بخشی از مقاله
ارزيابي نقش آهک و پليمر SBS در بهبود خصوصيات آسفالت
چکيده :
قير و فيلر مصرفي در مخلوطهاي آسفالتي علارقم درصد وزني کم آنها نسبت به سنگدانه ها، بر خصوصيات مخلوطهاي آسفالتي بسيار تاثير گذار هستند، به طوريکه قير عامل اصلي چسبندگي و همچنين فيلر در افزايش دوام و کاهش نفوذپذيري مخلوطهاي آسفالتي بسيار موثر هستند.
در اين تحقيق از آهک به عنوان فيلر جهت بهبود خصوصيات فيزيکي آسفالت و از پليمر SBS به عنوان ماده اصلاح کننده قير استفاده شده است . نتايج آزمايشهاي مختلف نشان مي دهد که پليمر SBS باعث افزايش چسبندگي قير و خصوصيات مارشال مي شود ولي آهک ، مدول برجهندگي آسفالت را بيشتر از پليمر SBS افزايش مي دهد و همچنين استفاده همزمان آهک و پليمر باعث بهبود بسيار عالي خصوصيات مخلوطهاي آسفالتي مي شود.
واژه هاي کليدي : آهک ، پليمر SBS، اصلاح کننده قير، فيلر
١-مقدمه :
فيلر به مصالحي گفته مي شود که از الک شماره ٢٠٠ عبور کند و نبايد شامل مواد رسي و آلي باشد. معمولا فيلر از شکستن مصالح سنگي تهيه مي شود که در صورتيکه مقدار آن براي تهيه آسفالت کافي نباشد، اين ماده جداگانه تهيه شده و به مصالح اضافه مي شود. فيلرهايي که به طور معمول در کارخانه هاي تهيه آسفالت استفاده مي شود شامل گرد سنگ آهکي، آهک شکفته و يا پودر ساير سنگهاي معدني است [٣-١].
عليرغم اينکه فيلر مصرفي در مخلوطهاي آسفالتي باعث افزايش مقاومت در برابر نفوذ آب ، افزايش قدرت باربري، کاهش تغيير شکل نسبي، افزايش مقاومت برشي و فشاري و... مخلوطهاي آسفالتي مي شود، مقدار زياد فيلر در بتن آسفالتي نيز باعث سفت شدن مخلوط و مشکل شدن عمل تراکم مي گردد[٢] به همين دليل برخي از آيين نامه ها محدوديتي براي نسبت فيلر به قير را تعيين کرده اند که اين مقدار برابر با ٠.٦ تا ١.٢ درصد است [٤،٥].
امروزه استفاده از پليمر جهت اصلاح خواص قيرها، داراي کاربردي رو به گسترش است [٦]. به همين دليل در دهه هاي گذشته تحقيقات زيادي جهت اصلاح قيرها (مانند استفاده از پليمر SBS جهت اصلاح خواص قيرها) انجام شده است [٧].
از جمله پليمرهايي که در اصلاح قيرها کاربرد فراوان هستند پليمرهاي گروه الاستومر مي باشند که شامل : استايرن - بوتادين - استايرن (SBS) و پليمرهاي مشابه مانند: استايرن - بوتادين - رابر(SBR)، اتيلن - وينيل - استات (EVA)و پلي اتيلن (PE) هستند[٨،٧].کوپليمر SBS يک کوپليمر سه بلوکه است که در آن بلوکهاي استايرن به وسيله يک بلوک بوتادين از يکديگر جدا شده اند. اين کوپليمرها مي تواند خطي و يا شعاعي باشد، و در قير يک شبکه الاستيک سه بعدي از فاز پلي استايرن را تشکيل ميدهد، که به وسيله فاز پلي بوتادين به يکديگر متصل شده است [١١-٩].
با توجه به تاثير مهم پليمرها در اصلاح خواص قير و در نتيجه بهبود خصوصيات آسفالت و همچنين اهميت فيلر در بهبود عملکرد مخلوطهاي آسفالتي، در اين مقاله نقش اين دو پارامتر مورد بررسي قرار گرفته است .
