ارائه مدل ریاضی خصوصیات مکانیکی مخلوط‏های کف قیری اصلاح شده با سیمان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه عمران راه و ترابری، دانشگاه پیام نور، تهران

2 دانشجوی دکتری عمران راه و ترابری، دانشگاه پیام نور، تهران

چکیده

امروزه، استفاده از روش بازیافت سرد آسفالت به صورت درجا، به عنوان یک روش اقتصادی برای بهسازی راه‌هایی که دچار فرسودگی شده‌اند، رشد چشمگیری داشته است. در بین روش‌های بازیافت سرد، استفاده از فناوری کف قیر به خاطر سهولت و سرعت در اجرا مورد توجه قرار گرفته است. در مخلوط‌های کف قیری، به منظور کاهش حساسیت مخلوط در برابر رطوبت و افزایش خواص مقاومتی، از فیلر‌های فعال نظیر سیمان و آهک استفاده شده است. اما تاکنون طرح اختلاط مناسب و استانداردی برای این نوع از مخلوط‌ها وجود ندارد و انجام آزمایش­های مکانیکی به روش سعی و خطا اغلب زمان­بر و پُر هزینه است. لذا، لزوم ارائه روشی ساده که ضمن دارا بودن دقت کافی، بتواند رفتار مکانیکی نمونه­های بازیافت شده کف قیری را پیش­بینی کند، به شدت احساس می­شود. در این تحقیق، مخلوط­های کف قیری با مصالح خرده آسفالت بازیافتی در قیر 1، 2 و 3 درصد و با سیمان صفر، 1، 5/1 و 2 درصد ساخته شد و خواص مکانیکی نمونه‌ها با آزمایش‌های مقاومت مارشال، مدول برجهندگی و مقاومت کششی غیرمستقیم خشک و اشباع اندازه­گیری گردید. سپس، با انجام تحلیل‏های آماری، یک رابطه ریاضی برای هر یک از آزمایش‏های مذکور، با دقت مناسب، ارائه گردید. مدل‏های ارائه شده می‏توانند خواص مکانیکی مخلوط‏های بازیافتی کف قیری را بر حسب درصد قیر و سیمان، بدون صرف زمان و هزینه و با دقت کافی پیش‏بینی کنند. همچنین، مشخص شد که با افزایش قیر، رفتار این مخلوط‏ها در آزمایش‏های انجام شده یکسان نمی‏باشد. به طوری که با افزایش قیر از 1% به 2%، مقاومت مارشال و مدول برجهندگی افزایش و در ادامه، با افزایش قیر، کاهش می‏یابند. اما با افزایش قیر، مقاومت کششی غیرمستقیم (خشک و اشباع) افزایش می‏یابد. از طرفی دیگر، افزودن سیمان موجب افزایش مقاومت و کاهش حساسیت رطوبتی این نوع مخلوط‌ها گردید. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Mathematical Model of the Mechanical Properties of Modified Foamed Bitumen Mixtures with Cement

نویسندگان [English]

  • mahmoodreza keymanesh 1
  • mehrdad mirshekarian babaki 2
  • Nooshin Shahryari 2
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Payame-Noor University, Tehran, I. R. Iran.
2 PhD Candidate, Department of Civil Engineering, Payame-Noor University, Tehran, I. R. Iran.
چکیده [English]

Nowadays, using in-situ cold recycling has grown substantially as an economical method to rehabilitate the eroded roads. Among these cold recycling methods, the use of foamed bitumen technology has been of much interest to engineers due to its ease and rapidity of implementation. In foamed-bitumen mixtures, in order to reduce the moisture sensitivity and increase the resistance properties, active fillers such as cement and lime are used. But, there is no proper and standard mixture design for these types of mixtures and performing mechanical trial and error experiments is time consuming and expensive. Thus, it seems necessary to find a simple method that has enough accuracy and could estimate the mechanical behavior of recycled foamed-bitumen samples. In this research, mixtures were made by adding foamed bitumen binder (1, 2 and 3 percent) to the recycled material and Portland cement (0, 1, 1.5 and 2 percent), and mechanical characterics of the samples was measured by Marshall stability tests, resilient modulus and indirect tensile strength (soaked and unsoaked). Then, with statistical analysis, a new mathematical formula for each test was presented with appropriate accuracy. The presented models can predict mechanical characteristics of the recycled foamed bitumen mixture on the basis of bitumen percentage and cement with enough accuracy and without spending time and money. Also, it was found that by increasing the bitumen content, the behavior of these mixtures in the performed tests was not similar. Such that increasing bitumen from 1% to 2%, Marshall resistance and resilient modulus increased and thenafter they decreased by increasing the bitumen percent. But, by increasing the bitumen content, indirect tensile strength (soaked and unsoaked) increases too. On the other side, addition of cement increases resistance and decreases moisture sensitivity of these mixtures.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cold recycling
  • Foamed bitumen
  • Mixing design
  • Mechanical Behavior
احمدی، ا. (1387). "بررسی آزمایشگاهی تأثیر پارامترهای اختلاط، ساخت و عمل­آوری آسفالت بازیافت شده کف قیری بر روی مقاومت فشاری تک­محوری، مدول برجهندگی و نتایج آزمایش مارشال". پایان­نامه کارشناسی ارشد، پردیس دانشکده­های فنی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه تهران.

