بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به افزایش چشمگیر استفاده از قیر و قیر امولسیونی اصلاحشده با پلیمر در رویههای آسفالتی، انجام آزمایشهای کنترل و تضمین کیفیت این رویهها به منظور اطمینان از وجود درصد کافی از پلیمر ضروری است. تاکنون مطالعات کمی بر روی تعیین میزان پلیمر موجود در قیرها انجام شده است.
در این تحقیق، قیر PG 64-22 با مقادیر 2، 3، 4، 5، 6 و 7 درصد لاتکس اصلاح گردید و سپس پارامترهای نرمی بازگشتناپذیر و درصد بازگشت در آزمایش خزش و بازگشت در چند سطح تنش و مقدار پارامتر شیارشدگی سوپرپیو در آزمایش رئومتر برشی دینامیکی برای هر درصد پلیمر محاسبه گردید. نتایج نشان داد که به کمک ساخت مدل رگرسیونی از نتایج نرمی بازگشت ناپذیر و پارامتر شیارشدگی سوپرپیو میتوان برای تشخیص میزان پلیمر استفاده نمود.
1. مقدمه
قیرهای اصلاحشده با پلیمر سالهاست که در رویههای آسفالتی به منظور بهبود خواص عملکردی مانند افزایش چسبندگی و بهبود حساسیت دمایی استفاده میشود. در این رویههامعمولاً پلیمرهایی مانند استایرین بوتادین استایرین - SBS - ، استایرین بوتادین رابر - SBR - ، پلیاتیلن - PE - ، لاتکس طبیعی، اتیلن وینیلاستات - EVA - و پودرلاستیک - CR - بکار برده میشود
در ایران نیز استفاده از رویههای اصلاح شده با پلیمربا رشد نسبتاً بالایی همراه بوده است. در حال حاضر در کشور کنترل میزان پلیمر استفاده شده در رویههای اصلاحشده عمدتاً بر اساس اعتماد بین کارفرما و پیمانکار بوده و روشی جهت تشخیص میزان پلیمر در آییننامههای مربوطه در سطح کشور ارائه نشده است.
به طور کلی روشهای تعیین مقدار پلیمر در قیر را میتوان به سه دسته کلی تقسیم نمود. آزمایشهای جداسازی توسط حلال 3]، 4 و [5، آزمایشهای بر مبنای خصوصیات شیمیایی - کروماتوگرافی ژل تراوایی - طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز 3] و - [5 و آزمایشهای بر مبنای خصوصیات مکانیکی و عملکردی [4] این سه دسته را تشکیل میدهند. در آزمایشهای جداسازی توسط حلال از یک ماده حلال جهت جدا سازی قیر و افزودنی استفاده میشود . در این روشها، انتخاب حلال از اهمیت ویژهای برخوردار است.
در این روش حلالی مناسب است که قیر را حل نماید ولی پلیمر در آن حل نگردد. البته فرض اصلی در این روش عدم واکنش شیمیایی قیر و پلیمر است، زیرا برخی افزودنیها مانند SBS، SBR و پودر لاستیک از لحاظ ترمودینامیکی غیر قابل امتزاج با قیر هستند. لازم به ذکر است که در حالت ایده آل، یافتن چنین حلالی امکان پذیر نیست ولی برخی از محققین نتایجنسبتاً مطلوبی از کاربرد تریکلرواتیلن گزارش کردهاند .[5] بنابرین انتخاب حلال مناسب یکی از چالشهای این روش است زیرا استفاده از حلالهای غیر قطبی مانند پنتان، هگزان و هپتان قابلیت حلکردن آسفالتن و مولکولهای سنگین پلیمر را نداشته و سبب تهنشینی آنها میشود . از طرف دیگر، استفاده از حلالهایی با قطبیت زیاد ممکن است سبب حل شدن افزودنیهای موجود در قیر شود
روشهایی از قبیل روش کروماتوگرافی ژل تراوایی و روش طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز از جمله روشهای مبتنی بر خصوصیات شیمیایی در تشخیص پلیمر محسوب میشوند. از آنجایی که وزن مولکولی پلیمرهاعموماً بیشتر از وزن مولکولی قیر است و واکنشهای شیمیایی ناچیز فرض میشوند، از روش کروماتوگرافی ژل تراوایی میتوان جهت آنالیز مقدار پلیمر مصرفی استفاده نمود. نحوه تعیین میزان پلیمر به وسیله تعیین نسبت مساحت پیک موج توزیع وزن مولکولی قیر به پلیمر میباشد. لازم به ذکر است که جهت دست یافتن به نتایج دقیقتر بهتر است وزن مولکولی قیر به 103 محدود شده و وزن مولکولی پلیمر در محدوده 104 تا 105 قرار گیرد. عوامل تأثیر گذار در نتایج این روش عبارتند از مشابهت وزن مولکولی آسفالتن به پلیمرها، وجود واکنشهای شیمیایی و تخریب پلیمر در مرحله اصلاح قیر.
