تحلیل رفتار رئولوژی و مقاومت حرارتی قیر اصلاح‌ شده با پلیمر ضایعاتی پلی‌بوتادین رابر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 گروه مهندسی عمران، دانشگاه پیام نور، تهران

3 گروه راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.

10.22075/jtie.2020.18674.1415

چکیده

کاربرد قیرهای خالص در تولید مخلوط آسفالتی به دلیل افزایش بار ناشی از وسایل نقلیه و تأثیرات عوامل محیطی محدود شده است که با استفاده از آن، خرابیهای زودرس مانند شیارشدگی و ترک‌خوردگی‌های خستگی و حرارتی در لایههای آسفالتی رخ میدهد. در این تحقیق، برای بهبود رفتار رئولوژی و مقاومت حرارتی قیر، از پلیمر ضایعاتی پلی­بوتادین رابر و در ترکیب با ساسوبیت استفاده گردید. بدین منظور، نمونههای قیری با درصدهای مختلف افزودنی با استفاده از دستگاه مخلوط‏کن برش بالا تهیه شد. نتایج تحقیق نشان داد که با افزودن پلیمر ضایعاتی پلی­بوتادین رابر به قیر، مقاومت حرارتی، پتانسیل مقاومت در برابر خستگی و شیارشدگی و به طور کلی عملکرد دمای زیاد و میانی افزایش می‌یابد. بر این اساس، ترکیب­های 2.3% PBR و 2.3% PBR+2.5% Sasobit به­ترتیب یک و دو نمره، نمرۀ عملکردی دمای بالای قیر را افزایش، ترکیب 2.3% PBR عمر خستگی را افزایش و افزودن ساسوبیت و همچنین افزایش بیشتر مقدار پلیمر موجب کاهش مقاومت در برابر خستگی خواهد گردید.نتایج TGA نشان می‌دهد که بین نتایج این روش و سایر نتایج، توافق خوبی وجود دارد که می‌تواند به ارزیابی دقیق نتایج در سطح ماکرومولکولی کمک کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Thermal and rheology analysis of bitumen modified with waste polybutadiene rubber

نویسندگان [English]

  • mohammadworya khordehbinan 1
  • MahmoudReza Keymanesh 2
  • Shams Nowbakht 3
1 Department of Civil Engineering, payam e noor University
2 Civil Department, pnu university, Tehran, Iran
3 College of Civil Engineering, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

