پلیمر الاستو پلاستومر رشته ای

اصـــلاح کننــــده قیر و آسفالت

با توجه به این كه قیر از نظر كمی سهم کمتری نسبت به مصالح سنگی در مخلوط‌های آسفالتی دارد، شاید چنین تصور شود كه نقش قیر در رفتار، دوام و عملکرد لایه‌های روسازی آسفالتی چندان با اهمیت و قابل ملاحظه نمی‌باشد، لیكن حقیقیت این است كه قیر و خواص فیزیكی و شیمیایی آن تأثیر عمده‌ای در عملكرد مطلوب، دوام و پایداری مخلوط‌های آسفالتی دارد. برای عملكرد مناسب و پایداری روسازی آسفالتی، قیر مصرفی باید ضمن دارا بودن دوام، از رفتار و عملكرد مناسبی نیز در محدوده دماهای بالا، پایین و میانی برخوردار باشد. امروزه علاوه بر قیر و مصالح سنگی از مواد افزودنی و یا اصلاح كننده‌های قیر نیز استفاده می‌شود. این تركیبات كه طیف وسیعی از مواد را در بر می‌گیرند، به منظور اصلاح و بهبود برخی از خواص قیر و در نتیجه مخلوطهای آسفالتی به شرح موارد زیر كاربرد دارند :

• جلوگیری از عریان شدگی سنگدانه‌های مخلوط آسفالتی
• جلوگیری از ایجاد تركهای حرارتی و انقباضی
• كاهش پدیده‌های تغییرشكل و قیرزدگی رویه‌های آسفالتی
• جلوگیری از روآمدن تركهای آسفالتی و بروز ترک های انعکاسی
• كاهش پدیده سخت شدن و پیرشدگی قیر
• افزایش مقاومت خستگی مخلوط آسفالتی

برای اینكه یك افزودنی، موثر، كاربردی و اقتصادی باشد، باید بتواند شرایط زیر را فراهم سازد:

• به آسانی در دسترس بوده و مقرون به صرفه باشد
• در دماهای اختلاط مخلوط آسفالتی تخریب نگردد
• به راحتی و با کمترین هزینه با قیر مخلوط گردد
• در دماهای بالای روسازی، بدون اینكه قیر را در دمای اختلاط و پخش خیلی ویسكوز كرده یا خیلی سفت كند و یا در دماهای پایین روسازی آنرا شكننده كند، مقاومت در برابر روانی را افزایش دهد
• مشخصات اولیه قیر را در طول زمان ذخیره سازی، اجرا و سرویس دهی حفظ كند
• از نظر فیزیكی و شیمیایی در طول زمان انبارش، اجرا و سرویس دهی پایدار باشد
• در دماهای معمول اجرای مخلوط آسفالتی، به كندروانی موردنظر برسد و قابل تزریق و پمپ شدن باشد.

یک مطالعه تحقیقاتی با استفاده از قیر پالایشگاه تهران و مصالح سنگی معادن اطراف این شهر در محل شرکت آزمایشگاه فنی و مکانیک خاک وزارت راه و شهرسازی به منظور ارزیابی تأثیر استفاده از پلیمر الاستوپلاستومر رشته ای در عملکرد و دوام مخلوط های آسفالتی گرم به انجام رسید و ویژگیهای عملکردی مخلوط های آسفالت گرم معمولی و آسفالت گرم اصلاح شده با پلیمر رشته ای با انجام آزمایشهای عملکردی از جمله آزمایش خستگی تیرچه خمشی چهار نقطه ای، مدول برجهندگی و شیارافتادگی چرخ بارگذاری ویلتراک هامبورگ ارزیابی گردید. همچنین رفتار و ویژگیهای رئولوژی قیرهای خالص و اصلاح شده با پلیمر رشته ای با انجام آزمایشهای عملکردی و تعیین درجه بندی عملکردی قیر ارزیابی گردید.

