جاده

جاده

تحلیل هم‌افزایی بیتوسل و نانوسیلیکا بر رفتار شکست مخلوط‌های آسفالتی در دمای پایین مبتنی بر آزمون ENDB

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
2 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی عمران، گرایش راه و ترابری، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
چکیده
ترک‌خوردگی در دمای پایین یکی از مهم‌ترین خرابی‌های روسازی است که دوام مخلوط‌های آسفالتی را در مناطق سردسیر تحت تأثیر قرار می‌دهد. در این پژوهش، اثرات منفرد و هم‌افزای بیتوسل (به‌عنوان یک افزودنی پایه گوگردی) و نانوسیلیکا بر مقاومت شکست مخلوط‌های آسفالتی با استفاده از آزمون خمش دیسک شیاردار لبه‌ای (ENDB) تحت بارگذاری‌های مودهای I، II و III مورد ارزیابی قرار گرفت. چهار نوع مخلوط شامل مخلوط شاهد، اصلاح‌شده با بیتوسل، اصلاح‌شده با نانوسیلیکا و مخلوط مرکب بیتوسل - نانوسیلیکا، در دماهای ۵-، ۱۰- و ۱۵- درجه سانتی‌گراد و نرخ‌های ۰.۵، ۱ و ۵ میلی‌متر بر دقیقه آزمایش شدند. در مجموع، ۳۲۴ نمونه ENDB به صورت سه‌تکراره آماده و آزمایش شدند نتایج نشان داد که مخلوط مرکب در مقایسه با مخلوط های حاوی هر یک از افزودنی ها به صورت منفرد، بیشترین مقاومت شکست را از خود نشان داد؛ به‌طوری‌که ضرایب شدت تنش آن در مقایسه با مخلوط شاهد ونسبت به دیگر مخلوط های حاوی افزودنی منفرد در تمامی مودهای I، II و III افزایش داشت. حداقل افزایش ضریب در مورد برش و بیشترین افزایش در مود پیچش مشاهده گردید. کاهش دما و افزایش نرخ بارگذاری موجب کاهش مقدار KC شد، در حالی‌که مخلوط مرکب کمترین حساسیت را نسبت به این شرایط نشان داد. به‌طور کلی، نتایج این پژوهش تأیید می‌کند که استفاده همزمان از بیتوسل و نانوسیلیکا می‌تواند به‌طور مؤثری مقاومت شکست در دمای پایین را افزایش داده و شکنندگی مخلوط‌های آسفالتی را کاهش دهد.
کلیدواژه‌ها

