8148

8148

تحليل خصوصيات قير ومخلوط هاي آسفالتي اصلاح شده با استفاده از نانولوله هاي كربني

دكتري

عمران - راه‌ترابري

شهريور‌ماه 1392

شهريور‌ماه 1392

دكتر حسن زياري

دكتر محمد فضيلتي

چكيده: روسازي راه در طول دوره عمر خود به علت عبور چرخ خودروهاي مختلف با نيرو و وزن هاي متفاوت، دچار خرابي هاي گوناگون مانند ترك، نشست، شيارشدگي و... مي شود. با توجه به اينكه امروزه ميزان بارهاي عبوري از سطح راهها در سطح جهان روبه رشد است، مهندسان عمران سعي مي كنند با استفاده از اصلاح كننده هاي پليمري، مشخصات عملكردي مخلوطهاي آسفالتي را بهبود ببخشند. از جمله پليمرهايي كه بيشتر از ساير پليمرها در اصلاح آسفالت استفاده مي شود، مي توان به استايرن-بوتادين-استايرن (SBS)، اتيلن وينيل استات (EVA) و لاستيكهاي بازيافتي اشاره كرد. همه اين اصلاح كننده ها به اين دليل مورد استفاده قرار گرفته اند كه قير در همه شرايط محيطي و بارگذاري نمي تواند عملكرد مناسبي داشته باشد. علي رغم اينكه ميزان مصرف قير در آسفالت بسيار كم است (حدود 5 تا 7 درصد) ولي نقش بسيار مهمي در دوام روسازي دارد به طوريكه باعث تغيير شديد رفتار آسفالت به خصوص در دماهاي بالاي سرويس دهي و دماي پايين محيط مي گردد و مي تواند باعث تغيير شكل هاي ماندگار در آسفالت شود. امروزه استفاده از تكنولوژي نانو به عنوان اصلاح كننده مواد مختلف داراي كاربرد وسيعي شده است و اين تكنولوژي با سرعت بسيار زياد در حال گسترش مي باشد. لذا در اين پايان نامه به بررسي يكي از پركاربردترين نانو مواد در صنايع مختلف به نام نانو لوله هاي كربني (CNT) بر خصوصيات قير و آسفالت پرداخته مي شود. در ابتدا به عنوان چالش اصلي مطرح شده نحوه تركيب قير و نانولوله كربني مورد بررسي قرار گرفت و به همين دليل نانولوله هاي كربني با درصد هاي مختلف و با ميكسرهاي متفاوت با قير تركيب شده و آزمايش هاي مختلف از جمله: تجزيه عنصري (CHN)، FTIR و بررسي با ميكروسكوپ الكترون روبشي (SEM) بر روي نمونه هاي مختلف انجام گرديد كه مشخص شد اين مواد تا حدود 1.2 درصد با قير واكنش شيميايي ضعيفي مي دهد و بعد از آن ممكن است به صورت فيلر در قير باقي بماند و همچنين مشخص گرديد كه بهترين ميكسر براي اختلاط قير و نانو لوله هاي كربني، ميكسر مافوق صوت يا آلتراسونيك است و اين در حالي است كه در تحقيقات قبلي در مورد بهترين شرايط تركيب، اشاره اي نشده است و بر خلاف اينكه ميكسر برش بالا براي تركيب قير و پليمر به عنوان بهترين ميكسر استفاده مي شود، ولي براي تركيب قير و نانو لوله هاي كربني نمي تواند ميكسر مناسبي باشد. آزمايش هاي انجام شده بر روي قير و آسفالت به دو دسته كلي تقسيم شدند. الف) آزمايش هاي كلاسيك قير (درجه نفوذ، نقطه نرمي، كشش پذيري و ...) و آزمايش هاي رئولوژي قير كه با استفاده از دستگاه رئومتر برش ديناميكي (DSR) به عنوان كاملترين روش بررسي رفتار رئولوژي مواد ويسكوالاستيك انجام شد. از نتايج اين آزمايش ها مي توان به بررسي مدول الاستيك(G’)، مدول اتلاف (G”)، مدول مختلط(G*)، زاويه تغييرفاز(&)، پارامتر خستگي(G*.Sin&)، پارامتر شيارشدگي(G*/Sin&) پرداخت كه براي اطمينان از نتايج ازمايش ها اين تست ها در دو روش فركانس متغير و دماي متغير انجام شده است و نتايج آنها براي حالت هاي مختلف بررسي و مقايسه شده اند. همچنين با استفاده از دستگاه رئومتر چرخشي (RV) مشخصات رئولوژي قير در دماهاي بسيار بالا و پمپاژ (بالاي 80 درجه سانتيگراد) كنترل گرديد و تست هاي درجه بندي قير بر اساس شاخص عملكردي (PG) به عنوان آزمايش هاي تكميلي بر روي نمونه هاي مختلف انجام گرديد. نتايج همه اين آزمايش ها نشان مي دهد كه اضافه كردن نانولوله كربني به قير باعث بهبود مشخصات قير شد. ب) آزمايش هاي آسفالتي در دو سطح آزمايش هاي كلاسيك (مارشال، كشش غيرمستقيم و...) و آزمايش هاي عملكردي (تيرخستگي چهار نقطه اي، خزش ديناميكي، مدول برجهندگي، شيارشدگي مسيرچرخ و...) انجام گرديد. نتايج بررسي نمودارهاي تيرخستگي چهار نقطه اي مشخص كرد كه استفاده از نانولوله هاي كربني باعث افزايش عمر خستگي نمونه هاي آسفالتي و همچنين افزايش سطح زيرمنحني اين نمودار كه نشان دهنده انرژي تلف شده و كاهش شيب نمودارهاي خستگي كه نشان دهنده كاهش سرعت رشد تركهاي ريز در آسفالت است، مي شود. همچنين استفاده از نانولوله هاي كربني باعث بهبود مقاومت شيارشدگي (حدود 70 درصد)، افزايش مدول برجهندگي(حدود 30 درصد) و بهبود خزش ديناميكي نمونه هاي آسفالتي اصلاح شده با نانو لوله كربني شد. واژه‌هاي كليدي: نانولوله كربني(CNT)، رئولوژي قير، مقاومت خستگي، شيارشدگي، انرژي شكست