پایان نامه بررسی اثر افزودنی پلی یورتان در رفتار خستگی چسبنده قیری

فهرست:

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 درجه 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

منبع:

[1] Bahia H.U, Zhai H, Zeng M, Hu Y and Turner P. “Development of Binder Specification Parameters Based on Characterization of Damage Behavior.” Journal of Association of Asphalt Paving Technologists, Vol. 70, pp. 442-470. (2001).

]2[ بهرام­نژاد داریوش، ریاضی محمدرضا، دبیر بهرام، نظربیگی علی احسان.”امکان اختلاط قیرهای پایه ایران با پلیمرهای خانواده SBS و بررسی خواص فیزیکی- مکانیکی و رئولوژیکی آنها جهت مصارف راهسازی. “ پایان­نامه کارشناسی ارشد. (1372).

[3] Yildirim Y. “Polymer Modified Asphalt Binders.” Construction and Building Materials, Vol. 21, No.1, pp. 66-72. (2007).

[4] Brule B. “Polymer-Modified Asphalt Cements Used in the Road Construction Industry: Basic Principles.” Transportation Research Record 1535, TRB, National Research Council, Washington D.C. (1997).

[5] “The asphalt handbook.” The asphalt institute. Second edition. (1966).

[6] Whiteoak D and Read JM. “The Shell bitumen handbook.” London: Thomas Telford Services Ltd. (2003).

]7[ حاج محمدرضایی عباس. ”مجموعه کاربردی راه و آسفالت.“ انتشارات آدانا. (1377).

]8[ سرائی­پور محمد. ”آسفالت. “انتشارات دهخدا. (1377).

]9[ فخری منصور. ”کاربرد پلیمر در بهبود خواص قیرها و مخلوط­های آسفالتی. “ چاپ اول. وزارت راه و ترابری، معاونت آموزش تحقیقات و فناوری و پژوهشکده حمل و نقل. (1385).

[10] Navarro F.J, Partal P, Martı́nez-Boza F and Gallegos C. “Thermo-rheological behaviour and storage stability of ground tire rubber-modified bitumens. ” Feul, vol. 83, No. 14-15. pp. 2041-2049. (2004).

[11] Aklonis, John J. “Introduction to polymer viscoelasticity.” Wiley Interscience. (2005).  

[12] Polacco Giovanni, Stastna Jiri, Vlachovicova Zora, Biondi Dario and Zanzotto Ludovit. “Rheology of asphalts modified with glycidylmethacrylate functionalized polymers.” Journal of Colloid and Interface Science. Vol. 280, No. 2, pp. 366-373. (2004).

[13] Navarro F.J, Partal P, García-Morales M, Martínez-Boza F.J and Gallegos C. “Bitumen modification with a low-molecular-weight reactive isocyanate-terminated polymer.” Fuel, Vol. 86, No. 15, pp. 2291–2299. (2007).

[14] Becker Y, Müller A.J and Rodríguez Y. “Use of rheological compatibility criteria to study SBS modified asphalts.” Journal of applied polymer science, Vol. 90, No. 7, pp. 1772–1782. (2003).

[15] Iqbal M.H, Hussein I.A, Al-Abdul Wahhab H.I and Amin H.B. “Rheological Investigation of the influence of acrylate polymers on the modification of asphalt.” Journal of applied polymer science, Vol. 102, No. 4, pp. 3446–3456. (2006).

[16] Bahia H.U, Hanson D.H, Zeng M, Zhai H, Katri M.A and Anderson R.M. “Characterization of Modified Asphalt Binders in Superpave Mix Design.” NCHRP Report 459, National Academy Press, Washington, D.C. (2001).

[17] Sengoz Burak, Topal Ali and Isikyakar Giray. “Morphology and image analysis of polymer modified bitumens.” Construction and Building Materials, Vol. 23, No. 5, pp. 1986-1992. (2009).

[18] Aflaki Sassan and Tabatabaee Nader. “Proposals for Modification of Iranian Bitumen to Meet the Climatic Requirements of Iran.” Construction and Building Materials, Vol. 23, No. 6, pp. 2141-2150. (2009).

[19] Ho S and Zanzotto L. “The Low Temperature Properties of Conventional and Modified Asphalt Binders Evaluated By the Failure Energy and Secant Modulus from Direct Tension Tests” Materials and Structures, Vol. 38, No. 1, pp. 137-143. (2005).

