بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش سوم

Share

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش سوم

مواد و روش آزمایش

1-  مواد:

قیر نفوذی با گرید 80/100 تولیدشده توسط شرکت SK کره جنوبی برای این آزمون مورداستفاده قرار گرفت. هیدروکسیدهای دولایه‌ای (LDHs) مورداستفاده در آزمون، ساخت شرکت شیمیایی Ruifa واقع در ژیانگیاین چین بود. فرمول شیمیایی هیدروکسیدهای دولایه‌ای Mg6Al2(OH)16CO3]·4H2O] است. اندازه ذرات هیدروکسیدهای دولایه‌ای در جهت محور a و محور b برابر با 2 میکرومتر و اندازه این ذرات در جهت محور c برابر با 0/075 می‌باشد.

2-  آماده‌سازی قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای:

قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای با استفاده از یک مخلوط‌کن برشی بالا تهیه‌شده است. ابتدا قیر را درون مخلوط‌کن تا دمای 150 درجه سانتی گراد حرارت داده. سپس به ترتیب مقدار 3 درصد وزنی و 5 درصد وزنی هیدروکسیدهای دولایه‌ای را به آن اضافه می‌کنیم. سرانجام، مخلوط‌کن با سرعت 4000 دور در دقیقه برای مدت حدود 60 دقیقه برای حصول اطمینان از پراکنده شدن هیدروکسیدهای دولایه‌ای درون قیر، آن‌ها را باهم مخلوط کرد. هم‌چنین قیر تازه و دست‌نخورده نیز به همان روش به‌عنوان نمونه شاهد تهیه گردید.

3-   روش پیرشدگی:

ابتدا آزمون گرمخانه فیلم نازک (TFOT طبق استاندارد ASTM D1754/D1754M-09) بر روی بایندر به‌منظور شبیه‌سازی فرآیند پیرشدگی اعمال شد. سپس نمونه پیر شده در گرمخانه، تحت تابش اشعه فرابنفش جهت اعمال پیرشدگی قرار گرفت. چرخه و مدت‌زمان تابش اشعه در این فرآیند به مدت 9 روز بود.

4-   آزمون خواص فیزیکی:

خواص فیزیکی قیر شامل نقطه نرمی و نفوذپذیری (در 25 درجه سانتی گراد) به ترتیب طبق استاندارد ASTM D36 و ASTM D5 مورد آزمایش قرار گرفت. دستگاه ویسکومتر بروکفیلد (مدل +DV- II) برای اندازه‌گیری چگالی قیر طبق استاندارد ASTM D4402 به کار گرفته شد.

5-  آنالیز ترکیب‌بندی شیمیایی:

ترکیب‌بندی شیمیایی نمونه شاهد و نمونه اصلاح‌شده با 5 درصد وزنی هیدروکسیدهای دولایه‌ای طبق استاندارد ASTM D4124-2009 اندازه‌گیری شد. محاسبه مقدار ترکیب‌بندی شیمیایی قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه‌ای بر پایه مقدار واقعی قیر است که در آن افزودن LDH ها در محاسبات در نظر گرفته نمی‌شود.

6-   آنالیز طیف‌سنجی تبدیل فوریر فروسرخ (FTIR):

طیف‌سنج تبدیل فوریر فروسرخ مدل (Nexus ساخت شرکت Thermo Nicolet) برای ثبت طیف نمونه شاهد و نمونه اصلاح‌شده با 5 درصد وزنی هیدروکسیدهای دولایه‌ای قبل و بعد از پیرشدگی مورداستفاده قرار گرفت. هم‌چنین ترکیب‌بندی شیمیایی آن‌ها نیز طبق فرآیند فوق به دست آمد. تمام طیف‌ها در محدوده طول‌موج بین 400-4000 cm-1 بود. اسکن‌ها به تعداد 64 مورد و وضوح طیف به میزان 4cm-1  بود.


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش چهارم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:  

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش

بررسی عملکرد قیر اصلاح‌شده با هیدروکسیدهای دولایه ای در برابر پیرشدگی براثر اشعه فرابنفش-بخش سوم
5 (100%) 5 votes

تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر ۳۵/۵۰ و قیر اصلاح‌شده ۱۳/۴۰-بخش سوم

Share

تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر ۳۵/۵۰ و قیر اصلاح‌شده ۱۳/۴۰-بخش سوم

نتایج و مباحث

 تست نفوذپذیری

به‌خوبی مشخص‌شده است که “سختی” قیر در فشارهای پایین می‌تواند با شاخص نفوذ و نقطه نرمی قیر که رفتار آن در نمو گراف Van der Poel خلاصه‌شده، در ارتباط باشد.

