بررسی و مقایسه اثر آمیخته SBR\PS و SBS بر خستگی مخلوطهای آسفالتی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد ، دانشکده عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

افزایش کیفیت روسازی جاده‌ها و ارتقاء ایمنی و راحتی رانندگان، ارزیابی عملکرد آسفالت برای کنترل خرابی‌ها را امری اجتناب‌ناپذیر ساخته است. امروزه افزایش تردد مکرر بارهای سنگین منجر به خستگی زودرس روسازی‌های آسفالتی شده و در پی آن هزینه تعمیر و نگهداری جاده‌ها را افزایش می‌دهد. یکی از راهکارهای افزایش کیفیت و کاهش خرابی روسازی‌های آسفالتی، ارتقاء کیفی اجزاء تشکیل‌دهنده آن ازجمله قیر و مصالح سنگی است. اگرچه قیر درصد کمی از مخلوط‌های آسفالتی را تشکیل می‌دهد، اما با اصلاح خواص همین ماده اندک می‌توان عملکرد مخلوط‌های آسفالتی را بهبود بخشید. استایرن بوتادین استایرن یکی از پرکاربردترین پلیمرهای بهبوددهنده خواص قیر است که به دلایلی همچون عدم پایداری مناسب در قیر و قیمت بالای آن، توجه محققین را به سمت استفاده از مواد جایگزین با همان خواص عملکردی سوق داده است. در این پژوهش به‌منظور یافتن جایگزین مناسب برای این پلیمر، آمیخته‌ای از ترکیب دو پلیمر ارزان‌قیمت استایرن بوتادین رابر و پلی استایرن به میزان 35 تا 65 درصد از هرکدام مورداستفاده قرار می‌گیرد. در این راستا آمیخته و استایرن بوتادین استایرن در درصدهای 3 تا 5 درصد به همراه 2 درصد نانو رس جهت افزایش پایداری پلیمرها در قیر به نمونه‌های آسفالتی افزوده‌شده و عملکرد خستگی آن‌ها با آزمایش‌های  تیر خمشی چهار نقطه و کشش غیرمستقیم مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل از پژوهش نشان داد که آمیخته‌ها علاوه بر ایجاد پایداری بهتر در قیر، موجب بهبود عملکرد خستگی آسفالت می­شوند و این ترکیب‌ها می‌توانند جایگزین مناسبی برای پلیمر گران‌قیمت و ناپایدار SBS باشند، به‌طوری‌که حتی در برخی از نمونه‌های حاوی بیش از 50 درصد SBR، عملکرد بهتری نسبت به مخلوط‌های حاوی SBS مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study and Comparison between Effect of SBR\PS Blend and SBS on Asphalt Mixtures Fatigue Failure

نویسندگان [English]

  • Farhad Cahvoshian Naeni 1
  • Mahmoud Ameri 2
1 M.Sc. Student, School of Civil Engineering., Iran University of science and Technology
2 rofessor, School of Civil Engineering., Iran University of science and Technology
چکیده [English]

Road safety and convenience of driving has been greatly affected by pavement quality; so, it is  essential to evaluate the asphalt performance and its common failure such as Fatigue. Nowadays, an increase in frequency of heavy load traffic causes premature fatigue distresses in asphalt pavements which leads to enhancement the costs of road maintenance and repairs. This makes the improvement of the properties of bitumen and asphalt mixtures inevitable. Although the amount of bitumen in asphalt mixtures is not high, it has a significant impact on mixture performance. Styrene-butadiene-styrene is known as one of the most used polymers to improve the properties of asphalt which has led researchers to use alternative materials with the same functional properties due to the lack of sufficient instability in bitumen and its high price. In this study, to find a suitable alternative for this polymer, a mixture of low-cost polymers of styrene-butadiene-rubber and polystyrene has been used with the ratio from 35  to 65 percentage of each combination. In this regard, styrene-butadiene-styrene and polymer blends has been added to the bitumen of the asphalt samples by 3 to 5 percentage. Moreover, 2 percent nanoclay has been mixed inorder to increase the stability of the polymers in bitumen. Thereafter, four-point bending beam and indirect stretch tests has been utilized to evaluate fatigue performance of samples. The results of this research shows that the polymer blends with mentioned composition can be used instead of unstable and expensive traditional SBS, especially when samples have more than 50 percentage styrene-butadiene-rubber in their compositions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • fatigue
  • Hot Mix Asphalt
  • Indirect Tensile Strength
  • Polymer Blend
  • Storage stability
-بهادری، ا. م.، (1391) "بررسی ارتباط نتایج آزمایش کشش غیرمستقیم با عمر خستگی مخلوط‌های آسفالتی"، پایان نامه کارشناسی ارشد، استاد راهنما: علی منصور خاکی، تهران: دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی عمران و راه و ترابری، دانشگاه علم و صنعت ایران.
-عامری، م.، وامق، م.، روح­الامینی، ح. و بمانا، ک. (1393) "ارزیابی حساسیت رطوبتی در مخلوط های آسفالتی گرم (HMA) حاوی نانو رس"، فصلنامه مهندسی حمل و نقل، سال 6، شماره 4، ص. 626-613.
-گلی، ا.، (1386) "اثر پلیمر SBS در اصلاح مخلوط آسفالتی بر اساس پهنه بندی آب و هوایی استان اصفهان"، پایان نامه کارشناسی ارشد، استاد راهنما: حسن زیاری، تهران: دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی عمران و راه و ترابری، دانشگاه علم و صنعت ایران.
-نصر، د (1390) "ارزیابی آزمایشگاهی رفتار خستگی در مخلوط های آسفالتی نیمه گرم (WMA) و مقایسه آن با مخلوط­های آسفالتی گرم متداول (HMA)"، پایان نامه کارشناسی ارشد، استاد راهنما: حسن زیاری، تهران: دانشکده فنی مهندسی، گروه مهندسی عمران و راه و ترابری، دانشگاه علم و صنعت ایران.
-طاهرخانی، ح. و شفیعی ماتک، م. (1395) "مقایسه خصوصیات قیرهای اصلاح شده با نانورس و پلیمر SBS" پژوهشنامه حمل ونقل، دوره سیزدهم، شماره دوم، ص. 57-70.
-Abdul-Mawjoud, A. A. and Thanoon, L. S. (2015) "Evaluation of SBR and PS-modified asphalt binders and HMA mixtures containing such binders", Applied Research Journal, Vol. 1, Issue 9, pp.460-469.
-AitKadi, A., Brahimi, B. and  Bousmina, M. (1996). "Polymer blends for enhanced asphalt binders", Polymer Engineering and Science, Vol. 36, Issue 12, pp.1724-1733
-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", Petroleum Science and Technology, Vol. 35, Issue 1, pp.30-36.
-Ameri, M., Vamegh, M., Imaninasab, R. and Rooholamini, H. (2016) "Effect of nanoclay on performance of neat and SBS-modified bitumen and HMA", Petroleum Science and Technology, Vol. 34, Issue 11-12, pp.1091-1097.
-Barzegari, M. R., Yousefi, A. A. and Zeynali, M. (2002) "Bitumen modification via PS/PB Blend", Iranian Journal of Polymer Science and Technology, Vol. 16, Issue 67, pp.303-311.
-Brovelli, C., Crispino, M., Pais, J. and Pereira, P. (2015) "Using polymers to improve the rutting resistance of asphalt concrete", Construction and Building Materials, Vol. 77, pp.117-123.
-Galooyak, S. S., Dabir, B., Nazarbeygi, A. E. and Moeini, A. (2010) "Rheological properties and storage stability of bitumen/SBS/ montmorillonite composites", Construction and Building Materials, Vol. 24, Issue 3, pp.300-307.
-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", Construction and Building Materials, Vol. 141, pp.578-588.
-Imaninasab, R. and Joodaki, S. (2016) "Performance evaluation of polyamine anti-stripping additives", Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Construction Materials, pp.1-9.
-Karahrodi, M. H., Jazani, O. M., Paran, S. M. R., Formela, K. and Saeb, M. R. (2017) "Modification of thermal and rheological characteristics of bitumen by waste PET/GTR blends", Construction and Building Materials, Vol. 134, pp.157-166.
-Khadivar, A. and Kavussi, A. (2013) "Rheological characteristics of SBR and NR polymer modified bitumen emulsions at average pavement temperatures", Construction and Building Materials, Vol.47, pp.1099-1105.
-Kim, Y. R. and Wen, H. (2002) "Fracture energy from indirect tension testing", Association of Asphalt Paving Technologists, Vol.71, pp.779-793.
-Kök, B. V. and Çolak, H. (2011), "Laboratory comparison of the crumb-rubber and SBS modified bitumen and hot mix asphalt", Construction and Building Materials, Vol.25, Issue 8, pp.3204-3212.
-Liang, M., Xin, X., Fan, W., Luo, H., Wang, X. and Xing, B. (2015), "Investigation of the rheological properties and storage stability of CR/SBS modified asphalt", Construction and Building Materials, Vol.74, pp.235-240.
-Liang, P., Liang, M., Fan, W., Zhang, Y., Qian, C. and Ren, S. (2017), "Improving thermo-rheological behavior and compatibility of SBR modified asphalt by addition of polyphosphoric acid (PPA)", Construction and Building Materials, Vol.139, pp.183-192.
-Majidzadeh, K. and Brovold, F. N. (1968) "Effect of Water on Bitumen-Aggregate Mixtures", Highway Research Board, Issue.98, p.77.
-Makarov, D., Ayupov, D., Murafa, A. and Khozin, V. (2014). "Compatibility studies of mixed thermoplastic rubber with road bitumen", Open Civil Engineering Journal, Vol.8, Issue 1, pp. 124-129.
-Mortazavi, S. B., Rasoulzadeh, Y., Yousefi, A. A. and Khavanin, A. (2010) "Properties of modified bitumen obtained from vacuum bottom by adding recycled waste polymers and natural bitumen", Iranian Polymer Journal, Vol.19, Issue 3, pp.197-205.
-Nciri, N., Kim, N. and Cho, N. (2017) "New insights into the effects of styrene-butadiene-styrene polymer modifier on the structure, properties, and performance of asphalt binder: The case of AP-5 asphalt and solvent deasphalting pitch", Materials Chemistry and Physics, Vol.193, pp.477-495.
-Rossmann, S. (2007) "Technical guideline: the use of modified binders in road construction", Pretoria, Asphalt Academy, CSIR Built Environment.
-Salehfard, R., Abdi, A. and Amini, B. (2016) "Effect of SBR/NC on the Rheological Properties of Bitumen and Fatigue Resistance of Hot Mix Asphalt", Journal of Materials in Civil Engineering, Vol. 29, Issue 5. p.04016282.
-Wen, H., Shen, S., Ma, Z. and Wang, J. (2010) "Modeling the effects of temperature and loading rate on fatigue property of asphalt binder", Journal of Testing and Evaluation, Vol. 19, Issue 6, pp.647-652.
-Yousefi, A. A. (2013) "Segmental mobility in the vicinity of Tg in PS/SBR blends: Nanodomain size prediction of the dispersed phase", Journal of Applied Polymer Science,  Vol. 127, Issue 1, pp.659-665.
-Zhang, F. and Hu, C. (2013) "The research for SBS and SBR compound modified asphalts with polyphosphoric acid and sulfur", Construction and Building Materials, Vol. 43, pp.461-468.