چکیده
خرابیهای آسفالتی از جمله معضلاتی است که امروزه دغدغه مهندسین راه و حمل و نقل بوده و هر سال هزینههای کلانی صرف تعمیر و نگهداری راههای آسفالتی میشود. تلاشهای زیادی جهت افزایش مقاومت و عمر آسفالت انجام شده که از جمله این تلاشها، بهبود خواص قیر است. استفاده از پلیمرها در اصلاح خواص قیر بسیار رایج بوده و روز به روز در حال گسترش است. الاستومرهای ترموپلاستیک و پلیمرهای واکنشپذیر از جمله خانوادهای از پلیمرها هستند که تاثیرات چشمگیری بر خواص قیر داشتهاند. در این پژوهش ترموپلاستیک پلییورتان (TPU)، پلییورتان سنتز شده (PU) به عنوان یک افزودنی اصلاح کننده در قیر بکار رفته است. آزمایشهای درجه نفوذ، نقطه نرمی (R&B)، لعاب نازک قشر (RTFO)، محفظه تسریع پیری (PAV)، رئومتر برشی دینامیکی (DSR)، رئومتر تیر خمشی (BBR) و طیفسنجی مادون قرمز فوریه (FTIR) بر روی نمونههای اصلاح شده با شکلهای مختلف خانواده پلییورتان انجام شد. نتایج حاصله از این آزمایشها نشان داد که پلییورتان باعث کاهش درجه نفوذ و افزایش نقطه نرمی قیر شده که قیر اصلاح شده با آن دارای سفتی و ویسکوزیته بالاتر و در پی آن حساسیت حرارتی کمتری بوده است. همچنین پلییورتان باعث افزایش دمای بالای عملکرد قیر پایه و افزایش مقاومت آن در برابر تغییر شکل ماندگار شده است و توانسته ردههای عملکردی بالاتری به قیر پایه بخشد. در دمای متوسط قیرهای اصلاح شده با پلییورتان دارای عملکرد بهتر و مقاومت بیشتری در برابر خستگی نسبت به قیر پایه از خود نشان دادند. در دماهای پایین، اگرچه پلییورتان تاثیر مثبت بسیار اندکی بر عملکرد قیر داشته اما نتوانسته در دمای پایین رده عملکردی به قیر اضافه کند. نتایج آزمایش FTIR، پیوندهای یورتانی موجود در قیر اصلاح شده را به نمایش گذاشت که تاییدی بر شکلگیری پیوندها در قیر و تعیین کننده ساختار شیمیایی آن بوده است.
کلمات کلیدی: قیر، پلییورتان، ایزوسیانات، پلیال، فوم قیر
فهرست عنوان ها
فصل اول: کلیات و تعریف مسئله
1-1- مقدمه 2
1-2- بیان مسئله 2
1-3- فرضیه 4
1-4- اهداف تحقیق 4
1-5- ساختار پایان نامه 4
فصل دوم: مروری بر ادبیات گذشته موضوع
2-1- تاریخچه قیر و اصلاح آن 7
2-2- منابع قیر 8
2-2-1- قیرهای طبیعی 8
2-2-2- قیرهای نفتی 8
2-3- ساختمان شیمیایی قیر 8
2-3-1- اجزا قیر 10
2-3-1-1- آسفالتن 11
2-3-1-2- آروماتیک های قطبی (رزین ها) 11
2-3-1-3- آروماتیک های نفتی 12
2-3-1-4- اشباع ها (پارافین ها) 12
2-4- خواص مکانیکی و فیزیکی قیر 13
2-4-1- رفتار قیر 13
2-4-1-1- رفتار نیوتنی قیر 14
2-4-1-2- رفتار شبه پلاستیک و بینگهام پلاستیک 15
2-4-2- حساسیت حرارتی قیر 16
2-4-3- سخت شدن قیر 17
2-4-4- پیرشدگی قیر 19
2-5- اصلاح قیر 21
2-5-1- اصلاح قیر توسط پلیمر 21
2-5-2- مکانیزم اصلاح قیر با پلیمر 24
2-5-3- پایداری قیرهای پلیمری 25
2-5-4- تاریخچه دمایی 26
2-6- پلیمرهای رایج در اصلاح قیر 27
2-6-1- استایرن بوتادین رابر (SBR) 27
2-6-2- استایرن بوتادین استایرن (SBS) 28
2-6-3- اتیلن وینیل استات (EVA) 30
2-6-4- اصلاح قیر توسط پودر لاستیک (CRM) 30
2-6-5- اصلاح قیر توسط پلی فسفریک اسید (PPA) 32
2-7- آزمایش های قیر 33
2-7-1- آزمایش تعیین درجة نفوذ قیر 33