طرح اختلاط مخلوط آسفالتی لایه توپکا 19- 0 میلیمتر با محدوده مشخصات دانه بندی شماره 4 مندرج در نشریه شماره 234 ، آئین نامه روسازی آسفالتی راه های ایران، با تعیین مقدار قیر بهینه به میزان 1/6 انجام شد. شایان ذکر است جهت تهیه و آماده سازی قیر اصلاح شده، ابتدا قیر تا رسیدن به دمای 150 درجه سانتی گراد گرم شده و همزمان با افزودن تدریجی افزودنی به مقدار 20 درصد وزنی قیر فرآیند همزدن با سرعت کم آغاز گردید. سپس با استفاده از همزن برش بالا و سرعت چرخش 3000 دور دقیقه عمل اختلاط به مدت 15 دقیقه به انجام رسید.

آزمایشهای عملکردی قیر شامل آزمایشهای پیرشدگی RTFOT و PAV و آزمایشهای رئومتری DSR و BBR و RV بر روی قیرهای خالص و اصلاح شده با پلیمر رشته ای انجام شد و این قیرها با درجه عملکردی، به ترتیب، 22-64PG و 28-76PG طبقه بندی شدند. نتایج نشان دادند که اصلاح قیر با پلیمر رشته ای باعث افزایش و ارتقای مشخصات آن در محدوده دماهای بالا و پایین خدمت دهی روسازی می شود، به نحوی که درجه عملکردی دمای بالای قیر به اندازه دو رده و درجه عملکردی دمای پایین آن به اندازه یک رده ارتقاء می یابد. این آزمایشها نشان می دهند که قیر اصلاح شده می تواند در برابر خرابیهای شیارافتادگی، ترک حرارتی و ترک خستگی، مقاومت و عمر بیشتری نسبت به قیر خالص تأمین کند.

آزمایش خزش دینامیكی نمونه های آسفالتی معمولی و اصلاح شده با پلیمر رشته ای در دمای 45 درجه سانتی گراد بر اساس استاندارد BS DD226 انجام شد. مطابق استاندارد مدت زمان آزمایش 3600 ثانیه بوده و در این مدت 1800 سیكل بارگذاری اعمال گردید كه در هر سیكل، مدت اعمال بار با مقدار 100 کیلوپاسکال برابر یك ثانیه است. نتایج آزمایش در جدول 1 ارائه شده است. نتایج آزمایش نشان می دهند که که آسفالت اصلاح شده با پلیمر رشته ای در برابر تغییرشکلهای دائمی مقاومت بیشتری دارد، به نحوی که در پایان بارگذاری، کرنش نمونه آسفالت اصلاح شده 5/1 برابر کمتر از مقدار آن برای آسفالت گرم معمولی ساخته شده با قیر خالص است. بر اساس نتایج بدست آمده، مخلوط آسفالت اصلاح شده با پلیمر رشته ای در معرض خرابی شیارافتادگی در دماهای بالای سرویس دهی دوام و عمر بیشتری نسبت به مخلوط آسفالتی معمولی دارد.

جدول 1- نتایج آزمایش خزش دینامیكی پس از 1800 سیکل بارگذاری

آزمایش خستگی تیرچه خمشی چهار نقطه ای نمونه های آسفالتی معمولی و اصلاح شده با پلیمر رشته ای مطابق روش استاندارد AASHTO T321 انجام پذیرفت. نتایج آزمایش نمونه های مذكور در دمای 20 درجه سانتیگراد و كرنشهای 250 و 400 میکرو در جدول 2 ارائه شده است. نتایج نشان می دهند که تعداد سیکل بارگذاری عمر خستگی نمونه های اصلاح شده با پلیمر رشته ای در کرنش های بارگذاری 250 و 400 میکرو، به ترتیب، 9/2 و 9/1 برابر بیشتر از مخلوط آسفالت گرم معمولی حاوی قیر خالص است. این نتایج نشان می دهند که رفتار و عملکرد خستگی مخلوط اصلاح شده با پلیمر رشته ای در مقایسه با مخلوط شاهد ساخته شده با قیر خالص بهبود چشمگیری دارد. بنابراین اصلاح کردن مخلوط آسفالتی گرم با پلیمر رشته ای، مقاومت کششی مخلوط و مقاومت آن در برابر ترک های ناشی از خستگی (ترک خوردگی پوست سوسماری) را افزایش می دهد.

