بررسی تأثیر استفاده از ضایعات تولید پلیمر پی ‌بی ‌آر بر مقاومت خستگی مخلوط های آسفالتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم وصنعت ایران، تهران، ایران

2 مدیر گروه آموزشی راه و ترابری دانشکده عمران دانشگاه علم و صنعت

چکیده

این تحقیق، به بررسی میزان تأثیر ضایعات حاصل از تولید پلیمرهای الاستومری در بهبود عمر خستگی روسازی آسفالتی و مقایسه نتایج آن با مخلوط­های اصلاح شده با پلیمر غیرضایعاتی و همچنین قیر اصلاح نشده می­پردازد. از آنجایی که هزینه زیاد استفاده از مواد پلیمری یکی از معایب به­کارگیری این نوع از اصلاح کننده‌های قیر محسوب می‌شود، به­کارگیری ضایعات پلیمر که هزینه­ای به مراتب کمتر از پلیمر خالص دارند به عنوان افزودنیقیر در این مطالعه بررسی گردیده است. علاوه بر دیدگاه اقتصادی استفاده از این ضایعات پلیمری و افزایش کارایی روسازی‌های آسفالتی به عنوان بخشی از سرمایه‌های ملی، به­کارگیری این بخش از تولیدات پلیمری تجزیه‌ناپذیر می‌تواند موجب آسیب کمتر به محیط­زیست گردد. با توجه به اهداف این پژوهش، آزمایش‌های تیرخمشی چهارنقطه­ای در حالت کنترل کرنش با موج نیمه سینوسی، در سه سطح کرنش، و آزمایش خستگی قطری روی نمونه­های آسفالتی استوانه­ای در دماهای 15 و 25 درجه ­سلسیوس، در دو سطح تنش، انجام شده است. این آزمایش‌ها روی نمونه‌های آسفالتی متشکل از قیر اصلاح شده با درصدهای مختلف ضایعات پلیمر پی‌ بی ‌آرو قیر اصلاح نشده صورت پذیرفته است. نتایج آزمایش­ها و رویکردها بر اساس روش سنتی و روش انرژی تحلیل عمر خستگی بررسی شده و پس از تحلیل آماری، مقایسه گشته‌اند. با توجه به نتایج به‏دست آمده از روش­های 50% کاهش سختی اولیه، انرژی تلف شده، و نسبت انرژی (ER)، میزان عمر خستگی مخلوط­های اصلاح شده بیش از دو برابر مخلوط­های اصلاح نشده می‌باشد. عدم تفاوت قابل توجه میان تأثیر پلیمر خالص و پلیمر ضایعات می‌تواند موجب کاهش هزینه‌های تهیه قیر پلیمری گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Effect of PBR Production Wastes in Bitumen on Fatigue Resistance of Asphalt Concrete Mixtures

نویسندگان [English]

  • Peyman Erfani Valipour 1
  • Sadegh Yeganeh 1
  • Mahmoud Ameri 2
1 School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Iran University of Science and technology
چکیده [English]

There are different factors which play important role in cracks’ formation and propagation of asphalt layers, and also fatigue cracks are one of the most frequent damages in roads and highways. Two of these most important factors are traffic load and temperature effects. In order to introduce new eco-friendly products and reduce contaminants, and since the use of polymers is economically costly, in this paper polymer's waste are utilized as bitumen additives. Also, the decomposition or destruction of petrochemical processes’ products take many years, and their release and burial cause environmental degradation. This study, evaluates the fatigue resistance of hot-mix asphalt (HMA) modified by waste elastomeric polymers. Four-point bending (4PB) tests at constant strain mode at a temperature of 20℃ and at three strain levels were performed. In addition, indirect tensile fatigue tests (ITFT) were performed at 15 and 25 ℃ and at two stress levels. The both tests' results are compared. In addition, fatigue life analysis tests and approaches are compared based on conventional and energy approaches. According to results obtained based on 50% reduction in initial stiffness method, the Energy Ratio method and the Ratio of Dissipated Energy Change method, fatigue life of modified mixes is significantly higher than unmodified ones. Furthermore, the obtained results were analyzed for statistical comparison.

