عملکرد قیر اصلاح شده پلیمری در روسازی های انعطاف پذیر-بخش اول

قیر اصلاح‌شده پلیمری

قیر اصلاح‌شده با پلیمر، ترکیبی با مشخصات مدنظر را ارائه کرده که در آن خصوصیات فیزیکی قیر بدون تغییر در ماهیت شیمیایی آن تغییر می‌کند. گزارش‌شده که این نوع بایندر قیری اصلاح‌شده موجب تولید مخلوط نرم‌تر در دمای سرویس پایین شده که باعث کاهش ترک‌خوردگی‌های حرارتی می‌شود. علاوه بر این، باعث بهبود مقاومت خستگی مخلوط قیری، بهبود کلی کارایی در شرایط آب و هوایی شدید و شرایط ترافیکی سنگین، کاهش هزینه تعمیر و نگهداری و به‌تبع آن افزایش چرخه عمر آسفالت می‌شود.

قیر اصلاح‌شده پلیمری الاستیسته مخلوط را افزایش داده و همچنین موجب افزایش ویسکوزیته در دماهای پایین می‌شود (King و همکاران 1986). ویسکوزیته به کاهش انحراف کمک می‌کند درحالی‌که بازیابی الاستیک، تغییر شکل باقیمانده را کاهش می‌دهد. آزمونی برای مقاومت در برابر شیار شدگی انجام‌گرفته و مشخص‌شده که قیر اصلاح‌شده پلیمری (PMB) قادر است که 10-4 بار بیش‌تر در برابر چرخه بارگذاری قبل از ایجاد شیار در عمق‌های مشخص مقاومت کند.

Terrell و Walter در سال 1986 میلادی نشان دادند که پلیمرها پیشرفت قابل‌توجهی در خصوصیات فیزیکی مخلوط قیر-سنگدانه ارائه می‌کنند؛ بنابراین باید به‌منظور افزایش طول عمر سرویس از قیر اصلاح‌شده پلیمری با خصوصیات بهبودیافته استفاده کرد و ضخامت‌ها نیز نباید به بهانه استفاده ازاین‌گونه قیرها کاهش یابد.

Valkcring و همکاران در سال 1990 میلادی گزارش کردند که به‌کارگیری آزمون خزش دینامیک برای پیش‌بینی بهتر نرخ کرنش در مخلوط قیر اصلاح‌شده پلیمری مناسب است. عمق شیار ایجادشده تحت بارگذاری چرخ طی آزمون‌های آزمایشگاهی محاسبه‌شده است. مشخص‌شده که ارتباط رضایت بخشی بین نرخ کرنش باقیمانده و نرخ شیار شدگی وجود دارد.     

Collins و همکاران در سال 1991 میلادی گزارش کردند که انتخاب قیر مناسب برای به دست آوردن یک ترکیب با خصوصیات مطلوب، امری ضروری است. بهبود سازگاری منجر به ظهور فواید بسیاری می‌شود. علاوه بر این، ثابت‌شده که اثربخشی پلیمر اضافه‌شده ازنظر بازیابی الاستیک از حالت نرم به حالت بایندر سخت کاهش می‌یابد.

Lenobel و Nahas در سال 1994 میلادی نشان دادند که افزودن پلیمر نه‌تنها باعث افزایش محدوده دمای کاربرد بایندر آسفالت شده بلکه باعث افزایش مقاومت در برابر ترافیک نیز می‌شود. علاوه بر این، این موضوع را هم موردبحث قراردادند که مقاومت در برابر شکست حرارتی آسفالت توسط دمایی کنترل‌شده که در آن بایندر به مدول نزدیک به مدول شیشه‌ای آن می‌رسد.

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

عملکرد قیر اصلاح شده پلیمری در روسازی های انعطاف پذیر-بخش دوم

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

عملکرد قیر اصلاح شده پلیمری در روسازی های انعطاف پذیر

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش دهم

ارزیابی رفتار میکرومکانیکی

با در نظر گرفتن سیر تکاملی ریزساختارها و اثرات درجه حرارت، معادله انرژی آزاد (معادله شماره 2) به‌صورت زیر بسط داده‌شده است:

معادله شماره 9  

جایگزینی معادله شماره 9 در معادله شماره 3 منجر به تشکیل معادله حاکم خواهد شد.

