداول بین ذخیره‌سازی و کاهش مدول در دمای بین 20- تا 120 درجه سانتی گراد برای قیر اصلاح‌شده با 8 درصد وزنی MDI-PEG ،نمونه‌برداری شده از قسمت بالایی و پایینی ظرف بعد از چهار ماه ذخیره‌سازی تحت شرایط اتاق.اقتباس از Martin-Alfonso و همکاران 2008

ازاین‌رو،قیر اصلاح‌شده در تماس با محیط بیرونی دستخوش تفاوت‌های چشمگیری در رفتار رئولوژیکی آن نسبت به نمونه پایین شده است.رطوبت هوا (و اکسیداسیون قیر) منجر به ترویج واکنش‌های بین‌مولکولی شده،وزن مولکولی ترکیبات قیر را افزوده و باعث افزایش مدول و خاصیت ویسکوالاستیک می‌شود.به نظر می‌رسد اصلاح بلندمدت قیر به واکنش دمایی بین پلیمرهای واکنشی و ترکیبات قیر و شرایط محیطی (احتمالاً به دلیل رطوبت هوا) مربوط باشد.تحت چنین شرایطی آب به‌راحتی در قیر پخش‌شده و واکنش بین گروه‌های NCO–باقیمانده جهت افزایش وزن مولکولی پلیمر-قیر بیش‌تر خواهد شد.

مشخص‌شده که دو نوع واکنش شیمیایی در طول واکش بین مولکول‌های عامل دار NCO و آب رخ می‌دهد.یکی از آن‌ها واکنش ایزوسیانات با آب است که منجر به تولید کربامیک اسید ناپایدار شده که به آمین و دی‌اکسید کربن تجزیه می‌شود.نوع دیگری از واکنش منجر به ایجاد شبکه شده و نتیجه واکنش بین گروه‌های ایزوسیانات با آمین که معمولاً در طول تجزیه کربامیک اسید به وجود آمده،تشکیل اوره آمونیوم است.هر دو نوع واکنش حرارت زا بوده و باعث افزایش ویسکوزیته متوسط به دلیل توسعه شبکه قیر-پلیمر می‌شود (Zang 2002).

بنابراین سازوکار اصلاح شیمیایی از طریق یک مجموعه سه واکنشی ارائه‌شده است(Carrera و همکاران 2010).نخست انتظار می‌رود پلیمر بدون آب MDI اصلاح‌کننده قیر منجر به واکنش بین گروه‌های NCO– پیش پلیمر با گروه‌های عاملی شامل اتم‌های هیدروژن فعال (به‌طور عمدهOH-) حاضر در میسل‌های آسفالتن شود(Mondal-Khakhar2004).این واکنش می‌تواند به‌صورت زیر نوشته شود:

واکنش 1-3      

واکنش 1-3 منجر به تشکیل تعداد زیادی پیوندهای اورتان(نقطه اوج در 1725cm-1  نشان داده‌شده در شکل 10-3) بین پلیمر و گروه‌های اصلی قیر(حاضر در آسفالتن ها،رزین‌ها و آروماتیک‌ها) شود که گهگاه ممکن است باعث پیوند دامنه‌های آسفالتن به یکدیگر شود.این نخستین واکنش در اصلاح کوتاه‌مدت قیر است.

در مرحله دوم،دامنه‌های آسفالتن بزرگ ممکن است حتی با تشکیل پیوندهای اوره بزرگ‌تر شود(نقطه اوج در 1460cm-1  نشان داده‌شده در        شکل 10-3).افزایش آب به‌وسیله واکنش با گروه‌های NCO– در این دامنه‌های بزرگ آسفالتن در دسترس می‌باشد.افزایش آب منجر به تجزیه کربامیک اسید ناپایدار به آمین و دی‌اکسید کربن می‌شود(واکنش 2-3).در مرحله نهایی انتظار می‌رود که آمین‌های بسیار واکنش‌پذیر با گروه‌های ایزوسیانات در سمت چپ زنجیره MDI-PPG که قبل از آن با ترکیبات قیر پیوند برقرار کرده‌اند واکنش داده و تشکیل گروه‌های اوره را دهد(واکنش 3-3)(Seguraوهمکاران2005). این مجموعه از واکنش‌ها به‌صورت زیر نوشته می‌شود:

