بررسي آزمايشگاهي تاثير استفاده از نانو كامپوزيت SBR بر خرابي رطوبتي مخلوط هاي آسفالتي با استفاده از تئوري انرژي آزاد سطحي

Experimental investigation of the impact of using SBR nanocomposite on moisture damage of asphalt mixtures using surface free energy theory

يكي از خرابي هاي متداول در مخلوط هاي آسفالتي، ناشي از تاثير مخرب رطوبت بر پيوستگي قير و چسبندگي قير-سنگدانه ميباشد كه خرابي رطوبتي نام دارد. به منظور بهبود مقاومت مخلوطهاي آسفالتي در برابر اين خرابي از افزودني هاي ضد عريان-شدگي به منظور افزايش چسبندگي قير-سنگدانه و پيوستگي قير استفاده ميشود. در اين پژوهش سعي شده است تا با استفاده از روش هاي ترموديناميك و مكانيكي تاثير استفاده از نانو كامپوزيت استايرن بوتادين لاستيك (SBR) به عنوان اصلاح كننده قير بر حساسيت رطوبتي مخلوط هاي آسفالتي بررسي شود. براي شبيهسازي شرايط محيطي، نمونه هاي آسفالتي تحت 1، 3 و 5 سيكل يخ-ذوب قرار گرفتهاند. نتايج به دست آمده در اين پژوهش نشان مي دهد كه استفاده از نانو كامپوزيت SBR باعث شده است تا مقاومت مخلوط هاي آسفالتي در برابر خرابي رطوبتي به ويژه در نمونه هاي ساخته شده با سنگدانه هاي گرانيتي بهبود يابد. همچنين، نتايج روش انرژي آزاد سطحي نشان مي دهد كه اصلاح قير با نانو كامپوزيت SBR باعث افزايش در مولفه بازي و كاهش در مولفه اسيدي قير پايه مي شود. اين رخداد باعث بهبود چسبندگي بين قير و سنگدانههاي اسيدي كه مستعد خرابي رطوبتي هستند، ميشود. همچنين، استفاده از نانو كامپوزيت SBR باعث افزايش انرژي آزاد پيوستگي شده كه سبب افزايش مقاومت غشاي قير در برابر گسيختگي از نوع پيوستگي مي شود. به علاوه، محاسبات بر اساس مفاهيم ترموديناميك نشان مي دهد كه اصلاح قير سبب شده است تا ميزان انرژي جداشدگي در رخداد عريان شدگي كاهش يابد كه اين رخداد از ديد ترموديناميك بيانگر كاهش تمايل سيستم به عريانشدگي است.

Moisture damage is one of the common damages of asphalt mixtures due to the deteriorating effect of moisture on asphalt cement cohesion and asphalt cement-aggregate adhesion. Anti-stripping additives are used to enhance the strength of asphalt mixtures against this damage in order to increase the asphalt cement-aggregate adhesion and asphalt cement cohesion. In the present study, it has been tried to examine the effect of the nano clay/styrene-butadiene rubber (SBR) nanocomposite as asphalt cement modifier on the moisture susceptibility of asphalt mixtures using thermodynamic and mechanical technics. The asphalt specimens were placed under 1, 3, and 5 freeze-thaw cycles in order to simulate environmental conditions. The findings of this study indicated that the application of SBR nanocomposite has led to the improvement of the strength of the asphalt mixtures to moisture damage, particularly in specimens made using granite aggregates. In addition, the results of the surface free energy theory showed that asphalt cement modification using SBR nanocomposite increased and decreased the basic and acidic components of the base asphalt cement, respectively. This improved the adhesion between asphalt cement and acidic aggregates, which are prone to moisture damage. Moreover, the SBR nanocomposite use increased the cohesion free energy, hence increasing the resistance of asphalt film against the cohesion-type rupture. Furthermore, calculations based on thermodynamic concepts revealed that the asphalt cement modification has led to a reduction in the de-bonding energy in the stripping event; this event indicates a decrease in the tendency of the system to stripping from the thermodynamics view.