کلیدواژه‌ها [English]

  • fatigue cracks
  • polymer's waste materials
  • four-point bending test
  • indirect tensile fatigue tests

آئین­نامه روسازی آسفالتی راه­های ایران. 1381. نشریه شماره 234.

آریا، ا. ح. 1391. "قیر و آسفالت پاسارگاد". جلد 1، چاپ اول، انتشارات دانش نوین، تهران.

طباطبایی، ا. م. 1383. "روسازی راه". چاپ دهم، مرکز نشر دانشگاهی، تهران.

عامری، م.، چاووشیان، ف. و وامق، م. 1397. "ارزیابی عملکرد حساسیت رطوبتی مخلوط­های آسفالتی حاوی آمیخته پلیمری". مهندسی زیرساخت­های حمل­ونقل، 4(1): 1-16.

عامری، م.، وامق، م.، روح­الامینی، ح. و بمانا، ک. 1394. "ارزیابی حساسیت رطوبتی در مخلوط­های آسفالتی گرم (HMA) حاوی نانورس". فصل­نامه مهندسی حمل­و­نقل، 6(4): 613-626.

AASHTO T-PP5. 1993. “The laboratory evaluation of modified asphalt systems”. American Association of State Highway and Transportation Officials.

AASHTO TP8-94. 2002. “Method for determining the fatigue life of compacted hot mix asphalt (HMA) subjected to repeated flexural bending”. AASHTO Provisional Standards.

AASHTO T321. 2007. “Method for determining the fatigue life of compacted hot mix asphalt (HMA) subjected to repeated flexural bending”. AASHTO Standards.

Abedini, M., Hassani, A., Kaymanesh, M. R. and Yousefi, A. A. 2017. “Low-temperature adhesion performance of polymer-modified bitumen emulsion in chip seals using different SBR latexes”. Petrol. Sci. Technol., 35(1): 59-65.

Al-Khateeb, G.G. and Ghuzlan, K.A., 2014. “The combined effect of loading frequency, temperature, and stress level on the fatigue life of asphalt paving mixtures using the IDT test configuration”. International Journal of Fatigue, 59: 254-261.

Al-Khateeb, G. and Shenoy, A. 2004. “A distinctive fatigue failure criterion”. J. Assoc. Asphalt Paving Technol., 73: 585-622.

Ameri, M., Seif, M. R., Abbasi, M. and Khavandi Khiavi, A. 2017. “Viscoelastic fatigue resistance of asphalt binders modified with crumb rubber and styrene butadiene polymer”. Petrol. Sci. Technol., 35(1): 30-36.

Ameri, M., Vamegh, M., Rooholamini, H. and Haddadi, F. 2018. “Investigating effects of nano/SBR polymer on rutting performance of binder and asphalt mixture”. Adv. Mater. Sci. Eng., https://doi.org/10.1155/2018/5891963.

ASTM D4123-82. 1995. “Standard test method for indirect tension test for resilient modulus of bituminous mixtures”. ASTM International, West Conshohocken, PA.

Buncher, M. and Rosenberger, C. 2005. “Understanding the true economics of using polymer modified asphalt through life cycle cost analysis”. Asphalt Pavement Alliance, IM029.

Button, J. W., Little, D. N., Kim, Y. and Ahmed, J. 1987. “Mechanistic evaluation of selected asphalt additives”. Assoc. Asphalt Paving Technol., 56: 62-90.

Carpenter, S. H. 2006. “Fatigue performance of IDOT mixtures”. Research Report FHWA-ICT-07-007.

Cleven, M. A. 2000. “Investigation of the properties of carbon fiber modified asphalt mixtures”.  Master Thesis, Michigan Technological University.

Ghuzlan, K. and Carpenter, S. 2000. “Energy-derived, damage-based failure criterion for fatigue testing”. Transport. Res. Record: J. Transport. Res. Board, 1723: 141-149.