واکنش 2-3                                                   

واکنش 3-3                                  

شکل شماره 10-3      طیف FTIR که پیوندهای C=O (اورتان/اوره)برای قیر B دست‌نخورده  و اصلاح‌شده با 4 درصد وزنی PPG-MDI را قبل و بعد از افزودن آب نشان می‌دهد.اقتباس از Carrera  و همکاران 2010

به‌عنوان یک نتیجه،افزودن پلیمر(و واکنش آن با رطوبت هوا)از عوامل گسترش ریزساختارهای جدید(در طول اصلاح بلندمدت قیر)برای ارائه عملکرد رضایت‌بخش‌تر در هنگام افزایش درجه حرارت که احتمالاً به دلیل تشکیل پیوند شیمیایی بین پلیمر و ترکیبات قطبی قیر است می‌باشد.بنابراین آب می‌تواند به‌آرامی در قیر پخش‌شده و با گروه‌های NCo باقیمانده آزاد واکنش داده و منجر به افزایش وزن مولکولی مولکول‌های قیر-پلیمر شود.

این رویکرد ممکن است برای افزایش سرعت اصلاح قیر جهت جلوگیری از اصلاح بلندمدت قیر استفاده شود.همان‌طور که در شکل 11-3 نشان داده می‌شود،به نظر می‌رسد که افزودن آب در طول عملیات مخلوط باعث تحریک افزایش اصلاح کوتاه‌مدت شود مخصوصاً اگر آب در مراحل نزدیک به پایان فرایند تولید اضافه شود.

    شکل شماره 11-3      سیر تکاملی با زمان گشتاور  نرمال (M/M0 ) در طول فرایندهای مختلف قیر/  MDI-PEG /پیوندهای آب،در 90 درجه سانتی گراد و 60 دور در دقیقه.اقتباس از Martin-Alfonso و همکاران 2008

بر این اساس کنترل دقیق شرایط فرایند در طول واکنش نخست که منجر به تشکیل تعداد زیادی از پیوندهای اورتان بین پلیمر و گروه‌های اصلی قیر می‌شود،از عوامل مهم برای تولید چنین محصولاتی است.این نتیجه پیشنهاد می‌کند که اگر واکنش MDI-PPG و قیر با موفقیت توسط فرایندهای بلندمدت قبل از افزایش آب انجام پذیرد مقدار قابل‌توجه بیشتری قیر اصلاح‌شده را می‌توان به دست آورد.شکل 12-3 نشان‌دهنده سیرتکاملی پارامتر شیارشدگی G*|/sinδ| با درجه حرارت برای قیرهای مختلف اصلاح‌شده با MDI-PPG – آب است.افزودن MDI-PPG و آب باعث افزایش قابل‌توجهی در تولید،افزایش شیارشدگی دمای بحرانی به مقادیر نزدیک یا بالاتر از 90 درجه سانتی گراد شود.چنین افزایشی بیش‌تر برای دوره واکنشی بلندمدت بین قیر و پلیمرهای واکنشی آشکار می‌شود(شکل 12-3).به‌طور مشابه،با افزودن    MDI-PPG اصلاح‌کننده قیر B به نظر می‌رسد که تغییرات قابل‌توجهی در درجه نفوذ و درجه حرارت نقطه نرمی بعد از فرایند 24 ساعته رخ‌داده که منجر به تشکیل بایندر قیری سخت‌تر می‌شود.به‌عنوان‌مثال بعد از افزودن 4 درصد وزنی MDI-PPG،درجه نفوذ از 200-150 تا مقدار 70-60 کاهش پیداکرده و درجه حرارت نقطه نرمی تا 64 درجه سانتی گراد افزوده می‌شود(Carrera و همکاران 2010).

شکل شماره 12-3      وابستگی به دمای پارامتر شیارشدگی G*|/sinδ| برای قیر دست‌نخورده و بایندر اصلاح‌شده با MDI-PPG-آب (از قیر C و D) بعد از یک ساعت و 24 ساعت مخلوط در دمای 90 درجه سانتی گراد.اقتباس از Carrera و همکاران 2010


برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:

فوم قیری

 

 

        

 

قیر اصلاح‌شده بر پایه پلی اورتان/اوره
5 (100%) 7 votes