- Al Suhaibani, S., Al Mudaiheem, M., (2014). Moisture susceptibility of asphalt mixtures containing anti-stripping additives and polymer modifiers. Journal of Materials in Civil Engineering, 26(4), 1–8.
- Aliha, M.R., (2012). Crack growth behavior in asphalt under combined tensile–shear loading at low temperatures. Technical Report, Ministry of Roads and Transportation, Tehran, Iran.
- Aliha, M.R.M., Bahmani, A., Akhondi, S., (2015). Determination of mode III fracture toughness using a new designed test configuration. Materials and Design 86,863–871.
-­Anderson, D.A., Marasteanu, M.O., (2001). Low temperature thermal cracking of asphalt binders ranked by strength and fracture properties. Transportation Research Record 1766, 1–6.
- Ayatollahi, M.R., Aliha, M.M., Karim, M.R., (2013). Mixed-mode fracture behavior of sulfur-modified asphalt concrete using SCB specimen. Engineering Fracture Mechanics 102, 36–48.
-Abdulshafi, A.A., Majidzadeh, K., (1985).J-integral and cyclic plasticity approach to fatigue and fracture of asphalt mixtures. Transportation Research Record 1034,112–123.
-Aliha, M.R.M., Bahmani, A., Akhondi, S., (2015). Numerical analysis of a new mixed-mode I/III fracture test specimen. Engineering Fracture Mechanics 134, 95–110.
-Aliha, M.R.M., Bahmani, A., Akhondi, S., (2016). Novel test specimen for mixed-mode I+III fracture toughness of hot-mix asphalt. International Journal of Solids and Structures 90, 167–177.
-Al-Mansob, A., Karim, M.R., Jaya, R.P., 2014. Fracture energy and crack propagation in sulfur-extended asphalt mixtures. International Journal of Pavement Engineering 15(6),592–601.
-­Benham, P.P., Crawford, R.J., Armstrong, C.G., (1987). Mechanics of Engineering Materials. John Wiley & Sons, Chichester.
-Bahia, H.U., Zhai, H., Lee, D.Y., (2005). Evaluation of liquid anti-stripping additives in hot mix asphalt. Journal of Materials in Civil Engineering 17(2), 190–196.
-Bahmani, A., Aliha, M.R.M., Berto, F., 2017. Fracture toughness of a polycrystalline graphite under combined tensile-tear deformation. Theoretical and Applied Fracture Mechanics 90, 53–64.
- Chailleux, E., Vanel, A., Gauthier, G., (2006). Determination of low temperature bitumen cracking properties. In: Proceedings of the 10th International Conference on Asphalt Pavements (ICAP), Tokyo, Japan, 897–906.
- Chong, K.P., Kuruppu, M.D., (1984). New specimen for fracture toughness determination of rock and other materials. International Journal of Fracture 26, 59–62.
-Edwards, M.A., Arambula, E.H., 2006. Compact tension testing of asphalt binders at low temperature. In: Proceedings of the 85th Annual Meeting of the Transportation Research Board (TRB), Washington, DC, Paper
06-2292,
22–26.
-­Hainin, M.R., Mohamed, A.M.O., Matori, N.F., (2016). Shear-dominated fracture response of sulfur-modified asphalt mixtures. Materials and Design 95, 168–176.
 -­Hills, J., O’Brien, D., (1966). Fracture of bitumens and asphalt mixes by temperature-induced stresses. Proceedings of the Association of Asphalt Paving Technologists 35, 292–309.
-Hiltunen, D.R., Roque, R., (1994). Mechanics-based prediction model for thermal cracking of asphaltic concrete pavements. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists 63, 655–688.
-Hossain, M.R., Islam, M.R., Karim, M.R., (2013). Effect of liquid anti-stripping additives on hot mix asphalt properties. Construction and Building Materials 47, 1005–1010.
-Huang, Y., Zhang, H., (2024). Thermal cracking behavior and fracture energy evaluation of asphalt mixtures with various binder systems. Construction and Building Materials 430, 136992.
-Im, S., Ban, H., Kim, Y.R., (2014). Mode-I and mode-II fracture properties of fine aggregate matrix using semicircular specimen geometry. Construction and Building Materials 52,413–421.
-Karim, M.R., Mohamed, A.M.O., Hainin, M.A., (2011). Effect of sulfur modifier on fracture resistance of asphalt concrete. Construction and Building Materials 25(8), 1516–1523.
-Kim, H., Buttlar, W.G., (2009). Discrete fracture modeling of asphalt concrete. International Journal of Solids and Structures 46(13), 2593–2604.
-Lee, N.K., Morrison, G.R., Kennepohl, G.J., (1995). Low temperature fracture of polyethylene-modified asphalt binders and asphalt concrete mixes. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists 64, 534–574.
-­Li, X.-J., Marasteanu, M., 2010. Using semicircular bending test to evaluate low-temperature fracture resistance of asphalt concrete. Experimental Mechanics 50(7), 867–876.
-Li, Z., Kim, Y.R., Underwood, B.S., (2021). Fracture characteristics of asphalt mixtures under mixed‑mode loading using an improved SCB configuration. Construction and Building Materials 286, 122978.
-Lim, I.L., Johnston, I.W., Choi, S.K., Boland, J.N., (1994). Fracture testing of rocks with semicircular bend specimen. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 31(3), 185–197.
-Ling, M., Chen, Y., Luo, X., (2019). Enhanced model for thermally induced transverse cracking of asphalt pavements. Construction and Building Materials 206, 130–139.
-Ling, M., Luo, X., Chen, Y., Hu, S., Lytton, R.L., (2019). A calibrated mechanics-based model for top-down cracking of asphalt pavements. Construction and Building Materials 208, 102–112.
-­Little, D.N., Button, J.W., White, R.M., (1987). Investigation of Asphalt Additives. Texas Transportation Institute, Texas A&M University, College Station, Texas.
-Ghajar, R., (2009). Mechanics of Fracture and Fatigue. Lecture Notes, Khajeh Nasir University of Technology, Tehran, Iran.
-Maji, K., 1976. Application of Fracture Mechanics for Improved Design of Bituminous Concrete. Federal Highway Administration Report FHWA-RD-76-91, Washington, DC.
- Molenaar, J.M.M., Liu, X., Molenaar, A.A.A., (2003). Resistance to crack growth and fracture of asphalt mixture. In: Proceedings of the 6th RILEM International Symposium on Performance Testing and Evaluation of Bituminous Materials (PTEBM’03), Zurich, Switzerland, 159–168.
- Olard, F., Di Benedetto, H., (2004). Fracture toughness and fracture energy of bituminous binders at low temperatures. In: Cracking and Failure of Bituminous Materials (RILEM Proceedings PRO 41). RILEM Publications, 99–106.
-Shah, S.P., (1990). Determination of fracture parameters of plain concrete using three-point bend test. Materials and Structures 23, 457–460.
- Wang, H., Behnia, B., Buttlar, W.G., Reis, H., (2020). Two-dimensional micromechanical viscoelastic models for block cracking in asphalt pavements. Construction and Building Materials 243, 118233.
-Wagoner, M.P., Buttlar, W.G., Paulino, G.H., Blankenship, P., (2005). Investigation of fracture resistance of hot-mix asphalt using disk-shaped compact tension test. Transportation Research Record 1929, 183–192.
-Wang, Y., Zhou, F., Luo, X., Scarpas, A., (2017). Fracture characterization of asphalt mixtures at low temperature using disk-shaped compact tension test. Construction and Building Materials 157, 1032–1042.
-Xu, S., Wang, Y., (2021). Mixed mode I/II fracture behavior of asphalt mixtures using the semi circular bend (SCB) test. Engineering Fracture Mechanics 247, 107634.
-­Zhang, J., Huang, Y., (2015). Warm-mix asphalt with anti-stripping agents: Influence on mixture performance. Materials and Design 85, 102–109.
-­­Zhou, F., Luo, X., Hu, S., (2023). Mixed‑mode fracture performance of asphalt mixtures evaluated using semi‑circular bend tests. Materials and Design 225, 111593.
- Zhou, F., Luo, X., Scarpas, A., (2021). Review of fracture testing methods for asphalt mixtures at low temperatures. Construction and Building Materials 296, 123742.
- Ziari, H., Moniri, M., (2016). Combined effect of fibers and anti-stripping additives on asphalt mixture performance. Road Materials and Pavement Design 17(3), 448–462.