جاده

جاده

ارزیابی و بهینه‌سازی عملکرد حرارتی، ایمنی و رئولوژیکی قیر لاستیکی حاوی اکسید آلومینیوم در حضور روغن‌های زیستی و نفتی با استفاده از روش سطح پاسخ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، واحد بین المللی کیش، دانشگاه آزاد اسلامی، کیش، ایران
2 گروه مهندسی عمران، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
3 دانشکده عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
چکیده
استفاده از روغن‌های زیستی و نفتی به عنوان افزودنی در قیرهای لاستیکی، راهکاری مؤثر برای بهبود عملکرد این نوع قیرها محسوب می‌شود. با این حال، تأثیر نوع روغن بر پایداری حرارتی، ایمنی حرارتی و عملکرد رئولوژیکی قیرهای لاستیکی حاوی اکسید آلومینیوم به‌طور کامل مشخص نشده است. در این پژوهش، اثر سه نوع روغن شامل روغن اپوکسید شده سویا (ESO)، روغن خام آفتابگردان با پوست (SOCP) و روغن نفتنیک (NPO) در مقادیر ۵، ۷ و ۹ درصد وزنی پودر لاستیک بر تغییر جرم ناشی از پیرشدگی کوتاه‌مدت، دمای نقطه اشتعال و پارامتر رئولوژیکی G*/sinδ بررسی شد. بدین منظور، ۱۰ نمونه قیر اصلاح‌شده تهیه و نتایج آزمایشگاهی با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) و مدل خطی، تحلیل و بهینه‌سازی گردید. نتایج نشان داد که روغن NPO اثر معنی‌داری بر افزایش تغییر جرم و کاهش دمای نقطه اشتعال دارد، در حالی که روغن‌های زیستی ESO و SOCP اثر نامطلوب معنی‌داری بر این دو شاخص نشان ندادند. همچنین هر سه روغن موجب کاهش G*/sinδ شدند، اما تمامی نمونه‌ها الزامات عملکردی قیر استاندارد را برآورده کردند. نتایج بهینه‌سازی چندهدفه نشان داد که فرمولاسیون حاوی 2.22 درصد روغن SOCP دارای بیشترین مطلوبیت کلی (0.735) بوده و به عنوان ترکیب بهینه انتخاب شد. مقادیر پیش‌بینی‌شده در این نقطه بهینه شامل تغییر جرم 0.563 درصد، دمای نقطه اشتعال 306.09 درجه سانتی‌گراد و مقدار G/sinδ برابر 10.90 کیلوپاسکال بود. این نتایج نشان می‌دهد که روغن SOCP قادر است تعادل مناسبی بین خواص حرارتی، مقاومت در برابر پیرشدگی و عملکرد رئولوژیکی قیر لاستیکی حاوی نانوذرات Al₂O₃ ایجاد کند.
کلیدواژه‌ها

- امینی، امیر (1404). بهینه سازی چند هدفه مشخصات عملکردی آسفالت حاوی افزودنی­های بازیافتی با استفاده از روش پاسخ سطح، فصلنامه علمی پژوهشنامه حمل و نقل، سال بیست و دوم، دوره دوم، شماره 83، تابستان، 197-185.
- A. AL. Sabaeei, H. Alhussian, S. Jadid Abdulkadir, F. Giustozzi, M. Napiah, A. Jagadeesh, M.Sutanto, AM. Memon, Utilization of response surface methodology and machine learning for predicting and optimizing mixing and compaction temperatures of bio-modified asphalt, Journal of Case Studies in Construction Materials, 18 (2023), e02073, doi.org/10.1016/j.cscm.2023.e02073
- A. E.Modupe, O. D. Atoyebi, A. O. Basorun, A. J. Gana, J. A. L. Ramonu, O. D. Raphael, (2019). Development and Performance Evaluation of Crumb Rubber - Bio-Oil Modified Hot Mix Asphalt for Sustainable Highway Pavements, International Journal of Mechanical Engineering and Technology, 10(2), 273-287.