پس از کارهای Van der Poel، بسیاری از دانشمندان در جهت توصیف قیر به‌عنوان یک ماده با خاصیت ویسکوالاستیک خطی، با استفاده از مدل رئولوژیکی تلاش کردند. این مدل نیازمند منحنی اصلی ساخت برای مدول ترکیب دینامیک و زاویه فازی است. زاویه فازی عبارت است از اختلاف‌فاز بین تنش و کرنش در یک تغییر شکل نوسانی و معیاری از ویژگی‌های ویسکوالاستیک مواد است. اگر زاویه فازی معادل 90 درجه باشد، درنتیجه بایندر را می‌توان یک بایندر صرفاً ویسکوز در نظر گرفت و بالعکس زاویه فازی 0 درجه نشان‌دهنده یک جامد الاستیک ایدئال است.

توانایی بایندر قیری در ذخیره انرژی تغییر شکل در دمای بالا و از دست دادن انرژی تغییر شکل از تغییر جریان در دماهای پایین به ترتیب قابلیت ارتجاعی و انعطاف‌پذیری نامیده می‌شود. در ساخت این منحنی‌های رسمی، اصل انطباق دما زمان (TTSP) و یا روش کاهش متغیرها به کار گرفته‌شده است. TTSP توسط Lesueur این‌گونه توصیف‌شده که اثر افزایش زمان بارگذاری (یا کاهش فرکانس) بر روی خصوصیات مکانیکی یک ماده معادل افزایش درجه حرارت است. این نشان می‌دهد که تابع آرامش با یک تغییر درجه حرارت و یا رفتار مواد، فقط به سمت بالا و پایین منتقل می‌شود که به آن رئولوژیک حرارتی ساده می‌گویند.

به‌هرحال، این روش‌ها فقط برای فشارهای به‌طور نسبی کوچک (بالای 0/1) و تنش‌ها در رفتارها با محدوده ویسکوالاستیک خطی کاربرد دارد. درحالی‌که فیلم نازک بایندر قیری بین ذرات و دانه‌ها در معرض تنش‌ها و کرنش‌های بزرگ قرار دارند. هم چنین در آزمون مکانیکی دینامیک (آزمون‌های رئولوژیکی)، حساسیت دمایی بایندر ممکن است به‌وسیله اندازه‌گیری پارامترهای مختلف ویسکوز و الاستیک (مانند مدول ذخیره‌سازی و اتلاف) ویسکوزیته (دینامیک و ترکیب) در درجه حرارت‌ها و فرکانس‌های مختلف ارزیابی شود.

ما در پژوهش خود، از روش به‌خوبی شناخته‌شده تست نفوذپذیری (تست مکانیکی استاتیک) با اضافه کردن بارهای متغیر به‌منظور گسترش دامنه تنش و کرنش استفاده کردیم. این روش می‌تواند اطلاعات تکمیلی بهتری را نسبت به روش رئولوژیکی ارائه دهد.

در مطالعه اخیر، ما قیر را به‌عنوان یک ماده ویسکوالاستیک ناهمگون در نظر گرفتیم که در معرض بارهای مختلف (100، 150، 200، 250، 300 و 350 گرم) و درجه حرارت‌های مختلف (5، 10، 15، 20، 25، 30، 35 و 40 درجه سانتی گراد) قرارگرفته است. تمرکز اصلی بر جستجوی قابلیت‌ها از طریق استفاده از آزمون نفوذپذیری، تعیین حساسیت دمایی A که به‌صورت تغییر در پارامتر ثبات به‌عنوان تابعی از درجه حرارت در مقابل تغییرات بار تعریف می‌شود، است. این روش به ما اجازه می‌دهد که ارزیابی مناسبی از حساسیت دمایی داشته باشیم، زیرا این روش رفتار مکانیکی استاتیک را برای تغییرات بارگذاری و درجه حرارت‌های مختلف (کم‌تر از درجه حرارت نقطه نرمی) به کار می‌گیرد.

شکل شماره 2 پاسخ نفوذ قیر دست‌نخورده 35/50 و قیر اصلاح‌شده 13/40 را در مقابل بار اعمالی و درجه حرارت برای مدت‌زمان نفوذ 5 ثانیه نشان می‌دهد. طرح Log به ما اجازه می‌دهد که توابع اتصالی مناسبی را برای نشان دادن پاسخ قیر به‌عنوان تابعی از درجه حرارت، به‌کارگیریم.

 فرمول 1       تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر

که در آن P، عمق نفوذ همراه با بار اعمالی، A حساسیت دمایی و C یک مقدار ثابت است. در پژوهش ما، انتظار می‌رود که هر دو پارامتر اتصالی (A و C) وابسته به بار اعمالی باشند؛ بنابراین این دو را می‌توان به‌عنوان تابعی از بار اعمالی بیان کرد.

