گروه فیدار

رئولوژی قیر پلیمری اصلاح‌شده

رئولوژی قیر پلیمری اصلاح‌شده

رئولوژی قیر پلیمری اصلاح‌شده

رئولوژی قیر پلیمری اصلاح‌شده

رئولوژی واژه‌ای است که توسط پرفسور Eugene Bingham در دانشکده Lafayette در ایستون (پنسیلوانیا، ایالات‌متحده) با عنوان مطالعه جریان و تغییر شکل ماده معرفی شد (Walters 2010).

امروزه به‌خوبی پذیرفته‌شده است که مواد می‌توانند بسته به مقیاس زمانی فرایند تغییر شکل رفتار جامد و یا مایع از خود نشان دهند (Gallegos و 2010Walters ). به‌عبارت‌دیگر، خواص مکانیکی تمامی مواد وابسته به زمان هستند. به‌طور مثال واکنش به بار اعمالی و یا تغییر شکل آن‌ها باگذشت زمان متفاوت است. این پدیده یک نتیجه از قانون دوم ترمودینامیک است که بر طبق آن همیشه بخشی از انرژی تغییر شکل افاضه شده به‌صورت حرارت توسط نیروهای ویسکوز حتی در حالت ذخیره‌شده الاستیکی تلف می‌شود. این اتلاف نه به‌صورت آنی است و نه بی‌نهایت آهسته بلکه دارای یک سرعت و نرخ فرآیند مشخص است. به همین دلیل این مفهوم ارائه شد که خواص فیزیکی به زمان بستگی دارد (Emri 2010). رفتار رئولوژی مواد از عمدتاً الاستیک (بدون اتلاف) به صرفاً ویسکوز متغیر است (اتلاف آنی) و یا هردو خصوصیت ویسکوز و الاستیک را از خود نشان می‌دهد. رفتار خیلی از مواد مانند قیر اصلاح‌شده پلیمری، عموماً به‌عنوان ویسکوالاستیک تعریف می‌شود. این رفتار ممکن است توسط عدد Debora به‌خوبی بیان شود. این عدد به‌صورت نسبت مشخصه زمان از مواد (λ) به مکان بازآرایی مولکولی و مشخصه زمان فرآیند تغییر(T) بیان می‌شود (Reiner 1964).

فرمول 1-7                                                                De=λ/T

مقدار بیشینه عدد Debora با رفتار شبه جامد و مقدار کمینه عدد Debora با رفتار شبه مایع مطابقت دارد. یکی از نتایج آشکار این است که سیستم‌های مایع همراه با مشخصه زمان بسیار کوتاه می‌توانند رفتاری مانند جامدات الاستیک را هنگام قرار گرفتن در معرض فرآیند تغییر شکل بسیار سریع داشته باشند (مایعات ویسکوالاستیک). مواد شبه جامد نیز می‌توانند توانایی سیالی شدن را برای یک مدت داشته باشند (جامدات ویسکوالاستیک).

معمولاً فرض بر این است که قیر یک سیستم پیچیده کلوئیدی است که در آن آسفالتن ها در ماتریکس اجزاء باقیمانده مالتن ها پراکنده هستند (Lesueur و همکاران 1996). رابطه بین ساختار پیچیده کلوئیدی قیر و خواص حرارتی مکانیکی آن، یک موضوع علمی و فنی جذاب بری مطالعه است و دلیل آن این حقیقت است که قیر به‌طور گسترده‌ای برای کاربرد روسازی جاده‌ها استفاده می‌شود (Martin-Alfonso و همکاران 2008، Carerra و همکاران 2010-2009). بااینکه قیر با غلظت خیلی کم (5 درصد وزنی) اضافه می‌شود ولی خواص نهایی و عملکرد مخلوط آسفالت را کنترل کرده و تغییر شکل اجزاء و تشکیل ماتریکس مداوم بر عهده آن است (Lewandowski 1993، Dingre و همکاران 1996). ازنقطه‌نظر مهندسی مواد قیر را می‌توان در دسته مواد ترموپلاستیک با خاصیت برگشت‌پذیری حرارتی قرارداد. بدین ترتیب، در دمای بالا قیر ذوب‌شده و به‌راحتی پمپاز و با خرده‌سنگ‌ها هم مخلوط می‌شود. در دمای محیط، قیر به صورت جامد درآمده و درنتیجه مخلوط آسفالت می‌تواند فشار وارده در اثر عبور و مرور خودروها را تحمل کند.

