تعیین مشخصات مکانیک شکست مخلوط‌های آسفالتی گرم (WMA) در شرایط دمای پایین بر پایه نتایج آزمایش SCB

کاووسی, امیر; متولی زاده, سیدمحسن

doi:10.22075/jtie.2019.17747.1387

تعیین مشخصات مکانیک شکست مخلوط‌های آسفالتی گرم (WMA) در شرایط دمای پایین بر پایه نتایج آزمایش SCB

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استاد، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس

² دانشگاه تربیت مدرس

10.22075/jtie.2019.17747.1387

چکیده

مخلوط‌های آسفالتی گرم (WMA) به عنوان یکی از روش‌های رایج تولید آسفالت در صنعت روسازی مورد توجه قرار گرفته‌اند. استفاده از این نوع مخلوط مزایای متعددی، از جمله منافع اقتصادی و زیست محیطی دارد. از طرفی دیگر، از جمله نگرانی‌های عمده‌ای که در رابطه با عملکرد مخلوط‌های آسفالت گرم وجود دارد، خرابی ترک‌های دمای پایین می‌باشد. در این پژوهش آزمایش بارگذاری خمشی نمونه‌های نیم‌دایره‌ای (SCB) که روشی بر مبنای مشخصات مکانیک شکست می باشد، مورد استفاده قرار گرفت تا رفتار این نوع از مخلوط‌های آسفالتی در شرایط دمای پایین بررسی و ارزیابی شود. آزمایش بارگذاری خمشی نمونه نیم دایره‌ای در سه دمای مختلف در شرایط دمای پایین (0، 10- و 20- درجه سانتیگراد) صورت پذیرفت. نتایج آزمایش شکست نشان داد که مخلوط‌های تولید شده با افزودنی‌های شیمیایی WMA، مقاومت شکست بالایی در مقایسه با مخلوط‌های گرم تولید شده با افزودنی‌های آلی (ارگانیک) و فن‌آوری کف قیری دارند. به علاوه، مخلوط WMA کف قیری، ضعیف‌ترین عملکرد در شرایط دمای پایین را از خود نشان داد. نهایتاً، اینگونه نتیجه‌گیری شد که قضاوت در مورد مقاومت مخلوط‌های آسفالتی گرم در شرایط دمای پایین وابستگی شدیدی به نوع فن‌آوری و افزودنی مورد استفاده و همچنین شرایط تولید مخلوط (دمای تهیه، میزان افزودنی مورد استفاده و شرایط آزمایشگاهی) دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determination of Fracture Properties of Warm Mix Asphalt at Low Temperatures Based on SCB Results

نویسندگان [English]

Amir Kavussi ¹
Seyedmohsen Motevalizadeh ²

¹ Tarbiat modares university (TMU)

² Tarbiat Modares University (TMU)

چکیده [English]

Warm mix asphalt (WMA) is used as innovative method of asphalt production that have several economic and environmental benefits. However, some ambiguities have been reported with regard to its performance against low-temperature cracking. In this work, Semi-Circular Bending (SCB) test that is used for fracture mechanics analysis of asphalt mixes was employed to study performance of WMA against low-temperature cracking. Hence, SCB testing was applied at three different temperatures (namely, 0, -10 and -20 °C) on pre-notched specimens. The results showed that WMA mixes produced using chemical additives were more resistant to low-temperature cracking compared with mixes produced using organic additives and foam bitumen technology. In addition, WMA specimens produced using foam bitumen technology was the weakest compared with other methods of production. Finally, it can be stated that performance of different types of WMA mixes at low-temperature conditions strongly depend on the adopted technology and the mix production circumstances (i.e. mixing temperature, additive contents and experimental conditions).

کلیدواژه‌ها [English]

Semi-Circular Bending test (SCB)
Warm mix asphalt
foam bitumen
low temperature cracking

مراجع

Aliha, M. R. M., Bahmani, A. and Akhondi, S. 2016. “Mixed mode fracture toughness testing of PMMA with different three-point bend type specimens”. Eur. J. Mech./ A Solids, 58: 148-162. doi: 10.1016/j.euromechsol.2016.01.012
Ameri, M., Mansourian, A., Heidary Khavas, M., Aliha, M. R. M. and Ayatollahi, M. R. 2011. “Cracked asphalt pavement under traffic loading- A 3D finite element analysis”. Eng. Fract. Mech., 78(8): 1817-1826. doi: 10.1016/j.engfracmech.2010.12.013
Bonaquist, R. and Anderson, D. A. 2011. “Investigation of short-term laboratory aging of neat and modified asphalt binders”. The National Academies Press, Washington, DC, https://doi.org/10.17226/14613.
Darban, H., Haghpanahi, M. and Assadi, A. 2011. “Determination of crack tip parameters for ASCB specimen under mixed mode loading using finite element method”. Comput. Mater. Sci., 50(5): 1667-1674. doi: 10.1016/j.commatsci.2010.12.027.
Falchetto, A. C., Moon, K. H., Wang, D., Riccardi, C. and Wistuba, M. P. 2018. “Comparison of low-temperature fracture and strength properties of asphalt mixture obtained from IDT and SCB under different testing configurations”. Road Mater. Pavement Design, 19(3): 591-604. doi: 10.1080/ 14680629.2018.1418722.
Hill, B., Behnia, B., Buttlar, W. G. and Reis, H. 2012. “Evaluation of warm mix asphalt mixtures containing reclaimed asphalt pavement through mechanical performance tests and an acoustic emission approach”. J. Mater. Civ. Eng., 25(12): 1887-1897. doi: 10.1061/(asce)mt.1943-5533.0000757.
Hill, B., Oldham, D., Behnia, B., Fini, E. H., Buttlar, W. G. and Reis, H. M. 2018. “Evaluation of low temperature viscoelastic properties and fracture behavior of bio-asphalt mixtures”. Int. J. Pavement Eng., 19(4): 362-369. doi: 10.1080/10298436.2016.1175563.
Iwański, M., Chomicz-Kowalska, A. and Mrugała, J. 2014. “Application of the synthetic wax to improve the foamed bitumen parameters used in half-warm bituminous mixtures”. The 9th International Conference “Environmental Engineering”, 22-23 May, Vilnius, Lithuania. doi: 10.3846/enviro.2014.154.
Kaseer, F., Yin, F., Arambula-Mercado, E., Martin, A. E., Daniel, J. S. and Salari, S. 2018. “Development of an index to evaluate the cracking potential of asphalt mixtures using the semi-circular bending test”. Constr. Build. Mater., 167: 286-298. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.02.014.
Kavussi, A. and Hashemian, L. 2012. “Laboratory evaluation of moisture damage and rutting potential of WMA foam mixes”. Int. J. Pavement Eng., 13(5): 415-423. doi: 10.1080/10298436.2011.597859.

