ارزیابی آزمایشگاهی ترک خوردگی حرارتی در قیر و مخلوط آسفالتی اصلاح شده با نانو سیلیکا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

3 دکتری راه و ترابری، آخیز گستر تمیم ایرانیان، آمل

چکیده

اصلاح قیر با استفاده از افزودنی‌ها یکی از راه‌های بهبود خصوصیات و مشخصات عملکردی قیر و مخلوط آسفالتی می‌باشد. نانو مواد ازجمله جدیدترین فناوری‌هاست، که در علوم مختلف به سرعت در حال پیشرفت است. مزایای فراوان این فناوری سبب گردیده که محققان حوزه روسازی آن را در بهبود خصوصیات مخلوط آسفالتی مورد استفاده قرار دهند. ترک‌خوردگی حرارتی یکی از متداول‌ترین خرابی‌ها در راه‌ها می‌باشد. با توجه به وجود ارتباط خرابی خستگی و شیارشدگی در قیر و مخلوط آسفالتی در دماهای میانی و بالا و فقدان مطالعات در زمینه ترک خوردگی حرارتی در دمای پایین، ارزیابی ارتباط بین پارامترهای ترک خوردگی حرارتی در قیر و مخلوط آسفالتی حائز اهمیت می‌باشد. بدین منظور از تست رئومتر تیرچه خمشی (BBR) برای قیرها و تست نیم دایره خمشی SCB)) برای آسفالت استفاده شد. هدف این تحقیق بررسی رفتار قیر و مخلوط آسفالتی اصلاح شده با نانو سیلیکا می‌باشد. نتایج حاکی از بهبود مقاومت مخلوط آسفالتی اصلاح شده با نانواکسید سیلیکا در‌ برابر ترک خوردگی و مدول برجهندگی حدود 6/1 و 4/1 برابر بود. شاخص مرنبط با حساسیت رطوبتی مخلوط های آسفالتی نیز حدود 7% نسبت به نمونه شاهد افزایش داشت. با این حال نتایج تست قیر حاکی از کاهش عملکرد قیرهای اصلاح شده با نانو سیلیکا در دماهای پایین دارد. نتایج چقرمگی در تست SCB برای مخلوط آسفالتی با نتایج تست BBR در قیر همخوانی دارد. پیوندهای کششی تست FTIR و افزایش سفتی در مخلوط آسفالت از عوامل تاثیرگذار در بهبود رفتار قیرهای اصلاح‌شده با نانوسیلیکا نسبت به نمونه شاهد می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Laboratory evaluation of thermal cracking in bitumen and asphalt mixture modified with nano-silica

نویسندگان [English]

  • Gholam Ali Shafabakhsh 1
  • sama mohammadnajafi 2
  • mana motamedi 3
1 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Department of Roads and Transportation, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
3 Akhiz Gostar Tamim Iranian,.amol.iran
چکیده [English]

Bitumen modification using additives is one of the ways to improve the performance characteristics of bitumen and asphalt mixture. Nanomaterials are one of the newest technologies, which is rapidly advancing in various sciences. The many advantages of this technology have led researchers in the field of pavement to use it to improve the properties of asphalt mixtures. Heat cracking is one of the most common road failures. Considering the relationship between fatigue failure and grooving in bitumen and asphalt mix at medium and high temperatures and the lack of studies on thermal cracking at low temperatures, it is important to evaluate the relationship between thermal cracking parameters in bitumen and asphalt mix. For this purpose, flexural beam rheometer (BBR) test for bitumen and SCB flexural semicircle test for asphalt were used. The purpose of this study is to investigate the behavior of bitumen and asphalt mixture modified with nano-silica. The results showed that the strength of the asphalt mixture modified with silica nanoxide was cracked and the modulus of resistance was about 1.6 and 1.4 times. The index related to moisture sensitivity of asphalt mixtures also increased by about 7% compared to the control sample. However, bitumen test results indicate a decrease in the performance of nanosilica-modified bitumens at low temperatures. The toughness results in SCB test for asphalt mix are consistent with BBR test results in bitumen. Tensile bonds of FTIR test and increased stiffness in asphalt mixture are effective factors in improving the behavior of nanosilica modified bitumen compared to the control sample.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanosilica
  • . Asphalt mix
  • . Thermal cracking
  • . Semicircular bending
  • .Bending beam rheometer

