خصوصیات قیرهای اصلاح شده لاستیکی

مشخصات و ویژگی‌های بایندر قیر-لاستیک به عوامل گوناگونی مانند خصوصیات قیر، خصوصیات لاستیک، مدت‌زمان و درجه حرارت تولید بایندر قیر-لاستیک و ویژگی‌های مواد افزودنی استفاده‌شده بستگی دارد. ثبات بایندر قیر-لاستیک به رفتار رئولوژیک آن و مقاومت در برابر پیرشدگی به ترکیب‌بندی شیمیایی قیر و مقدار و اندازه خرده لاستیک بستگی دارد. علاوه بر این، به سطح خاصی از ذرات لاستیک بسته به روش خرد کردن آن‌هم وابسته است. همچنین باید توجه داشت که ترکیب‌بندی شیمیایی لاستیک و مقدار ناخالصی نیز اثر قابل‌توجهی بر فرایند اصلاح و تعیین خصوصیات نهایی بایندر قیر-لاستیک دارد.

مقدار لاستیک افزودنی در بسیاری از کشورها متـفاوت بـوده و محـدوده آن از کم‌ترین مقدار (۱۲-۵ درصد وزنی) تا بیش‌ترین مقدار (۲۲ درصد وزنی) جرم بایندر است. از دلایل مفید افزودن مقدار بیش‌تر لاستیک به قیر افزایش خواص ویسکوالاستیک بایندر قیر-لاستیک است.

دانه‌های ریز خرده لاستیک و سطح خاصی از آن‌ها تا اندازه زیادی تعیین‌کننده ویسکوزیته قیر-لاستیک است. ذرات ریزتر لاستیک به همراه سطوح خاص به‌طور مؤثری در قیر متورم می‌شوند. روش خرد کردن ذرات لاستیک بر ویژگی سطحی این ذرات تأثیرگذار است. خرده لاستیک‌های به‌دست‌آمده توسط روش مکانیکی دارای سطح توسعه‌یافته‌تر (متخلخل و دندانه‌دار) بوده و به‌آسانی با قیر واکنش می‌دهند. خرده لاستیک‌های به‌دست‌آمده به روش فناوری برودتی دارای شکل منظم با سـطح صـاف و صـیقلی بـوده و باعـث ایجـاد مقـاومـت در برابر فرایـند تـورم در طـول تـولید بایندر قیر-لاستیک می‌شود (۲۰۰۵ AmirkhanianوShen).

ترکیب‌بندی شیمیایی لاستیک بر کیفیت بایندر قیر-لاستیک تأثیرگذار است. اجزاء لاستیک به‌دست‌آمده از تایرها ترکیبی از الیاف مصنوعی و لاستیک طبیعی، پرکننده‌ها، روغن‌های آروماتیک، سولفور و دیگر مواد افزودنی شیمیایی است. یک تایر لاستیکی شامل حدود ۵۰ درصد ترکیبات لاستیک است. رطوبت گسترده در خرده لاستیک‌ها (بیش از ۱ درصد وزنی) ممکن است باعث تبدیل قیر به فوم در هنگام افزودن لاستیک شود. ازاین‌رو، باید مقدار رطوبت خرده لاستیک‌های تجویزی به داخل مخلوط‌کن کم‌تر از ۰/۷۵ درصد باشد (ASTM 2009).

مشخصات فنی بایندرهای قیر-لاستیک به خرده لاستیک‌ها و دمای قیر و همچنین زمان اختلاط بستگی دارد (Fanto و همکاران ۲۰۰۳). دمای بالای اختلاط بهتر است زیرا باعث افزایش سرعت فعل‌وانفعالات بین قیر و ذرات لاستیک می‌شود. همچنین زمان اختلاط طولانی (بیش از ۱ ساعت) باعث افزایش بهره‌وری اصلاح می‌شود. شرایط اختلاط خرده لاستیک با قیر بر خصوصیات بایندر قیر-لاستیک اثرگذار است. اختلاط با سرعت‌بالا، جدای از افزایش تورم لاستیک، باعث تکه‌تکه شدن ذرات لاستیک نرم و افزایش پراکندگی آن‌ها در فاز قیر مذاب می‌شود (۲۰۰۵ AmirkhanianوShen) . برای بهبود فرایند اصلاح در دمای پایین، انواع مختلفی از روغن جهت نرم شدن و ایجاد حالت پلاستیکی بایندر استفاده می‌شود.

مشخص‌شده است که بایندر قیر لاستیک باعث بهبود مشخصات فنی در مقایسه با بایندرهای معمولی استفاده‌شده در ساخت روسازی‌ها و آسفالت جاده ها می‌شود. بهبود این خصوصیات شامل موارد زیر است:

• افزایش نقطه نرمی (افزایش مقاومت در برابر تغییر شکل دائمی)

• کاهش حساسیت دمایی (افزایش شاخص نفوذ)

• افزایش قابل‌توجه در ویسکوزیته

• بسط دمایی محدوده ویسکوالاستیسیته

• افزایش الاستیسیته و قابلیت ارتجاعی (افزایش بازیابی الاستیک)

• بهبود خصوصیات بایندر در دمای پایین

• کاهش استعداد پیرشدگی بایندر

نقطه نرمی یک عامل از بایندر قیر-لاستیک است که مشخصه ثبات در دمای سرویس بالا و بهبود مطلوب از ۴۰ تا ۶۵ درجه سانتی گراد است (Radziszewski و همکاران ۲۰۰۴). این درجه حرارت به نوع قیر استفاده‌شده، مقدار لاستیک و روش اصلاح بستگی دارد.

