بهبود مشخصات قیر به‌وسیله افزودن نانو سیلیکا

مقدمه

آسفالت دارای ترکیب‌بندی شیمیایی کاملاً پیچیده‌ای است؛ بنابراین محققین به‌طور عمده محاسبه درصد و مقدار SARA (اشباع، آسفالتن، رزین و آروماتیک) را برای مقایسه بایندرهای آسفالت مختلف تولیدشده در مناطق و خاستگاه‌های متفاوت را بکار می‌گیرند. ترکیب‌بندی هر بایندر آسفالت به‌طورکلی در دودسته عمده آسفالتن ها و مالتن ها قرار می‌گیرد. سپس می‌توان آن‌ها را به اشباع‌ها، آروماتیک‌ها و رزین‌ها نیز تقسیم‌بندی کرد.

به‌هرحال سیستم کلوئیدی آسفالت ممکن است هنگامی‌که در معرض اکسیژن در دمای بالا قرار گیرد، تغییر کرده و باعث ایجاد اکسیداتیو در طول فرآیند تولید آسفالت و یا در زمان عمر سرویس آن شود. پیرشدگی به‌عنوان یکی از عوامل اصلی در تسریع زمان تخریب آسفالت شناخته‌شده است (Lu & Isacsson 1998 ). وقوع پیرشدگی در بایندر آسفالت توسط اکسیداسیون حرارتی در طول ذخیره‌سازی، اختلاط، جابجایی، بارگذاری و فشرده‌سازی شدت بیش‌تری می‌یابد. این به‌نوبه خود اثرات منفی را بر خصوصیات رئولوژیکی بایندر آسفالت گذاشته که باعث افزایش حساسیت آسفالت و کاهش مقاومت آن در مقابل شکست در دمای پایین می‌شود (Lu & Isacsson 2002 ).

به دلیل آن‌که پیرشدگی اکسیداتیو آسفالت اجتناب‌ناپذیر است، مطالعات زیادی برای فهم بیش‌تر مکانیسم اکسیداسیون و همچنین توسعه و گسترش افزودنی‌ها و روش‌های جدید برای ایجاد تأخیر در پیرشدگی اکسیداتیو انجام‌گرفته است. این افزودنی‌ها شامل رزین‌های مختلف، لاستیک‌ها، پلیمرها، سولفور، کمپلکس‌های فلزی، الیاف، عوامل شیمیایی و نانو موادها است. استفاده از نانو موادها در سال‌های اخیر به‌طور فوق‌العاده‌ای افزایش‌یافته است که این امر به‌طور عمده ناشی از خصوصیات سطحی آن‌ها و اثربخشی‌شان در تغییر ساختار مواد ترکیبی است (You و همکاران ۲۰۱۱، Yao و همکاران ۲۰۱۲،Fini و همکاران ۲۰۱۳).

به‌وضوح ثابت‌شده است که افزودن نانو موادها به بایندر آسفالت باعث بهبود چشمگیر خصوصیات رئولوژیکی و فیزیکی آسفالت شده که این امر دلیلی برای توسعه و گسترش به‌کارگیری نانو موادها برای تولید آسفالت‌های اصلاح‌شده و ایجاد عملکرد مطلوب‌تر در آن‌ها است. ازاین‌رو فناوری نانو به‌تدریج در حوزه اصلاح‌کننده‌های آسفالت گنجانده و در سال‌های اخیر، انواع مختلفی از نانو موادها در این صنعت بکار گرفته‌شده است. نانو سیلیکاها به‌طور گسترده‌ای در پلیمرها و بایندرهای آسفالت به‌عنوان پرکننده‌های غیر آلی برای بهبود مشخصات پلیمرها و مواد قیری استفاده‌شده است (Zhou و همکاران ۱۹۹۹، Hu و همکاران ۲۰۰۴، Liu & Pan 2007).

در طول ۱۰ سال گذشته، نانو سیلیکا به‌عنوان یک ماده مطلوب برای طراحی و آماده‌سازی مواد کاربردی جدید به علت پایداری و سطح‌فعال بالای آن ارائه‌شده است. اندازه و شکل ذرات سیلیکا جهت به‌کارگیری آن در بایندر آسفالت به علت واکنش‌پذیری بسیار بالای سطح‌فعال آن به نسبت دیگر پرکننده‌های مرسوم، مطلوب‌تر است. با پراکنش نانو سیلیکا در مخلوط آسفالت، می‌توان یک پلیمر نانو کامپوزیت به همراه بهبود رفتار مکانیکی ایجاد کرد؛ بنابراین در این مطالعه از نانو سیلیکا برای بهبود و ارتقاء خصوصیات بایندر آسفالت استفاده‌شده است. نانو سیلیکا در غلظت‌های ۲ درصد، ۴ درصد و ۶ درصد وزنی به بایندر آسفالت دست‌نخورده افزوده می‌شود. ویژگی‌های مورفولوژیکی، شیمیایی و رئولوژیکی بایندر آسفالت دست‌نخورده و اصلاح‌شده برای ارزیابی عملکرد نانو سیلیکا اصلاح‌کننده بایندر آسفالت موردبررسی قرارگرفته است. ادامه بخش‌های این مقاله به توصیف مواد و روش‌های آزمون شامل : تهیه سازی مواد و نمونه، روش پیری، خصوصیات رئولوژیکی پویا و طیف‌سنجی مادون‌قرمز تبدیل فروسرخ (FTIR) اختصاص داده‌شده است.

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

مواد و روش‌های آزمون مورداستفاده در اصلاح قیر به‌وسیله نانو سیلیکا