بررسی مشخصات مخلوط‏های آسفالتی مقاوم در برابر شکست مود Ш خالص

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌پذیر دکترای راه و ترابری، گروه عمران، دانشگاه پیام نور، تهران

2 عضو هیات علمی و مدیرگروه عمران

3 استادیار، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

با بررسی تحقیقات پیرامون رفتار چقرمگی شکست مخلوط‏های آسفالتی این طور استنباط می‏شود که قطعات متعددی جهت تست چقرمگی شکست مود I (KIC) مواد آسفالتی پیشنهاد شده است. اما تاکنون قطعه استانداردی برای تست چقرمگی شکست مود  III(KIIIC) مخلوط‏های آسفالتی ارائه نشده است. چنین قطعه­ای باید شرایط هندسی و بارگذاری مناسبی داشته باشد که علاوه بر بیشترین سازگاری با خصوصیات عادی، در شرایط ذاتی ماده مورد آزمایش بتواند داده‏های تکرارپذیر، قابل اعتماد و درستی از مقاومت در برابر شکست مخلوط آسفالتی ارائه نماید. یکی از قطعاتی که این موارد را برای محاسبهKIIIC  مواد آسفالتی ارائه می­کند، قطعه ترک­دار دیسک خمشی(ENDB[1]) است که به سبب مزایایی چون سهولت ساخت و ایجاد ترک، در مقایسه با سایر نمونه‌ها، و امکان شبیه‌سازی مود بارگذاری  IIIبرای بررسی رفتار شکست مخلوط‏های آسفالتی، گزینه مناسبی به نظر می‏رسد. با وجود این، تحقیقات کمی در گذشته در مورد این قطعه برای دستیابی به داده‏های معتبر KIIIC انجام شده است. لذا، در این تحقیق، با هدف مطالعه دقیق­تر این موضوعات، اثر هندسه و مشخصات مخلوط‏های آسفالتی بر رفتار چقرمگی شکست قطعه ENDB، با استفاده از نرم­افزار اجزای محدود آباکوس، بررسی شده است. نتایج این تحقیق می‏تواند در انتخاب و معرفی قطعه استاندارد مناسب و مشخصات مناسب مخلوط‏های آسفالتی، جهت تعیین مقدار KIIIC مخلوط‏های آسفالتی، کمک به­سزایی به محققین نماید. از نتایج مهم این تحقیق می‏توان به اثر ضخامت برش بر میزان چقرمگی شکست در  مود بارگذاری ذکر شده اشاره نمود. به طوری که میزان چقرمگی شکست در نمونه با ضخامت برش بیشتر، افزایش یافته و با کاهش میزان درصد فضای خالی و دمای آزمایش، میزان چقرمگی شکست نیز افزایش می­یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Asphalt Mixture Characteristics against Pure Mode III Fracture

نویسندگان [English]

  • pegah jafari haghighatpour 1
  • Mohammad Reza Mohammad Aliha 3
1 Ph.D. Candidate in Road and Transportation Engineering, Department of Engineering, Payame Noor University, PO BOX 19395-3697 Tehran, IRAN
3 School of Industrial Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

By the research on the behavior of fracture toughness in asphalt mixtures, it has been suggested that several components have been proposed to test the mode III (KIIIc) fracture toughness of asphalt mixtures. But until now, a standard piece not been provided for testing fracture toughness (KIIIc) of asphalt. Such specimen should have appropriate geometric and loading conditions. In addition, it could be compatibility with the most common features in the inherent of tested materials and provide repeatable, reliable and integrity data of fracture resistance in asphalt mixture. ENDB is one of the specimens that could provide these items for calculating KIIIC of asphalt materials. It seems to be a good choice in comparing with other samples due to advantages such as ease of construction, cracks creation and simulation facilities of mode I loading for investigating of asphalt fracture behavior. The aim of this study was to investigate the effect of geometry and characteristics of asphalt mixtures on the behavior of ENDB fracture toughness. Using the finite element software (ABAQUS), geometry and meshing of the desired part have been performed. The result of this research can help in selecting and introducing the appropriate standard specimen and appropriate specifications of asphalt mixtures to determine the amount of KIIIC of asphalt mixtures to researchers. The important results of this research can be mentioned as the effect of thickness on the degree of fracture toughness in loading mode III. So the fracture toughness in the specimen with a higher thickness increases, and with the decrease in the percentage of air void and the test temperature, the degree of toughness of the fracture also increases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Asphalt mixtures
  • Fracture behavior
  • Experimental and numerical analyses
بیات، ع. 1394. مطالعه تأثیر دما در رفتار شکست بتن­های آسفالتی تحت بارگذاری مود ترکیبی I/III. پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی، دانشگاه محقق اردبیلی.