حساسیت دمایی یک معیار از خصوصیات ویسکوالاستیک بایندر است. اندازه شاخص نفوذ برای بایندر قیر-لاستیک در حدود ۱+ است.

بایندر قیری باید توسط طیف دمایی گسترده از ویسکوالاستیسیته مشخص شود. مقدار زاویه فازی بین تنش و کرنش در بررسی مدول مختلف تحت بارگذاری چرخه‌ای، یک نمای کلی از رفتار الاستیک و یا ویسـکوز مواد را ارائـه می‌دهد. به‌طـورکلی، عامـل اتـلاف (tanδ) برای آسـفالت ایده آل باید بیش‌ترین مقدار ممکن (بالاتر از ۰) در دمای سرویس پایین و کم‌ترین مقدار ممکن در دمای سرویس بالا باشد. بایندر قیر-لاستیک دارای توسعه‌یافتگی حرارتی محدوده ویسکوالاستیسیته در مقایسه با قیر اصلاح‌نشده تا حدود ۹۰ درجه سانتی گراد است. این بدان معناست که بایندر قیر-لاستیک در دمای سرویس پایین (۳۰- درجه سانتی گراد) شکسته نشده و در دمای سرویس بالا (۶۰+ درجه سانتی گراد) مانند یک مایع نیوتنی به جریان نمی‌افتد (Kalabinska و همکاران ۱۹۹۹).

خصوصیات الاستیک بایندر اصلاح‌شده بر اساس مطالعات بازیابی کشسانی تعیین می‌شوند. ارزیابی قابلیت ارتجاعی و الاستیسیته قیر شامل تبیین بازیابی کشسانی نمونه بایندر اصلاح‌شده تحت کشش در طول آزمایش شکل‌پذیری است. نتایج نشان می‌دهد که افزودن خرده لاستیک به قیر مقدار بازیابی کشسانی را از ۱۰-۵ درصد به حدود ۷۵ درصد در مقایسه با بازیابی کشسانی اولیه افزایش می‌دهد (Pilat و همکاران ۲۰۰۰).

بررسی رفتار بایندر در دمای پایین می‌تواند بر اساس روش‌های مختلف آزمایش شامل مطالعات سازگاری و ثبات (آزمایش نفوذ)، شکل‌پذیری به‌صورت تابعی از حرارت، دمای شکنندگی (تعیین‌شده به‌وسیله روش Fraass) و استحکام خزش (آزمایش BBR) انجام پذیرد.

مشخص‌شده است که بایندر قیر-لاستیک در دمای پایین، شکل‌پذیری بالایی را (استحکام کششی و انرژی تغییر شکل بالاتر) نسبت به قیر اصلاح‌نشده نشان می‌دهد. شکنندگی (درجه حرارت نقطه شکست فراس) بایندر قیر-لاستیک در حدود ۷ الی ۱۰ درصد پایین‌تر از نقطه شکست قیرهای معمولی است.

یکی از نتایج پیرشدگی این است که بایندر قیری به‌تدریج خواص ویسکوالاستیک خود را ازدست‌داده و به‌طور فزاینده‌ای سخت‌تر و شکننده‌تر می‌شود. تغییرات به‌عنوان یک نتیجه از پیرشدگی بایندر قیری ناشی از تبخیر اجزاء فرار قیر در دمای بالا و اکسیداسیون در طول فرایند تولید مخلوط و عملیات روسازی است.

تغییرات در خصوصیات بایندر قیری براثر پیرشدگی شامل موارد زیر است:

• سخت شدگی (منتج به کاهش نفوذ و همچنین کاهش نقطه نرمی و افزایش ویسکوزیته می‌شود)

• افول ویژگی‌های دماپایین (به‌طور مثال سخت شدگی در دمای پایین و درنتیجه افزایش نقطه شکست)

افزودن لاستیک به قیر، پیرشدگی براثر اکسیداسیون را به دلیل حضور عوامل بازدارنده اکسیداسیون در لاستیک به تأخیر می‌اندازد. اکثر شواهد و مدارک بهبود مقاومت قیر اصلاح‌شده در برابر پیرشدگی را می‌توان در آزمایش شکل‌پذیری با اندازه‌گیری نیروی کششی مشاهده کرد. تأثیر مفید بایندر قیری اصلاح‌شده با لاستیک در بهبود مقاومت در برابر پیرشدگی است که این موضوع در مطالعات شکل‌پذیری با اندازه‌گیری هم‌زمان نیروی کششی در طول آزمایش مشهود است. بر پایه نتایج آزمایش شکل‌پذیری به‌عنوان یک تابع از درجه حرارت، برای قیر اصلاح‌شده (به‌طور مثال SBS یا EVA) و قیر اصلاح‌نشده با مقدار سختی‌های متفاوت در معرض پیرشدگی آزمایشگاهی (به‌وسیله روش‌های RTFOT و PAV) مشخص‌شده که بایندر قیر-لاستیک بیش‌ترین تغییرات مطلوب شکل‌پذیری و بیشینه نیروی کششی و انرژی تغییر شکل را نشان می‌دهد (Radziszewski و همکاران ۲۰۰۷).

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

خصوصیات مخلوط آسفالت-لاستیک