بهبود مشخصات قیر به‌وسیله افزودن نانو سیلیکا

بهبود مشخصات قیر به‌وسیله افزودن نانو سیلیکا

چکیده

کانی‌های رس با ساختار بلوری خود کاربرد زیادی در ساخت نانو کامپوزیت‌ها دارند. بسیاری از رس‌ها از سیلیکات آلومین تشکیل‌شده‌اند. صفحات رس دارای بار الکتریکی منفی می‌باشند ولی به علت وجود ذرات با بار مثبت در بین این صفحات، لایه‌های رس جذب یکدیگر شده و ذرات رسی را تشکیل می‌دهند. براثر جداسازی صفحات رس از یکدیگر نانو رس‌ها به وجود می‌آیند. این نانو رس‌ها دارای سطح‌فعال و ویژه بسیار بزرگی به‌اندازه 700 الی 800 m2/gr می‌باشند. این سطح بزرگ باعث ایجاد کنش بسیار شدید بین نانو رس و قیر می‌شود. این نیروی ترمودینامیکی را می‌توان با استفاده از پوشش سطحی فعالی مانند صابون‌های کاهنده کشش سطح افزایش داد. فرآیند و مراحل جداسازی صفحات رس به نوع ماده ترکیب‌شونده بستگی دارد.

به دلیل آن‌که اکثر ترکیبات قیری غیر قطبی می‌باشد، بنابراین برای اصلاح آن‌ها بهتر است از رس آلی استفاده شود. در صورت سازگار بودن نانو رس با قیر، می‌توان توزیع یکنواختی از رس در قیر را در اختلاط سریع به وجود آورد. حضور نانو رس در قیر می‌تواند باعث بهبود مقاومت، دوام، پایداری حرارتی و مقاومت در برابر حلال‌های آلی شود. همچنین باعث کاهش نفوذپذیری در مقابل اکسیژن، دی‌اکسید کربن، نیتروژن و بخارآب می‌شود.

قیر دارای ساختاری پیچیده و ناپایدار است. به‌طور مثال ساختار آسفالتن ها در قیر به ترکیب شیمیایی و دمای قیر بستگی دارد. در دماهای معمولی، آسفالتن ها به‌صورت شبکه‌ای و دارای پیوندهای بسیار می‌باشند ولی با افزایش دمای قیر پیوند شبکه‌ای بین آسفالتن ها ضعیف می‌شود. ازاین‌رو ماهیت قیر می‌تواند ایجاد یک تعامل مناسب بین قیر و رس را با مشکل مواجه کند.

پیرشدگی اکسیداتیو آسفالت یکی از علل شایع در تخریب روسازی‌ها بوده که باعث افزایش استعداد آسفالت در خستگی و شکست حرارتی در دمای پایین می‌شود. این پدیده به‌طور عمده از طریق سینتیک اکسیداسیون و ارزیابی نرخ نفوذ اکسیژن به بایندر آسفالت موردمطالعه قرارگرفته است. تا زمانی که پیرشدگی اکسیداتیو اجتناب‌ناپذیر باشد، کاربرد مواد افزودنی ضد پیری، روش مؤثری برای ایجاد تأخیر در پیرشدگی اکسیداتیو است. این مقاله به بررسی تأثیر به‌کارگیری نانو سیلیکا به‌عنوان یک افزودنی ضد پیری می‌پردازد. برای این کار، درصد متفاوتی از نانو سیلیکاها به بایندر آسفالت دست‌نخورده اضافه‌شده است. سپس بایندر آسفالت در معرض پیرشدگی اکسیداتیو کوتاه‌مدت با اسـتفـاده از (RTFO(Rolling Thin Film Oven قرار می‌گیرد. برای مطالعه تغییرات شیمیایی، رئولوژیکی و مورفولوژیکی بایندر آسفالت در حضور نانو سیلیکا، آزمون Superpave، طیف‌سنجی تبدیل فروسرخ فوریر (FTIR) و همچنین تصویربرداری SEM انجام‌گرفته است. مطالعه FTIR نشان داد که نانو سیلیکا می‌تواند مقاومت بایندر آسفالت را در برابر پیرشدگی بهبود بخشد. در این آزمون‌ها سطح کم‌تری از کربوکسیلیک اسیدها و سولفوکسیدها در نمونه اصلاح‌شده با نانو سیلیکا در مقایسه با نمونه اصلاح‌نشده مشاهده شد. کربوکسیلیک اسیدها به‌طور طبیعی در آسفالت وجود دارند و افزایش چشمگیر در غلظت آن‌ها به‌عنوان نشانه‌ای ناشی از پیرشدگی اکسیداتیو شناخته‌شده است. درنتیجه جلوگیری از افزایش سطح کربوکسیلیک اسیدها در بایندر با استفاده از نانو سیلیکا به‌نوبه خود منجر به کاهش پیری اکسیداسیون در آسفالت اصلاح‌شده می‌شود. علاوه براین، مشخص‌شده که حضور نانو سیلیکا باعث کاهش چشمگیر مدول مخلوط (*G) و ویسکوزیته مخلوط (*η) بایندر آسفالت می‌شود. این امر مقاومت روسازی را در برابر شیار شدگی بهبود می‌بخشد. محققین به این نتیجه رسیدند که افزودن نانو سیلیکا به بایندر آسفالت باعث بهبود ویژگی ضد پیرشدگی، عملکرد شیار شدگی و خصوصیات رئولوژیکی بایندر آسفالت می‌شود.

برای مشاهده ادامه مطالب این فصل برروی لینک زیر کلیک کنید:

بهبود مشخصات قیر به‌وسیله افزودن نانو سیلیکا