تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر 35/50 و قیر اصلاح‌شده 13/40

تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر 35/50 و قیر اصلاح‌شده 13/40

چکیده:

مشخصات فیزیکی قیر دست‌نخورده 35/50 و قیر اصلاح‌شده پلیمری 13/40 با استفاده از تست سوزن نفوذپذیری و دستگاه گرماسنج روبشی تفاضلی (DSC) به‌دست‌آمده است. پاسخ مکانیکی تحت شرایط تورفتگی به‌عنوان تابعی از بارهای مختلف و درجه حرارت متفاوت، نیز به‌دست‌آمده است. نتایج حاصل از کار ما نشان داد که حساسیت دمایی پایین‌تر مربوط به بارهای بزرگ‌تر بوده اما این تغییر برای قیرهای تست‌شده نسبتاً کوچک است. قیر دست‌نخورده 35/50 یک دمای انتقال شیشه‌ای منفرد را برای نرخ‌های حرارتی مختلف نشان داده درحالی‌که قیر اصلاح‌شده 13/40 دو T_g را برای نرخ‌های حرارتی مختلف ارائه می‌کند.

DSC یا گرماسنج روبشی تفاضلی، یک تکنیک تحلیل دمایی است که در آن تفاوت در میزان حرارت موردنیاز برای افزایش دمای نمونه و مرجع به‌عنوان یک تابع دما اندازه‌گیری می‌شود.

 T_g یا دمای انتقال شیشه‌ای، دمایی است که در آن رفتار شیشه از حالت الاستیک به حالت ویسکوالاستیک تبدیل می‌شود.

مقدمه

در دهه‌های گذشته، مواد ویسکوالاستیک نامتجانس قیر، موضوع تعداد زیادی از مطالعات مختلف از تحقیقات پایه تا کاربردی بود. قیر یک مایع و یا شبه جامد ویسکوز تیره و یا قهوه‌ای‌رنگ است که هم در نفت خام حضور دارد و هم به‌صورت انباشت‌های طبیعی نیز یافت می‌شود. به‌طورکلی از هیدروکربن‌ها به همراه مقدار کمی گونه‌های هتروسیکلیک با ساختار مشابه تشکیل‌شده است. قیر ممکن است به‌طورمعمول حاوی 86-83 درصد کربن (تا 150 اتم کربن)، 10-9 درصد هیدروژن، 5-1 درصد سولفور، کم‌تر از 1 درصد نیتروژن و اکسیژن و مقدار جزئی فلزاتی مانند وانادیوم و نیکل باشد. علاوه بر این، قیر یک سیستم کلوئیدی است که در آن ترکیبات با وزن مولکولی زیاد از حمله آسفالتن و ترکیبات با وزن مولکولی کم، مالتن ها (آروماتیک‌ها، اشباع‌ها و رزین‌ها) در مخلوط هیدروکربن‌های اشباع به‌صورت محلول بوده و محتوای هترواتمیک آن شامل S<A<R<A_s است.

استفاده از قیر در کاربری‌های آسفالت و روسازی، یک علاقه خاص در جهت فهم خواص رئولوژیکی آن به دلیل اهمیت قیر در ساخت و کیفیت روسازی‌ها و آسفالت‌های قیری، به وجود آورده است. درواقع، گسترش مدل کلوئیدی اولیه مبتنی بر مشاهدات رئولوژیکی بود. عمق نفوذپذیری اولین روش مربوط به مقاومت ویسکوز مواد بود. روابط تجربی برای مواد نیوتنی در جهت تبیین عمق نفوذپذیری با استفاده از یک سوزن استاندارد که به‌صورت عمودی درون قیر تحت شرایط بارگذاری، زمان و درجه حرارت مشخص نفوذ می‌کرد، به دست می‌آمد.

محدوده نفوذپذیری می‌توانست اطلاعات غیرمستقیمی را در مورد ترکیبات شیمیایی قیر ارائه کرده و هم‌چنین به‌طور تقریبی نسبت نسبی بین آسفالتن (با وزن مولکولی زیاد که باعث استحکام و سفتی قیر است)، رزین‌ها (که باعث چسبندگی و شکل‌پذیری قیر است) و روغن‌ها (با وزن مولکولی کم که باعث ویسکوزیته و سیالیت قیر است) بیان می‌کند. اگر نفوذپذیری در بیش از یک محدوده دمایی اندازه‌گیری شود، حساسیت دمایی قیر به دست می‌آید.

Lesueur فواید استفاده از تست نفوذپذیری را بیان و یک بازبینی را در مورد تست نفوذپذیری ارائه کرد که این سیر تکاملی تا به امروز ادامه داشته است.

به‌عبارت‌دیگر برای فهم اثر دمایی، استفاده از گرماسنج روبشی تفاضلی (DSC) برای تبیین رفتار حرارتی قیر غیرقابل‌اجتناب است. Claudy و همکاران با استفاده از T_g،DSC  را مرتبط به اشباع‌ها و آروماتیک‌ها و اندوترمیک ها (endothermics) را فقط مربوط به اشباع‌ها دانستند. Chambrion و همکاران، رفتار حرارتی قیر 40/50 را با استفاده از گرماسنج روبشی تفاضلی موردمطالعه قرار داده و ثابت کردند که دو انتقال شیشه‌ای بعد از خنک شدن با سرعت ثابت اتفاق می‌افتد. بزرگی و دمای انتقال شیشه‌ای به‌سرعت خنک شدن بستگی دارد. Benbouzid و Hafsi رفتار حرارتی قیر دست‌نخورده و اکسیده (به ترتیب 40/50 و 30/40) را با استفاده از DSC از دمای 60- درجه سانتی گراد تا دمای 80+ درجه سانتی گراد را مطالعه کردند. آن‌ها یافتند که دمای انتقال شیشه‌ای T_g قیرهای دست‌نخورده بیش‌تر از قیرهای اکسیده می‌باشد.

هدف از این کار، مطالعه پاسخ مکانیکی استاتیک به‌وسیله آزمون نفوذپذیری با بارگذاری‌های مختلف (100، 150، 200، 250، 300 و 350 گرم) در مقابل درجه حرارت قیر دست‌نخورده 35/50 و قیر اصلاح‌شده 13/40 است. باوجوداین واقعیت که رئولوژی یک‌راه برای نگاه به خواص فیزیکی قیر با استفاده از مفهوم مدول ترکیب است، ما یک رویکرد مکانیکی را انتخاب کردیم که مبتنی بر مکانیک سازه است. در حال حاضر تست تورفتگی بهترین طرح برای تعیین حساسیت دمایی قیرهای موردمطالعه بوده که به میزان درجه حرارت و بارگذاری بستگی دارد. هردو این پارامترها در این مطالعه متفاوت بود.

این پژوهش به بررسی رفتار حرارتی این قیرها با دقت ویژه بر روی دمای انتقال شیشه‌ای T_g می‌پردازد و نتایج و مباحث حاصل از آن با آن دسته از مطالعات که در این زمینه انجام‌گرفته مقایسه می‌شود.     

برای مشاهده ادامه مطالب درباره این موضوع برروی لینک زیر کلیک کنید: 

تست نفوذپذیری و رفتار حرارتی قیر ۳۵/۵۰ و قیر اصلاح‌شده ۱۳/۴۰-بخش دوم