به نظر می‌رسد که پارامتر اتصالات به‌سادگی در ارتباط با بار اعمالی با استفاده از تابع خطی ساده باشد که این موضوع در شکل شماره 3 نشان داده‌شده است. این برای قیر 35/50 مؤثرتر است درحالی‌که برای قیر 13/40 به نظر نمی‌رسد که تقریب خطی در بارگذاری‌های کوچک همان‌طور که در شکل شماره 3 نشان داده‌شده مناسب باشد. حساسیت دمایی A با درجه حرارت رابطه معکوس داشته درحالی‌که C با افزایش درجه حرارت افزایش می‌یابد.

تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیرشکل 2    نمودار نفوذپذیری در مقابل بار اعمالی و درجه حرارت برای مدت‌زمان نفوذ 5 ثانیه. (a) قیر دست‌نخورده 35/50 و (b) قیر اصلاح‌شده 13/40

تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر

شکل 3    پارامتر اتصالات که رابطه بین نفوذپذیری، درجه حرارت و بار اعمالی را برای مواد مطالعه شده توصیف می‌کند

بکار گیری پارامتر اتصالات برای هردو ماده موردمطالعه، تابع دقیق زیر را برای قیر 35/50 :

فرمول 2        تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر

و تابع زیر را برای قیر اصلاح‌شده 13/40 ارائه می‌کند:

فرمول 3       تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر

که در آن F بار اعمالی است.

کم‌ترین حساسیت دمایی A در بیش‌ترین وزن بار به همراه تغییرات اندک حساسیت دمایی به ترتیب برای قیر دست‌نخورده 35/50 و قیر اصلاح‌شده 13/40 از 0/0460 (برای 100 گرم) تا 0/0406 (برای 350 گرم) و از 0/0409(برای 100 گرم) تا 0/0332 (برای 350 گرم) بار اعمالی مشاهده‌شده است. هم‌چنین اشاره‌شده که حساسیت دمایی A برای قیر اصلاح‌شده 13/40 دربار 100 گرم، اغلب معادل مقدار A برای قیر دست‌نخورده  35/50 در 350 گرم بار اعمالی است. کاهش مقدار حساسیت دمایی در قیر اصلاح‌شده 13/40 در مقایسه با قیر دست‌نخورده 35/50 می‌تواند ناشی از اصلاحات پلیمری باشد. نتایج مشابهی نیز توسط Sengoz و همکاران ارائه‌شده است که کاهش در حساسیت دمایی را به مقاومت پلیمر اصلاح‌کننده مخلوط آسفالت EBA (اتیلن بوتیل اکریلات) در برابر ترک‌خوردگی در مقایسه با مخلوط SEBS (استایرن-اتیلن بوتیلن-استایرن) و EVA (اتیلن ونیل استات) با تغییرات حرارتی نسبت داده‌شده است. AL- Hadidy و Tan با استفاده از نشاسته (ST) و SBS (استایرن-بوتادین-استایرن) به‌عنوان افزودنی در (SMA) مخلوط آسفالت ماتریکس سنگی (5 درصد وزنی ST و SBS را با قیر 70/100 ترکیب کردند) و نشان دادند که حساسیت دمایی با افزودن ST و SBS به مخلوط آسفالت کاهش می‌یابد.

در اغلب تست‌های استاندارد در 100 گرم بارگذاری و مدت‌زمان 5 ثانیه، مقدار A بین 0/015 و 0/06 متغیر است که تنوع قابل‌توجهی در حساسیت دمایی قیر از منابع مختلف را نشان می‌دهد.

شاخص نفوذ Pi با استفاده از فرمول زیر محاسبه می شود:

 فرمول 4               تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر

جدول شماره 3 خلاصه‌ای از شاخص نفوذ Pi را به‌عنوان تابعی از بار اعمالی برای قیر دست نخورده 35/50 و قیر اصلاح‌شده 13/40 ارائه می‌کند.

تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر

جدول 3    شاخص نفوذ Pi به‌عنوان تابعی از بار اعمالی برای قیر 35/50 و قیر اصلاح‌شده 13/40

