بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر

چکیده:

اعتقاد بر این است که نام “Bitumen” از زبان سانسکریت و از کلمه ”Jate” به معنی “Pitch” گرفته‌شده است. همچنین ادعا می‌شود که معادل لاتین Pixtu-men بوده که بعداً به Bitumen خلاصه و سپس از زبان فرانسه وارد زبان انگلیسی شد. بیش‌تر از ۵۰۰۰ سال است که قیر به‌عنوان عایق رطوبتی و عامل اتصال به کار می‌رود. قدیمی‌ترین کاربرد ثبت‌شده به ۳۸۰۰ سال قبل از میلاد توسط سومری‌ها برمی‌گردد.
به‌جرئت می‌توان گفت قیر در میان بیشتر مردم ماده‌ای آشنا است؛ اما قیر به‌اندازه‌ای که در میان مرم عادی ماده‌ای مشخص و شناخته‌شده است برای متخصصین فن مشخص و معروف نیست. از نگاه عموم مردم قیر ماده‌ای سیاه و بدبو است.
قیر ماده‌ای با دو خاصیت مشخص است: چسبندگی و آب‌بندی. منشأ آن از نفت خام است و در تهیه آسفالت یا قیرگونی بام کاربرد دارد. البته این نگاهی از دور به قیر است که تنها مشخصات ظاهری آن را در بردارد. ازنظر متخصصین قیر نه یک ماده معین با خواص مشخص بلکه مخلوطی از طیف وسیع هیدروکربن‌هاست که به‌صورت جامد و مایع با یکدیگر ترکیب‌شده‌اند؛ بنابراین تجزیه مولکولی قیر تقریباً امری غیرممکن است و تنها می‌توان به‌وسیله روش‌های خاص استخراج با حلال گروه‌های یکسان هیدروکربنی آن را جداسازی، دسته‌بندی و خواص عمومی هر یک را با استفاده از روش‌های دستگاهی مشخص نمود.

درک اساسی رفتارهای مکانیکی در قیر شامل جدایش فازی، میکرو اصطکاک، میکرو سایش و غیره، می‌تواند به مهندسین ساخت آسفالت در جهت شناخت عملکرد مکانیکی قیر در مقیاس بزرگ کمک کند. پژوهش‌های اخیر نشان داد که تکامل ریزساختاری در قیر تأثیرات مستقیم در ساختار سطحی و عملکرد میکرومکانیکی آن خواهد داشت. در این پژوهش، ریزساختار قیر و رفتارهای میکرومکانیکی آن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، نظریه دینامیک فاز و شبیه‌سازی دینامیک مولکولی (MD) موردمطالعه قرار گرفت.

نتایج آزمایش AFM نشان داد که ساختار فازی مختلف در سطح نمونه‌های قیر تحت شرایط ترمودینامیکی خاص در مقیاس کوچک رخ خواهد داد. این پدیده می‌تواند با استفاده از نظریه دینامیک فاز توضیح داده شود. در این نظریه، تأثیرات پارامتر پایداری و درجه حرارت بر میکرو ساختارهای قیر و رفتار میکرومکانیکی آن با شبیه‌سازی MD موردمطالعه قرار داده می‌شوند. نتایج شبیه‌سازی نشان داد که فاز اشباع در مقابل فاز نفتن آروماتیک، نقش اصلی را در رفتار میکرومکانیکی قیر بازی می‌کند. منطقه پرتنش بین سطح فاز اشباع و فاز نفتن آروماتیک رخ‌داده که منجر به تشکیل ناپیوستگی‌هایی شده که بیش‌تر بر عملکرد اجزاء و ترکیبات قیر اثر می‌گذارد.

کلمات کلیدی:

میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، قیر، رفتارهای میکرومکانیکی، نظریه دینامیک فاز، شبیه‌سازی MD

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

بررسی رفتارهای میکرومکانیکی قیر-بخش اول