-­A.J. del Barco Carrion, A. Subhy, M.A.I. Rodriguez, D.L. Presti, Optimisation of liquid rubber modified bitumen for road pavements and roofing applications, Constr. Build. Mater. 249 (2020), 118630.
- B. Furtana Yalcin, M. Yilmaz, Investigation of the Performance of Bio-Oils from Three Different Agricultural Wastes as Rejuvenators for Recycled Asphalt, Turkish Journal of Civil Engineering, (2024), 95-123, 771.
doi.org/10.18400/tjce.1320185
-B. Ali, P. Li, M. Hani, Y. Chetbani, M. Sahraoui, A. Belaadi et all, D. (2026). Evaluation of the performance of bio-oil modified asphalt mixtures through response surface methodology and optimization techniques. Scientific Reports, 16(1), 4169. 
- C. Chen, J. Lu, Y. Zhang, L. Gu, X. Chen, Applications of vegetable oils and their derivatives as Bio-Additives for use in asphalt binders:
A review, Journal of Construction and Building Materials, 383 (2023), 131312
.
doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131312
-F. Guo, ZH. Shen, L. Jiang, Q. Long, Y. Yu, (2024). Study on the Performance of Asphalt Modified with Bio-Oil, SBS and the Crumb Rubber Particle Size Ratio, Polymers (Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)), 16(13) 1929. doi.org/10.3390/polym16131929
- H. Chu, A. Ibrahim Almohana, G. QasMarrogy et al, Experimental investigation of performance properties of asphalt binder and stone matrix asphalt mixture using waste material and warm mix additive, Journal of ­Construction and Building Materials, 368 (2023), 130397. doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.130397
- J. Xie, X. Zhao, S. Lv, Y. Zhang, W. He, F. Yu, Research on performance and mechanism of terminal blend/grafting activated crumb rubber composite modified asphalt, Construction and Building Materials, Vol.394, 29 August 2023, 132225. doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132225
-J. Xie, X. Zhao, Y. Zhang, F. Yu, H. Luo, X. Chen, W. He, (2023). Preparation of terminal blend/ grafting activated crumb rubber composite modified asphalt based on response surface methodology, Sec. Structural Materials, Vol. 10­.
doi.org/10.3389/fmats.2023.1193225
- K. Duan, CH. Wang, J. Liu, Q. Chen, Y. Chen (2022). Research progress and performance evaluation of crumb-rubber-modified asphalts and their mixtures, Journal of Construction and Building Materials, 361 129687.
doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129687
- L. Cao, ZH. Su, R. Liu, T. Zhou (2022) .Optimized formulation of asphalt compound containing bio-oil and shredded rubber, Journal of Cleaner Production, 378  134591.
 doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134591
- L. Lyu, J. Pei, D. Hu, G. Sun, EH. Fini (2022).Bio-modified rubberized asphalt binder: A clean, sustainable approach to recycle rubber into construction, Journal of Cleaner Production 345, 131151.
 doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131151
-­M. A Çolak, E.Zorlu, M. Y.Çodur, F. İ.Baş, Ö.Yalçın, E. Kuşkapan (1866). Investigation of Physical and Chemical Properties of Bitumen Modified with Waste Vegetable Oil and Waste Agricultural Ash for Use in Flexible Pavements. Coatings, 13(11).
- M. Akpolat, B. Vural Kök, E. Aydoğmuş, (2022). Research on the Rheological Properties of Asphalt Binder Modified by Fume Silica and Crumb Rubber Compound, Periodica Polytechnica Civil Engineering, Vol. 66, No. 2.
doi.org/10.3311/PPci.19139
- M. Ghasemi, Sh. Shabani, P. Hayati, evaluation of performance grade of modified bitumen with waste crumb rubber using SHRP and SHRP plus tests, Journal of Transportation Research, 267 (17) (2021), 103-114.