سیستم شبیه‌سازی را با یک مربع به طول 0/1m  شروع می‌کنیم. شبکه اویلر برای محاسبات فاز میدان استفاده می‌شود. به‌طورکلی، 10-7 نقطه شبکه در این رابطه برای محاسبه دقیق توزیع سطح مشترک موردنیاز است. به‌هرحال اگر ما از یک شبکه یکنواخت استفاده کنیم، شبکه محاسباتی به‌طور قابل‌توجهی بزرگ خواهد بود. برای غلبه بر این مشکل ما از یک شبکه انطباقی استفاده می‌کنیم.

مشخصات فیزیکی زیر برای شبیه‌سازی بر مبنای تحقیقات پیشین مورداستفاده قرار گرفت:

چگالی: 𝛠=1010 kg/m³، نسبت پوآسون:  0/4𝜐 ، مدول یانگ: E=1/05 MP_a، ضریب انبساط حرارتی حجمی: 𝛼=6×10^-4، رسانایی حرارتی:0/75  (W/(m.K  ،  ظرفیت گرمایی: 120   (J/(K.kg.

توزیع فاز در لحظه زمانی مختلف برای خنک کردن قیر از درجه حرارت 333.15 K تا 273.15 K ، در شکل شماره 10 نشان داده‌شده است. عکس‌های فوری در 0 ثانیه، 0/2 ثانیه، 0/4 ثانیه، 0/6 ثانیه، 0/8 ثانیه و 1 ثانیه گرفته‌شده است. شکل شماره 10 نشان می‌دهد که در طول کاهش درجه حرارت، فاز اصلی مخلوط به‌تدریج به دو فاز مختلف تبدیل می‌شود. یک سطح مشترک شفاف و روشن نیز بین دو فاز وجود دارد.

شکل 10  توزیع فاز در لحظه زمانی مختلف تحت بارگذاری خنک شونده

شکل شماره 11 نشان دهنده توزیع فاز میدان متغیر در مرز پایین در t=0/5 ثانیه است. واضح است که توزیع سطح مشترک بین دو فاز (فاز I و فاز II نشان داده‌شده در شکل شماره 3) وجود دارد.

شکل 11  توزیع فاز میدان متغیر در مرز پایین در t=0/5 ثانیه

توجه داشته باشید که یک منطقه استرس فون میزس بالا در سطح مشترک وجود دارد.

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

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش یازدهم

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

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش هفتم

اثرات درجه حرارت

عامل مهم دیگری که بر سیر تکامل ریزساختارها و رفتار میکرومکانیکی قیر تأثیرگذار است، درجه حرارت می‌باشد. پس از رسیدن به دمای بحرانی، خواص قیر تغییرات چشمگیری از الاستیک به ویسکوالاستیک خواهد داشت. مدل زیر که توسط Karma و همکاران پیشنهادشده است می‌تواند برای مطالعه تأثیرات درجه حرارت (T) بر روی تکامل ریزساختارهای قیر مورداستفاده قرار گیرد.

معادله شماره 6            

دمای بحرانی را به‌عنوان T_c قرار داده و معادله را به‌صورت زیر بازنویسی می‌کنیم:

معادله شماره 7                                     

0=ϕ را به‌عنوان حالت مایع و 1=ϕ را به‌عنوان حالت‌جامد قیر تعریف می‌کنیم. خواص قیر تابعی از درجه حرارت است. برای سهولت کار، در حال حاضر در نظر می‌گیریم که درجه حرارت تنها بر تکامل ریزساختارها اثرگـذار است. موردی را در نـظر بگـیرید که در آن 1=ω و T-T_c=0، معادله به سمت تابع پتانسیل جفت نرمال فرومی‌ریزد و بدان معناست که رزین و روغن اثر یکسانی بر روی سیرتکاملی ریزساختارهای قیر دارند. درجه حرارت کمی را در نظر بگیرید که در آن T کم‌تر از T_c باشد، انرژی آزاد برای 1=ω و T-T_c=-20 K در شکل شماره 6_a نشان داده‌شده است. 0=ϕ را به‌عنوان حالت مایع قیر و 1=ϕ را به‌عنوان حالت‌جامد تعریف کنید. یکی از اطراف 0=ϕ به علت اثر درجه حرارت از بین رفته است. معنی فیزیکی آن این است که سیستم قیر در حال حاضر تنها یک حالت ناپایدار اطراف 0/5=ϕ داشته و نشان می‌دهد ک سیستم حالت‌جامد قیر را ترجیح می‌دهد. برای یک دمای بسیار بالا، موردی را در نظر بگیرید که در آن 1=ω و T-T_c=20 K باشد، انرژی آزاد آن در شکل شماره 6_a نشان داده‌شده است. به نظر می‌رسد که منحنی انرژی آزاد تنها یک حالت پایدار داشته و نشان می‌دهد که قیر تمایل رسیدن به حالت سیالیت را دارد.

