ارزیابی آزمایشگاهی خصوصیات رئولوژیکی و فیزیکی قیر اصلاح‌شده با پودر لاستیک و پلیمر EVA

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

2 استاد، گروه راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

3 دانشجوی دکتری راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

10.22075/jtie.2020.20451.1455

چکیده

استفاده از مواد ضایعاتی برای بهبود خصوصیات قیر و مخلوط‌های آسفالتی علاوه بر مزایای اقتصادی، مزایای زیست محیطی قروانی دارد. پودر لاستیک از جمله این مواد ضایعاتی است که می‌تواند باعث بهبود بسیاری از خصوصیات مخلوط آسفالتی بخصوص در دمای پایین م-شود اما این افزودنی ضعف‌هایی نیز دارد که این ضعف‌ها را می‌توان با ساخت افزودنی دوگانه بر پایه پودر لاستیک جبران نمود. از همین رو در این پژوهش تأثیر پودر لاستیک و پلیمرEVA بر ویژگی‌های فیزیکی و رئولوژیک قیر خالص موردبررسی قرارگرفته است. به همین منظور آزمایش‌های درجه نفوذ، نقطه نرمی، ویسکوزیته دورانی و رئومتر برشی دینامیکی با استفاده از دستگاه DSR بر روی قیر شاهد و قیر اصلاح‌شده با ترکیبی از 10و 15 درصد پودر لاستیک و پلیمر EVA برحسب درصد وزنی قیر پایه (شاهد) با نسبت‌های مختلف انجام‌شده است. نتایج حاصل از ترکیب دوگانه این افزودنی‌ها با قیر شاهد نشان می‌دهد که نقطه نرمی و ویسکوزیته دورانی افزایش و درجه نفوذ کاهش می‌یابد که مؤید کاهش حساسیت حرارتی قیرهای اصلاح‌شده است. علاوه بر این نتایج آزمایش رئومتر برش دینامیکی DSR نیز نشان می‌دهد که کلیه قیرهای اصلاح‌شده دارای مدول برش دینامیکی مختلط (*G) بزرگ‌تر و زاویه فاز (δ) کوچک‌تر و درنتیجه ضریب شیار شدگی (*sin δ /G) بزرگ‌تری نسبت به قیر شاهد می‌باشند. ضمن آنکه ضریب خستگی (G*.sin δ)‌ ناشی از بارگذاری در دماهای میانی تمامی قیرهای اصلاح‌شده با ترکیبات دوگانه این افزودنی‌ها کوچک‌تر از حدود توصیه‌شده است. با توجه به یافته‌های این پژوهش مناسب‌ترین ترکیب دوگانه افزودنی‌های EVA و پودر لاستیک برای قیر پایه با درجه نفوذ 70/60، ترکیب دوگانه ۲۵ درصد EVA و 75 درصد پودر لاستیک به میزان 15 درصد وزنی قیر پایه است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory Evaluating of Physical and rheological properties of modified bitumen Containing Crumb rubber and EVA

نویسندگان [English]

  • Amirhossein Ameri 1
  • Mahmoud Ameri 2
  • Hamid Shaker 3
  • Mahmoud karamroudi 3
1 Department of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
2 Iran University of Science and technology
3 Department of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
چکیده [English]