یکی دیگر از روشهای بر مبنای خصوصیات شیمیایی استاندارد برای تعیین مقدار پلیمر، استفاده از طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز به کمک قانون بیر - - Beer's Law و منحنیهای کالیبراسیون مخصوص به هر قیر و پلیمر است. مزیت اصلی این روش، دقت بالای آن در تخمین مقدار پلیمر موجود در قیر است. انجام این روش نیاز به تجهیزات و نیروی متخصص دارد و علاوه بر آن مطابق با استاندارد AASHTO T302، این روش منحصر به پلیمرهای الاستومری SB، SBS و SBR است. عیب اصلی این روش این است که به علت ماهیت غیر مکانیکی آزمایش، نمیتوان کیفیت پلیمر مصرفی را مورد ارزیابی قرار داد.
آزمایشهای بر مبنای خصوصیات مکانیکی و عملکردی بر اساس تغییر خواص ماده بر اثر تغییر در میزان پلیمر شکل گرفتهاند. در این آزمایشها، یک خاصیت مکانیکی یا رئولوژیکی ماده مانند بازگشت الاستیک، نقطه نرمی، سختی برشی مختلط و یا هر تابع مادی دیگری انتخاب شده و تغییرات آن در برابر تغییر در میزان پلیمر در نموداری موسوم به منحنی کالیبراسیون رسم میشود. با اندازهگیری این خاصیت برای قیر اصلاحشدهی مجهول، میتوان میزان درصد پلیمر مورد نظر را تعیین کرد. نکته قابل توجه در این روش انتخاب پارامتری است که افزودنی مورد نظر بیشترین اثر را بر روی آن میگذارد. روشهای بر مبنای عملکرد سادهترین روش از نظر نحوه انجام هستند که سنجشی از کیفیت پلیمر استفاده شده نیز میباشند ولی ضعفهایی نیز دارند. در این روشها نحوه ساخت ماده و همچنین مورفولوژی قیر و نوع افزودنی میتوانند بر نتایج اثرگذارند
آزمایش خزش و بازگشت در چند سطح تنش یکی از آزمایشهای ردهبندی عملکردی دمای بالای قیرهای دارای افزودنی است که به عنوان جایگزین آزمایش برش نوسانی در دمای بالا معرفی شده است. در گذشته با کمک دستگاه رئومتر برشی دینامیکی، پارامتر محاسبه شده و جهت پیشبینی خصوصیات دمای بالای مخلوطهای قیری از آن استفاده میشد. بعدها مشخص گردید که این پارامتر نمیتواند رفتار مخلوط در مقابل شیارشدگی را به خوبی شناسایی نماید
از این رو آزمایش خزش و بازگشت در چند سطح تنش پیشنهاد گردید که بارگذاری آن به واقعیت بیشتر شبیه است و سطح تنشهای بالاتری در آن استفاده میشود. آزمایش خزش و بازگشت در چند سطح تنش با بکارگیری مفهوم خزش و بازگشت استعداد شیارشدگی را بررسی مینماید. از آنجا که انجام این آزمایش برای قیرهای اصلاح شده با پلیمر توصیه شده است، در این تحقیق از دو پارامتر - درصد بازگشت و مقدار - Jnr آزمایش خزش و بازگشت در چند سطح تنش به همراه پارامتر آزمایش رئومتر دینامیکی برشی به عنوان شاخصی جهت شناسایی و تشخیص میزان پلیمر مصرفی در قیرها استفاده گردید.
.2 مواد و مصالح
در این تحقیق قیر PG64-22 پالایشگاه نفت پاسارگاد تهران استفاده گردید. به منظور اصلاح قیر از شیره طبیعی لاتکس استفاده گردید. در این راستا، مقدار 2 ، 3، 4، 5، 6 و 7 درصد وزنی قیر لاتکس طبیعی در دمای 120 درجه سانتیگراد در میکسر با دور و نیروی برشی بالا مخلوط شد. مشخصات لاتکس مورد استفاده در جدول 1 آمده است.
جدول -1 مشخصات لاتکس مورد استفاده
3. آزمایشها
آزمایش رئومتری با استفاده از دستگاه رئومتر برشی دینامیکی مطابق با استاندارد ASTM D7175 بر روی نمونه های مختلف در دمای بالا صورت گرفت. همچنین، مطابق با استاندارد AASHTO T350 آزمایش خزش و بازگشت در چند سطح تنش بر روی نمونههای پیرشده کوتاهمدت در دمای رده عملکردی بالا انجام شد که شامل 1 ثانیه بارگذاری و 9 ثانیه باربرداری در سطح تنشهای 0/1کیلوپاسکال و 3/2 کیلوپاسکال و 10 سیکل برای هر سطح تنش است. به کمک این آزمایش، نرمی برگشت ناپذیر - Jnr - و درصد بازگشت - R - در هر سیکل اندازهگیری میشوند. خصوصیات نرمی برگشت ناپذیر - Jnr - و درصد بازگشت - R - متوسط در طول 10 سیکل پارامترهای اساسی این آزمایش هستند. شکل 1 تاریخچه کرنش بر حسب زمان در این آزمایش را نشان میدهد.