جدول 2- نتایج آزمایش خستگی تیرچه خمشی مخلوط آسفالتی

آزمایش شیارافتادگی مخلوط های آسفالتی گرم معمولی و اصلاح شده با پلیمر رشته ای توسط دستگاه شیارافتادگی ویلتراك هامبورگ که در شکل 1 نشان داده شده است، مطابق استاندارد AASHTO T324 انجام شد. در این دستگاه، چرخ بارگذاری با بار ثابت بر روی سطح نمونه بصورت رفت و برگشتی حركت می‌كند و نمونه در شرایط خشک و یا غرقاب مورد آزمایش قرار می گیرد. نمونه مورد استفاده در این دستگاه دارای ابعاد 5 30 30 سانتیمتر است. چرخ بارگذاری دستگاه، 20 سانتیمتر قطر و 5 سانتیمتر عرض دارد. نمونه ها توسط دستگاه تراکم غلطکی متراكم شدند كه در آن از روش مالشی برای تراكم استفاده می‌شود و در شكل 2 نشان داده شده است. نمونه های دال آسفالتی در شرایط غوطه ور در آب 50 درجه سانتیگراد، بار چرخ 705 نیوتن و سرعت حركت رفت و برگشتی 50 عبور در دقیقه، تحت 20000 عبور چرخ بارگذاری (10000 رفت و برگشت) قرار گرفتند. مقدار عمق شیار در سیكلهای مختلف برای مخلوطهای آسفالتی گرم معمولی و اصلاح شده با پلیمر رشته ای در شكلهای 3 و 4 ارائه شده است. مقدار عمق شیار نمونه های مخلوط آسفالتی معمولی و اصلاح شده پس از 20000 عبور چرخ بارگذاری، به ترتیب برابر 62/6 و 13/0 میلیمتر بوده است. همچنین مخلوط آسفالتی گرم شاهد ساخته شده با قیر خالص در مسیر حرکت چرخ بارگذاری تحت تأثیر آب، دچار خرابی عریان شدگی گردید و شیارافتادگی آن با شدت بیشتری ادامه یافت. نتایج این آزمایش نشان می دهند که اصلاح کردن قیر با استفاده از پلیمر الاستوپلاستومر رشته ای باعث افزایش مقاومت آسفالت گرم در برابر تغییرشکل های دائمی و شیارافتادگی جی چرخ در روسازی می شود. به علاوه با توجه به اینکه مخلوط آسفالتی گرم معمولی دچار خرابی عریان شدگی گردید، اتفاقی که برای مخلوط اصلاح شده روی نداد، اصلاح قیر با پلیمر رشته ای دوام رطوبتی مخلوط آسفالتی و مقاومت آن در برابر عریان شدگی و همچنین خرابی های شن زدگی و ترک خستگی را نیز افزایش می دهد.

شكل 1- دستگاه شیارافتادگی ویلتراك هامبورگ	شكل 2- دستگاه تراكم غلتكی
شكل 3- نمودار عمق شیارافتادگی مخلوط آسفالتی معمولی در مقابل تعداد سیكل بارگذاری
شكل 4- نمودار عمق شیارافتادگی مخلوط آسفالتی پلیمری در مقابل تعداد سیكل بارگذاری

نتایج آزمایش های انجام شده نشان می دهند که اصلاح قیر با استفاده از پلیمر الاستوپلاستومر رشته ای و تولید مخلوط آسفالتی با استفاده از این نوع پلیمر، دوام مخلوط آسفالتی گرم را افزایش داده و بروز خرابی های رایج رویه راه ها از جمله ترک خوردگی پوست سوسماری ناشی از خستگی، شیارافتادگی و خرابیهای عریان شدگی را به تأخیر می اندازد.