دو نوع محدودیت بازده عملکرد ضعیف جاده در روسازی‌ها مشاهده‌شده است که به‌طور مستقیم در ارتباط با ماتریکس قیری است که در اطراف ذرات و دانه‌های معدنی در دماهای بالا و پایین قرار دارد. نخستین مشکل تغییر شکل آسفالت (شیار شدگی) است که در دمای سرویس بالاتر از 40 درجه سانتی گراد رخ‌داده و منجر به ایجاد کانال‌ها و شکاف‌هایی در جهت حرکت خودروها شده که می‌تواند مربوط به ویسکوزیته ماتریکس قیر باشد. دومین مشکل در دمای پایین (زیر صفر درجه سانتی گراد) ظاهرشده و در روسازی جاده‌ها ایجاد ترک‌خوردگی به‌عنوان یک نتیجه از شکست ترکیبات قیری آسفالت می‌کند (Adedeji و همکاران 1996، Dongre و همکاران 1996، Navarro و همکاران 2002).

بین عملکرد پایین جاده و رفتار رئولوژیک قیر در دماهای مختلف رابطه اصلی وجود دارد (King و همکاران 1992). آنچه توسط Dongre و همکاران در سال 1996 ارائه شد این است که قیر عمدتاً یک رفتار شبه جامد را در دمای زیر درجه حرارت انتقالی شیشه‌ای (Tg) از خود نشان می‌دهد (دمایی که در آن ترک‌خوردگی حرارتی رخ می‌دهد) در دمای به‌اندازه کافی زیاد، قیر رفتار نیوتنی را (عمدتاً در Tg بالای 100 درجه سانتی گراد) از خود نشان می‌دهد. در محدوده دمایی حد واسط دو رفتار به‌عنوان مقاومت بایندر در برابر شیار شدگی تعریف می‌شود. قیر رفتار ویسکوالاستیک خطی در تغییر شکل‌های کوچک و رفتار ویسکوالاستیک غیرخطی (جریان ویسکوز غیر نیوتنی) در تغییر شکل‌های به‌اندازه کافی بزرگ از خود نشان می‌دهد.

برنامه پژوهشی بزرگ‌راه‌های استراتژیک (SHRP) در ایالات‌متحده آمریکا انجام‌گرفته (Anderson و همکاران 1994) که مجموعه از مشخصات مربوط به عملکرد بایندر قیری است و نشان می‌دهد که رئولوژی نقش حیاتی را ایفا می‌کند. بدین ترتیب آزمون‌های مقاومت رئولوژیکی و رئومتری برای به دست آوردن خصوصیات رئولوژیکی هدف انجام می‌پذیرد؛ بنابراین از ویسکومتری چرخشی (جهت اندازه‌گیری ویسکوزیته قیر نیوتنی در دمای بالا)، دامنه برش نوسانی کوچک (برای مشخص کردن خصوصیات ویسکوالاستیک خطی قیر در دماهای حد واسط)، آزمون خزش و خمش برای مشخص کردن منطقه ویسکوالاستیک خطی در دمای پایین و آزمون تنش تک‌محوره در دمای پایین استفاده‌شده است.

اخیراً برای بهبود مشخصات بایندر برای رسیدن به دوره تعمیر طولانی‌تر و کاهش مجموعه هزینه‌های نگهداری جاده‌ها و به علت وجود عواملی مانند افزایش ترافیک، افزایش وزن بارهای عبوری و غیره، صنعتگران را وادار کرده که مواد قیری جدیدی را با استفاده از افزودن پلیمرهای مختلف به قیر تهیه کنند. محدوده غلظتی پلیمرهای مورداستفاده معمولاً در حدود 3 تا 7 درصد وزنی برای کاربری‌های جاده‌سازی است (Palacco و همکاران 2006). هدف از اصلاح قیر رسیدن به خصوصیات مهندسی مطلوب برای تولید آسفالت کم نقص است. نویسندگان زیادی در این زمینه اثرات مثبت و مفید پلیمرهای اصلاح‌کننده بایندر را در دماهای بالا و پایین توصیف کرده و بیان کردند که پلیمرهای اصلاح‌کننده موجب افزایش مقاومت قیر در برابر فشار ترافیکی و کاهش تغییر شکل دائمی در دمای بالا و ترک‌خوردگی حرارتی در دمای پایین می‌شود (Heps و 1991Woodham  وAit-Kadi و همکاران 1996،Leuseur و همکاران 1998،Gonzalez و همکاران 2002).

خواص مکانیکی قیر اصلاح‌شده پلیمری به ماهیت و غلظت پلیمر استفاده‌شده بستگی دارد. طیف وسیعی از پلیمرها می‌تواند به‌طور قابل‌توجهی خصوصیات قیر را اصلاح کند. از میان آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

    1-لاستیک‌های طبیعی و یا ترکیبی (الاستومرها)

    2-کوپلیمرهای بلوکی گرمانرم مانند کوپلیمرهای استایرن-بوتادین

    3-کوپلیمرهای اتیلن-ونیل استات (EVA)

    4-پلی الیفین ها مانند پلی‌اتیلن‌ها (PE) و پلی‌پروپیلن‌ها (PP) که با عنوان پلاستومرها شناخته شده اند

    5-پلیمرهای واکنشی

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

اصلاح پلیمری قیر

5/5 - (10 امتیاز)
Share

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

Share