برگزاری دفاعیه دکتری مهندس الهه نصیری امیری

در سال‌های اخیر، مخلوط‌های آسفالتی سرد به‌عنوان جایگزینی پایدار برای آسفالت داغ مطرح شده‌اند، اما مشکلاتی نظیر زمان طولانی عمل‌آوری، مقاومت اولیه پایین و حساسیت زیاد به رطوبت همچنان مانع از گسترش کاربرد آن‌ها شده است. در این راستا، استفاده از فناوری‌های خودترمیمی مانند کپسول‌های جوانساز بر پایه کلسیم آلجینات و روش گرمایش مایکروویو می‌تواند راهکاری مؤثر برای بهبود عملکرد مکانیکی و دوام این مخلوط‌ها باشد. در این پژوهش، کپسول‌های روغنی بر پایه کلسیم آلجینات با دو نوع روغن جوانساز ضایعاتی شامل روغن آفتابگردان و روغن موتور ساخته شدند. کپسول‌های ترمیم‌کننده پس از ساخت، به‌منظور ارزیابی کیفیت ساخت و پایداری حرارتی، تحت آزمون‌های ریزساختاری و حرارتی قرار گرفتند. همچنین برای بررسی پودر آهن و مصالح سنگی، آنالیزهای شیمیایی و فازی انجام شد. بررسی قیر امولسیون اصلاح‌نشده و اصلاح‌شده با پودر آهن نیز با استفاده از روش‌های طیف‌سنجی و ریزساختاری صورت گرفت که نتایج آن‌ها پراکنش یکنواخت پودر آهن و عدم بروز واکنش شیمیایی نامطلوب را تأیید نمود. مخلوط‌های آسفالتی سرد با دو روش تراکم مارشال و ژیراتوری و با استفاده از کپسول‌های خودترمیم حاوی روغن آفتابگردان و روغن موتور تهیه شدند. این مخلوط‌ها تحت آزمایش‌های عملکردی شامل مقاومت کششی غیرمستقیم، حساسیت به رطوبت، شیارشدگی و آزمایش شکست خمش نیم‌دایره‌ای برای ارزیابی رفتار ترک‌خوردگی قرار گرفتند. علاوه بر این، برخی نمونه‌های حاوی پودر آهن برای ارزیابی روش دیگر خودترمیمی از طریق گرمایش مایکروویو مورد بررسی قرار گرفتند و اثر استفاده هم‌زمان از کپسول‌های جوانساز و گرمایش مایکروویو بر پتانسیل ترمیم مخلوط‌ها تحلیل شد. نتایج نشان داد که مخلوط‌های متراکم‌شده با روش ژیراتوری در مقایسه با روش مارشال، به‌طور مداوم عملکرد مکانیکی بهتری از خود نشان می‌دهند و استفاده از کپسول‌ها و پودر آهن موجب بهبود پارامترهای شکست، هم پیش از ترمیم و هم پس از آن، به‌ویژه در نمونه‌های متراکم‌شده ژیراتوری می‌شود.

تحلیل آماری نتایج با استفاده از روش تحلیل واریانس در سطح اطمینان ۹۵ درصد نشان داد که روش تراکم بیشترین سهم اثر را بر مقاومت کششی غیرمستقیم، حساسیت رطوبتی و پارامترهای شکست دارد (ضریب اثر بالاتر از 98/0)، در حالی که نوع و مقدار کپسول‌ها بیشترین تأثیر را بر رفتار شیارشدگی نشان دادند. بررسی روند عمل‌آوری با پایش تغییرات رطوبت نمونه‌ها مشخص کرد که بیشترین افت رطوبت در هفت روز نخست رخ می‌دهد و حضور کپسول‌های کلسیم آلجینات موجب تسریع فرآیند خشک‌شدن می‌شود. بر اساس منحنی‌های رطوبت-زمان، رطوبت بحرانی حدود 5/1 درصد به‌عنوان شاخص رسیدن به پایداری مکانیکی پیشنهاد شد. زمان رسیدن به این آستانه برای مخلوط‌های حاوی 5/0 درصد کپسول کمتر از مخلوط‌های دارای ۱ درصد کپسول بود؛ به‌طوری‌که نمونه‌های حاوی 5/0 درصد کپسول روغن موتور و روغن آفتابگردان به‌ترتیب حدود ۱۷ و ۲۵ روز زمان نیاز داشتند، در حالی که این زمان برای نمونه‌های دارای ۱ درصد کپسول به حدود ۲۰ تا ۲۹ روز افزایش یافت. نتایج آزمایش شکست نشان داد که با افزایش سن عمل‌آوری از ۷ به ۲۸ روز، چقرمگی شکست و انرژی شکست افزایش یافته و پس از آن به وضعیت نسبتاً پایدار می‌رسند. افزودن کپسول‌ها باعث کاهش جزئی چقرمگی شکست پیش از ترمیم، اما افزایش انرژی شکست و شاخص خودترمیمی پس از ترمیم شد. در دمای صفر درجه سانتی‌گراد، ترمیم از طریق کپسول‌ها عملکرد بهتری نسبت به گرمایش مایکروویو داشت، در حالی که در دمای منفی ۲۰ درجه سانتی‌گراد، گرمایش مایکروویو کارایی بالاتری نشان داد. افزایش مقدار کپسول از 5/0 به ۱ درصد موجب افزایش شاخص خودترمیمی شد، اما استفاده هم‌زمان از کپسول و گرمایش مایکروویو به دلیل آزادسازی زودهنگام و تبخیر جوانساز، منجر به کاهش کارایی ترمیمی گردید. به‌طور کلی، نتایج کمی و کیفی این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از کپسول‌های کلسیم آلجینات نه‌تنها ظرفیت خودترمیمی بلندمدت مخلوط‌های آسفالتی سرد را بهبود می‌بخشد، بلکه با کاهش رطوبت محبوس و تسریع فرآیند عمل‌آوری، عملکرد کوتاه‌مدت آن‌ها را نیز ارتقا می‌دهد. در میان ترکیبات بررسی‌شده، استفاده از 5/0 درصد کپسول، به‌ویژه در مخلوط‌های متراکم‌شده با روش ژیراتوری، بهترین تعادل بین مقاومت مکانیکی، پایداری رطوبتی و قابلیت خودترمیمی را فراهم نمود.​

nasiri.elehe372gmail.com