-­M. Jamal, M. Lanotte, F. Giustozzi, (2022). Exposure of crumb rubber modified bitumen to UV radiation: A waste-based sunscreen for roads, Journal of Construction and Building Materials, 348, 131372, doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131372
-­M. Ren, Y. Li, P. Cheng, Y. Chen, Effect of modifier on Low-Temperature reversible aging behavior of asphalt binder and its morphology analysis, Journal of Construction and Building Materials, 351 (2022), 128943.
doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.128943
-­MA. Dalhat, K. Al-Adham, Review on laboratory preparation processes of polymer modified asphalt binder, Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition), (2023) Io (2).
I59-I84, doi.org/10.1016/j.jtte.2023.01.002
- N. Bala, I. Kamaruddin, M. Napiah,  u. Hartadi Sutanto (2019).  Polymer Nanocomposite-Modified Asphalt: Characterisation and Optimisation Using Response Surface Methodology, Arabian Journal for Science and Engineering, 368, Vol. 44, 4233–4243.
- Q. Liu, B. Han, S. Wang, A. Cannone Falchetto, D. Wang, B. Yu, (2022). Evaluation and molecular interaction of asphalt modified by rubber particles and used engine oil, Journal of Cleaner Production, 375, 134222.
doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134222
-R. O. Tewegbola, A. O.Arinkoola, T. O.Salawudeen, O. O.Ogunleye, (2026). Optimization of Ethylene – Vinyl Acetate Dosage for Rheological and Physico-Mechanical Properties of Loda Bitumen. LAUTECH Journal of Engineering and Technology, 20(1), 40-53.
- S. Ren, X. Liu, S. Erkens. (2024). Rutting and shear resistance evaluation of rejuvenated bitumen. In A. F. Nikolaides & E. Manthos (Eds.), Bituminous mixtures and pavements VIII, 18-25, CRC Press.
-­S.Matarneh, N.Louzi, I.Asi, M.Abdel-Jaber, E. Masad, (2025). Genetic expression programming based empirical models for the prediction of rutting parameter of bitumen modified using nanomaterials. Engineered Science, 35, Article 1438.
  - T. L. X. Wong, T. H. Mok­, T. Guo, M. R. Mohd Hasan, M. A. Kassim­, M. A. Sukiran (2022). Characterisations of bio-asphalt incorporating palm bio-oil from waste empty fruit bunches. Journal of Oil Palm Research, 35(1) (2022) 45-57.
- X. Zhang, X. Wang, CH. Wan, B. yang, ZH. Tang, W. Li, (2023). Performance evaluation of asphalt binder and mixture modified by pre-treated crumb rubber, Journal of   Construction and Building Materials, 362 (2023), 129777. doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.129777
- X. Zhao, F. Li, X. Zhang, J. Cao, X. Wang, (2023). Rheological properties and viscosity reduction mechanism of aromatic/ naphthenic oil pre-swelling crumb rubber modified asphalt, Journal of Construction and Building Materials, 398 (2023), 132545. doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.132545
- Y. Chen, H. Song, H. Wen, H. Wang, G. Tebaldi, Z. Liu, Y. Yang, S.I. Salihovich (2025). Desulfurization degree characterization of crumb rubber pretreated with heavy bio-oil and its effect on asphalt binder rheological performances and storage stability, Journal of Construction and Building Materials, 490, 142300.
doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2025.142300
- Y. Mamuye, N. Duy Do, M. Chih Liao (2023). Nano-Al2O3 composite on intermediate and high temperature properties of neat and modified asphalt binders and their effect on hot mix asphalt mixtures, Journal of Construction and Building Materials, 331,127304.
- Y. Zhao, X. Zhang, F. Li, H. Zhang, B. Li, X. Chang, (2024). Effect of naphthenic oil and viscosity reduction process on fatigue life and rheological properties of crumb rubber modified asphalt, Journal of Construction and Building Materials, 455, 139201.
 doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.139201
- Z. Ju, D. Ge, S. Lv, D. Jin, Y. Xue, J. Xian, W. Zhang, (2024). Performance evaluation of bio-oil and high rubber content modified asphalt: More effective waste utilization, Journal Case Studies in Construction Materials, 21 (2024). e03828, doi.org/10.1016/j.cscm.2024. e03828