بررسی آزمایشگاهی تأثیر نانورس و پلیمر بر خصوصیات رئولوژیکی قیر و شیارشدگی مخلوط آسفالتی با استخوان‌بندی سنگدانه‌ای

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مشهد، مشهد، ایران

چکیده

تغییر شکل دائم یا شیار افتادگی در مسیر عبور چرخ‌های وسایل نقلیه یکی از مهم ترین مدهای خرابی است که بر عمر روسازی انعطاف پذیر تاثیر می‌گذارد.  این نوع خرایی بیشتر در جاده‌های که در مناطق گرمسیر واقع شده‌اند مشاهده می‌شود.
ویژگی های مصالح تشکیل دهنده نقش زیادی در ویژگی های ساختمانی روسازی بازی می کنند. استفاده از دانه بندی متخلخل و درشت و درصد قیر بالا جهت ایجاد اتصال مناسب در ساختار مخلوط‌های آسفالتی از روشهای بهبود خواص مخلوط های آسفالتی شناخته شده است. یکی از انواع مخلوط های ساخته شده بر این اساس مخلوط‌های آسفالتی با استخوانبندی سنگدانه ای (SMA) می باشد. این مخلوط‌ها نوعی مخلوط آسفالتی گرم با اسکلت درشت دانه و میزان بالای قیر و فیلر می‌باشند که نقش کلیدی و با اهمیت نوع و خصوصیات قیر بکار رفته به عنوان چسباننده ذرات سنگی و عاملی که باید تحمل تنش برشی در محل سنگدانه‌ها را داشته باشد، بسیار مورد توجه است.  از سوی دیگر، به واسطه‌ی بالا بودن میزان قیر و جهت جلوگیری از ریزش قیر، استفاده از افزودنی‌ها از جمله الیاف و یا مواد پلیمری اجتناب ناپذیر است. استفاده ازافزودنی‌های پلیمری علاوه بر اینکه باعث بهبود خصوصیات قیر می-شوند، با افزایش ویسکوزیته ی قیر، تا حدود زیادی مانع از ریزش قیر نیز می‌گردند. همچنین یکی از
 افزودنی‌هایی که به تازگی در اصلا‌ح مشخصات رفتاری قیرها به کار گرفته شده است، نانو رس است. هدف از انجام این پژوهش، ارزیابی اثر نانو رس‌ به عنوان افزودنی اصلی به قیر برای بهبود خواص قیر در کنار افزودنی‌های شایع SBS و الیاف سلولوزی، به منظور افزایش مقاومت باربری آسفالت و اصلاح خصوصیات فنی آن در برابر شیار افتادگی در اسفالت SMA
می‌باشد. بدین منظورنمونه‌هایی از مخلوط‌های آسفالتی SMA از قیر خالص 70-60 حاوی افزودنی 4/0% الیاف به مخلوط آسفالتی و‌ یا قیر اصلاح شده توسط 5% SBS، همراه افزودنی نانو رس مونت موریلونیت به نسبت 1%، 2% ، 3% و 4% به هر دو قیر خالص و پلیمری، توسط دستگاه ژیراتوری ساخته شد. در این پژوهش آزمایش مارشال، آزمایش های خزش دینامیکی و شیار شدگی بر‌ای نمونه‌های مختلف انجام گرفته است.  نتایج حاصل از این آزمایش‌ها بهبود عملکرد نمونه‌های مخلوط آسفالتی حاوی نانو ذرات با افزایش درصد نانو رس  تا درصد 3 را نشان می‌دهد که در قیر پلیمری بهترین بهبود در عملکرد را دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory Evaluation of the Effect of Nano Clay and Polymer on Rheological Behaviour of Binder and Rutting Performance of Stone Matrix Asphalt Mixtures

نویسنده [English]