شکل 6   انرژی آزاد نامنظم a) ω = 1 and T-T_C=20 K)و b) ω = 1 and T-T_C=-20 K)

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

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش هشتم

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

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش اول

مقدمه و پیشگفتار

درک اساسی رفتارهای مکانیکی در قیر شامل جدایش فازی، میکرو اصطکاک، میکرو سایش و غیره، می‌تواند به مهندسین ساخت آسفالت در جهت شناخت عملکرد مکانیکی قیر در مقیاس بزرگ کمک کند. تحقیقات زیادی در زمینه قیر و ارزیابی عملکرد مکانیکی مخلوط قیری در مقیاس بزرگ و کوچک وجود دارد. Bazlamit و همکاران، تغییرات در اصطکاک مخلوط قیری را با استفاده از آزمون‌های آزمایشگاهی موردمطالعه قراردادند. Fischer و همکاران رابطه بین ترکیب‌بندی شیمیایی و عملکرد میکرومکانیکی قیر را با استفاده از میکروسکوپ نوری اسکن میدان نزدیک (SNOM) مورد ارزیابی قراردادند. Al-Rub و همکاران مدل بهبودی ریز آسیب‌ها را ارائه کردند که با استفاده از آن می‌توان عمر خستگی مخلوط قیری را به‌طور دقیق پیش‌بینی کرد. Kanafi و همکاران سیر تکاملی میکرو و ماکرو ساختارهای آسفالت جاده و ارتباط آن‌ها با اصطکاک را موردمطالعه قراردادند. نتایج آن‌ها نشان داد که رفتارهای میکرومکانیکی قیر و مخلوط قیری ممکن است بر عملکرد ماکرومکانیکی تأثیرگذار باشد.

در همین حال، دانشمندان فهمیدند که ترکیب‌بندی شیمیایی و ریزساختارهای قیر به‌طور قابل‌توجهی بر عملکرد میکرومکانیکی ازجمله رفتارهای میکرو اصطکاک تأثیر خواهد گذاشت. قیر مخلوط پیچیده‌ای از هیدروکربن‌ها است. با توجه به پیشرفت‌ها در فناوری میکروسکوپی، مجموعه از دستگاه‌ها آزمایشگاهی شامل میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) توسعه‌یافته و این امکان را به پژوهشگران می‌دهد که ریزساختارهای قیر را در مقیاس بسیار کوچک مورد تجزیه‌وتحلیل قرار دهند. AFM قادر به ارائه مشخصات توپوگرافی از سطح بوده و دریافت تصاویر واضح از ساختارهای سطحی قیر را در اندازه چند نانومتر امکان‌پذیر می‌کند.

Leober و همکاران ریزساختارهای قیر را به‌عنوان “ساختار زنبورعسل”با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ AFM مشاهده کرده و یافتند که ساختارهای سطحی قیر با استفاده از AFM قابل‌رؤیت است. Pauli و همکاران و Jager و همکاران همان ساختارهای زنبورعسلی را مشاهده کرده و همان‌طور که Leober تائید کرده بود اعلام کردند که این‌گونه ساختارها مربوط به آسفالتن ها است که زیر میکروسکوپ AFM مشاهده می‌شود.

