بخشی از مقاله
چکیده
امروزه قیرهای اصلاح شده جایگاه مهمی در پروژههای عمرانی بدست آوردهاند. به طوری که متصدیان راهسازی با بکارگیری قیرهای اصلاح شده در آسفالت باعث افزایش قابل ملاحظه عمر راهها و در نتیجه موجب افزایش عمر بهرهبرداری از آنها شده اند. قیر بکار رفته در مخلوطهای آسفالتی درصد وزنی بسیار کمی از این مخلوط 4 - تا 6 درصد - را تشکیل میدهد، ولی اثر قابل توجهی بر کارایی آسفالت دارد.
پلیمرها به عنوان مهمترین خانواده اصلاح کننده قیر، برای بهبود عملکرد و کارایی مخلوط نهایی به قیر اضافه میشوند. در این مقاله تاثیر پلیمر SBS بر بهبود خواص قیر و خصوصیات ویژه آسفالتهای تولید شده مورد آزمایش و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
نتایج نشان داده است که اصلاح قیر با پلیمر باعث عملکرد بسیار خوب قیر در محدوده دمایی بالا و پایین، مقاومت بهتر در مقابل تغییر شکل در دمای بالا و همچنین انعطافپذیری بیشتر در دمای پایین می شود. و اگرچه که قیر درصد وزنی کمی از مخلوطهای آسفالتی را تشکیل میدهد، اما اثر بسیار زیادی بر خواص آسفالت دارد. درنتیجه استفاده از پلیمر در قیر و سپس آسفالت تاثیرات بسیار زیاد و مثبتی برخواص آنها دارد.
.1 مقدمه
قیر خالص در گذشته و حال به صورت وسیعی در بسیاری از کاربردهای راهسازی، ساختمان و صنعتی بکار بردهشده که حدود 70 درصد قیر تولیدی جهان و ایران در راهسازی استفاده میشود. به همین دلیل در دهههای گذشته پژوهشهای زیادی برای اصلاح خواص قیرها، مانند استفاده از پلیمرها انجام شده است. این ماده علی رغم درصد وزنی کم 4 - تا6درصد - در استحکام و پایداری پوشش جاده در مقابل عوامل فرسایشی نقش مهمی دارد. اصلاح کنندههای پلیمری و در نتیجه قیرها و آسفالتهای پلیمری مهمترین عضو خانواده قیرهای اصلاح شده میباشند.
در این میان پلیمر SBS یکی از پرکاربردترین پلیمرهای الاستومری است که دو خاصیت لاستیکی و ترموپلاستیکی را بهطور همزمان دارا میباشد. وجود پلیاستایرن و بوتادی ان به ترتیب در تابستان به نقطه نرمی و در زمستان به مقاومت در برابر شکنندگی قیر کمک میکند. بنابراین امکان کاربرد و فرمولاسیون این پلیمر در هر یک از مناطق آب و هوایی سرد و گرم کشور وجود دارد وعملکرد آن در هر دو شرایط بسیار رضایتبخش است.
کاربرد این پلیمر در راهسازی، علی رغم هزینه سرمایهگذاری اولیه بیشتر و اختلاف قیمت پلیمر با قیر - قیمت هر کیلوگرم پلیمر3=مارک - از توجیه اقتصادی کافی برخوردار است. چرا که افزایش قابل توجه کارایی و طول عمر جادهها با این روش، عملا در هزینههای چندین نوبت بازسازی و روکش جادههای معمولی، نیروی کار، مواد و مصالح و استهلاک ماشین آلات، صرفهجویی خواهدنمود.
بیشترین پلیمرهایی که در اصلاح خواص قیرها کاربرد دارند، معمولا اصلاح کنندههای پلیمری شامل: استرین - بوتادی ان - استرین - SBS - و پلیمرهای مشابه مانند: لاستیک استرین-بوتادی ان - SBR - ، اتیلن- وینیل استات - EVA - و پلی اتیلن - PE - هستند. افرودن پلیمر به قیرها، آثار مثبتی روی خواص و عملکرد آنها در دمای بالا و پایین، مقاومت در برابر شیارشدگی و ترکهای گرمایی دارد. پلیمرها حساسیت گرمایی قیر، بویژه در دمای بالا که قیر جاری می شود را کاهش، مقاومت مخلوطهای آسفالتی در برابر خستگی را افزایش و چسبندگی قیر را بالا میبرند.