٢- بخش تجربي
٢-١- مواد
دراين تحقيق از قير ٦٠.٧٠ پالايشگاه اصفهان به عنوان قير پايه با مشخصات ارائه شده در جدول ١ استفاده شده و همچنين مشخصات SBS مصرفي نيز در جدول ٢ و مشخصات مصالح سنگي در جدول ٣ آورده شده است .
نمونه هاي آسفالتي مطابق استاندارد ASTM-D١٥٥٩ ساخته شد، همچنين براي ساخت نمونه هاي آسفالتي از دانه بندي پيوسته شماره ٤ نشريه ٢٣٤ سازمان برنامه و بودجه استفاده شد که در جدول ٤ مشخصات آن آورده شده است .
براي ارزيابي اثر فيلر آهک بر نمونه هاي آسفالتي، فيلرمصالح جدا شده و به جاي آن فيلر آهک استفاده شده است ، در ساخت نمونه هاي آسفالتي از ميزان حدود ٥ درصد آهک استفاده شده که دانه بندي آن در جدول شماره ٥ آورده شده است .
٢-٢- اختلاط قير و پليمر
تمايل به درجه حرارت هاي بالا، براي کاهش وسيکوزيته و رسيدن به يک اختلاط مناسب از يک طرف و افزايش سرعت تخريب پليمر در دماهاي بالا از طرف ديگر، ناحيه اختلاط را محدود نموده است [١٣]، C°٢٠٠>C>Tmix°١٨٠ جهت اختلاط قير و پليمر از ميکسر برش بالا(silver son, model LR٤) استفاده گرديد .روش اختلاط به اين صورت بود که ابتدا قير را تا دماي ١٥٠ درجه سانتيگراد گرم کرده و پليمر SBS به مدت ١٠ دقيقه با دور پايين (٢٠٠ دور در دقيقه ) با قير مخلوط شد و سپس دماي قير به ١٨٠ درجه سانتيگراد افزايش يافت و با سرعت ترکيب زياد (٣٠٠٠ دور در دقيقه ) پليمر SBS و قير به مدت ٣٠ دقيقه با هم ترکيب شد.
٢-٣- آزمايشات
به منظور بررسي اثر فيلر آهک و پليمر SBS (درصد وزني هر دو ماده ٥ درصد انتخاب شد) بر روي مخلوطهاي آسفالتي، ابتدا نمونه هاي مارشال بر اساس استاندارد ASTM D١٥٥٩ با مصالح پايه ساخته شد، که براي نمونه هاي آسفالتي با هر يک از درصد قيرهاي ٤، ٤.٥، ٥، ٥.٥ و ٦درصد سه نمونه ساخته شد و بعد از انجام آزمايشهاي مارشال ، درصد قير بهينه براي مصالح پايه ٤.٥ درصد به دست آمد، سپس نمونه هاي مارشال با ٤.٥ درصد قير و با چهار حالت مختلف ، مصالح پايه ، استفاده از فيلر آهک ، استفاده از پليمر و استفاده از فيلر و پليمر به طور همزمان تهيه و آزمايشهاي مقاومت مارشال ، رواني، عريان شدگي و مدول برجهندگي بر روي هر يک از حالتهاي ذکر شده انجام گرديد.
آزمايش عريان شدگي مصالح مطابق با استاندارد ASTM D٣٦٢٥ انجام گرديد و همچنين براي تعيين مدول برجهندگي نمونه هاي آسفالتي از يک آزمايش غيرمخرب که با دستگاه Universal Testing Machine( UTM) انجام ميگيرد، استفاده شد. نمونه هاي آسفالتي براي مدت حداقل ٢٤ ساعت در محفظه دستگاه در دماي ̊C٢٠ نگهداري شدند. با وارد کردن مشخصات نمونه ها (طول و ارتفاع ) و تنظيم دستگاه ، آزمايش انجام شد. تعداد پالس ها روي ٥، پريود پالس ها (Condition Pulse Period) برابر ٣ ثانيه ، پريود پالس آزمايش (Test Pulse Period) برابر ٢ ثانيه و عرض پالس ( Pulse Width) برابر ١٠٠ ميلي ثانيه تعيين شد. حداکثر نيروي بارگذاري برابر ١٠٠٠ نيوتن ميباشد، ضريب پواسن برابر ٠.٤ تخمين زده شد.