Harrigan, T., Leahy, R. and Youtcheff, J. 1994. “The superpave mix design system”. Manual of Specifications, Test Methods and Practices, SHRP A-379.

Hınıslıoğlu, S. and Ağar, E. 2004. “Use of waste high density polyethylene as bitumen modifier in asphalt concrete mix”. Mater. Lett., 58(3-4): 267-271.

Huang, H. and White, T. 1996. “Dynamic properties of fiber-modified overlay mixture”. Transport. Res. Record: J. Transport. Res. Board, 1545: 98-104.

Liang, P., Liang, M., Fan, W., Zhang, Y., Qian, C. and Ren, S. 2017. Improving thermorheological behavior and compatibility of SBR modified asphalt by addition of polyphosphoric acid (PPA)”. Constr. Build. Mater., 139: 183-192.

Loulizi, A., Al-Qadi, I., Bhutta, S. and Flintsch, G. 1999. “Evaluation of geosynthetics used as separators”. Transport. Res. Record: J. Transport. Res. Board, 1687: 104-111.

Maggiore, C. 2014. “A comparison of different test and analysis methods for asphalt fatigue”.  Doctoral Dissertation, University of Nottingham.

Nciri, N., Kim, N. and Cho, N. 2017. “New insights into the effects of styrene-butadiene-styrene polymer modifier on the structure, properties, and performance of asphalt binder: The case of AP-5 asphalt and solvent deasphalting pitch”. Mater. Chem. Phys., 193: 477-495.

Pell, P. S. 1962. “Fatigue characteristics of bitumen and bituminous mixes”. In: International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements, University of Michigan, Ann Arbor, 203(1).

Pell, P. S. 1973. “Characterization of fatigue behavior”. Highway Research Board Special Report.

Pronk, A. C. and Hopman, P. C. 1990. “Energy dissipation: The leading factor of fatigue”. Proceedings of Strategic Highway Research Program: Sharing the Benefits, London.

Rowe, G. M. and Bouldin, M. G. 2000. “Improved techniques to evaluate the fatigue resistance of asphaltic mixtures”. In; 2nd Eurasphalt and Eurobitume Congress, Barcelona.

Salehfard, R., Abdi, A. and Amini, B. 2016. “Effect of SBR/NC on the rheological properties of bitumen and fatigue resistance of hot mix asphalt”. J. Mater. Civ. Eng., 29(5): 04016282.

Sargand, S. M. and Kim, S. S. 2003. “Performance evaluation of polymer modified superpave mixes using laboratory tests and accelerated pavement load facility”. In: 82nd Transportation Research Board Annual Meeting.

Shen, S. and Carpenter, S. 2005. “Application of the dissipated energy concept in fatigue endurance limit testing’. Transport. Res. Record: J. Transport. Res. Board, 1929: 165-173.

Silva, H. M. R. D., Machado, A. V., Oliveira, J. and Costa, L. M. B. 2011. “Waste polymers recycling in high performance asphalt mixtures”. In: WASTES: Solutions, Treatments and Opportunities, First International Conference.

Soudani, K., Cerezo, V. and Haddadi, S. 2017. “Effect of NBR-waste on rheological properties of modified bitumen and mechanical characteristics of the asphalt mix”. In: International Congress and Exhibition, Sustainable Civil Infrastructures: Innovative Infrastructure Geotechnology, Springer, Cham, pp. 203-213.

Tayebali, A. A., Rowe, G. M. and Sousa, J. B. 1992. “Fatigue response of asphalt-aggregate mixtures (with discussion). In: Proceedings of Asphalt Paving Technology Conference, pp. 333-360.

Yildirim, Y. 2007. “Polymer modified asphalt binders”. Constr. Build. Mater., 21(1); 66-72.

Yousefi, A. A. 2002. “Rubber-modified bitumens”. Iran. Polym. J., 11: 303-309.

Yu JM, Li Z, Wang SH and Xhang XN. 2005. “A study of the fatigue performance of asphalt mixes based on the uniform design method”. SATC 2005 Jul.