بررسی تأثیر استفاده از نانوکامپوزیت پلی یورتانی بر اصلاح خواص قیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

3 گروه مهندسی عمران، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

قیر به عنوان یکی از اجزای تشکیل دهنده آسفالت، نقش مهمی در خواص و عملکرد آسفالت و همچنین، عمر و پایداری آن دارد اما ساختار آن به دلیل خواص مکانیکی پایین، پایداری حرارتی محدود و عدم مقاومت در برابر ترک خوردگی تحت شرایط محیطی نیاز به اصلاح دارد. در این تحقیق، با هدف افزایش استحکام و انعطاف پذیری، بهبود خصوصیات عملکردی و حرارتی، افزایش چسبندگی و جلوگیری از جدایی فازی اصلاح‌کننده و قیر از پلی‌یورتان منتهی به گروه عاملی ایزوسیانات حاوی نانولوله‌های کربنی استفاده شد. به این منظور ابتدا پیش پلیمر یورتانی منتهی به گروه‌ عاملی ایزوسیانات تهیه شده و سپس نانولوله‌های کربنی به میزان 0/5، 1 و 1/5 درصد وزنی به آن اضافه شد. بر اساس آزمون تنش کششی و آنالیز گرماوزن‌سنجی، نمونه حاوی 1/5 درصد نانو ذره به عنوان نانوکامپوزیت بهینه انتخاب شده و در ادامه با قیر در درصدهای 2، 4، 6 و 8 درصد ترکیب شد. آزمون FTIR ایجاد پیوندهای شیمیایی بین نانوکامپوزیت و قیر را تأیید کرد. جهت بررسی خواص و عملکرد نمونه‌های حاصل، آنالیز مورفولوژی، آزمون ویسکومتری(RV)، آزمون رئومتر برش دینامیکی(DSR) و همچنین، آزمایش خزش و بازگشت در چند سطح تنش(MSCR) انجام شد. نتایج حاصل از این آزمون‌ها نشان داد که حضور نانوکامپوزیت در ساختار قیر باعث افزایش الاستیسیته و بهم پیوستگی ساختار قیر شده و اثرات منفی ناشی از افزایش تنش و دما در خواص قیر را کاهش می‌دهد و نانوکامپوزیت تهیه شده در این پژوهش می‌تواند به عنوان گزینه‌ای مناسب جهت بهبود عملکرد قیر در دمای بالا و متوسط به کار رود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Using Polyurethane Nanocomposites on Modification of the Properties of Bitumen

نویسندگان [English]

  • Seyed Reza Sajadi 1
  • Gholam Ali Shafabakhsh 2
  • Hassan Divandari 3
1 PhD Candidate of Raod and Transportation, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, I.R. Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
3 Department of civil Engineering, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Bitumen, as one of the constituent elements of asphalt, plays an important role in the properties and performance of asphalt as well as its longevity and stability. However, its structure requires modification due to low mechanical properties, limited thermal stability, and susceptibility to cracking under environmental conditions. In this study, in order to increase strength and flexibility, improving functional and thermal properties, enhance adhesion, and prevent phase separation, a modifier based on NCO-terminated polyurethane/CNT were used. For this purpose, NCO-terminated polyurethane pre-polymer was prepared, and then CNTs were added to it at 0.5%, 1%, and 1.5% wt.%. Based on tensile and TGA tests, the sample containing 1.5% nanoparticles was selected as the optimum nanocomposite and subsequently combined with bitumen and then it was mixed with bitumen in percentages of 2, 4, 6 and 8 percent. FTIR test confirmed the chemical bonds between the nanocomposite and bitumen. To investigate the properties and performance of the resulting samples, morphological analysis, viscometry (RV) test, and rheological (DSR) tests for fatigue resistance and rutting under environmental conditions were performed. Also, results of multiple stress creep-recovery (MSCR) test was compared with results of rheology analysis and it was shown that the presence of nanocomposite in the structure of bitumen increased the elasticity and cohesion of the modified bitumen structure and it reduces the negative effects caused by the increase in stress and temperature in bitumen properties and the nanocomposite prepared in this research can be used as a suitable option to improve bitumen performance at high and medium temperature

کلیدواژه‌ها [English]

  • "
  • Polyurethane"
  • NCO-terminated polyurethane"
  • CNT"
  • , "
  • Chemical modification of bitumen"

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 10 فروردین 1403
  • تاریخ دریافت: 26 بهمن 1402
  • تاریخ بازنگری: 10 فروردین 1403
  • تاریخ پذیرش: 10 فروردین 1403