Skip to main content
SUPERVISOR
احمد گلی خوراسگانی (استاد راهنما) سیدمهدی ابطحی فروشانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hassan Gougounani
حسن گوگونانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Investigation into the aging of bitumen modified with polymer and filler
Despite the small amount in the asphalt concrete, the binder plays an important role in load bearing and other behavior of asphalt pavements. As a result, binder modification is an important contribution to a higher-quality asphalt concrete. A lot of desired characteristics can be found in the asphalt binders, although these binders contain some issues. One of these issues that affects the durability of pavement overlays is aging which refers to changing in the physiochemical properties of the asphalt. These changes make the asphalt brittle and result in the early occurrence of fatigue and thermal cracking and raveling. Finally the pavement serviceability would be reduced. Recently, many types of modifiers such as polymers, chemicals, fibers and fillers have been utilized to improve the performance of the asphalt concrete. The polymeric ones are of a special interest due to their improvement in each range of temperature. The binder in asphalt concrete comprises both bitumen and filler, so the filler may influence the aging parameters and deterioration of asphalt concrete. Additionally production, construction and service life conditions play an important role in aging. To consider the affecting parameters, this research evaluated three polymeric modifiers (SBR, EVA and CR) and two fillers (Hydrated Lime and Carbon Black) in aging characteristics of bitumen by implementing Performance Grading and mid-temperature fatigue tests. The samples were in 3 different aging conditions: RTFO aged (to simulate the aging in production process), PAV aged (to simulate the aging of emulsified asphalt in service life) and RTFO+PAV aged (to simulate the asphalt cement in service life). The results indicate that polymer-modified binders showed a better performance characteristics after aging, so did the hydrated lime. Thereupon a combination of polymer and filler modifiers are useful to improve the performance of the aged binder. Keywords : Aging, Styrene Butadiene Rubber (SBR), Ethylene Vinyl Acetate (EVA), Crumb Rubber (CR), Filler, Hydrated Lime (HL), Carbon Black (CB), Time Sweep Test.
در مخلوط آسفالتی، قیر به‌عنوان چسباننده نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند و علیرغم کم بودن مقدار آن در مخلوط نسبت به دیگر اجزاء، سهم بسزایی در رفتار آسفالت تحت بارهای مختلف دارد. درنتیجه، بهبود خواص قیر کمک شایانی به ارتقای کیفیت مخلوط آسفالتی می‌نماید. قیر به دلیل ماهیت خاص خود باوجود ویژگی‌های بسیار مناسب جهت کاربرد به‌عنوان چسباننده، دارای ویژگی‌های نامطلوبی نیز هست. یکی از این ویژگی‌ها پتانسیل پیرشدگی قیر است. پیرشدگی یا همان سخت شدگی قیر در گذر زمان، یکی از فاکتورهای کلیدی تعیین‌کننده طول عمر روسازی‌های آسفالتی است. مکانیزم پیرشدگی به‌گونه‌ای است که با تغییر در خصوصیات فیزیکی و شیمیایی قیر، باعث سخت و شکننده‌تر شدن، و کاهش شکل‌پذیری مواد قیری می‌شود و می‌تواند موجب تسریع بروز خرابی‌هایی مانند ترک‌های خستگی، ترک‌های دمای پایین و کنده شدن سنگدانه ها در رویه آسفالتی گردد. درنتیجه، این عمل باعث افت شدید قابلیت بهره‌برداری و یا به‌اصطلاح شکست روسازی می‌شود. در سال‌های اخیر انواع اصلاح‌کننده‌ها برای بهبود عملکرد قیر در همه ابعاد به‌طور وسیعی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اصلاح‌کننده‌ها با توجه به خصوصیات آن‌ها به انواع پلیمری، شیمیایی، الیاف، قیرهای طبیعی، پرکننده‌ها (فیلر) و غیره دسته‌بندی می‌شوند. اصلاح‌کننده‌های پلیمری به علت خصوصیات مطلوب در دماهای مختلف و ترکیب مناسب با قیر بیشترین توجه محققان را به خود اختصاص داده‌اند. با گسترش روز افزون استفاده از قیرهای پلیمری لزوم بررسی پیرشدگی و بهبود آن در انواع قیرها احساس می‌شود. با توجه به اینکه در مخلوط آسفالتی، بخش چسباننده ترکیبی از قیر و فیلر می‌باشد و فیلر ها خود نوعی اصلاح کننده محسوب می‌شوند، در نتیجه فیلر ها می‌توانند در میزان پیرشدگی و زوال عملکردی قیر اثر گذار باشند. همچنین به علت متفاوت بودن فرایند پیر شدگی هم در مراحل ساخت و بهره برداری آسفالت و هم برای قیرهای مختلف، اثرات هر کدام از انواع پیرشدگی متفاوت است. در این پژوهش با در نظر گرفتن عوامل مؤثر در عملکرد قیر و بررسی چند اصلاح‌کننده پلیمری و فیلر، با انتخاب 3 اصلاح‌کننده پلیمری پرکاربرد لاستیک استایرن بوتادین (SBR)، اتیلن وینیل استات (EVA) و پودر لاستیک (CR) و همچنین انتخاب دو اصلاح‌کننده فیلر آهک هیدراته (HL) و دوده صنعتی (CB) با احتمال تأثیر در فرایند پیرشدگی قیر، به بررسی انواع پیرشدگی هریک از مخلوط‌های قیر پرداخته شده است. جهت شبیه‌سازی انواع پیرشدگی کوتاه‌مدت و بلندمدت قیر، از آزمون‌های معرفی شده شارپ شامل اون لایه نازک دوار (RTFO) جهت شبیه‌سازی پیرشدگی کوتاه‌مدت، و محفظه تسریع پیری تحت فشار (PAV) برای پیرشدگی بلندمدت قیر استفاده شده است. جهت ارزیابی و مقایسه خواص مکانیکی و رئولوژیکی قیرهای اصلاح‌شده و پدیده پیرشدگی و اثرات هر یک از اصلاح‌کننده‌ها، آزمایشات نقطه نرمی، درجه نفوذ، آزمایشات رده عملکردی (PG) و آزمایش رئومتر برش دینامیکی (DSR) به کار گرفته شده است. انجام تحلیل و بررسی‌های نتایج حاصله نشان داد که علاوه بر مواد پلیمری که پیرشدگی قیر را کاهش می‌دهند، فیلر آهک هیدراته به‌طور قابل ملاحظه‌ای مقاومت در برابر پیرشدگی قیر را بهبود می‌بخشد. به‌طورکلی استفاده از ترکیب دو اصلاح‌کننده پلیمری و فیلر برای بهبود خواص قیر مطلوب ارزیابی گردید. همچنین این نوع اصلاح قیر ازنظر اقتصادی و همچنین نقطه‌نظر فنی و عملکردی بسیار مناسب خواهد بود. کلمات کلیدی: پیرشدگی، لاستیک استایرن بوتادین (SBR)، اتیلن وینیل استات (EVA)، پودر لاستیک (CR)، فیلر، آهک هیدراته (HL)، دوده (CB)، رئومتر برش دینامیکی (DSR)، مدول مختلط برشی (G*)، زاویه فاز (?).

ارتقاء امنیت وب با وف بومی