[20] Mohammad L.N, Negulescu I.I, Wu Z, Daranga C, Daly W.H and Abadie C. “Investigation of the Use of Recycled Polymer Modified Asphalt Binder in Asphalt Concrete Pavements,” Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, Vol. 72, pp. 551-594. (2003).

[21] Heitzman Michael. “Design and Construction of Asphalt Paving Materials with Crumb Rubber Modifier,” Transportation Research Record, TRB, National Research Council, Washington D.C. No. 1339, pp. 1-8. (1992).

[22] Abdolrahman M.A and Carpenter S.H. “Mechanism of Interaction of Asphalt Cement with Crumb Rubber Modifier” Transportation Research Record, TRB, National Research Council, Washington D.C., No. 1661, pp. 106-113. (1999).

[23] Troy K, Sebaaly P.E and Epps J.A. “Evaluation Systems for Crumb Rubber Modified Binders and Mixtures.” Transportation Research Record, TRB, National ResearchCouncil, Washington D.C, Vol. 1530, pp. 3-10. (1996).

[24] Tabatabaee N, Tabatabaee H.A, Sabouri M.R and Teymourpour P. “Evaluation of Performance Grading Parameters for Crumb Rubber Modified Asphalt Binders and Mixtures.” Proceedings of the 7th International RILEM Symposium on Advanced Testing and Characterization of Bituminous Materials, Rhodes, Greece, Vol. 1, pp. 597-606. (2009).

[25] Bahia H.U, Davies R and Martinez V. “Recycling of Scrap Tires and Plastic Waste in Modification of Asphalt Binders.” Transportation Congress, American Society of Civil Engineers. (1995).

[26] Madapati R.R, Lee K.W and Franco C.A. “Evaluation of Crumb Rubber in Asphalt.” Transportation Congress. American Society of Civil Engineers. (1994).

[27] Kim S, Loh S, Zhai H and Bahia H.U. “Advanced Characterization of Crumb Rubber Modified Asphalts Using Protocols Developed for Complex Binders.” Transportation Research Board 80th Annual Meeting, Washington D.C, Vol. 1767, pp. 15-24. (2001).

[28] Gopal V. T, Sebaaly P. E and Epps J. “Effect of Crumb Rubber Particle Size and Content on the Low Temperature Rheological Properties of Binders.” Transportation Research Board 81st Annual Meeting, Washington D.C, pp. 13-17. (2002).

[29] Edwards Y, Tasdemir Y and Isacsson U. “Influence of Commercial Waxes and Polyphosphoric Acid on Bitumen and Asphalt Concrete Performance at Low and Medium Temperatures.” Materials and Structures, Vol. 39, No. 7, pp. 725-737. (2006).

[30] Ho S, Zanzotto L and MacLeod D. “Impact of Different Types of Modification on Low Temperature Tensile Strength and Tcritical of Asphalt Binders.” Transportation Research Board 81st Annual Meeting, Washington D.C, Vol. 1810, pp. 1-8. (2002).

[31] American Society for Testing and Materials. “Standard test method for penetration of bituminous materials.” ASTM D5.

[32] American Society for Testing and Materials. “Standard test method for softening point of bitumen (ring and ball apparatus).” ASTM D36.

[33] American Society for Testing and Materials. “Standard Test Method for Ductility of Bituminous Materials.” ASTM D113.

[34] American Society for Testing and Materials. “Standard Test Method for Flash and Fire Points by Cleveland Open Cup Tester.” ASTM D92.

[35] American Society for Testing and Materials. “Standard Test Method for Kinematic Viscosity Asphalts (Bitumens).” ASTM D2170.

[36] Anderson D.A, Christensen D.W and Bahia H.U. “Binder Characterization and Evaluation.” Report SHRP-A-369, Strategic Highway Research Program, Vol. 3. (1994).

[37] Philadelphia P.A. “Annual Book of ASTM Standards, Road and Paving Materials.” Vol. 04.03. (2004).

[38] AASHTO Provisional Standard. “American association of state highway and transportation officials.” (1993).

[39] Philadelphia P.A. “Annual Book of ASTM Standards, Road and Paving Materials.” Vol. 04.04. (2004).

[40] Superpave. “Performance graded asphalt binder specification and testing.” (1994). Superpave series, No. 1, Asphalt Institute.

[41] Kennedy T.W and Solaimanian. “Suprpave asphalt binder tests and specification.” A product of SHRP, The university of Texas at Austin.

[42] Annual Book of ASTM Standard. “American Society for Testing and Materials.” Part. 15. (1997).