  • Ehsan Hassanzadeh Khabbaz,
Ehsan Hassanzadeh Khabbaz, Department of Mechanical Engineering, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Permanent deformation or rutting is one of the most important distress modes that affect the life of flexible pavements. This type of distress is often observed on the roads that are situated in tropical regions. The properties of the constituent materials play a significant role in the construction properties of the pavement. The use of porous gradation and high binder grade for proper binding in the structure of mixes is known as the methods for improving the properties of mixtures. One of the mixtures made on this basis is Stone Matrix Asphalt mixtures (SMA). These mixes are a type of hot mixed with the coarse skeleton and the high binder and filler, which plays a key role, with the importance of the type and the tar properties used, as the binder of rock particles and the factor that has to endure the stress of the shear stress between aggregates.  On the other hand, due to the high percent of binder and the prevention of binder, the use of additives such as fibers or polymer materials is inevitable. The use of polymeric additives in addition to improving the binder properties, with the increase binder viscosity, also decreases binder drain down. Also, one of the recently applied additives to enhance the binder properties is Nano - clay. The aim of this study is to evaluate the effects of Nano clay as the main additive to binder to improve the binder properties alongside the SBS and fibers, in order to increase the loading resistance of asphalt and to correct its technical properties against the rutting. So, control asphalt mixtures containing of 60-70 binders with 0/4% fiber blended into mixture or modified bitumen mixed by 5 %, along with a montmorillonite additive of 1 %, 2 %, 3 % and 4 % for both pure and polymer bitumen. In this study, the Marshall test, dynamic creep tests and delamination were performed on different samples. The results of these experiments show improved performance of samples containing Nano - nanoparticles with an addition of Nano clay to 3%, which is best achieved performance in polymer modified mixtures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • stone matrix asphalt mixtures
  • SBS
  • Nano Clay
  • Marshall
  • Creep
  • Rutting
 - ایران، وزارت راه و شهرسازی، معاونت امور فنی، دفتر امور فنی و تدوین معیارها، مرکز تحقیقات و آمـوزش، (1379)، "طراحـی و ارزیـابی آزمایشـگاهی مخلوطهـای آسـفالتی بـا اسـتخوانبنـدی سنگدانهای"، نشریه شماره 206، چاپ اول، سـازمان مـدیریت و برنامه­ریزی کشور، مرکز مدارک علمی و انتشارات.

- نصراله­تبار­آهنگر، ع.، (1385)، "ارزیابی پتانسیل شیارشدگی مخلوطهای آسفالتی با استفاده از تست مقاومت کششی غیر مستقیم"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

- بهرام­نژاد، ب.، (1372)، "امکان اختلاط قیرهای پایه ایران با پلیمرهای خانواده SBS و بررسی خواص فیزیکی- مکانیکی و رئولوژیکی آنهاجهت مصارف راهسازی­" پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده  مهندسی شیمی­، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران.

- احسان یعقوبی، الف.، (1378)، "بررسی تاثیر دانه­بندی مصالح سنگی بر مقاومت مخلوط بتن آسفالتی"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.

Ameri, M. A. Mansourian, S.S. Ashani and G. Yadollahi, (2010), “technical study on the iranian gilsonite as an additive for modification of asphalt binders used in pavement construction”, construction and building materials.

- Brown, E. R. and Manglorkar, H., (1993), "Evaluation of laboratory properties of SMA mixtures", National Center for Asphalt Technology Auburn University, Research Report, Sponsored by NAPA and the NAPA Education Foundation.

- Brown, E, et al., (1997), “Development of a Mixture Design Procedure for Stone Matrix Asphalt (SMA), Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 66, pp.1-30.

-Brown, E. R., & Cooley, L. A., (1999), “Designing of SMA for rut resistant pavements, NCHRP Report 425”, National Cooperative Highway Research program.

-Epps, J. A., (1994), “Uses of recycled rubber tires in highways (Vol. 198)”, Transportation Research Board.

-Grim, R. E., (1959), “Physico-chemical properties of soils: clay mineral”, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 85(2), pp.1-18.

-Huang, Y. H, “Pavement Analysis and Design”, Prentice HALL, University of Kentucky, USA, 1993.

-Jahromi, S. G., Andalibizade, B., & Vossough, S., (2010), “Engineering properties of nanoclay modified asphalt concrete mixtures”, Arabian Journal for Science & Engineering (Springer Science & Business Media BV), pp.35.

-King, G. N., & King, H. W., (1986), “polymer modified asphalts: an overview”, Solutions for Pavement Rehabilitation Problems.

-Lewandowski, L. H., (1994), “Polymer modification of paving asphalt binders. Rubber Chemistry and Technology”, 67(3), pp.447-480.

-National Cooperative Highway Research Program, (2002), “Simple Performance Test for Superpave Mix Design”, Report 465.

Xiao, F., Zhao, W., Gandhi, T., & Amirkhanian, S. N., (2010), “Influence of antistripping additives on moisture susceptibility of warm mix asphalt mixtures”, Journal of Materials in Civil Engineering, 22(10), pp.1047-1055.