بخشی از مقاله
چکیده
در این پروژه تحقیقاتی، اثر لاتکس X-SBR و نانورس بر خواص رئولوژی قیر امولسیون بررسی و سه نمونه قیر امولسیون کاتیونی دیرشکن در آسیاب کلوییدی تهیه شده است. در نمونه اول، لاتکس X-SBR به فاز آبی - محلول امولسیونساز - اضافه و قیر امولسیون تهیه شده است. در نمونه دوم، ابتدا قیر اصلاح شده با نانورس تهیه و سپس قیر امولسیون تولید شده است. در نمونه سوم، قیر امولسیون کاتیونی دیرشکن با فاز آبی حاوی لاتکس و قیر اصلاحشده با نانورس تهیه و آزمایشهای رئولوژی 1DSR و 2MSCR بر روی قیر باقیماندهی این سه نمونه انجام شده است.
-1 مقدمه
قیر امولسیون از سه جزء اصلی قیر، آب و ماده امولسیونساز تشکیل شده است؛ ماده امولسیون ساز، قیر را به صورت ذرات کوچک در فاز آبی - حاوی آب، امولسیونساز و اسید - پراکنده و پایدار نگه میدارد. مزایایی از جمله قابلیت استفاده بدون نیاز به گرمادهی و عدم آلودگی محیطزیست باعث شده، تا قیر امولسیون مورد توجه زیادی قرار بگیرد. اواسط سال 1980 میلادی، همراه با پیشرفت قیرهای اصلاحشده با پلیمر، قیرهای امولسیون اصلاحشده نیز تولید شدند؛ که باقیماندهی این قیرهای امولسیون، خواص بهتری در مقایسه با قیرهای امولسیون اصلاح نشده دارند.
پلیمرها اصلاحکنندههای مناسبی برای بهبود خواص قیر هستند؛ زیرا پلیمرها خواص قیر از جمله استحکام 5، چسبندگی و حساسیت دمایی را بهبود می بخشند و قیرهای اصلاحشده با پلیمر نقطه نرمی، ویسکوزیته و کششپذیری6 بالاتری نسبت به قیرهای اصلاحنشده دارند 3]و.[4 اصلاحکنندههای پلیمری دو دسته هستند: - 1 - اصلاحکنندههای الاستومری7 مانند 8SBR، 9SBS و 10NR و - 2 - اصلاحکنندههای پلاستومری11 مانند پلیپروپیلن12 و پلیاتیلن .[5] 13 SBR یکی از مهمترین پلیمرهای اصلاح کننده است، که در این تحقیق از SBR کربوکسیله - X-SBR - به شکل لاتکس برای بهبود خواص قیر امولسیون استفاده شده است.
در دهه اخیر، نانوتکنولوژی برای بهبود عملکرد و دوام مواد و مصالح ساخت و ساز مورد توجه قرار گرفته است. نانومواد، موادی با اندازهی 1-100 نانومتر میباشند و به دلیل اندازه کوچک و مساحت سطح بالایی که دارند، نسبت به سایر مواد متفاوتتر هستند. تحقیقات نشان میدهند که نانومواد سختی قیر را افزایش و خواص پیرشدگی و مقاومت در برابر شیارشدگی قیر را بهبود میبخشند 6]و.[7 یکی از این مواد نانورس می باشد، که در این پژوهش برای بهبود عملکرد قیر امولسیون به کار رفته است. در این پروژه تحقیقاتی علاوه بر افزودن لاتکس X-SBR و نانورس به قیر امولسیون، از این دو اصلاحکننده به طور همزمان نیز برای بهبود عملکرد قیر امولسیون استفاده شده است.
-2 مواد و عملیات آزمایشگاهی
-1-2 مواد
در این پژوهش از قیر 60/70 شرکت نفت پاسارگاد استفاده شده است، که ویژگیهای آن در جدول 1 ارائه شده است. لاتکس SBR کربوکسیله - X-SBR - آمفوتریک با درصد پلیمر %50، محصول شرکت پایارزین، به میزان %3 قیر و نانورس Cloisite 15A محصول شرکت Southern clay به میزان %1 پلیمر - یا %0/03 قیر - ، به عنوان اصلاحکنندههای قیر امولسیون استفاده شده اند. مشخصات نانورس در جدول 2 ارائه شده است. در این تحقیق از اسید HCl برای تنظیم pH فاز آبی امولسیون، تولید شده توسط شرکت Merck آلمان و امولسیونساز کاتیونی دیرشکن Stabiram 4582 محصول شرکت Ceca فرانسه استفاده شده است.
-2-2 عملیات آزمایشگاهی
در این تحقیق، سه نمونه قیر امولسیون کاتیونی دیرشکن تهیه و اثر دو نوع اصلاحکننده شامل لاتکس X-SBR و نانورس بر خواص رئولوژی قیر امولسیون بررسی شده است. در نمونه اول اثر لاتکس X-SBR، در نمونه دوم اثر نانورس و در نمونه سوم اثر هر دو اصلاحکننده مورد بررسی قرار گرفته است. هر سه نمونه قیر امولسیون در آسیاب کلوییدی با سرعت 4500 دور در دقیقه و با شرایط یکسان تهیه شدهاند.
لاتکس - X-SBR
پلیمر را میتوان با چهار روش متفاوت به قیر امولسیون اضافه کرد: - 1 - افزودن پلیمر به قیر قبل از امولسیونسازی، - 2 - ورود لاتکس پلیمری به آسیاب کلوییدی همزمان با ورود قیر و فاز آبی - محلول آب، امولسیونساز و اسید - ، - 3 - افزودن لاتکس پلیمری به فاز آبی و - 4 - افزودن لاتکس پلیمری به قیر امولسیون تهیه شده .[8] در این پروژه، لاتکس X-SBR به فاز آبی - محلول آب، امولسیون ساز و اسید - افزوده شده است. سپس فاز آبی حاوی لاتکس پلیمری و قیر وارد آسیاب کلوییدی شده و قیر امولسیون کاتیونی دیرشکن اصلاح شده با لاتکس تهیه شده است.
