مقایسه آزمایشگاهی تاثیر استفاده از نانوسیلیس و ژئوگرید بر رفتار خستگی مخلوط آسفالتی گرم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

2 کارشناس ارشد راه‌وترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

3 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

10.22075/jtie.2020.20962.1466

چکیده

تمرکز روی اقداماتی با هدف تقویت و بهبود لایه آسفالتی به منظور افزایش عمر روسازی، اهمیت بسزایی دارد. از جمله روش‌های افزایش عمر روسازی بتن آسفالتی در برابر خرابی‌های سازه‌ای که در این تحقیق به آنها پرداخته شده است شامل رویکرد اصلاح مخلوط آسفالتی (با استفاده از نانو سیلیس) و همچنین رویکرد تسلیح آسفالت (با استفاده از ژئوگرید) می‌شود. در این پژوهش بر اساس نتایج حاصل از آزمایش‌های صورت‌گرفته، به بررسی میزان افزایش عمر خستگی این دو رویکرد و مقایسه آنها با عمر خستگی نمونه‌های شاهد پرداخته شده است. به منظور تعیین عمر خستگی مخلوط‌های آسفالتی از آزمایش خستگی تیرچه خمشی در شرایط کرنش ثابت (در 3 سطح 500، 700 و 900 میکروکرنش) بهره گرفته شده است. نتایج نشان می‌دهند که عمر خستگی برای هر دو نمونه مخلوط‌های آسفالتی اصلاح‌شده با نانو سیلیس و تسلیح‌شده با ژئوگرید افزایش می‌یابد؛ برای مثال، در سطح کرنش 500 میکروکرنش، 5 درصد نانو سیلیس حدود193.9 درصد (معادل 2.94 برابر) و یک لایه ژئوگرید حدود 212.4 درصد (معادل 3.12 برابر) عمر خستگی را نسبت به نمونه‌های شاهد افزایش می‌دهند. همچنین مخلوط‌های آسفالتی تسلیح‌شده با ژئوگرید در سطح کرنش‌های مذکور، به ترتیب حدود 6.5 درصد (معادل 1.06 برابر)، 61 درصد (معادل 1.61 برابر) و 1.8 درصد (معادل 1.02 برابر) افزایش عمر خستگی مخلوط نسبت به نمونه‌های اصلاح‌شده با نانو سیلیس گردیدند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory Comparison of the Effect of Using Geogrid and Nano-Silica on the Fatigue Behavior of Hot Mix Asphalt

نویسندگان [English]

  • Gholam Ali Shafabakhsh 1
  • Hossein Bahrami 2
  • Mahdi Akbari 3
1 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
3 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

It is very important to focus on treatments aimed at strengthening and improving the asphalt layer to increase the life of the pavement. Among the methods to increase the life of asphalt concrete pavement against structural failures that have been discussed in this study include the asphalt mixture modification approach (using Nano-silica) as well as asphalt reinforcement approach (using geogrid). In this study, based on the results of previous studies, the increase in fatigue life of these two approaches and their comparison with the fatigue life of control samples has been investigated. To determine the fatigue life of asphalt mixtures, the fatigue test of 4 points bending (4PB) beams under constant strain conditions (at 3 levels of 500, 700 and 900 micro-strains) has been used. The results show that by addition (in wet method) of Nano-silica to pure bitumen, the fatigue life of asphalt mixture is increased for both samples of Nano-silica modified and geogrid reinforced asphalt mixtures. For example, at a strain level of 500 micro-strain, the addition of 5% Nano-silica increases the fatigue life by about 193.9% (equivalent to 2.94 times) and the installation of a geogrid layer increases the fatigue life by about 212.4% (equivalent to 3.12 times). Also, asphalt mixtures reinforced with geogrid at the strain levels of 500, 700 and 900, respectively, increased the fatigue life of the mixture by about 6.5% (equivalent to 1.06 times), 61% (equivalent to 1.61 times) and 1.8% (equivalent to 1.02 times) compared to the samples modified with Nano-silica.

