کاربرد نانو اکسید کلسیم و نانو کربنات کلسیم در مخلوط‌های آسفالتی داغ با هدف ارتقای مقاومت در برابر ترک خوردگی و حساسیت رطوبتی- یک مطالعه آزمایشگاهی

محمدی, مسعود; شفابخش, غلامعلی; صادق نژاد, مصطفی

doi:10.22075/jtie.2022.28376.1613

کاربرد نانو اکسید کلسیم و نانو کربنات کلسیم در مخلوط‌های آسفالتی داغ با هدف ارتقای مقاومت در برابر ترک خوردگی و حساسیت رطوبتی- یک مطالعه آزمایشگاهی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

² گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی شرق گیلان، دانشگاه گیلان، رودسر، گیلان، ایران

10.22075/jtie.2022.28376.1613

چکیده

ترک‌خوردگی حرارتی و حساسیت رطوبتی دو مورد از مهمترین خرابی‌هایی هستند که در دوره بهره‌برداری، روسازی آسفالتی را با تهدیدات جدی مواجه می‌کنند. در این پژوهش به ارزیابی آزمایشگاهی تاثیر افزودنی‌های نانو اکسید کلسیم و نانو کربنات کلسیم به مخلوط‌های آسفالتی HMA به منظور بهبود عملکرد آنها در برابر ترک‌خوردگی و حساسیت رطوبتی پرداخته شده است. جهت دستیابی به اهداف این تحقیق ابتدا قیر با 9/0 درصد از نانو کربنات کلسیم و 5/1 درصد نانو اکسید کلسیم ترکیب شده است و برای ارزیابی خصوصیات عملکردی نمونه های آسفالتی HMA حاوی افزودنی نانویی، آزمایشات خمش نیم دایره (SCB) در سه دمای 5- ، 10- و 15- درجه سانتی گراد، و کشش غیرمستقیم (لاتمن اصلاح شده) در دو دمای 10 و 20 درجه سانتی گراد انجام پذیرفت. بر اساس نتایج آزمایش خمش نیم دایره و کشش غیر مستقیم بهترین عملکرد و بیشترین مقاومت مربوط به نمونه حاوی Nano CaO5/1% می باشد که مقدار مقاومت آن در برابر ترک‌های حرارتی حدود 22 درصد بیشتر و حساسیت رطوبتی آن حدود 6 درصد کمتر از نمونه کنترل می‌باشد. براساس نتایج آزمایش SCB می‌توان دریافت که با افزایش Me از صفر تا حدود 4/0 – 6/0 که بارگذاری بصورت ترکیب کششی – برشی می باشد مقدار چقرمگی شکست کاهش و پس از آن که بارگذاری به سمت کشش خالص می رود افزایشی خواهد بود. بگونه‌ای که بیشترین مقاومت در برابر ترک خوردگی در حالت کشش خالص اتفاق می‌افتد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

روسازی

عنوان مقاله [English]

Application of Nano CaO and Nano CaCO3 in HMA in order to improve the Strength against Cracking and Moisture Susceptibility- an Experimental Study

نویسندگان [English]

Masoud Mohammadi ¹
Gholam Ali Shafabakhsh ¹
Mostafa Sadeghnejad ²

¹ دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

² University of Guilan

چکیده [English]

Thermal cracking and moisture sensitivity are two of the most important failures that face asphalt pavement with serious threats during the operation period. In this research, the effect of nano CaO and nano CaCO3 additives to HMA has been evaluated in order to improve their performance against cracking and moisture sensitivity. In order to achieve the goals of this research, bitumen was mixed with 0.9% of nano CaCO3 and 1.5% of nano CaO, and to evaluate the functional characteristics of HMA samples containing nano additives, semicircular bending (SCB) tests were performed in three The temperature was -5, -10 and -15 °C, and modified Latman was performed at two temperatures of 10 and 20°C. According to the SCB and ITS test results, the best performance and the highest resistance is related to the sample containing 1.5% Nano CaO, which is about 22% more resistant to thermal cracks and about 6% less sensitive to moisture than the control sample. Based on the SCB test results, it can be seen that with the increase of Me from zero to about 0.4-0.6 when the loading is a tensile-shear combination, the fracture toughness will decrease and then increase when the loading goes to pure tension. Such that the greatest resistance to cracking occurs in pure tension.