2-2-2 -نمونه دوم - قیر امولسیون کاتیونی دیرشکن اصلاحشده با نانورس -
در این نمونه قبل از امولسیونسازی، اختلاط قیر و نانورس به وسیله ی میکسر با برش بالا14 با سرعت 5500 دور در دقیقه انجام شده است. سپس قیر اصلاح شده با نانورس و فاز آبی وارد آسیاب کلوییدی شده و قیر امولسیون کاتیونی دیرشکن اصلاحشده با نانورس تهیه شده است.
3-2-2 -نمونه سوم - قیر امولسیون کاتیونی دیرشکن اصلاحشده با لاتکس X-SBR و نانورس -
در نمونه سوم، قیر اصلاحشده با نانورس مانند نمونه دوم تهیه شده است. سپس قیر اصلاح شده و فاز آبی حاوی لاتکس همزمان وارد آسیاب کلوییدی شده و قیر امولسیون کاتیونی دیرشکن اصلاحشده با لاتکس X-SBR و نانورس تهیه شده است.
-3 بحث و نتایج
هدف از این تحقیق، بررسی اثر لاتکس X-SBR و نانورس بر خواص رئولوژی قیر امولسیون میباشد. به همین منظور، آزمایشهای DSR و MSCR بر روی قیر باقیمانده از شکست سه نمونه امولسیون تهیه شده، انجام شدهاند. در آزمایش DSR، قیر باقیمانده بین دو صفحه موازی قرار داده میشود. در حالت کلی برای این دو صفحه دو نوع هندسه وجود دارد: - 1 - صفحه با ضخامت 8 میلیمتر و شکاف2 15 میلیمتر و - 2 - صفحه با ضخامت 25 میلی متر و شکاف 1 میلیمتر. بسته به شرایط آزمایش، از صفحه با ضخامت 8 میلیمتر در دماهای پایین - 5 C - تا - 20 C و از صفحه با ضخامت 25 میلیمتر در دماهای بالاتر 20 C - تا - 80 C استفاده میشود. پارامترهای اصلی بدست آمده از آزمون DSR، مدول برشی ترکیبی - مختلط - - G* - 16 و - اختلاف - زاویه فاز - - 17 میباشند.
G* مقاومت کل نمونه قیر را در برابر تغییر شکل، هنگام برشهای پیدرپی و تأخیر زمانی بین تنش برشی و کشش - کرنش - برشی بدست آمده را نشان میدهد .[9] در این تحقیق، آزمایش جاروب دما در حالت نوسانی با فرکانس ثابت 10 rad/s و محدوده دمایی 30 C تا 90 C انجام شده و صفحه با ضخامت 25 میلیمتر و شکاف 1 میلیمتر به کار رفته است. شکل 1 تغییرات G*/sin نسبت به دما را برای قیر باقیمانده ی سه نمونه امولسیون ساخته شده و نمونه شاهد نشان میدهد.
با توجه به این شکل مشخص می شود که افزودن لاتکس و نانورس به قیر امولسیون، سختی18 آن را بالا میبرد و نمونهی دارای لاتکس - نمونه اول - نسبت به سایر نمونهها، مقادیر سختی بزرگتری را در دماهای بالا نشان میدهد؛ یعنی نمونه اول در دمای عملیاتی میانگین، بهتر عمل میکند. پارامتر G*/sin اثر دو پارامتر G* و را بطور همزمان نشان میدهد و بخش الاستیک مدول برشی ترکیبی - G* - میباشد. این پارامتر بعنوان شاخص شیارشدگی19 شناخته میشود، که مقاومت قیر را در برابر تغییر شکل دائمی ناشی از بار دینامیکی وارد شده، نشان میدهد.
[7] برای مقاومت در برابر شیارشدگی، قیر باید سخت20 - بدین معنی که نباید به میزان زیادی تغییر شکل دهد. - و الاستیک - یعنی بعد از تغییر شکل ناشی از اعمال بار دینامیکی، باید به حالت اصلی خود برگردد. - باشد. بنابراین قسمت الاستیک مدول برشی ترکیبی - - G*/sin باید بزرگ باشد. قیر با G* بزرگتر، سختتر است و هرچه مقادیر کمتر باشد، قسمت الاستیک مدول برشی ترکیبی بزرگتر خواهد بود. بر اساس شکل 1 افزودن لاتکس پلیمری و نانورس به قیر امولسیون سبب افزایش مقاومت آن در برابر شیارشدگی شده است و باقیمانده از شکست امولسیون اصلاحشده با لاتکس X-SBR، نسبت به نمونه شاهد مقاومت بیشتری در برابر شیارشدگی دارد.
آزمایش MSCR در دمای 58 C انجام شده و دو سطح تنش 100Pa و 3200Pa به کار رفته است. پارامترهای اصلی بدست آمده از این آزمون، میانگین درصد بازیابی - R - 21 و میانگین مطلوبیت خزش غیرقابل بازیابی - J nr - 22 میباشند. در آزمون MSCR، پارامتر R پاسخ الاستیک قیر باقیمانده را نشان میدهد. پارامتر Jnr نسبت کشش غیرقابل بازگشت به تنش اعمال شده در طول این آزمون میباشد؛ کاهش این پارامتر، کاهش شیارشدگی را نشان میدهد. آزمایش MSCR نسبت به آزمون DSR حساسیت به شیارشدگی را بویژه برای قیرهای اصلاحشده، بهتر پیشبینی میکند .[7]