کلیدواژه‌ها [English]

  • geogrid
  • Nano-silica
  • Fatigue behavior
  • Hot Mix Asphalt
AASHTO, Standard Test. 2007. “Standard method of test for determining the fatigue life of compacted hot-mix asphalt (HMA) subjected to repeated flexural bending”. T321-03.
Ahmed, M., Abdelhamid, M., Hussain, S., Khedr, S., Breakah, T., Saudy, M., Elkadi, O. and Abou-Zeid, M. 2019. “Geogrid reinforcement in flexible paved roads”. 12th International Transportation Specialty Conference 2018, Held as Part of the Canadian Society for Civil Engineering Annual Conference 2018, June, pp. 104-113.
Akbari, M., Shafabakhsh, G. A. and Ahadi, M. R. 2015. “Evaluating the safety effects of pavement condition index (PCI) on frequency of run-off-road accidents”. J. Transport. Infrastructure Eng., 1(3): 47-61. (In Persian)
Akbari, M., Shafabakhsh, G. A. and Ahadi, M. R. 2020a. “Single-vehicle run-off-road crash prediction model associated with pavement characteristics”. Int. J. Eng., 33(7): 1375-1386.
Akbari, M., Shafabakhsh, G. A. and Ahadi, M. R. 2020b. “The impact of segmentation method on the aggregate goodness‑of‑fit measurements of non‑linear crash prediction models”. SN Appl. Sci., 2: 1655.
Correia, N. S. and Zornberg, J. G. 2018. “Strain distribution along geogrid-reinforced asphalt overlays under traffic loading”. Geotext. Geomembranes, 46(1): 111-120.
Correia, N. and Bueno, B. 2011. “Effect of bituminous impregnation on nonwoven geotextiles tensile and permeability properties”. Geotext. Geomembranes, 29(2): 92-101.
Faramarzi, M., Arabani, M., Haghi, A. and Mottaghitalab, V. 2015."Carbon nanotubes-modified asphalt binder: Preparation and characterization”. Int. J. Pavement Res. Technol., 8(1): 29-37.
Hasaninia, M. and Haddadi, F. 2017. “The characteristics of hot mixed asphalt modified by nanosilica”. Pet. Sci. Technol., 35(4): 351-359.
Mittal, A. and Shukla, S. 2019. “Effect of geosynthetic reinforcement on strength behaviour of weak subgrade soil”. MSF, 969: 225-230.
Monismith, C. L. 1981. “Fatigue characteristics of asphalt paving mixtures and their use in pavement design”. In 18th Paving Conference, University of New Mexico, Albuquerque.
Nazari, H., Naderi, K. and Moghadas Nejad, F. 2018. “Improving aging resistance and fatigue performance of asphalt binders using inorganic nanoparticles”. Constr. Build. Mater., 170: 591-602.
Shafabakhsh, G. A., Ani, O. J. and Talebsafa, M. 2015. “Artificial neural network (ANN) modeling for predicting rutting performance of nano-modified hot-mix asphalt mixtures containing steel slag aggregates”. Constr. Build. Mater., 85: 136-143.
Shafabakhsh, G. A. and Motamedi, M. 2016. “Sensitivity analysis of road actual conditions to evaluate the optimal positioning of geogrid using finite elements and dynamic methods”. Int. J. Eng., 29(9): 1235-1241.
Shafabakhsh, G. A., Mirabdolazimi, S. M. and Sadeghnejad, M. 2014. “Evaluation the effect of nano-TiO2 on the rutting and fatigue behavior of asphalt mixtures”. Constr. Build. Mater., 54: 566-571.
Shafabakhsh, G. A., Hadad, A., Akbari, M. and Gavashiri, Z. 2008. “Applicability study of geosynthetic reinforced soil walls: A case study in Golestan special road”. J. Transport. Res., 5(1): 49-60. (In Persian)
Shafabakhsh, G. A., Motamedi,  M., Firouznia, M. and Isazadeh, M. 2019. “Experimental investigation of the effect of asphalt binder modified with nanosilica on the rutting, fatigue and performance grade”. Pet. Sci. Technol., 37(13): 1495-1500.
Sun, L., Zhu, H. R., Xin, X. T., Wang, H. Y. and Gu, W. J. 2013. “Preparation of nano-modified asphalt and its road performance evaluation”. Zhongguo Gonglu Xuebao (China J. Highway and Transport), 26(1): 15-22.
Tanzadeh, J. and Shahrezagamasaei, R. 2017. “Laboratory assessment of hybrid fiber and nano-silica on reinforced porous asphalt mixtures”. Constr. Build. Mater., 144: 260-270.
Yao, H., You, Z., Li, L., Lee, C. H., Wingard, D., Yap, Y. K., Shi, X. and Goh, S. W. 2013. “Rheological properties and chemical bonding of asphalt modified with nanosilica”. J. Mater. Civ. Eng., 25(11): 1619-1630.
Yildrim, Y. 2007. “Polymer modified asphalt binder”. Constr. Build. Mater., 21(1): 66-72.
Zhou, T. C., Zhou, S. L. and Fei, Q. Y. 2008. “Effect of surface treated nano silica on thermal and flame retardant properties of PE [J] ”. Chem. Eng., 7.