دیواندری، ح.، مدرس، ا.، حسینی علی آباد، س. م. و رستمی انکاس، م. (1394). "ارائه مدل شیارشدگی مخلوط‏های آسفالتی با استفاده از نتایج آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم و پارامترهای مارشال". مهندسی زیرساخت­های حمل و نقل، 1(2): 41-54.

کاووسی، ا.، شیخی کاریزکی، ا.، صولتی­فر، ن. و جلیلی قاضی­زاده، م. (1393). "ارزیابی فنی، اقتصادی و زیست­محیطی بازیافت روسازی­های آسفالتی به روش سرد با کف قیر"، پانزدهمین کنفرانس دانشجویان عمران سراسر کشور، ارومیه.

کی‌منش، م. ر.، زیاری، ح.، نصرالله تبار، ع. و شهریاری، ن. (1396). "تحلیل پتانسیل پارامترهای میکروساختاری و مقاومت کششی غیرمستقیم در ارزیابی عملکرد شیارشدگی مخلوط‌های آسفالتی گرم". مهندسی زیرساخت­های حمل و نقل، 3(1): 69-82.

مدرس، ا. کاووسی، ا. (1389) "مدلی برای تخمین مدول برجهندگی مخلوط آسفالتی بازیافت شده با قیر امولسیون و سیمان"، مهندسی حمل و نقل، 2(2): 143-154.

معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری. (1390). "آیین­نامه روسازی راه­های آسفالتی ایران". نشریه شماره 234، وزارت راه و شهرسازی، پژوهشکده حمل و نقل، مؤسسه قیر و آسفالت، تجدید نظر اول.

معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری. (1385). "آیین­نامه روسازی راه­های آسفالتی ایران". نشریه شماره 339، وزارت راه و شهرسازی، پژوهشکده حمل و نقل، مؤسسه قیر و آسفالت، تجدید نظر اول.

هاشمیان، لیلا و کاووسی، امیر (1386) " روش برای ظرح اختلاط و بررسی رفتار مخلوطهای کف قیری"، مجله فنی و مهندسی مدرس، شماره 33، ص. 12-1.

یوسف دوست، س.، فرزانه، ا.، اسماعیلی، م. ع. و احمدی، ا. (1390). "بررسی آزمایشگاهی مدول برجهندگی، مقاومت کششی غیرمستقیم و فشاری تک­محوری مخلوط‏های آسفالت­های بازیافت شده با استفاده از کف قیر". نشریه مهندسی عمران و نقشه برداری، 45(7): 803-825.

Asphalt Academy Transport, South African Interim Technical Guidelines. (2002). “Design and Use of Foamed Bitumen Treated Materials”. TG2, CSIR Transport, South Africa.

Asphalt Academy (2009) "Technical Guideline: Bitumen Stabilised Materials ", TG2. CSIR Transport, South Africa

Halles F. and Thenoux F. (2009). “Degree of influence of active fillers on the properties of recycled mixes with foamed asphalt”. Transport. Res. Record, 2095: 127-135.

Iwański M. and Chomicz-Kowalska, A. (2011). “The effects of using foamed bitumen and bitumen emulsion in the cold recycling technology” 8th International Conference of Environmental Engineering, Lithuania, pp. 1089-1096.

Iwański, M. and Chomicz-Kowalska, A. (2013). “Laboratory study on mechanical parameters of foamed bitumen mixtures in the cold recycling technology”. 11th International Conference on Modern Building Materials, Structures and Techniques, Proc. Eng., 57: 433-442.

Kim, Y. and Lee, H. D. (2006). “Development of mix design procedure for cold in-place recycling with foamed asphalt”. J. Mater. Civ. Eng., 18(1): 116-124.

Li, Z., Hao, P., Liu, H., Xu, J., Chen, Z. (2016) “Investigation of early-stage strength for cold recycled asphalt mixture using foamed asphalt”. Constr. Build. Mater., 127: 410-417.

Long, F., Theyse, H. L., Ventura, D. F. C. (2004). “Characterization of foamed bitumen treated materials from HVS test sections”. 2nd International Conference on Accelerated Pavement Testing, Minneapolis, USA.

Martinez-Arguelles, G., Giutozzi, F., Crispino, M., Flintsch, G. (2015) "Laboratory investigation on mechanical performance of cold foamed bitumen mixes: Bitumen source, foaming additive, fiber-reinforcement and cement effect", Construction and Building Materials, Vol. 93, pp.241-248

 

Shafabakhsh, Gh. and Rezaeian, M. (2010). “Analysis of the effects of applying different quantities and types of additives on strength parameters of cold in-situ recycled mixtures made of bitumen foam”. Transport. Res. J., 7(1): 53-65.

Twagira, M. E., Jenkins, K. and Ebels, L. J. (2006). “Characterization of fatigue performance of selected cold bituminous mixes”. 10th International Conference on Asphalt Pavements, Quebec, Canada.

Wirtgen cold recycling manual. (2012). Wirtgen GmbH, Windhagen, Germany.

Xu, J. Z., Hao, P. W., Ma, Y. F. and Liu, N. A. (2012). “Study on the optimization design of mixing moisture content in foamed asphalt mix”. Mater. Struc., 45(7): 1071-1085.