ما مشاهده کردیم که محدوده Pi برای قیر دست‌نخورده 35/50 و قیر اصلاح‌شده 13/40 به ترتیب بین (1/0- و 0/1-) و (1/0- و 1/3) است. برای قیر دست‌نخورده 35/50 بیش‌ترین مقدارشاخص نفوذ  (0/1-) مربوط به بیش‌ترین بار اعمالی (350 گرم) بود درحالی‌که کم‌ترین مقدارشاخص نفوذ  (0/907-)برای بار اعمالی 100 گرم به دست آمد. برای قیر اصلاح‌شده 13/40، بیش‌ترین مقدار شاخص نفوذ (1/272) مربوط به بیش‌ترین بار اعمالی (350 گرم) و کم‌ترین مقدار شاخص نفوذ (0/144-) برای کم‌ترین مقدار بار اعمالی (100 گرم) به دست آمد. به‌طورکلی، برای بار اعمالی به مقدار 100 گرم، Pi یک شاخص تبعیض‌آمیز برای طبقه‌بندی رفتار رئولوژیکی قیر است. به‌طور مثال، مقدار Pi قیر دمیده بزرگ‌تر از 1+ و مقدار Pi قیرStright-run،بین مثبت 1 و منفی 1است. فقط مواد بسیار حساس مانند قیر زغالی، Pi کم‌تر از 1- دارند. مقدار Pi بزرگ‌تر از 2+ نشان‌دهنده قیر ژله‌ای است درحالی‌که Pi کم‌تر از 0 معمولاً از نوع Sol است.

حدادی و همکاران شاخص نفوذ قیر اصلاح‌شده کو پلیمری را برای درجه حرارت‌های مختلف و بار اعمالی 100 گرم اندازه‌گیری کرده و نتایج را با قیر اصلاح‌شده 80/100 مقایسه کرده است. آن‌ها شاخص نفوذ 0/625- را برای قیر اصلاح‌نشده گزارش کردند. در مطالعه آن‌ها، افزودن کوپلیمر (اتیلن ونیل استات) منجر به افزایش هردو شاخص نفوذپذیری و سختی قیر شده است که به‌تبع آن باعث بهبود حساسیت دمایی بایندر می‌شود.


برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر ۳۵/۵۰ و قیر اصلاح‌شده ۱۳/۴۰-بخش چهارم


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر ۳۵/۵۰ و قیر اصلاح‌شده ۱۳/۴۰

تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر ۳۵/۵۰ و قیر اصلاح‌شده ۱۳/۴۰-بخش سوم
5 (100%) 8 votes

مواد و روش آزمون در ارزیابی عملکرد قیر اصلاح شده با نانو سیلیکا و ساسوبیت

Share

مواد و روش آزمون در ارزیابی عملکرد قیر اصلاح شده با نانو سیلیکا و ساسوبیت

 

مواد

1-   نانو سیلیکا

نانو سیلیکا با مشخصات ارائه‌شده در جدول شماره 1 و 2 برای این مطالعه مورداستفاده قرارگرفته است. همان‌طور که در جدول شماره 2 مشاهده می‌کنید، مساحت سطح نانو سیلیکا برای تأثیرگذاری بر خواص بایندر بسیار بزرگ و مطلوب است.

مواد و روش آزمون در ارزیابی عملکرد قیر اصلاح شده با نانو سیلیکا و ساسوبیت

جدول 1   آنالیز نانو سیلیکا

مواد و روش آزمون در ارزیابی عملکرد قیر اصلاح شده با نانو سیلیکا و ساسوبیت

جدول 2   خواص نانو ذرات اکسید سیلیکون

2-   قیر و Sasobit

رایج‌ترین قیر موجود با گرید 60/70 تولیدشده در پالایشگاه‌های ایران به‌عنوان قیر پایه در این مطالعه مورداستفاده قرار گرفت. مشخصات و ویژگی‌های قیر پایه در جدول شماره 3 ارائه‌شده است.

ساسوبیت یک موم مصنوعی است که از هیدروکربن‌ها با زنجیره بلند تشکیل‌شده است. این ماده توسط پلیمریزاسیون طی فرآیند Fisher-Tropsch به دست می‌آید. ساسوبیت مورداستفاده در این پژوهش از شرکت Sasol wax آفریقای جنوبی تهیه‌شده است.

مواد و روش آزمون در ارزیابی عملکرد قیر اصلاح شده با نانو سیلیکا و ساسوبیت

جدول 3   ویژگی‌های قیر استفاده‌شده در این پژوهش

روش آزمون

در این پژوهش، از روش ذوب داغ برای اختلاط قیر پایه با اصلاح‌کننده‌ها، ساسوبیت و نانو سیلیکا استفاده‌شده است. در روش ذوب داغ، اصلاح‌کننده‌های قیر که شامل ساسوبیت و نانو سیلیکا هستند به ترتیب در درجه حرارت معادل 160 درجه سانتی گراد و 180 درجه سانتی گراد به قیر دست‌نخورده اضافه می‌شوند. میزان ساسوبیت مورداستفاده برای تمام نمونه‌ها به مقدار 2 درصد وزنی بود، درحالی‌که مقدار نانو سیلیکا استفاده‌شده از 2 تا 6 درصد وزنی (از مقدار کل وزن بایندر) متفاوت بود. از دستگاه همگن‌ساز Silverson با نرخ برشی 3000 دور در دقیقه و زمان اختلاط حدود 30 دقیقه برای آماده‌سازی قیر اصلاح‌شده استفاده گردید. خصوصیات فیزیکی بایندر اصلاح‌شده در جدول شماره 4 ارائه‌شده است.