نشریه 101 (مشخصات فنی عمومی راه)،1392.معاونت نظارت راهبردی و امور نظام فنی.

Ameri, M., Mansourian, A., Heidary Khavas, M., Aliha, M. A. M. and Ayatollahi, M. R. 2011. “Cracked asphalt pavement under traffic loading-A 3D finite element analysis”. Eng. Fract. Mech., 78(8): 1817-1826.‏

Baek, S. H., Hong, J. P., Kim, S., Choi, J. S. and Kim, K. W. 2011. “Evaluation of fracture toughness of semirigid asphalt concretes at low temperatures”. Transport. Res. Rec.: J. Transport. Res. Board, 2210: 30-36.‏

Behnia, B., Dave, E., Ahmed, S., Buttlar, W. and Reis, H. 2011. “Effects of recycled asphalt pavement amounts on low-temperature cracking performance of asphalt mixtures using acoustic emissions”. Transport. Res. Rec.: J. Transport. Res. Board, 2208: 64-71.‏

Braham, A., Buttlar, W. and Ni, F. 2010. “Laboratory mixed-mode cracking of asphalt concrete using the single-edge notch beam”. Road Mater. Pavement Design, 11(4): 947-968.‏

Edwards, M. and Hesp, S. “Compact tension testing of asphalt binders at low temperatures”. Transport. Res. Rec.: J. Transport. Res. Board, 1962: 36-43.‏

Hassan, M. and Khalid, H. “Fracture characteristics of asphalt mixtures containing incinerator bottom ash aggregate”. Transport. Res. Rec.: J. Transport. Res. Board, 2180: 1-8.‏

Kim, H. W., Wagoner, M. P. and Buttlar, W. G. 2009. “Micromechanical fracture modeling of asphalt concrete using a single-edge notched beam test”. Mater. Struct. 42(5): 677.‏

Lancaster, I. M., Khalid, H. A. and Kougioumtzoglou, I. A. 2013. “Extended FEM modelling of crack propagation using the semi-circular bending test”. Constr. Build. Mater., 48: 270-277.‏

Li, X. J. and Marasteanu, I. A. 2010. ‘Using semi circular bending test to evaluate low temperature fracture resistance for asphalt concrete”. Exp. Mech., 50(7): 867-876.‏

Li, X. J. and Marasteanu, M. 2010. “The fracture process zone in asphalt mixture at low temperature”. Eng. Fract. Mech., 77(7): 1175-1190.‏

Mohammad, L. N., Kim, M. Y. and Elseifi, M. 2012. “Characterization of asphalt mixture’s fracture resistance using the semi-circular bending (SCB) test”. 7th RILEM International Conference on Cracking in Pavements, The Netherlands.‏

Molammad Aliha, M. R., Bahmani, A. and Akhondi, Sh. 2015. “Determination of mode III fracture toughness for different materials using a new designed test configuration”. Mater. Design, 86: 863-871.‏

Mohammad Aliha, M. R. and Sarbijan, M. J. 2016. “Effects of loading, geometry and material properties on fracture parameters of a pavement containing top-down and bottom-up cracks”. Eng. Fract. Mech., 166: 182-197.‏

Molenaar, A. A. A., Scarpas, A. A., Liu, X. and Erkens, S. 2002. “Semi-circular bending test; simple but useful?” J. Assoc. Asphalt Paving Technol. 71: 794-815.‏

Pirmohammad, S. and Bayat, A. 2016. “Characterizing mixed mode I/III fracture toughness of asphalt concrete using asymmetric disc bend (ADB) specimen." Constr. Build. Mater. 120: 571-580.‏

Wagoner, M., Buttlar, W., Paulino, G. and Blankenship, P. 2005a. “Investigation of the fracture resistance of hot-mix asphalt concrete using a disk-shaped compact tension test”. Transport. Res. Rec.: J. Transport. Res. Board, 1929: 183-192.‏

Wagoner, M. P., Buttlar, W. G. and Paulino, G. H. 2005b. “Development of a single-edge notched beam test for asphalt concrete mixtures." J. Test. Eval. 33(6): 452-460.‏

Yoo, M. Y., Jeong, S. H., Park, J. Y., Kim, N. H. and Kim, K. W. 2011. “Low-temperature fracture characteristics of selected warm-mix asphalt concretes”. Transport. Res. Rec.: J. Transport. Res. Board, 2208: 40-47.‏