کلیدواژه‌ها [English]

HMA
Thermal Cracking
Moisture Susceptibility
Nano CaO
Nano CaCO3

مراجع

فائزی، س. ف. و فرخی، ع. 1397. "تأثیر نانو زایکوترم بر مقاومت کششی مخلوطهای آسفالتی مناطق سردسیر (نمونه موردی: شهرستان سقز)". پژوهشنامه حمل و نقل، 15(4). https://civilica.com/doc/861069

گرایی، ا. و مقدس نژاد، ف. 1396. "بررسی تأثیر استفاده از نانو کربنات کلسیم بر حساسیت رطوبتی مخلوط آسفالتی داغ". مطالعات علوم کاربردی در مهندسی، 3(4): 50-60.

دارایی، ا. 1400. "ارزیابی آزمایشگاهی عملکرد مخلوط بتن آسفالتی حاوی نانو اکسید کلسیم در برابر خستگی و شیارشدگی". پایاننامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان.

قربانی کوچکی، ع. 1398. "بررسی آزمایشگاهی تأثیر استفاده از نانو کربنات کلسیم بر رفتار قیر در برابر خستگی و شیارشدگی". پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان.

Mehrara, A. and Khodaii, A. 2013. “A review of state of the art on stripping phenomenon in asphalt concrete”. Constr. Build. Mater., 38: 423-442.

Nazarko, J., Radziszewski, P., …, Vilutiene, T. 2015. “Foresight study of road pavement technologies”. Proc. Eng., 122: 129-136.

Sadeghnejad, M. and Shafabakhsh, G. 2017. “Experimental study on the physical and rheological properties of bitumen modified with different nano materials (Nano SiO2 & nano TiO2)”. Int. J. Nanosci. Nanotech., 13(3): 253-263.

Das, A. K. and Singh, D. 2021. “Evaluation of fatigue performance of asphalt mastics composed of nano hydrated lime filler”. Constr. Build. Mater., 269: 121322.

Apeagyei, A. K., Grenfell, J. R. A. and Airey, G. D. 2014. “Observation of reversible moisture damage in asphalt mixtures”. Constr. Build. Mater., 60: 73-80.

Kiggundu, B. M. and Roberts, F. L. 1988. “Stripping in HMA mixtures: State-of-the-art and critical review of test methods”. National Center for Asphalt Technology, Auburn, AL.

Zarei, M., Salehikalam, A., Tabasi, E., Naseri, A., Khordehbinan, M. V. and Negahban, M. 2022. “Pure mode I fracture resistance of hot mix asphalt (HMA) containing nano-SiO2 under freeze–thaw damage (FTD)”. Constr. Build. Mater., 351: 128757.

Fakhri, M. and Shahryari, E. 2021. “The effects of nano zinc oxide (ZnO) and nano reduced graphene oxide (RGO) on moisture susceptibility property of stone mastic asphalt (SMA)”. Case Stud. Constr. Mater., 15: e00655.

Kleizienė, R., Paliukaitė, M. and Vaitkus, A. 2020. “Effect of nano SiO₂, TiO₂ and ZnO modification to rheological properties of neat and polymer modified bitumen”. International Symposium on Asphalt Pavement and Environment, Springer, pp. 325-336.

Pirmohammad, S., Majd-Shokorlou, Y. and Amani, B. 2019. “Experimental investigation of fracture properties of asphalt mixtures modified with nano Fe₂O₃ and carbon nanotubes”. Road Mater. Pavement Des., 21(8): 2321-2343.

Li, R., Xiao, F., Amirkhanian, S., You, Z. and Huang, J. 2017. “Developments of nano materials and technologies on asphalt materials- A review”. Constr. Build. Mater., 143: 633-648.

Yu, J., Wang, L., Zeng, X., Wu, S. and Li, B. 2007. “Effect of montmorillonite on properties of styrene-butadiene-styrene copolymer modified asphalt”. Polym. Eng. Sci., 47(9): 1289-1295.

Marasteanu, M., Zofka, A., Turos, M., Li, X., Velasquez, R., Li, X., …., McGraw, J. 2007. “Investigation of low temperature cracking in asphalt pavements national pooled fund study, 776”. Minnesota Department of Transportation.