25409

مقايسه ساختار شيميايي اجزاء قير پير شده و قير تازه و امكان سنجي توليد عامل بازسازي كننده قير

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران

1397

1400/06/10

حسن زياري

اسماء بنانژاد

مهندسي عمران

با وجود آنكه درصد كمي از مخلوط آسفالتي از قير تشكيل شده است اما رفتار آسفالت در برابر شرايط محيطي، شرايط بارگذاري و غيره به مقدار زيادي به رفتار قير وابسته است. به همين دليل است كه بايد علت بسياري از خرابي ها، مشكلات و رفتارهاي روسازي هاي آسفالتي را طي عمر خدمتدهي آنها در رفتار و ويژگي هاي قير جستجو كرد. قير در طول فرآيند پردازش آسفالت و خدمتدهي روسازي در معرض پيرشدگي قرار مي گيرد. در طي فرآيند پيرشدگي خصوصيات شيميايي قير و نسبت مالتن به آسفالتن تغيير مي كند. اين تغيير باعث افزايش ويسكوزيته، كاهش شكل پذيري و همچنين كاهش مقاومت قير در برابر ترك خوردگي حرارتي شده، كه منجر به كاهش دوام روسازي مي گردد. راه حل هاي و مواد افزودني مختلفي مانند استفاده از عوامل بازسازي كننده، قير نرم، پليمرها و ... براي بازيابي خصوصيات قير پير شده پيشنهاد شده است. در اين پژوهش از قير 70/60 به عنوان قير پايه استفاده شد. قير پير شده از انجام آزمايش شبيه ساز پيرشدگي (RTFO+PAV) بر روي قير پايه بدست آمد. از عوامل بازسازي كننده در سه دسته ي مختلف روغن آروماتيك، روغن پارافينيك و روغن نفتنيك به منظور مشخص كردن مناسب ترين تركيب شيميايي جهت امكان سنجي توليد عامل بازسازي كننده قير استفاده شد. به منظور بررسي تاثير بلند مدت عوامل بازسازي كننده بر خصوصيات قير پير شده، قيرهاي بازيابي شده مجددا تحت آزمايش شبيه ساز پيرشدگي قرار گرفتند. آزمايش هاي جداسازي اجزاء قير (SARA)، طيف سنج مادون قرمز تبديل فوريه (FTIR)، ميكروسكوپ نيروي اتمي (AFM)، آناليز عنصري، درجه نفوذ، نقطه نرمي، ويسكوزيته چرخشي (RV)، خزش و بازيابي قير در چند سطح تنش (MSCR) و جاروب دامنه خطي (LAS) جهت بررسي خصوصيات مختلف شيميايي، فيزيكي و رئولوژيكي نمونه هاي قير استفاده شد. مقايسه عملكرد عوامل بازسازي كننده بيانگر اثرات متفاوت اين مواد بر خواص قير مي باشد. عوامل بازسازي كننده روغن آروماتيك، روغن پارافينيك و روغن نفتنيك به ترتيب كاهش 42، 42 و 38 درصدي شاخص كلوئيدي قير پير شده را نتيجه مي دهند كه نشان دهنده نرم تر شدن قير پير شده و پايداري ساختار كلوئيدي آن مي باشد. نتايج آزمايش آناليز عنصري بيانگر افزايش 42 درصدي اكسيژن قير پير شده پس از افزودن روغن آروماتيك به علت ساختار شيميايي غير اشباع اين روغن مي باشد. روغن پارافينيك و روغن آروماتيك عمر خستگي قير پير شده را به ترتيب 4/21و 3/84برابر كردند و به مقدار بالاتري نسبت به قير 60/70 افزايش داده اند. روغن نفتنيك نيز باعث افزايش عمر خستگي قير پير شده به ميزان 3/34برابر و به مقداري كمتر از قير 60/70 شد. بررسي عملكرد بلند مدت قيرهاي بازيابي شده نشان داد كه عوامل بازسازي كننده عملكرد بلند مدت قير پير شده را بهبود مي بخشند. عامل بازسازي كننده روغن پارافينيك داراي بهترين عملكرد در بازيابي خصوصيات شيميايي، فيزيكي و رئولوژيكي قير پير شده در كوتاه مدت و بلند مدت مي باشد.

1400/08/04

Comparison of chemical structure of aged and fresh bitumen components and feasibility study of bitumen recycling agent production

9/1/2022 12:00:00 AM

Although a small percentage of the asphalt mixture is composed of bitumen, the behavior of asphalt against environmental conditions, loading conditions is highly dependent on the behavior of bitumen. This is why the cause of many failures, problems and behaviors of asphalt pavements during their service life should be sought in the behavior and properties of bitumen. Bitumen is exposed to aging during the asphalt processing and paving service. During the aging process, the chemical properties of bitumen and the ratio of maltene to asphalt change. This change increases the viscosity and decreases the ductility as well as decreases the bitumen resistance to thermal cracking, which leads to a reduction in pavement durability. Various solutions and additives such as the use of recycling agents, soft bitumen, polymers, etc. have been proposed to restore the properties of aged bitumen. In this research, 60/70 penetration grades of bitumen was used as a base bitumen. Aged bitumen was obtained by performing an aging simulation test (RTFO + PAV) on base bitumen. Recycling agents in three different categories of aromatic oils, Paraffinic oils and naphthenic oils were used to determine the suitable chemical composition to evaluate the feasibility of production of the bitumen recycling agent. In order to investigate the long-term effect of recycling agents on the properties of aged bitumen, the restored bitumens were tested in the aging simulator. Saturates, aromatics, resin and asphaltenes (SARA) fractionation, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, atomic force microscopy (AFM), elemental analysis ,Penetration, softening point, rotational viscosity (RV), Multi Stress Creep and Recovery (MSCR) and linear amplitude sweep (LAS) were used to investigate different chemical, physical and rheological properties of bitumen sample. Comparison of the performance of recycling agents indicates the different effects of these materials on the properties of bitumen. Recycling agents of aromatic oil, paraffin oil and naphthenic oil result in 42%, 42% and 38% reduction of the colloidal index of aged bitumen, respectively, which indicates the softening of aged bitumen and the stability of its colloidal structure. The results of the elemental analysis show a 42% increase in oxygen in aged bitumen after the addition of aromatic oil due to the unsaturated chemical structure of this oil. Paraffinic oil and aromatic oil increased the fatigue life of aged bitumen by 4.21 and 3.84 times, respectively, and increased it to a higher value than 60/70 penetration grades of bitumen. Naphthenic oil also increased the fatigue life of aged bitumen by 3.34 times and slightly less than 60/70 penetration grades of bitumen. Examination of long-term performance of restored bitumen showed that recycling agents improve long-term performance of aged bitumen. Paraffin oil has the best performance in restoring the chemical, physical and rheological properties of aged bitumen in the short and long term.

پيرشدگي , عوامل بازسازي كننده , ساختار شيميايي , عملكرد بلند مدت , خستگي

Aging , Recycling agents , Chemical structure , Long-term performance , Fatigue