مواد و روش آزمون در ارزیابی عملکرد قیر اصلاح شده با نانو سیلیکا و ساسوبیت

جدول 4   خصوصیات فیزیکی قیر اصلاح‌شده

در جدول شماره 5، مدل ترکیب استاندارد مخلوط آسفالت گرم استفاده‌شده برای آماده‌سازی آسفالت ارائه‌شده است.

ویژگی‌های ذرات و دانه‌های بکار رفته نیز در جدول شماره 6 به تصویر کشیده شده است. از ذرات گرم شده با دمای 135 درجه سانتی گراد برای تولید آسفالت حاوی نانو سیلیکا اصلاح‌کننده قیر استفاده‌شده است.

مواد و روش آزمون در ارزیابی عملکرد قیر اصلاح شده با نانو سیلیکا و ساسوبیت

جدول 5   مدل اختلاط مخلوط آسفالت (عبور کرده از غربال برحسب درصد)

مواد و روش آزمون در ارزیابی عملکرد قیر اصلاح شده با نانو سیلیکا و ساسوبیت

جدول 6   خواص ذرات و دانه های بکار رفته

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

نتایج و مباحث ارزیابی عملکرد قیر اصلاح شده با نانو سیلیکا و ساسوبیت-بخش اول


برای مشاهده اولین مطلب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید:

ارزیابی عملکرد قیر اصلاح‌شده با نانو سیلیکا

مواد و روش آزمون در ارزیابی عملکرد قیر اصلاح شده با نانو سیلیکا و ساسوبیت
5 (100%) 6 votes

نتایج و مباحث بهینه سازی حساسیت دمایی قیر توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش Taguchi

Share

نتایج و مباحث بهینه سازی حساسیت دمایی قیر توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش Taguchi

تأثیرات عوامل بر روی S/N

شکل شماره 1 نشان‌دهنده اثر دمای اختلاط، زمان اختلاط، مقدار خرده تایرهای لاستیک و سرعت اختلاط بر روی شاخص نفوذ PI است. همان‌طور که مشاهده می‌شود مقدار بیشینه PI در دمای اختلاط 150 درجه سانتی گراد به دست می‌آید. درنتیجه افزایش زمان اختلاط و مقدار خرده تایرهای لاستیکی، PI نیز افزوده می‌شود. شاخص نفوذ PI با سرعت اختلاط رابطه معکوس داشته و با افزایش سرعت اختلاط، PI کاهش می‌یابد. همان‌طور که در شکل شماره 1 دیده نی شود، شرایط بهینه اختلاط در دمای اختلاط 150 درجه سانتی گراد، مدت‌زمان اختلاط 120 دقیقه، مقدار خرده تایر لاستیکی به میزان 10 درصد وزنی قیر و سرعت اختلاط 250 دور در دقیقه به دست می‌آید.

نتایج و مباحث بهینه سازی حساسیت دمایی قیر توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش Taguchi

شکل 1   میانگین اثر عوامل

ارزیابی آماری نتایج آزمون

ANOVA یک آنالیز آماری مهم و ابزار تشخیص است که به ما برای کاهش خطای واریانس کمک می‌کند. ستون تحت %P ایده‌ای را در مورد درجه مشارکت عوامل بر روی پاسخ‌های اندازه‌گیری شده می‌دهد. اگر %P بالا بود، سهم عوامل در پاسخ‌های خاص بیش‌تر است. بدین ترتیب، درصورتی‌که %P کم بود، سهم عوامل در پاسخ‌های خاص کم‌تر است. (Srinivasan و همکاران 2003).

