بررسی رفتار شکست و گسترش ترک مخلوط های آسفالتی اصلاح شده با پلی‌‌فسفریک اسید (PPA) بر اساس آزمایش خمش دیسک نیم استوانه (SCB)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی عمران، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران

3 استاد، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران

چکیده

یکی از روش های رایج جهت بهبود عملکرد قیر و متعاقب آن مخلوط‌های آسفالتی استفاده از افزودنی های پلیمری و معدنی می باشد. پلی‌فسفریک‌اسید یکی از افزودنی های اصلاح کننده ویژگی های قیر است که کاربرد آن طی دو دهه اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. در این پژوهش به منظور بررسی تأثیر این ماده بر رفتار شکست و گسترش ترک مخلوط‌های آسفالتی، نمونه‌های مخلوط آسفالتی با قیرهای اصلاح شده با سه درصد مختلف (0.5%، 1.0% و 1.5%) پلی‌فسفریک‌اسید تهیه و در پنج دمای 10-، صفر، 10، 25 و 40 درجه ‌سانتیگراد) تحت آزمایش خمش دیسک نیم استوانه (SCB) قرار گرفت. مهمترین خروجی این آزمایش نمودار نیرو ـ تغییر‌مکان بود که به کمک آن پارامتر‌های بیشینه نیروی قابل تحمل، شکل‌پذیری، انرژی شکست و چقرمگی برای نمونه ها به دست آمد. همچنین در هنگام آزمایش به صورت همزمان و به وسیله عکس‌برداری میزان بازشدگی دهانه ترک اندازه‌گیری گردید. در انتها به‌منظور مقایسه مخلوط‌های آسفالتی حاصل تقسیم انرژی شکست بر بازشدگی دهانه ترک مورد بررسی قرار گرفت به این صورت که در دمای ثابت هرچه میزان این پارامتر بزرگ‌تر باشد، نشان دهنده عملکرد بهتر مخلوط آسفالتی در برابر بارگذاری می‌باشد: انرژی جذب شده بیشتر با بازشدگی دهانه کمتر. نتایج نشان داد که افزودن پلی‌فسفریک‌اسید در دمای پایین به منظور بهبود رفتار شکست مخلوط آسفالتی سودمند نمی‎‌باشد اما با افزایش دما، تأثیر این افزودنی بر بهبود عملکرد مخلوط آسفالتی مشخص شده است. درصد بهینه استفاده از افزودنی پلی‌فسفریک‌اسید در دماهای میانی و بالا 0.5% تا 1.0% برآورد گردیده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Fracture and Crack Propagation Characteristics of Asphalt Mixtures Modified with Polyphosphoric Acid Based on Semi-Circular Bending (SCB) Test

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Ziari 1
  • Pouria Hajikarimi 2
  • Afarin Kheirati Kazerooni 1
  • Fereidoon Moghadas Nejad 3
1 Department of Civil & Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
2 Department of Civil Engineering, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran
3 Department of Civil & Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
چکیده [English]

One of the most common methods to enhance performance of asphalt binder and mixtures is using polymeric and mineral additives. The polyphosphoric acid (PPA) is one of additives used to modify asphalt binder's characteristics during last two decades. In this research, to investigate the effect of this additive on fracture and crack propagation characteristics of asphalt mixtures, asphalt mixture specimens were fabricated by implementing with asphalt binder modified with three different dosages of PPA: 0.5, 1 and 1.5% by weight of asphalt binder. The semi-circular bending (SCB) test was performed on these specimens at five different test temperatures including -10, 0, 10, 25 and 40 degree of centigrade. The major output of this test was force-displacement curve. The Maximum force, fragility, fracture energy and toughness were determined for all specimens based on force-displacement curve. Also, notch mouth opening displacement was measured by using pictures captured during the SCB test. To compare asphalt mixture behavior, an index was presented in this research as fracture energy divided by noth mouth opening displacement. At a constant temperature, the greater index shows better performance of asphalt mixture. The results have shown that adding PPA at low temperatures is not useful but at moderate temperatures it can increase fracture properties of asphalt mixture. The optimum content of PPA at the moderate temperatures is determined between 0.5 to 1%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Polyphosphoric Acid
  • Fracture Energy
  • Crack Opening Displacement
  • Semi-Circular Bending (SCB) Test