The limitation in the application of pure bitumen for producing asphalt mixtures is due to the increased vehicle load and the effects of environmental factors, which results in the premature deterioration involving the rutting in asphalt layers. In this study, the waste polybutadiene rubber was used in combination with Sasobit to improve thermal resistance and rheology behavior of bitumen. For this purpose, the bitumen samples were prepared with different percentages of additives using the high shear mixer. The results of the study showed that adding waste polybutadiene rubber to the bitumen improved thermal resistance, rutting and fatigue resistance potential, and generally, middle and high temperature performance. Accordingly, the combinations of 2.3%PBR and 2.3%PBR+2.5%Sasobit increase the high-temperature bitumen performance by one and two grades, respectively. The combinations of 2.3%PBR increase fatigue life and add Sasobit, and also adding more than 2.3% PBR reduce fatigue resistance. The results of TGA show that there is good agreement between the results of these technique and other results, which can help assess the results accurately at macromolecular level.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bitumen
  • Rheology
  • Thermal
  • Waste polybutadiene rubber
  • sasobit
سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور. 1390. "آئین‌نامه روسازی آسفالتی راه‌های ایران". نشریه 234، تهران.
شفابخش, غ. و. رمضان­زاده اندواری, م. 1396. "بررسی رفتار رئولوژیک قیر و ماستیک اصلاح شده با افزودنی ساسوبیت". مهندسی زیرساخت­های حمل و نقل, 3(3): 79-96.
Abedini, M., Hassani, A., Kaymanesh, M. R., Yousefi, A. A. and Abedini, H. 2020. “Multiple stress creep and recovery behavior of SBR-modified bitumen emulsions”. J. Test. Eval., 48(4).
Ameri, M., Reza Seif, M., Abbasi, M. and Khavandi Khiavi, A. 2017. “Viscoelastic fatigue resistance of asphalt binders modified with crumb rubber and styrene butadiene polymer”. Petrol. Sci. Technol., 35(1): 30-36.
Anderson, D. A., Christensen, D. W., Bahia, H. U., Dongre, R., Sharma, M. G., Antle, C. E. and Button, J. 1994. “Binder characterization and evaluation”. Volume 3: Physical Characterization, Strategic Highway Research Program, National Research Council, Report No. SHRP-A-369.
Bulatović, V. O., Rek, V. and Marković, K. J. 2014. “Effect of polymer modifiers on the properties of bitumen”. J. Elastomers Plastics, 46(5): 448-469.
Fang, C., Liu, P., Yu, R. and Liu, X. 2014. “Preparation process to affect stability in waste polyethylene-modified bitumen”. Constr. Build. Mater., 54: 320-325.
Farahani, H. Z., Palassi, M. and Sadeghpour Galooyak, S. 2017. “Thermal analysis of bitumen modified with LDPE and CR”. Petrol. Sci. Technol., 35(15): 1570-1575.
Gardezi, H. and Hussain, A. 2018. “Effect of crumb rubber on properties of bitumen of grade 60/70”. Available at SSRN 3108429.
Golchin, B., Hamzah, M. O. and Hasan, M. R. M. 2017. “Optimization in producing warm mix asphalt with polymer modified binder and surfactant-wax additive”. Constr. Build. Mater., 141: 578-588.
Iran Management and Planning Organization. 2011. “Standard on Iran roads’ pavements design”. Tehran, Iran.
Jin, T. H., Warid, M. N. M., Idham, M. K., Hainin, M. R., Yaacob, H., Hassan, N. A., ... and Afiqah, R. N. 2019. “Modification of emulsified bitumen using styrene-butadiene rubber (SBR)”. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 527, No. 1, IOP Publishing.
Loderer, C., Partl, M. N. and Poulikakos, L. D. 2018. “Effect of crumb rubber production technology on performance of modified bitumen”. Constr. Build. Mater., 191: 1159-1171.
Read, J. and Whiteoak, D. 2003. “The shell bitumen handbook’. Thomas Telford, 136 p.
Rezaei, S., Ziari, H. and Nowbakht, S. 2016a. ‘High-temperature functional analysis of bitumen modified with composite of nano-SiO2 and styrene butadiene styrene polymer”. Petrol. Sci. Technol., 34(13): 1195-1203.
Rezaei, S., Ziari, H. and Nowbakht, S. 2016b. “Low temperature functional analysis of bitumen modified with composite of nano-SiO2 and styrene butadiene styrene polymer. Petrol. Sci. Technol., 34(5): 415-421.
Rezaei, S., Khordehbinan, M., Fakhrefatemi, S. M. R., Ghanbari, S. and Ghanbari, M. 2017. “The effect of nano-SiO2 and the styrene butadiene styrene polymer on the high-temperature performance of hot mix asphalt”, Petrol. Sci. Technol., 35: 553-560.
Sadeq, M., Masad, E., Al-Khalid, H., Sirin, O. and Little, D. 2016. “Rheological evaluation of short-and long-term performance for warm mix asphalt (WMA) binders”. 8th RILEM International Symposium on Testing and Characterization of Sustainable and Innovative Bituminous Materials, Springer, Dordrecht, pp. 129-139.
Soudani, K., Cerezo, V. and Haddadi, S. 2016. “Rheological characterization of bitumen modified with waste nitrile rubber (NBR)”. Constr. Build. Mater., 104: 126-133.
Yang, X., You, Z., Hasan, M. R. M., Diab, A., Shao, H., Chen, S. and Ge, D. 2017. “Environmental and mechanical performance of crumb rubber modified warm mix asphalt using Evotherm”. J. Clean. Prod., 159: 346-358.
Zhang, F. and Hu, C. 2013. “The research for SBS and SBR compound modified asphalts with polyphosphoric acid and sulfur”. Constr. Build. Mater., 43: 461-468.
Ziari, H., Nowbakht, S., Rezaei, S. and Mahboob, A. 2015. “Laboratory investigation of fatigue characteristics of asphalt mixtures with steel slag aggregates”. Adv. Mater. Sci. Eng., 2015: 623245. https://doi.org/10.1155/2015/623245.