تأثیر اسیدیته رواناب بر چسبندگی قیر و سنگدانه و دوام مکانیکی مخلوط آسفالتی گرم

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، ایران

چکیده

مخلوط‌های آسفالتی گرم (HMA) اگرچه به‌دلیل خواص مکانیکی مطلوب به‌طور گسترده در روسازی‌های راه به‌کار می‌روند، اما عملکرد آن‌ها به‌شدت تحت‌تأثیر شرایط محیطی و شیمیایی رواناب‌های سطحی قرار می‌گیرد. هدف این پژوهش بررسی اثر تغییرات pH رواناب (4، 7 و 9) بر چسبندگی قیر و سنگدانه و پارامترهای شکست مکانیکی مخلوط آسفالتی است. بدین منظور، مجموعه‌ای از آزمون‌های آزمایشگاهی شامل کشش غیرمستقیم و حساسیت رطوبتی (ITS/TSR)، خمش نیم‌دایره (SCB) در دمای پایین، خستگی کششی غیرمستقیم (ITFT) و اندازه‌گیری زاویه تماس برای تحلیل انرژی آزاد سطحی (SFE) انجام شد. نتایج نشان داد که اسیدی‌شدن محیط (pH=4) موجب افزایش قابل‌توجه زاویه تماس و کاهش انرژی آزاد سطحی کل قیر از حدود 46/14 به 52/12 (ergs/cm²) گردید که بیانگر کاهش قابلیت ترشوندگی و چسبندگی است. مقادیر TSR در شرایط اسیدی افت چشمگیری داشت، درحالی‌که در محیط قلیایی بهبود نسبی مشاهده شد. همچنین، مقاومت کششی غیرمستقیم و شاخص‌های SCB (بار حداکثر و انرژی شکست) در محیط اسیدی به‌طور محسوس کاهش یافتند؛ به‌طور مثال بار حداکثر نمونه‌ها نسبت به حالت خنثی بیش از 20% افت کرد. آزمون‌های خستگی نشان داد که عمر خستگی در محیط اسیدی به‌شدت کاهش یافته، در حالی‌که در محیط قلیایی نسبت به شرایط خنثی بهبود نسبی داشت، هرچند همچنان کمتر از حالت خشک بود. به‌طور کلی، نتایج بیانگر آن است که رواناب‌های اسیدی بیشترین اثر منفی را بر چسبندگی و دوام مکانیکی HMA دارند، در حالی که شرایط قلیایی می‌تواند بخشی از افت ناشی از رطوبت را جبران کند. این یافته‌ها اهمیت در نظر گرفتن شرایط شیمیایی محیطی در طراحی و نگه‌داری روسازی‌ها، به‌ویژه در مناطق شهری و صنعتی با احتمال بالای رواناب‌های اسیدی، را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of Runoff Acidity on the Adhesion between Bitumen and Aggregates and the Mechanical Durability of Hot Mix Asphalt

نویسندگان [English]

  • Hossein Bahrami 1
  • Gholam Ali Shafabakhsh 2
  • Mahdi Akbari 3
1 Ph.D. Candidate, Department of Transportation Engineering, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
3 Assistant Professor, Department of Transportation Engineering, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

Hot Mix Asphalt (HMA), although widely used in pavement construction due to its favorable mechanical properties, is highly affected by environmental and chemical conditions of surface runoff. The aim of this study is to investigate the effect of runoff pH variations (4, 7, and 9) on the adhesion between bitumen and aggregates and the mechanical failure parameters of asphalt mixtures. To this end, a series of laboratory tests, including Indirect Tensile Strength and moisture sensitivity (ITS/TSR), Semi-Circular Bending (SCB) at low temperature, Indirect Tensile Fatigue Test (ITFT), and contact angle measurements for Surface Free Energy (SFE) analysis were performed. The results indicated that acidification of the environment (pH = 4) significantly increased the contact angle and reduced the total surface free energy of bitumen from about 46.14 to 52.12 (ergs/cm²), reflecting a decline in wettability and adhesion. TSR values decreased markedly under acidic conditions, while a relative improvement was observed in alkaline conditions. In addition, the Indirect Tensile Strength and SCB indices (peak load and fracture energy) were considerably reduced in the acidic environment; for example, the maximum load of the samples dropped by more than 20% compared to the neutral condition. Fatigue tests showed that fatigue life decreased sharply in acidic conditions, whereas alkaline conditions provided a relative improvement compared to neutral conditions, although still lower than that of the dry state. Overall, the findings demonstrate that acidic runoff has the most detrimental effect on the adhesion and mechanical durability of HMA, while alkaline conditions may partially compensate for moisture-induced damage. These results highlight the importance of considering environmental chemical conditions in the design and maintenance of pavements, particularly in urban and industrial areas with a high probability of acidic runoff

کلیدواژه‌ها [English]

  • Adhesion and cohesion
  • low-temperature cracking
  • acidic and alkaline environment
  • moisture susceptibility
  • fatigue damage
مهندسی زیر ساخت های حمل و نقل

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 17 شهریور 1404

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 30 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری: 15 شهریور 1404
  • تاریخ پذیرش: 17 شهریور 1404

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار