بررسی رئولوژیکی آسفالت و قیر

بررسی رئولوژیکی آسفالت و قیر

قیر بقایای تصفیه شده از تقطیر نفت خام است. این مخلوط پیچیده شامل بسیاری از اجزای پتروشیمی متنوع است. آسفالت مخلوطی از قیر و اجزای معدنی است که قیر به عنوان چسبنده عمل می کند. در برخی از کشورها (مانند ایالات متحده آمریکا) ، اصطلاحات آسفالت و قیر مترادف به کار می روند.

سنگ فرش جاده یا بتن آسفالت شامل مخلوطی از مواد معدنی مانند سنگ ، شن ، سنگ خرد شده ، ماسه و غیره با قیر به عنوان چسباننده (یا به ترتیب آسفالت) است. سنگ فرش عموماً در معرض شرایط مختلف آب و هوایی و بار ترافیکی سنگین است. در نتیجه ، تعمیر جاده ها عامل هزینه قابل توجهی را برای مقامات راهسازی نشان می دهد. آسیب معمولی تشکیل شیارهای خط یا ترک در اثر خستگی مواد یا فشار حرارتی است.

شیارهای خط ناشی از بار ترافیکی دائمی است. در نتیجه ، نیروهای ساختاری مخلوط ضعیف تر می شوند ، که ممکن است منجر به تغییر شکل فزاینده و دائمی روسازی شود. سرانجام ، این می تواند عواقبی مانند برنامه ریزی برای آب را ایجاد کند.

خستگی و ترک خوردگی گرمایی اغلب در اثر تغییرات دمای فصلی ایجاد می شود. ترک های ریز ممکن است ایجاد شوند که دیگر قادر به “بهبود” به خودی خود نیستند. در نتیجه بیشتر، ترک ها می توانند بزرگتر شوند و قطعات سنگ یا آسفالت به دلیل نیروهای اصطکاکی لاستیک ها از سطح پیاده رو کنده می شوند – در واکنش زنجیره ای ، نفوذ آب و یخ در زمستان این روند آسیب را بیشتر تسریع می کند. ، که به ویژه در آب و هوای با دمای پایین بیشتر دیده می شود.

هدف مدیریت دولتی و همچنین راه سازان ، سازندگان مصالح ساختمانی و موسسات تحقیقاتی ، بهبود عملکرد و طول عمر بتن آسفالت است. این هدف با استفاده از مواد اولیه با کیفیت بالا و با یافتن بافت مناسب و مخلوط کردن قیر و مواد معدنی قابل دستیابی است. چنین پیشرفت هایی منجر به افزایش قابلیت پردازش ، ثبات ابعادی ، مقاومت در برابر تغییرات آب و هوایی فصلی ، ماندگاری کمتر مایعات و گرد و غبار و همچنین رفتار بهتر گرفتن می شود.

رفتار رئولوژیکی آسفالت و قیر

برای کیفیت خوب قیر صادراتی ، تمرکز اصلی بر روی ویژگی های چسباننده قیر است که می توان آنها را با استفاده از یک رئومتر اندازه گیری کرد. مراحل مختلف پردازش و استفاده نیاز به قوام متفاوتی دارد. در مهندسی راه ، مخلوط های داغ آسفالت-بتن در دماهای مختلف تولید و همگن می شوند. کارخانه های آسفالت مورد استفاده برای پردازش مداوم این مخلوط ها می توانند ثابت یا متحرک باشند ، بنابراین مخلوط باید قابل پمپاژ و قابل ریختن باشد.

در مرحله خنک کننده بعدی پس از استفاده ، مخلوط به طور مداوم در جاده فشرده می شود. با آزمایش ویسکوزیته و سایر پارامترهای رئولوژیکی که سفتی و سازگاری آن را توصیف می کنند ، می توان خواص قیر را بهینه کرد. هندسه ها و لوازم جانبی مختلف اندازه گیری ، مانند دستگاه های گرمایش مخصوص آزمایش قیر (یا آسفالت) نتایج بسیار دقیق را تضمین می کند.

مواد اندازه گیری شده معمولاً:

قیر

قیر اصلاح شده با پلیمر (PMB)

آسفالت اصلاح شده با لاستیک

مواد و کاربردهای دیگر

قیر

اصطلاح “قیر” منشأ سلتیک است و به معنی زمین معدنی یا “رزین خاک” است. این مایع قابل اشتعال از رنگ قهوه ای-زرد تا سیاه خواص سخت و ویسکوالاستیکی را در دمای اتاق نشان می دهد. این ماده از هزاران ترکیب با وزن مولکولی بالا و کم شامل هیدروکربنها ، رزینها ، پارافینها ، مومها ، چربیها ، روغنهای سنگین ، لیگنینها ، پروتئینها و آسفالتینها تشکیل شده است. برخلاف آسفالت، قیر عاری از مواد جامد است (به عنوان مثال مواد معدنی). قیر طبیعی از مواد طبیعی ارگانیک تشکیل شده است.