مراجع

AASHTO T283. 2003. “Resistance of compacted hot-mix asphalt (HMA) to moisture-induced damage”. AASHTO, USA.
AASHTO TP 105-13. 2013. “Standard method of test for determining the fracture energy of asphalt mixtures using the semicircular bend (SCB) geometry”. AASHTO Provisional Standards, American Association of State Highway and Transportation Officials.
Alhamali, D. I., Yusoff, N. I. M., Wu, J., Liu, Q. and Albrka, S. I. 2015. “The effects of nano silica particles on the physical properties and storage stability of polymer-modified bitumen”. J. Civ. Eng. Res., 5(4A): 11-16.
ASTM D4123-82. 2003. “Indirect tension test for resilient modulus of bituminous mixtures”. ASTM Book of Standards, Vol. 04.03, USA.
ASTM D6648. 2016. “Standard test method for determining the flexural creep stiffness of asphalt binder using the bending beam rheometer (BBR)”. ASTM International.
Behbahani, H., MohammadAliha, M. R., Fazaeli, H. and Rezaifar, M. H. 2013. “Effect of characteristic specifications on fracture toughness of asphalt concrete materials”. Proceedings of the 13th International Conference on Fracture, Beijing, China, pp. 16-21.
Chong, K. P. and Kuruppu, M. D. 1984. “New specimen for fracture toughness determination for rock and other materials”. Int. J. Fracture, 26: 59-62.
Elseifi, M. A., Mohammad, L. N., Ying, H. and Cooper III, S. 2012. “Modeling and evaluation of the cracking resistance of asphalt mixtures using the semi-circular bending test at intermediate temperatures”. Road Mater. Pavement Design, 13(S1): 124-139.
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.
Fang, C., Yu, R., Liu, S. and Li, Y. 2013. “Nanomaterials applied in asphalt modification: A review”. J. Mater. Sci. Technol., 29(7): 589-594.
Haslett, K. E. 2018. “Evaluation of cracking indices for asphalt mixtures using SCB tests at different temperatures and loading rates”. Master Thesis, University of New Hampshire, Durham.
Jiang, J., Ni, F., Dong, Q., Wu, F. and Dai, Y. 2018. “Research on the fatigue equation of asphalt mixtures based on actual stress ratio using semi-circular bending test”. Constr. Build. Mater., 158: 996-1002.
Journal No. 234. “Asphalt pavement regulations of Iranian roads”.
 Massoud Palassi, Saeed Sadeghpour Galooyak,Ahmad Goli, and Hossein Zanjirani Farahani. "Performance evaluation of nano-silica modified bitumen." International Journal of Transportation Engineering (IJTE) 3, no. 1 (2015).
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.
Nazari, H. 2018. “Improving aging resistance and fatigue performance of asphalt binders using inorganic nanoparticles”. Constr. Build. Mater., 170: 591-602.
Saha, G. and Biligiri, K. P. 2017. “State-dynamic response analyses through semi-circular bending test: Fatigue life prediction of asphalt mixtures”. Constr. Build. Mater., 150: 664-672.
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”. Petrol. Sci. Technol., 37(13): 1495-1500.
 Sadeghpour Galooyak, S., Palassi, M., Goli, A. and Zanjirani Farahani, H. 2015. “Performance evaluation of nano-silica modified bitumen”. Int. J. Transport. Eng., 3(1): 55-66.
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.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 15 بهمن 1400
  • تاریخ بازنگری: 15 اسفند 1400
  • تاریخ پذیرش: 15 فروردین 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار