ارزیابی آزمایشگاهی تاثیر نانو سیلیس بر عملکرد دمای بالای قیر

شیارشدگی به عنوان اولین مکانیزم (سازوکار) شکست در اکثر شرایط‌های مهم طراحی روسازی‌های انعطاف پذیر، شناسایی و مورد استفاده قرار می‌گیرد. قیر به عنوان یکی از اصلی‌ترین مواد مورد استفاده در مخلوط‌های آسفالتی می‌تواند نقش تعیین کننده‌ای داشته باشد و اصلاح خواص قیر می‌تواند تا حد زیادی این شکست‌ها را به تاخیر بیندازد و در برخی موارد به حداقل برساند. در این تحقیق، قیر pg 6422 با استفاده از نانو سیلیس با درصد وزنی 2، 4 و 6 درصد وزنی اصلاح شد و تاثیر این اصلاح کننده در کاهش خرابی حاصل از (شکست) شیارشدگی نسبت به نمونه شاهد بررسی شد. پارامترهای شیارشدگی شامل انطباق خزش غیر قابل بازیافت  و خزش بازیابی شده نیز مورد ارزیابی قرار گرفت و سپس اثر نانو سیلیس بر بهبود این پارامترها در دماهای بالا با شبیه‌سازی بارگذاری دینامیکی با استفاده از رئومتر برش دینامیکی  و انجام تست در سه دمای 58، 64 و 70 درجه سلسیوس مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از بررسی رفتار قیر در حالت ویسکوالاستیک غیر خطی، تاثیر قابل توجهی در پارامترهای شیارشدگی مشاهده شد. به طوری که در نتیجه افزودن نانو سیلیس، کرنش تجمعی نسبت به نمونه شاهد کاهش یافت و این کاهش با افزایش درصد اصلاح کننده ناشی از افزایش بازیابی خزش در پایان هر چرخه خزش بیشتر شد. همچنین نتیجه‌گیری شد که افزایش دما در تنش‌های زیاد و کم، تاثیر منفی بر کاهش درصد بازیابی تغییر شکل  و انطباق خزشی غیرقابل بازیابی ، هم در نمونه‌های قیر اصلاح‌نشده و هم در نمونه‌های قیر اصلاح‌شده دارد، اما مهم این است که میزان اثر نانو سیلیس بر بهبود این پارامترها منفی بود که در این تحقیق به تفصیل به آن پرداخته شد. همچنین در یک دمای معین، افزایش درصد اصلاح‌کننده نانو سیلیس به‌طور چشمگیری باعث افزایش و همچنین کاهش قابل توجه  شد. در ادامه، تفاوت بازیابی خزش در تنش‌های بالا و پایین  و تفاوت انطباق خزشی غیرقابل بازیابی در تنش‌های بالا و پایین  به طور قابل‌توجهی بهبود یافت که نشان‌دهنده کاهش حساسیت نمونه‌های آسفالتی نسبت به تنش اعمال شده و همچنین افزایش قابل توجهی در مقاومت نمونه‌ها در برابر شیار شدگی است.شیارشدگی به عنوان اولین مکانیزم (سازوکار) شکست در اکثر شرایط‌های مهم طراحی روسازی‌های انعطاف پذیر، شناسایی و مورد استفاده قرار می‌گیرد. قیر به عنوان یکی از اصلی‌ترین مواد مورد استفاده در مخلوط‌های آسفالتی می‌تواند نقش تعیین کننده‌ای داشته باشد و اصلاح خواص قیر می‌تواند تا حد زیادی این شکست‌ها را به تاخیر بیندازد و در برخی موارد به حداقل برساند. در این تحقیق، قیر pg 6422 با استفاده از نانو سیلیس با درصد وزنی 2، 4 و 6 درصد وزنی اصلاح شد و تاثیر این اصلاح کننده در کاهش خرابی حاصل از (شکست) شیارشدگی نسبت به نمونه شاهد بررسی شد. پارامترهای شیارشدگی شامل انطباق خزش غیر قابل بازیافت  و خزش بازیابی شده نیز مورد ارزیابی قرار گرفت و سپس اثر نانو سیلیس بر بهبود این پارامترها در دماهای بالا با شبیه‌سازی بارگذاری دینامیکی با استفاده از رئومتر برش دینامیکی  و انجام تست در سه دمای 58، 64 و 70 درجه سلسیوس مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از بررسی رفتار قیر در حالت ویسکوالاستیک غیر خطی، تاثیر قابل توجهی در پارامترهای شیارشدگی مشاهده شد. به طوری که در نتیجه افزودن نانو سیلیس، کرنش تجمعی نسبت به نمونه شاهد کاهش یافت و این کاهش با افزایش درصد اصلاح کننده ناشی از افزایش بازیابی خزش در پایان هر چرخه خزش بیشتر شد. همچنین نتیجه‌گیری شد که افزایش دما در تنش‌های زیاد و کم، تاثیر منفی بر کاهش درصد بازیابی تغییر شکل  و انطباق خزشی غیرقابل بازیابی ، هم در نمونه‌های قیر اصلاح‌نشده و هم در نمونه‌های قیر اصلاح‌شده دارد، اما مهم این است که میزان اثر نانو سیلیس بر بهبود این پارامترها منفی بود که در این تحقیق به تفصیل به آن پرداخته شد. همچنین در یک دمای معین، افزایش درصد اصلاح‌کننده نانو سیلیس به‌طور چشمگیری باعث افزایش و همچنین کاهش قابل توجه  شد. در ادامه، تفاوت بازیابی خزش در تنش‌های بالا و پایین  و تفاوت انطباق خزشی غیرقابل بازیابی در تنش‌های بالا و پایین  به طور قابل‌توجهی بهبود یافت که نشان‌دهنده کاهش حساسیت نمونه‌های آسفالتی نسبت به تنش اعمال شده و همچنین افزایش قابل توجهی در مقاومت نمونه‌ها در برابر شیار شدگی است.