نتایج ANOVA قبل از ادغام همان‌طور که در جدول شماره 5 نشان داده‌شده بیان می‌کند که ،مقدار خرده تایرهای لاستیکی و سرعت اختلاط نقش قابل‌ملاحظه‌ای بر روی PI بازی می‌کند. به‌هرحال به دلیل آنکه اثر زمان و سرعت اختلاط قابل‌اغماض است آن‌ها را در جدول شماره 6 ادغام کردیم. سهم پارامترها بر PI  بیشینه در جدول شماره 6 ارائه‌شده است. مقادیر پارامترهای ارائه‌شده در جدول شماره 7 شرایط بهینه‌ای است که در آن PI بیشینه به دست می‌آید. مقادیر عددی نقاط ماکزیمم در هر نمودار، بهترین مقدار از پارامتر مخصوص است. مقدار ماکزیمم برای هر پارامتر در جدول شماره 7 ارائه‌شده است. علاوه بر این درصورتی‌که نقشه آزمون ارائه‌شده در جدول شماره 4 به‌خوبی مطالعه شود، مشاهده می‌شود که آزمایش مربوط به شرایط بهینه (A:1 B:3 C:3 D:1) در طول کار آزمایشگاهی انجام نمی‌پذیرد. در این آزمون تست تائید، موردنیاز بوده و مرحله مهمی درروش تاگوچی است؛ بنابراین باید در نظر داشت که مقدار 11/2 S/N که در جدول شماره 7 ارائه‌شده یک نتیجه پیش‌بینی‌شده با استفاده از فرمول 2 است. برای تست نتیجه پیش‌بینی‌شده، آزمایش تائیدیه به تعداد دو بار در شرایط کاری بهینه انجام‌گرفته است. از میانگین نتایج آزمون تائیدیه، مقدار S/N به میزان 11/4 به‌دست‌آمده است. همان‌طور که دیده می‌شود نتیجه آزمون تائیدیه به‌دست‌آمده بسیار نزدیک به PI پیش‌بینی‌شده است.

                       نتایج و مباحث بهینه سازی حساسیت دمایی قیر توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش Taguchi

بنابراین می‌توان گفت که اثرات تعاملی عوامل بر روی PI بایندر بسیار ناچیز بوده و همچنین ثابت‌شده که روش تاگوچی را می‌توان با موفقیت در آزمون  PI با تعداد بسیار محدود آزمایش و در مدت‌زمان کوتاه به کار گرفت.

نتایج و مباحث بهینه سازی حساسیت دمایی قیر توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش Taguchi

جدول 5   نتایج ANOVA قبل از ادغام

نتایج و مباحث بهینه سازی حساسیت دمایی قیر توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش Taguchi

جدول 6   نتایج ANOVA بعد از ادغام

نتایج و مباحث بهینه سازی حساسیت دمایی قیر توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش Taguchi

جدول 7   آمار عملکرد در شرایط بهینه

نتیجه‌گیری

نتایج زیر را می‌توان از این مطالعه استنباط کرد:

  • طبق جدول ANOVA، مهم‌ترین پارامتر مؤثر بر روی حساسیت دمایی، مقدار خرده تایرهای لاستیکی استفاده‌شده است.

  • شرایط بهینه که باعث به حداکثر رسیدن شاخص نفوذ PI می‌شود شامل: دمای اختلاط 150 درجه سانتی گراد، مدت‌زمان اختلاط 120 دقیقه، خرده تایرهای لاستیکی به میزان 10 درصد از وزن کل قیر و سرعت اختلاط 250 دور در دقیقه است.

  • در شرایط بهینه در حدود 85 درصد بهبود در حساسیت دمایی بایندر حاصل می‌شود.

  • مشاهده‌شده که نتایج آزمون تائیدیه در مواردی با نتایج پیش‌بینی‌شده توسط روش تاگوچی مشابهت دارد. این امر دلیلی بر مؤثر بودن روش تاگوچی است و نشان می‌دهد که استفاده از آن مقرون‌به‌صرفه است.

  • روش تاگوچی را می‌توان در مطالعات تجربی مشابه به‌عنوان جایگزین روش‌های طراحی آزمایش مرسوم و گران‌قیمت به کار گرفت.

نتایج و مباحث بهینه سازی حساسیت دمایی قیر توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش Taguchi
5 (100%) 7 votes

بهینه‌سازی حساسیت دمایی قیر اصلاح‌شده توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش TAGUCHI-بخش دوم

Share

بهینه‌سازی حساسیت دمایی قیر اصلاح‌شده توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش TAGUCHI-بخش دوم

مقدمه

به‌طور رضایت بخشی میل به استفاده از مواد قیری در آسفالت بزرگراه‌ها و باند فرودگاه‌ها وجود دارد. به‌هرحال در سال‌های اخیر، افزایش سطح ترافیک، ساخت و حضور کشنده‌های بزرگ‌تر و سنگین‌تر باعث افزایش فشار تایرها بر روی آسفالت شده است. به این دلایل نیاز به بهبود خواص مواد قیری موجود، احساس شده است. اصلاح‌کننده‌های قیر راه‌حلی برای غلبه بر کمبودهای ذاتی قیر و درنتیجه بهبود عملکرد مخلوط قیر ارائه می‌کنند (Brule و همکاران 1988، Brown و همکاران 1990،Isacsson & Lu 1995).