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

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش دوم

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

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر

ویژگی‌های قیر اصلاح‌شده توسط باکلیت-بخش چهارم

مدول برشی پیچیده (^*G)

مدول برشی پیچیده با افزایش درجه حرارت بیش از محدوده‌ای که در شکل شماره 7 نشان داده‌شده، کاهش می‌یابد. در یک دمای مخصوص، مدول برشی پیچیده (*G) با افزایش مقدار باکلیت افزایش می‌یابد. بیش‌ترین میزان مدول برشی پیچیده در حضور 2 درصد باکلیت به دست می‌آید. پس‌ازآن، مقدار مدول برشی پیچیده کاهش می‌یابد. بالاتر بودن مقدار *G نشان‌دهنده سختی بالاتر است. این گویای آن است که آسفالت قیری در حضور باکلیت ممکن است سخت‌تر شود.

شکل  7  تأثیر باکلیت بر روی مدول برشی پیچیده

زاویه فازی (δ)

شکل شماره 8 نشان می‌دهد که با افزایش درجه حرارت، زاویه فازی نیز تمایل به افزایش دارد. هم‌چنین مشاهده‌شده که با افزایش مقدار اصلاح‌کننده، به‌طورکلی زاویه فازی در محدوده دمایی کاهش می‌یابد. زاویه فازی متفاوت از کم‌ترین تا بیش‌ترین درجه حرارت نشان‌دهنده گذار از رفتار الاستیک به رفتار ویسکوز است. اثر ترکیبی زاویه فازی و مدول پیچیده ممکن است اثر واقعی را بر عملکرد آسفالت اعمال کند.

شکل  8  تأثیر باکلیت بر روی زاویه فازی

مقاومت در برابر شیار شدگی (G^*/Sinδ)

بخش الاستیک مدول برشی پیچیده برای غلبه بر معضلات شیار شدگی باید بزرگ باشد. کم‌ترین مقدار اجزاء الاستیک مدول برشی پیچیده برای وقوع شکست کوتاه‌مدت مشخص‌شده است. نتایج به‌دست‌آمده در این پژوهش حد تعیین‌شده را بزرگ‌تر یا معادل Kpa)2/2) برآورد کرد. شکل شماره 9 نشان‌دهنده تفاوت پارامتر مقاومت در برابر شیار شدگی با افزایش مقدار باکلیت در درجه حرارت‌های مختلف است. پارامتر مقاومت در برابر شیار شدگی در ابتدا افزایش‌یافته و سپس کاهش می‌یابد. مقدار بهینه پارامتر مقاومت در برابر شیار شدگی در مقدار باکلیت به میزان 2 درصد به دست می‌آید. یک تغییر شدید در مقاومت در برابر شیار شدگی هنگام افزایش درجه حرارت از 46 درجه به 52 درجه سانتی‌گراد و پس‌ازآن کاهش آهسته با افزایش دما وجود دارد؛ بنابراین، قیر با بالاترین مقدار پارامتر مقاومت در برابر شیار شدگی در دمای 46 درجه سانتی‌گراد ممکن است نسبت به قیر با همان میزان باکلیت و دمای بیش‌تر، عملکرد بهتری داشته باشد.

شکل  9  تأثیر باکلیت بر روی مقاومت در برابر شیار شدگی

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

ویژگی‌های قیر اصلاح‌شده توسط باکلیت-بخش پنجم

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

ویژگی‌های قیر اصلاح‌شده توسط باکلیت

ویژگی‌های قیر اصلاح‌شده توسط باکلیت-بخش اول

مقدمه

زباله‌های الکترونیکی شامل تمام ضایعات از وسایل الکتریکی تا الکترونیکی است که به پایان دوره طول عمر خود رسیده و یا دیگر برای کاربرد اصلی موردنظر مناسب نیستند و راهی بازیافت، بازیابی و یا دفن می‌شوند. این ضایعات شامل رایانه و تجهیزات جانبی آن مانند مانیتور، پرینتر، صفحه‌کلید، واحد پردازش مرکزی (CPU)، ماشین‌های تایپ و تلفن همراه می‌شود. تنوع زباله‌های الکترونیکی متنوع بوده و تحت طبقه‌بندی خطرناک و غیر خطرناک قرار می‌گیرند. به‌طورکلی، این‌گونه زباله‌ها دربرگیرنده فلزات آهنی و غیر آهنی، پلاستیک، شیشه و … هستند. بازیافت می‌تواند اجزایی را که قابلیت استفاده مجدد را دارند را به شکل باکلیت بازیابی کند. در سطح جهانی، سالانه حدود 20 الی 50 میلیون تن زباله الکترونیکی دفع می‌شود. تا سال میلادی 2020، زباله‌های الکترونیکی کامپیوترهای قدیمی در چین و هند نسبت به سال 2007 به ترتیب 400 درصد و 500 درصد رشد خواهد داشت. علاوه بر این، زباله‌های الکترونیکی حاصل از تلفن‌های همراه دور انداخته‌شده نیز به ترتیب در چین و هند 7 برابر و 18 برابر سطح آن در سال 2007 میلادی خواهد بود.