[43] Lu X and Isacsson. “Compatibility and Storage Stability of Styrene-Butadiene-Styrene Copolymer Modified Bitumens.” Material and Structures,Vol. 30, No. 10, pp. 618-626. (1996).

]44[ باریکانی مهدی. ”پلی­یورتان­ها.“ مجله علوم و تکنولوژی پلیمر، سال اول، شماره اول، صفحه 33-24. (1367).

[45] Polacco G, Stastna J, Vlachovicova Z, Biondi D and Zanzotto L.J. “Temporary networks in polymer-modified asphalts.” Polymer Engineering and Science, Vol. 44, No. 12, pp. 2185-2193. (2004).

[46] Becker Y, Müller A.J and Rodríguez Y. “Use of rheological compatibility criteria to study SBS modified asphalts.” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 90, No. 7, pp. 1772–1782. (2003).

[47] Singh B, Gupta M and Kumar L. “Bituminous polyurethane network: preparation, properties, and end use.” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 101, No. 1, pp. 217-226. (2006).

[48] Singh B, Gupta M and Tarannum H. “Evaluation of TDI productionwaste as a modifier for bituminous waterproofing.” Construction and Building Materials, Vol. 18, No. 8, pp. 591–601. (2004).

[49] Diogo A.C, Barbosa T and Bordado. “Rheological behaviour of bitumens modified with reactive polyurethanes, in: A.G. Correia, F. Branco (Eds.).” Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfields, A.A. Balkema Publishers, Lisse, The Netherlands, Vol. 2, pp. 831–838. (2002).

[50] Cuadri A.A, García-Morales M, Navarro F.J and Partal P. “Isocyanate-functionalized castor oil as a novel bitumen modifier.” Chemical Engineering Science, Vol. 97, pp. 320–327. (2013).

[51] Singh B, Tarannum H and Gupta M. “Use of isocyanate production waste in the preparation of improved waterproofing bitumen.” Journal of Applied Polymer Science, Vol. 90, pp. 1365–1377. (2003).

[52] Carrera V, Partal P, García-Morales M, Gallegos C and Pérez-Lepe A. “Effect of processing on therheological properties of poly-urethane/urea bituminous products.” Fuel Processing Technology, Vol. 91, pp.1139–1145. (2010).

[53] Carrera V, Partal P, García-Morales M, Gallegos C and Páez A. “Influence of bitumen colloidal nature on the design of isocyanate-based bituminous products with enhanced rheological properties.” Industrial Engineering Chemistry, Vol. 48, pp. 8464–8470. (2009).

[54] Baginska K and Gawel I. “Effect of origin and technology on the chemical composition and colloidal stability of bitumens.” Fuel Processing Technology, Vol. 85, pp. 1453–1462. (2004).

[55] Izquierdo M.A, Navarro F.J, Martı´nez-Boza F.J and Gallegos C. “Effects of MDI–PPG molecular weight on the thermorheological behaviour of MDI–isocyanate based bituminous foams.” Journal of Industrial and Engineering Chemistry,Vol. 19, pp. 704–711. (2013).

[56] Izquierdo M.A, García-Morales M, Martínez-Boza F.J and Navarro F.J. “Thermo-mechanical properties and microstructural considerations of MDI isocyanate-based bituminous foams.” Materials Chemistry and Physics,Vol. 146, pp. 261-268. (2014).

[57] Carrera V, Cuadri A.A, Garica-Morales M and Partal P. “Influence of the prepolymer molecular weight and free isocyanate content on the rheology of polyurethane modified bitumens.” European Polymer Journal, Vol. 57, pp. 151–159. (2014).

[58] Izquierdo M.A, Navarro F.J, Martinez-Boza F.J and Gallegos C. “Bituminous polyurethane foams for building applications: Influence of bitumen hardness.” Construction and Building Materials,Vol. 30, pp. 706–713. (2012).

]59[ برزگری محمد رضا، یوسفی علی اکبر و زینالی محمد ابراهیم. ”اصلاح خواص قیر با استفاده از آمیخته PB/PS. “سال شانزدهم، شماره پنجم، صفحه 311-303. (1382).

[60] Tao Liu and Lin Ye. “Synthesis and properties of fluorinated thermoplastic polyurethane elastomer.” Journal of Fluorine Chemistry, Vol. 131, pp. 36–41. (2010).

[61] Izquierdo M.A, Navarro F.J, Martinez-Boza F.J and Gallegos Crispulo. “Novel stable MDI isocyanate-based bituminous foams.” Fuel, Vol. 90, pp. 681–688. (2011).