.2 مواد و روش ها
1-2 مشخصات مصالح
در این تحقیق از قیر 60/70 پالایشگاه اصفهان به عنوان قیر پایه با مشخصات ارائه شده در جدول 1 استفاده شده و همچنین مشخصات SBS مصرفی نیز در جدول 2 آورده شده است.
جدول .1 مشخصات قیر 60/70 مصرفی
مخلوط کن Silverson مدل L4R ساخت ایتالیا با برش زیاد برای اختلاط قیر و پلیمر و دستگاه Universal Testing Machine مدل 14P ساخت شرکت ELE انگلستان برای تعیین مدول گسیختگی نمونههای آسفالتی بکار گرفته شد.
3-2 آزمایش های قیر
1-3-2 اختلاط قیر و پلیمر
تمایل به دماهای زیاد، برای کاهش گرانروی و رسیدن به اختلاطی مناسب از یک طرف و افزایش سرعت تخریب پلیمر در دماهای زیاد از طرف دیگر، محدوده دمایی اختلاط قیر و پلیمر را محدود به 180 ℃<Tmix< 200 ℃ کردهاست. برای اختلاط قیر و پلیمر از مخلوطکن با برش زیاد استفاده شد. روش اختلاط بدینترتیب بود که ابتدا قیر تا دمای 150℃ گرم شده و پلیمر SBS به مدت 10 دقیقه با دور کم - 200rpm - با قیر مخلوط شد تا اختلاط اولیه قیر و پلیمر انجام شود و شبکه اولیه تشکیل شده پلیمر در داخل قیر مانع از تغییر زیاد خواص قیر در اثر افزایش دما برای ترکیب ثانویه شود، سپس دمای قیر به 180 ℃افزایش یافت و پلیمر SBS و قیر با سرعت زیاد - 3000rpm - به مدت 30 دقیقه با هم ترکیب شدند.
2-3-2تعیین درجه نفوذ
این آزمایش طبق استاندارد ASTM-D5 و 2950 استاندارد ایران، در دمای 25℃ انجام شد. در این آزمایش ظرف کوچکی از قیر در یک حمام آب 25℃ به مدت یک ساعت قرار داده شد و میزان نفوذ یک سوزن استاندارد در قیر تحت بار استاندارد 100 گرمی به مدت 5 ثانیه بر حسب 0.1 میلیمتر اندازه گیری شد.
3-3-2 تعیین نقطه نرمی
نقطه نرمی قیر اولیه و قیرهای اصلاح شده طبق استاندارد ASTM-D36 و 2951 استاندارد ایران اندازهگیری شد. دو قرص قیری در دو حلقه برنجی قالب گیری شدند، پس از سرد شدن، قیر اضافی به وسیله یک کاردک داغ برداشته شد و سپس یک ساچمه استاندارد در مرکز هر قرص قیر قرار داده شد، سپس آزمایش با سرعت گرمایش 5 درجه در دقیقه انجام شد و دمایی که در آن قیر و ساچمه به انتهای دستگاه تماس پیدا کرد به عنوان نقطه نرمی قیر مربوط گزارش شد.
4-3-2 آزمایش افت وزنی قیر
این آزمایش طبق استاندارد ASTM-D6 انجام شد. ابتدا 50گرم از قیر ذوب شده در داخل ظرف استوانهای شکل به قطر داخلی 55 میلیمتر و عمق 35 میلیمتر ریخته می شود. بعد از سرد شدن، ظرف به مدت 5 ساعت در گرمخانه که دارای درجه حرارت ثابت 163 درجه سانتیگراد است - حرارت پخت آسفالت - و مجهز به تهویه هوا می باشد باقی میماند.نتیجه آزمایش بر حسب مقدار کاهش وزن به نسبت کل نمونه سنجیده می شود.