زباله‌های الکترونیکی پلاستیکی به‌عنوان زباله‌های خانگی تولیدشده و به مقدار بسیار زیاد یافت می‌شوند. این‌ها به‌طورکلی پلاستیک‌های گرماسختی هستند که نمی‌توانند برای ساخت فرآورده‌های جدید دوباره ذوب شوند. این‌گونه زباله‌ها اساساً یا دفن می‌شوند و یا در دستگاه‌های زباله‌سوز سوزانده می‌شوند که هردو این روش‌ها منجر به بروز معضلات زیست‌محیطی می‌شود. به‌هرحال، برخی از این مشکلات را می‌توان به‌وسیله استفاده از این زباله‌های الکترونیکی در ساخت جاده‌ها کاهش داد.

بیش‌تر بزرگراه‌ها دارای آسفالت انعطاف‌پذیر بوده و لایه بالای آن‌ها از بایندر قیری و سنگدانه تشکیل‌شده است. به‌طورمعمول، آسفالت قیری در دماهای بالا نرم‌تر شده و تحت بار ترافیکی مکرر دچار شیار شدگی می‌شوند. از سوی دیگر در دماهای پایین نیز دچار ترک‌خوردگی می‌شوند. درنتیجه این پدیده‌ها، آسفالت دچار شکست زودرس شده و هرساله مقدار زیادی پول صرف تعمیر و نگهداری از آن‌ها می‌شود.

باکلیت یک نوع پلاستیک گرماسخت است. پلیمرهای ترموپلاستیک، پلاستیک‌های ترموست، لاستیک و کوپلیمرهای بلوکی معمولاً برای اصلاح قیر و باهدف بهبود عملکرد بایندر مورداستفاده قرار می‌گیرند. همچنین گزارش‌شده که آزمون پایداری مارشال، آزمون ویسکوزیته، آزمون‌های رئولوژیکی و غیره، یک روند روبه رشد را با افزایش مقدار باکلیت و پس‌ازآن یک سیر نزولی را نشان داده است. Ahmed و همکاران نتیجه‌گیری کردند که براثر استفاده از باکلیت، مقاومت در برابر شیار شدگی برای مخلوط آسفالت داغ (HMA) کلاس A و کلاس B به ترتیب 29 درصد و 38 درصد افزایش می‌یابد.

Cubuk و همکاران تأثیر فنول فرمالدئید رزین را بر روی خواص رئولوژیکی قیر بررسی کردند. مقادیر مختلفی از فنول فرمالدئید با قیر گرید 60/70 مخلوط شده و تغییرات در ویسکوزیته قیر به‌عنوان تابعی از درجه حرارت و غلظت افزودنی تبیین شده است. تأثیرات افزودنی فنول فرمالدئید توسط روش‌های آزمون متعارف و Superpave موردبررسی قرارگرفته است. چسبندگی و پایداری مخلوط قیر-سنگدانه تهیه‌شده از قیر خالص و قیر اصلاح‌شده با استفاده از آزمون مارشال و آزمون پوسته‌پوسته شدن Nicholson با یکدیگر مقایسه شد. مشخص شد که کاهش قابل‌توجهی در شکل‌گیری شیار شدگی، تراوش قیر، پوسته‌پوسته شدن و ترک‌خوردگی در قیر ممکن است از طریق افزودن فنول فرمالدئید به آن به دست آید.

هدف از این پژوهش، انجام برنامه آزمون مقایسه‌ای بر روی بایندر و مخلوط‌های قیری حاوی قیر خالص و قیر اصلاح‌شده با باکلیت و بررسی تأثیرات خصوصیات قیر بر روی عملکرد آسفالت است.

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

ویژگی‌های قیر اصلاح‌شده توسط باکلیت-بخش دوم

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

ویژگی‌های قیر اصلاح‌شده توسط باکلیت