The use of waste materials, including plastics, to improve the properties of asphalt mixtures, in addition to economic benefits, has environmental benefits. Crumb rubber (CR) is one of these wastes that can improve many of the properties of asphalt mixtures, especially at low temperatures. But this additive also has weaknesses that can be compensated by making a double additive based on CR. In this study the influence of CR and EVA polymer on rheological and physical properties of unmodified bitumen has been studied and evaluated. To this aim, penetration, softening point, rotational viscosity and dynamic shear rheometer tests by using DSR machine were done on control bitumen and modified bitumen with a combination of 10 and 15% CR and EVA polymer based on the weight percentage of base bitumen (control) has been done with different ratios. The results of the dual combination of these additives with control bitumen show that the softening point and rotational viscosity increase and the degree of penetration decreases, which confirms the decrease in thermal sensitivity of the modified bitumen compared to the control bitumen. In addition, the results of the DSR Test also show that all modified bitumen have a larger complex shear modulus (G*) and a smaller phase angle(δ), and as a result have a larger sinusoidal coefficient (sin δ / G*) compared to the control bitumen. Besides, the fatigue coefficient caused by loading in the middle temperatures of all bitumen modified with dual compounds of these additives is smaller recommended. According to the findings of this study, the most appropriate dual combination of EVA additives and CR for improving the physical and rheological properties of base bitumen with a penetration rate of 60/70 is the use of dual combination of 25% EVA and 75% CR by proportion of 15 percent of bitumen.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modification of bitumen rheological properties
  • Crumb Rubber
  • EVA
  • Bitumen performance
آقاجانی, پ. و مقدس نژاد، ف. ۱۳۹۰. "اصلاح مشخصات قیر با استفاده از افزودنی پودر لاستیک". ششمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه سمنان.
ابراهیم­زاده, م. 1398. "ارزیابی روش­های آزمایشگاهی برای تعیین دمای اختلاط و تراکم مخلوط­های آسفالتی داغ، حاوی قیر اصلاح­شده با پودر لاستیک". پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی شریف، تهران.
افلاکی, س. 1387. "بررسی انطباق­پذیری قیرهای ایران با روش دسته­بندی بر اساس عملکرد (PG) و تولید قیرهای راه­سازی مورد نیاز". رساله دکتری، دانشگاه صنعتی شریف، تهران.
حدادی, و. ۱۳۹۸. "اثر غلظت و اندازه پودر لاستیک بر خواص رئولوژیک و انعطاف­پذیری قیر". علوم و تکنولوژی پلیمر، 32(6): 475-483.
دارپرنیان, پ.، عبدی کردانی، ع. و گلچین، ب. 1396. "ارزیابی حساسیت رطوبتی و پتانسیل شیارشدگی مخلوط آسفالتی گرم حاوی افزودنی ضد عریان­شدگی با بکارگیری قیر لاستیکی". پژوهشنامه حمل و نقل، 14(3): 169-183.
شاکر، ح. 1395. "بررسی خصوصیات مخلوط­های آسفالتی حاوی پودر لاستیک و پلی‌اتیلن ترفتالات". پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.
صولتی­فر, ن.، آزاده دل، ر.، خلیلی، م. و رهبرنیا، م. 1398. "بهینه­سازی پارامتر شیارشدگی قیر اصلاح شده با پودر لاستیک با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM)". پژوهشنامه حمل و نقل، 16(1): 245-258 .
فخری، م. 1385. "کاربرد پلیمر در بهبود خواص قیرها و مخلوط‌های آسفالتی". پژوهشکده حمل‌ونقل، تهران.
قاسمی, م.، شعبانی، ش. و حیاتی، پ. 1398. "تأثیر پلیمر SBS بر عملکرد دمای بالای قیر لاستیکی حاوی پلیمر SBS و واکس پارافین". ششمین کنفرانس ملی پژوهش‌های کاربردی در مهندسی عمران، معماری و مدیریت شهری، دانشگاه صنعتی خواجه ‌نصیرالدین طوسی، تهران.
نصر، د. 1395. "بررسی اثرات پلیمر ترموپلاستیک- الاستومری بر رفتار شیارشدگی و خستگی قیر". رساله دکتری،  دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران.
ASTM D5. 2006. “Standard test method for penetration of bituminous materials”. ASTM International, West Conshohocken. USA.
Aflaki, S. and Tabatabaee, N. 2009. “Proposals for modification of Iranian bitumen to meet the climatic requirements of Iran”. Constr. Build. Mater., 23(6): 2141-2150.
Alataş, T. and Yilmaz, M. 2013. “Effects of different polymers on mechanical properties of bituminous binders and hot mixtures”. Constr. Build. Mater., 42: 161-167.
Ameri, M., Nemati, M., Shaker, H. and Jafari, F. 2019. “Experimental and numerical investigation of the properties of the hot mix asphalt concrete with basalt and glass fiber”. Frattura ed Integrità Strutturale, 50: 149-162.
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, Report No. SHRP-A-369, Strategic Highway Research Program, National Research Council.
Arabani, M., Tahami, S. A. and Hamedi, G. H. 2018. “Performance evaluation of dry process crumb rubber-modified asphalt mixtures with nanomaterial”. Road Mater. Pavement Design, 19(5): 1241-1258.
Farazmand, P., Hayati, P., Shaker, H. and Rezaei, S. 2020. “Relationship between microscopic analysis and quantitative and qualitative indicators of moisture susceptibility evaluation of warm-mix asphalt mixtures containing modifiers”. Frattura ed Integrità Strutturale, 51: 215-224.
Ghaempoor, A. and Tavakoli, A. 2013. “Study of rheological properties of EVA polymer modified bitumen”. First National Conference on New Technologies in Chemistry and Chemical Engineering, Tehran, Vista Scientific and Research Cooperative. (In Persian)
Gibreil, H. A. and Feng, C. P. 2017. “Effects of high-density polyethylene and crumb rubber powder as modifiers on properties of hot mix asphalt”. Constr. Build. Mater., 142: 101-108.
Habibi Karahrodi, M., Moini Jazani, O., Paran, S. M. R., Formela, K. and Saeb, M. R. 2017. “Modification of thermal and rheological characteristics of bitumen by waste PET/GTR blends”. Constr. Build. Mater., 134: 157-166.
Huang, Y. H. 2004. “Pavement analysis and design”. 2nd Edition, Pearson Publisher.
Liang, M., Ren, S., Fan, W., Xin, X., Shi, J. and Luo, H. 2017. “Rheological property and stability of polymer modified asphalt: Effect of various vinyl-acetate structures in EVA copolymers”. Constr. Build. Mater., 137: 367-380.
Padhan, R. K. and Gupta, A. A. 2018. “Preparation and evaluation of waste PET derived polyurethane polymer modified bitumen through in situ polymerization reaction”. Constr. Build. Mater., 158: 337-345.
Saoula, S., Mokhtar, K. A., Haddadi, S. and Ghorbel, E. 2009. “Improvement of the performances of modified bituminous concrete with EVA and EVA-waste”. Phys. Proced., 2(3): 1319-1326.
Stark, W. and Jaunich, M. 2011. “Investigation of ethylene/vinyl acetate copolymer (EVA) by thermal analysis DSC and DMA”. Polym. Testing, 30(2): 236-242.