بهترین و شناخته‌شده‌ترین شکل اصلاح‌کننده‌ها، پلیمرهای اصلاح‌کننده است که به‌طور سنتی برای بهبود حساسیت دمایی قیر با عملکرد افزایش سفتی قیر در دمای سرویس بالا و کاهش سفتی آن در دمای سرویس پایین استفاده می‌شود (Brule و همکاران 1991، Collins و همکاران 1991،  King و همکاران 1993)

تایرها یکی از پلیمرهای مورداستفاده در مخلوط آسفالت گرم (HMA) است. مقدار زیادی از تایرهای لاستیکی مستعمل در HMA مورداستفاده قرار می‌گیرد. در سال‌های اخیر، استفاده از تایرهای لاستیکی ضایعاتی در مخلوط‌های قیری به دلیل دسترسی زیاد به تایرهای لاستیکی استفاده‌شده و رهایی از مشکلات زیست‌محیطی حاصل از آن‌ها، افزایش‌یافته است. علاوه بر این کاربری‌ها، مطالعات زیادی بر روی مخـلوط‌های قیــری اصـلاح‌شـده با تایرهــای لاسـتیـکـی انجــام‌گرفـته اســت (Soon-Jae و هــمـکاران 2008، Cheuk & Wing 2007، Celik & Atis 2007).

به‌طورکلی دو فرآیند به نام‌های فرآیند خشک و فرآیند مرطوب در اصلاح قیر به‌وسیله خرده تایرهای لاستیکی وجود دارد. درروش خشک، خرده تایرها با مخلوط قیری به‌عنوان جایگزین برخی از ذرات و دانه‌های معدنی در مخلوط ترکیب‌شده و درروش مرطوب، خرده تایرها جهت اصلاح خواص فیزیکی و شیمیایی قیر اضافه می‌شوند. هنگامی‌که خرده تایرهای لاستیکی با استفاده از روش مرطوب به قیر اضافه می‌شود، حساسیت دمایی قیر بهبود می‌یابد. درروش مرطوب، مقدار تایرهای لاستیکی، دمای اختلاط، زمان و سرعت اختلاط از عوامل مؤثر در تعیین حساسیت دمایی بایندر حاصله هستند (Freddy و همکاران 1991، Pfeiffer 1950).

Pfeiffer و Van Doormaal در سال 1936 میلادی بیان کردند که حساسیت دمایی توسط شاخص نفوذ PI تعیین می‌شود. PI توسط نقطه نرمی (آزمون گلوله و حلقه) و نفوذپذیری در 77 درجه فارنهایت و با فرض اینکه نفوذپذیری قیر در این نقطه نرمی 800 باشد، تبیین می‌گردد. مقادیر PI محدوده‌ای از حدود 3- برای قیرها با حساسیت دمایی بالا و تا حدود 7+ برای قیرهای دمیده با حساسیت دمایی پایین دارد. فواید استفاده از تایرهای لاستیکی مستعمل در قیر شامل کاهش تعداد تایرهای ضایعاتی، افزایش انعطاف‌پذیری آسفالت هنگام قرارگیری تحت بارهای سنگین که منجر به کاهش مشکل ترک‌خوردگی و بهبود دوام آسفالت می‌شود و افزایش مقاومت آسفالت در برابر شکست حرارتی در آب‌وهوای سرد و شیار شدگی در آب‌وهوای گرم است.

هضم ذرات تایر در قیر مذاب بر عملکرد مخلوط قیر مؤثر است. دمای اختلاط، زمان اختلاط و مقدار تایر لاستیکی، تأثیر فراوانی بر خواص هضم تایر در قیر مذاب دارد. هدف از مطالعه اخیر یافتن شرایط بهینه برای به دست آوردن حساسیت دمایی بیشینه در قیر اصلاح‌شده با تایر لاستیکی است. مطالعات آزمایشگاهی طوری طراحی‌شده بود که شرایط کاری مطلوب که از عوامل مؤثر بر حساسیت دمایی است، با استفاده از روش تاگوچی به دست آید. یکی از فواید روش تاگوچی نسبت به روش‌های معمول طراحی آزمایش، علاوه بر نگه‌داشتن هزینه‌های آزمایش در سطح پایین، کاهش تنوع در اطراف هدف می‌باشد. از دیگر فواید آن این است که شرایط کاری بهینه تبیین شده در کار آزمایشگاهی را می‌توان اغلب در محیط تولید واقعی اعمال کرد (Bilen و همکاران 2001).