قیر در درجه اول به عنوان یک اتصال دهنده آسفالت برای مخلوط های روسازی جاده عمل می کند و در آن مواد افزودنی معدنی جامد مانند ماسه یا سنگ های کوچک را می چسباند. برای این منظور ، لازم است که در برابر ترکیب در دمای بالا ثابت بماند. از طرف دیگر ، در دماهای پایین نباید به سمت شکستن شکننده گرایش داشته باشد.

قیر اصلاح شده با پلیمر (PMB)

رئولوژی قیر اصلاح شده با پلیمر

برای تهیه قیر یا چسب آسفالت مناسب برای نیازهای خاص مانند روسازی جاده ، اغلب با پلیمرها مخلوط می شود تا به اصطلاح قیر اصلاح شده با پلیمر (PMB) ایجاد شود. در مقایسه با قیر معمولی ، PMB نسبت به ذرات معدنی منسجم تر است و محدوده دما بین نقطه نرم شدن و نقطه شکست بیشتر است. پس از برداشتن بار بازیابی بهتری از خود نشان می دهد و در برابر خستگی مواد مقاوم تر است. علاوه بر این ، PMB مقاومت بهتری در برابر آب و همچنین سفتی و دوام بیشتری نشان می دهد. PMB معمولاً در مناطقی با بار ترافیکی فوق العاده زیاد استفاده می شود. به عنوان مثال در پل ها و در بتن آسفالت سلول باز ، که برای کاهش صدای رانندگی استفاده می شود.

آزمایش های رئولوژیکی روی قیر اصلاح شده با پلیمر

اندازه گیری رئولوژی PMB

هدف اصلی مخلوط کردن قیر با پلیمرها گسترش دامنه شکل پذیری آن است و باعث می شود در دماهای بالا سفت تر و در دماهای پایین نرم تر شود. مواد افزودنی می توانند تا هفت درصد قیر را شامل شوند. افزودنی های رایج ترکیبی از پلیمرهای ترموپلاستیک مانند استایرن – بوتادین – استایرن (SBS) ، اتیلن – وینیل استات (EVA) یا لاستیک تایر آسیاب شده (GTR) است. برای تعیین رفتار وابسته به دما PMB در هنگام گرم شدن یا ذوب شدن ، می توان از آزمایشات رئولوژیکی استفاده کرد ، به عنوان مثال در آزمایش های دما با استفاده از یک سنج سنج نوسانی. اگرچه درصد پلیمر افزوده شده نسبت به قیر بسیار اندک است ، منحنی دما تأثیر قوی مولکول های پلیمر را بر رفتار ویسکوالاستیک مخلوط به وضوح نشان می دهد.

آسفالت اصلاح شده با پودر لاستیک

لاستیک اصلاح شده آسفالت رئولوژی و مواد تشکیل دهنده آسفالت

افزایش تعداد خودروها در جاده های کشورهای صنعتی و در حال توسعه سالانه میلیون ها لاستیک فرسوده تولید می کند. استفاده از پودر لاستیک تایر در تولید آسفالت برای راهسازی نه تنها به کاهش تاثیرات لاستیک های فرسوده بر محیط زیست کمک می کند، بلکه خواص آسفالت را برای ساخت بزرگراه نیز به طور مفیدی تغییر می دهد. مزایا شامل سطوح جاده ای با طول عمر بیشتر ، کاهش تعمیر و نگهداری جاده ، سر و صدای کمتر جاده و فاصله های کوتاه تر از شکستن است. شاید تعجب آور نباشد که پودر لاستیک آسفالت با مصرف حدود 12 میلیون لاستیک در سال به بزرگترین بازار واحد لاستیک های فرسوده تبدیل شده است. کالیفرنیا و آریزونا از بیشترین پودر لاستیک آسفالت در ساخت بزرگراه استفاده می کنند (بیش از 80 درصد آسفالت مورد استفاده در آنجا لاستیک آسفالت است) ، اگرچه لاستیک های آسفالت را می توان برای عملکرد در هر نوع آب و هوا مهندسی کرد.

این آزمایش نیاز به یک رئومتر آسفالت دارد که شامل یک دستگاه کنترل دما Peltier برای هندسه های استوانه ای متمرکز است.