2-7-2- آزمایش نقطه نرمی قیر 34
2-7-3- آزمایش کشش پذیری 35
2-7-4- آزمایش نقطه اشتعال قیر 35
2-7-5- آزمایش تعیین ویسکوزیته 36
2-7-6- آزمایش نقطه شکست فراس 36
2-8- آزمایش های شارپ (SHRP) بر روی قیرها 37
2-8-1- آزمایش لعاب نازک چرخشی (RTFO) 37
2-8-2- آزمایش محفظه تسریع پیری 38
2-8-3- آزمایش ویسکومتر چرخشی 39
2-8-4- آزمایش رئومتر برشی دینامیکی (DSR) 40
2-8-5- آزمایش رئومتر تیر خمشی 42
2-8-6- آزمایش کشش مستقیم 42
2-9- آزمایش های آمیزه قیر- پلیمر 43
2-9-1- آزمایش پایداری در ذخیره سازی 43
2-9-2- آزمایش بازیابی الاستیک 44
2-10- پلی یورتان 45
2-11- واکنش انتقال هیدروژن بین مولکولی 47
2-12- مکانیزم واکنش شیمیایی پلی یورتان با قیر 47
2-13- تاثیر پلی یورتان بر خواص قیر و فوم قیرهای حاوی آن 49
2-14- جمع بندی 54
فصل سوم: مواد، مصالح و برنامه آزمایش ها
3-1 مواد و مصالح 57
3-1-1- قیر 57
3-1-2- پلیمر 58
3-2- فرایند تهیه نمونه ها 59
3-3- نامگذاری نمونه ها 62
3-4- برنامه آزمایش ها 62
3-4-1- آزمایش درجه نفوذ 63
3-4-2- آزمایش نقطه نرمی 63
3-4-3- آزمایش طیف سنجی مادون قرمز فوریه (FTIR) 63
3-4-4- آزمایش روبش دما 64
3-4-5- آزمایش BBR 65
فصل چهارم: نتایج و تحلیل
4-1- نتایج و تحلیل 67
4-1-2- نتایج آزمایش درجه نفوذ 67
4-1-3-تایج آزمایش نقطه نرمی 68
4-1-4- تعیین شاخص PI 69
4-1-5- بررسی نتایج آزمایش روبش دما در دمای بالا 71
4-1-5-1- تاثیر TPU بر عملکرد قیر در دمای بالا 71
4-1-5-2- تاثیر پلی یورتان سنتز شده بر عملکرد قیر در دمای بالا 73
4-1-5-3- تاثیر پلی یورتان سنتز شده و آب بر عملکرد قیر در دمای بالا (فوم قیر پلی یورتان) 76
4-1-6- بررسی نتایج آزمایش روبش دما در دمای متوسط 78
4-1-6-1- تاثیر TPU بر عملکرد قیر در دمای متوسط 79
4-1-6-2- تاثیر پلی یورتان سنتز شده بر عملکرد قیر در دمای متوسط 80
4-1-6-3- تاثیر پلی یورتان سنتز شده و آب بر عملکرد قیر در دمای متوسط (فوم قیر پلی یورتان) 81
4-1-7- بررسی نتایج آزمایش BBR در دمای پایین 82
4-1-7-1- تاثیر پلی یورتان سنتز شده بر عملکرد قیر در دمای پایین 83
4-1-7-2- تاثیر پلی یورتان سنتز شده و آب بر عملکرد قیر در دمای پایین (فوم قیر پلی یورتان) 84
4-1-8- رده بندی عملکردی قیرهای اصلاح شده با پلی یورتان سنتز شده و فوم قیرهای پلی یورتان 86
4-1-9- بررسی نتایج حاصل از FTIR 86
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1- نتیجه گیری 91
5-2- پیشنهادات 93
فصل ششم: مراجع
6- مراجع 96
فهرست شکل ها
شکل 2-1: رفتار نیوتنی 14
شکل 2-2: رفتار شبه پلاستیک 16
شکل 2-3: رفتار بینگهام پلاستیک 16
شکل 2-4: تغییرات اجزای قیر در زمان اختلاط، پخش، تراکم و خدمت دهی 19
شکل 2-5: وابستگی ویسکوزیته به دما برای دو نمونه قیر 20
شکل 2-6: اثر درصد آسفالتن موجود در قیر پایه بر پایداری قیرهای اصلاح شده با پلیمر EVA 26
شکل 2-7: اثر تغییرات درصد EVA در قیر و درصد وینیل استات در EVA، بر درجه نفوذ و نقطه نرمی قیر پلیمری 30
شکل 2-8: مکانیزم کار رئومتر برشی دینامیکی 41
شکل 2-9: تصویر عمومی تشکیل پیوند یورتانی بر اثر واکنش پلی ال (OH) با ایزوسیانات (NCO) 46
شکل 2-10: تصویر نحوه واکنش ایزوسیانات با پلی ال (OH موجود در روغن کرچک) 49