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

مواد و روش های مورد استفاده در بهینه‌سازی حساسیت دمایی قیر اصلاح‌شده توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش TAGUCHI

بهینه‌سازی حساسیت دمایی قیر اصلاح‌شده توسط تایرهای لاستیکی ضایعاتی با استفاده از روش TAGUCHI-بخش دوم
5 (100%) 8 votes

مباحث و نتایج پیرامون اصلاح خصوصیات قیر با نانو سیلیکا

Share

مباحث و نتایج پیرامون اصلاح خصوصیات قیر با نانو سیلیکا

خزش برشی

نتایج آزمون خزش برای دمای 50 درجه سانتی گراد در شکل شماره 10 نشان داده‌شده است. در هر چرخه بارگذاری، زمان بارگذاری و بازیابی به ترتیب معادل 1 ثانیه و 9 ثانیه بوده و این چرخه برای 20 نوبت تکرار شده است (10 چرخه با بارگذاری 100pa و 10 چرخه با بارگذاری 3200pa). کرنش الاستیک آنی آسفالت در طول مراحل بارگذاری گسترش‌یافته و کرنش ویسکوالاستیک آسفالت به‌عنوان کرنش خزشی انباشته‌شده در زمان تخلیه محاسبه‌شده است. کرنش الاستیک آنی آسفالت بعد از تخلیه بار محوشده و کرنش الاستیک تأخیری به‌تدریج بازیابی می‌شود (Wang 2011). کرنش ویسکوالاستیک غیرقابل‌بازیابی یک کرنش دائمی است (Wang و همکاران 2011). تجزیه‌وتحلیل داده‌ها نشان می‌دهد که افزایش مقدار نانو سیلیکا و پیری در RTFO، اثر قابل‌توجهی در کاهش سطح کرنش دائمی دارد. همان‌طور که در شکل شماره 10 نشان داده‌شده است، روند در میان چرخه‌های مختلف ثابت است. به‌هرحال، مجموع سطح فشار دائمی با افزایش تعداد چرخه‌ها، افزایش می‌یابد.

مباحث و نتایج پیرامون اصلاح خصوصیات قیر با نانو سیلیکا-نتایج آزمون خزش برای نمونه اصلاح‌نشده و اصلاح‌شده در دمای 50 درجه سانتی گراد. (A) بایندر آسفالت اصلاح‌شده و دست‌نخورده پیر نشده. (B) بایندر آسفالت اصلاح‌شده و دست‌نخورده پیر شده

شکل 10    نتایج آزمون خزش برای نمونه اصلاح‌نشده و اصلاح‌شده در دمای 50 درجه سانتی گراد. (A) بایندر آسفالت اصلاح‌شده و دست‌نخورده پیر نشده. (B) بایندر آسفالت اصلاح‌شده و دست‌نخورده پیر شده

طیف‌سنجی تبدیل فوریر مادون‌قرمز (FTIR)

نتایج FTIR نشان می‌دهد که نانو سیلیکا می‌تواند مقاومت در برابر پیری قیر را با کاهش سطح کربوکسیلیک اسیدها و سولفوکسیدها در نمونه اصلاح‌شده با نانو سیلیکا در مقایسه با نمونه اصلاح‌نشده بهبود می‌بخشد. اگرچه کربوکسیلیک اسیدها به‌طور طبیعی در آسفالت حضور دارند، ولی غلظت آن‌ها به‌طور چشمگیری در طول فرآیند پیرشدگی اکسیداتیو (شکل شماره 11) افزایش می‌یابد.

برای تعیین کمیت تأثیرگذاری بیش‌تر نانو سیلیکا بر کاهش پیرشدگی اکسیداتیو آسفالت، شاخص کربونیل برای هر دو نمونه اصلاح‌شده با نانو سیلیکا و اصلاح‌نشده قبل و بعد از پیرشدگی RTFO محاسبه‌شده است. همان‌طور که در جدول شماره 3 ملاحظه می‌کنید، شاخص کربونیل بایندر اصلاح‌شده با نانو سیلیکا با افزایش درصد نانو سیلیکا، کاهش می‌یابد؛ بنابراین، نانو سیلیکا می‌تواند عامل امیدوارکننده‌ای برای ایجاد تأخیر درروند پیرشدگی اکسیداتیو بایندر آسفالت باشد.

مباحث و نتایج پیرامون اصلاح خصوصیات قیر با نانو سیلیکا-آنالیز طیفی FTIR بایندر آسفالت اصلاح‌شده و دست‌نخورده. (A) بایندر آسفالت پیر نشده و (B) بایندر آسفالت پیر شده

شکل 11    آنالیز طیفی FTIR بایندر آسفالت اصلاح‌شده و دست‌نخورده. (A) بایندر آسفالت پیر نشده و (B) بایندر آسفالت پیر شده

مباحث و نتایج پیرامون اصلاح خصوصیات قیر با نانو سیلیکا-شاخص کربونیل قیر اصلاح‌شده پیر نشده و پیر شده

جدول 3    شاخص کربونیل قیر اصلاح‌شده پیر نشده و پیر شده

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

نتیجه‌گیری از مبحث بهبود خصوصیات قیر با استفاده از نانو سیلیکا

مباحث و نتایج پیرامون اصلاح خصوصیات قیر با نانو سیلیکا
5 (100%) 8 votes