Laboratory Evaluation of the Effect of Nano Silica on High Temperature Properties of Binder

Rutting is identified and used as the first failure mechanism in most important design conditions of flex ible pavements. Bitumen can play a decisive role as one of the main materials used in asphalt mixtures, and modifying the properties of bitumen can greatly delay these failures and minimizing them in some cases. In this study, the PG 6422 bitumen was modified using 2, 4 and 6% weight percentage of nano silica and the effect of this modifier on reducing rutting failure was evaluated compared to the control sample. The rutting parameters including nonrecoverable creep compliance (Jnr ) and the recovered creep (R%) were also evaluated, and then the effect of nanosilica on the improvement of these parameters at high temperatures was evaluated by simulating dynamic loading using Dynamic Shear Rheometer (DSR) and performing the MSCR test at 3 temperatures of 58, 64 and 70 C. After investigating the bitumen behavior in the nonlinear viscoelastic state, a significant effect was observed in the rutting parameters. So that, as a result of nanosilica addition, the cumulative strain decreased compared to the control sam ple and this decrease became more by increasing the modifier percentage, resulting from increasing the creep recovery at the end of each creep cycle. It was also concluded that, the increase in temperature in high and low stresses, has a negative effect on decreasing deformation recovery percent (R%) and the non recoverable creep compliance (Jnr), both in unmodified and modified bitumen samples, but importantly, the amount of nanosilica effect on the improvement of these parameters was negative, which was dis cussed in detail in this study. Also, at a certain temperature, increasing the percentage of nanosilica modifier significantly increased R%, and also significantly decreased the Jnr. In the following, the differ ence of creep recovery in high and low stresses of Rdiff and the difference of the nonrecoverable creep compliance in high and low stresses of Jnr diff significantly improved, indicating a reduction in the sensi tivity of asphalt samples to the applied stress and also a significant increase in resistance of the samples against rutting.