شکل 2-11: تاثیر دما بر پارامتر G*/sinδ مربوط به قیرهای پایه و اصلاح شده با پلی یورتان سنتز شده و آب در فرایند اصلاح کوتاه مدت (یک ساعت) و بلند مدت (24 ساعت) در حالت پیرنشده 50
شکل 2-12: تجزیه نمونه های قیر به عناصر اصلی سازنده به روش کروماتوگرافی 51
شکل 2-13: تغییرات G* و δ نسبت به دما 52
شکل 2-14: تغییرات G' و "G نسبت به دما 53
شکل 2-15: تغییرات tanδ نسبت به دما برای مدت های مختلف فرایند اصلاح 53
شکل 2-16: تغییرات tanδ نسبت به دما برای قیرهای اصلاح شده پلی یورتانی با ایزوسیانات های دارای وزن مولکولی متفاوت 54
شکل 3-1: دستگاه برش بالا L4RT 60
شکل 3-2: مجموعه سیستم مخلوط کن کینماتیکا و محفظه کنترل دما 61
شکل 3-3: رئومتر برشی دینامیکی مدل MCR 300 65
شکل 4-1: شاخص درجه نفوذ نمونه ها 70
شکل 4-2: تاثیر دما بر پارامتر G*/sinδ مربوط به قیرهای اصلاح شده با TPU در حالت پیرنشده 72
شکل 4-3: تاثیر دما بر پارامتر G*/sinδ مربوط به قیرهای اصلاح شده با TPU در حالت پیرشده 73
شکل 4-4: تاثیر دما بر پارامتر G*/sinδ مربوط به قیرهای اصلاح شده با پلی یورتان سنتز شده در حالت پیرنشده 75
شکل 4-5: تاثیر دما بر پارامتر G*/sinδ مربوط به قیرهای اصلاح شده با پلی یورتان سنتز شده در حالت پیرشده 75
شکل 4-6: تاثیر دما بر پارامتر G*/sinδ مربوط به فوم قیرهای پلی یورتان در حالت پیرنشده 77
شکل 4-7: تاثیر دما بر پارامتر G*/sinδ مربوط به فوم قیرهای پلی یورتان در حالت پیرشده 78
شکل 4-8: تاثیر دما بر پارامتر G*.sinδ مربوط به قیرهای اصلاح شده با TPU بعد از RTFO و PAV 80
شکل 4-9: تاثیر دما بر پارامتر G*.sinδ مربوط به قیرهای اصلاح شده با پلی یورتان سنتز شده بعد از RTFO و PAV 81
شکل 4-10: تاثیر دما بر پارامتر G*.sinδ مربوط به فوم قیرهای پلی یورتان بعد از RTFO و PAV 82
شکل 4-11: تاثیر دما بر سختی خزشی قیر شاهد و قیرهای اصلاح شده با پلی یورتان سنتز شده 83
شکل 4-12: تاثیر دما بر مقدار m در قیر شاهد و قیرهای اصلاح شده با پلی یورتان سنتز شده 84
شکل 4-13: تاثیر دما بر سختی خزشی قیر شاهد و فوم قیرهای پلی یورتان 85
شکل 4-14: تاثیر دما بر مقدار m در قیر شاهد و فوم قیرهای پلی یورتان 85
شکل 4-15: طیف سنجی FTIR مربوط به ایزوسیانات 87
شکل 4-16: طیف سنجی FTIR مربوط به پلی ال 88
شکل 4-17: طیف سنجی FTIR مربوط به پلی یورتان 88
شکل 4-18: طیف سنجی FTIR مربوط به قیر پایه 89
شکل 4-19: طیف سنجی FTIR مربوط به قیر اصلاح شده با پلی یورتان 89
فهرست جدول ها
جدول 2-1: ساختار شیمیایی انواع مختلف نفت خام 9
جدول 2-2: عناصر تشکیل دهنده قیر 10
جدول 2-3: انواع الاستومرهای ترموپلاستیک و پلاستومرهای رایج در اصلاح قیر 23
جدول3-1: مشخصات قیر خالص 57
جدول 3-2: مشخصات TPU 58
جدول 3-3: مشخصات مواد اولیه پلی یورتان سنتز شده 59
جدول 3-4: نام گذاری اختصاری نمونه ها 62
جدول 4-1: درجه نفوذ نمونه ها 68
جدول 4-2: نقطه نرمی نمونه ها 69
جدول 4-3: تاثیر دما بر رده عملکردی قیرهای اصلاح شده پلی یورتان سنتز شده و فوم قیرهای پلی یورتان 86
تعداد مشاهده: 3508 مشاهده
فرمت فایل دانلودی:.docx
فرمت فایل اصلی: docx
تعداد صفحات: 136
حجم فایل:1,825 کیلوبایت