Kavussi, A. and Hashemian, L. 2013. “Properties of WMA-foam mixes based on major mechanical tests. J. Civ. Eng. Manage., 17(2): 207-216. doi: 10.3846/13923730.2011.576825.
Kriz, P., Stastna, J. and Zanzotto, L. 2008. “Glass transition and phase stability in asphalt binders”. Road Mater. Pavement Design, 9: 37-65. doi: 10.1080/14680629.2008.9690158.
Li, X. J. and Marasteanu, M. O. 2010. “Using semi circular bending test to evaluate low temperature fracture resistance for asphalt concrete”. Exp. Mech., 50(7): 867-876. doi: 10.1007/s11340-009-9303-0.
Mallick, R. B., Kandhal, P. S. and Bradbury, R. L. 2008. “Using warm-mix asphalt technology to incorporate high percentage of reclaimed asphalt pavement material in asphalt mixtures”. Transport. Res. Record: J. Transport. Res. Board, 2051(1): 71-79. doi: 10.3141/2051-09.
Mirsayar, M. M. 2017. “On the low temperature mixed mode fracture analysis of asphalt binder- Theories and experiments”. Eng. Fract. Mech., 186: 181-194. doi: 10.1016/j.engfracmech.2017.10.010.
Moghadas Nejad, F., Azarhoosh, A., Hamedi, G. H. and Roshani, H. 2014. “Rutting performance prediction of warm mix asphalt containing reclaimed asphalt pavements”. Road Mater. Pavement Design, 15(1): 207-219. doi: 10.1080/14680629.2013.868820.
Mohd Hasan, M. R., You, Z. and Yang, X. 2017. “A comprehensive review of theory, development, and implementation of warm mix asphalt using foaming techniques”. Constr. Build. Mater., 152: 115-133. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.06.135.
Newcomb, D. E. 2015. “Properties of foamed asphalt for warm mix asphalt applications”. NCHRP Report 807, The National Academies Press, Washington, DC. https://doi.org/10.17226/22145.
Portillo, O. and Cebon, D. 2016. “Fracture mechanics of idealised bituminous mixes”. Int. J. Pavement Eng., 17(2): 103-122. doi: 10.1080/10298436.2014.925556.
Rahbar-Rastegar, R. 2017. “Cracking in asphalt pavements: Impact of component properties and aging on fatigue and thermal cracking”. University of New Hampshire.
Saha, G. and Biligiri, K. P. 2015. “Fracture damage evaluation of asphalt mixtures using semi-circular bending test based on fracture energy approach”. Eng. Fract. Mech., 142: 154-169. doi: 10.1016/ j.engfracmech.2015.06.009.
Saha, G. and Biligiri, K. P. 2016. “Homothetic behaviour investigation on fracture toughness of asphalt mixtures using semicircular bending test”. Constr. Build. Mater., 114: 423-433. doi: 10.1016/j. conbuildmat.2016.03.169.
Saouma, V. E., Ayari, M. L. and Boggs, H. 1989. “Fracture mechanics of concrete gravity dams”. PP. 311-333. In: Shah, S. P. and Swartz, S. E. (Eds.), Fracture of Concrete and Rock, Springer, New York. doi: 10.1007/978-1-4612-3578-1_31.
Shiva Kumar, G. and Suresha, S. N. 2018. “State of the art review on mix design and mechanical properties of warm mix asphalt”. Road Mater. Pavement Design, 20(7): 1501-1524. doi: 10.1080/14680629. 2018.1473284.
Somé, S. C., Feeser, A. and Pavoine, A. 2018. “Numerical and experimental investigation of mode I cracking of asphalt concrete using semi-circular bending test”. Constr. Build. Mater. 169: 34-46. doi: 10.1016/j. conbuildmat.2018.02.161.
Zhu, Y. Dave, E. V., Rahbar-Rastegar, R., Daniel, J. S. and Zofka, A. 2017. “Comprehensive evaluation of low temperature fracture indices for asphalt mixtures”. Road Mater. Pavement Design, 18(4): 67-490. https://doi.org/10.1080/14680629.2017.1389085.