بررسی ترک‌خوردگی حرارتی در مخلوط‏های آسفالتی با روش انرژی آزاد سطحی، مشخصات رئولوژیک دمای کم قیر، آزمایش خمش نیم‌دایره و ویژگی‌های مصالح سنگی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه آموزشی عمران، واحد سلماس، دانشگاه آزاد اسلامی، سلماس، ایران

2 گروه مهندسی عمران، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 گروه مهندسی عمران، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

4 دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

در تحقیقات گذشته در بررسی رفتار ترک‌‌های حرارتی در مخلوط‌های آسفالتی معمولاً خصوصیات قیر و یا رفتار مخلوط آسفالتی مورد توجه قرار گرفته است. در این روش‌ها به نقش اجزای مختلف مخلوط آسفالتی در وقوع این خرابی‌ها توجه نمی‌شود. استفاده از مفهوم انرژی آزاد سطحی به همراه مشخصات پایه‌ای مواد تشکیل‌دهنده مخلوط آسفالتی می‌تواند در بررسی ترک‌های حرارتی نیز مورد توجه قرار گیرد. در این پژوهش سعی شده است تا نقش خصوصیات پایه‏ا‏ی مواد در رخداد این ترک‌ها به همراه پارامتر‏های انرژی آزاد سطحی بررسی شود. بدین منظور، مؤلفه‌های انرژی آزاد سطحی برای چهار نوع سنگدانه و هشت نوع قیر اندازه‏گیری شده است. همچنین، سختی خزشی قیر به همراه شیب نمودار سختی خزشی از آزمایش‏ رئومتر تیرچه خمشی به ‌دست آمده ‌است. علاوه بر این موارد، ضخامت غشای قیر بر روی سطح سنگدانه، شاخص سنگدانه و مساحت سطح ویژه سنگدانه‌ها نیز تعیین شده‌است. به منظور بررسی پتانسیل ترک‌خوردگی حرارتی از آزمایش خمش نیم‏دایره روی 32 ترکیب مختلف مخلوط آسفالتی در دمای پایین استفاده شده است. سپس از روش‏های آماری برای بررسی ارتباط پارامترهای مذکور با نتایج آزمایش خمش نیم‏دایره استفاده گردیده است. تحلیل‌های آماری نشان می‌دهند که مشخصات پایه‌ای مواد شامل ضخامت غشای قیر روی سطح سنگدانه، شاخص سنگدانه، انرژی آزاد پیوستگی، انرژی آزاد چسبندگی، نسبت مؤلفه بازی به اسیدی انرژی آزاد سطحی و مساحت سطح ویژه سنگدانه تأثیر معنادار و مثبت بر روی شاخص‌های ترک‌خوردگی در آزمایش خمش‌ نیم‌دایره شامل انرژی شکست و چقرمگی شکست دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating of the thermal cracking of asphalt mixtures with surface free energy method, low temperature rheological properties of bitumen, semi circular bending test and aggregate properties

نویسندگان [English]

  • Mikaeil Naseri Yalghouzaghaj 1
  • Gholam Hossein Hamedi 2
  • Babak Golchin 3
  • Ramin Meshkabadi 4
1 میکائیل Department of civil engineering, salmas branch, islamic azad university, salmas, iran
2 Department of Civil Engineering, Guilan University, Rasht, Iran
3 Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
4 Department of Engineering Sciences, Faculty of Advanced Technologies, University of Mohaghegh Ardabili, Namin, Iran
چکیده [English]

In previous researches, the properties of bitumen and asphalt mixture have been considered for investigation of thermal cracking. In these methods, the roles of different components of the asphalt mixture are not considered. The use of surface free energy and the basic characteristics of asphalt mixture can also be used in the investigation of thermal cracking. In this research, it has been tried to investigate the role of these basic properties of materials in the occurrence of these cracks along with the surface free energy parameters. For this purpose, surface free energy components have been measured for four types of aggregates and eight types of bitumen. Also, the bitumen creep stiffness and m-value were obtained from the bending beam rheometer tests. Asphalt film thickness, aggregate index and the specific surface area of the aggregates have been also determined. For thermal cracking potential, the semicircular bending test was used on 32 different combinations of asphalt mixtures at low temperature. Then, statistical methods have been used for assessing the relationship between the mentioned parameters and the semicircular bending test results. Statistical analysis shows that the basic characteristics of the materials, including the asphalt film thickness, the aggregate index, the free energy of cohesion, the free energy of adhesion, the ratio of basic to acidic components of the surface free energy and the specific surface area of the aggregate have a significant and positive effect on the cracking indices such as semicircular bending fracture energy and fracture toughness.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Termal cracking
  • Surface free energy
  • Asphalt binder rheological properties
  • Semicircular bending test

مراجع

غنی‌زاده، ع. 1394. "کاربرد سیستم استنتاج تطبیقی عصبی- فازی به منظور مدل­سازی شاخص ناهمواری بین‌المللی در روسازی‌های بتنی غیرمسلح درزدار". مهندسی زیرساخت­های حمل و نقل.
شرافتی‌سوها، م. دهقان‌بنادکی، ع. و خواری، م. 1398. "تخمین نسبت باربری کالیفرنیا در خاک‏های مردابی بهسازی شده با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی".  مهندسی زیرساخت­های حمل و نقل، .
AASHTO TP105. 2015. “Standard method for determining the fracture energy of asphalt mixtures using the semi circular bend geometry (SCB)”. American Association of State Highway and Transportation Organization, Washington, DC.
AASHTO T313. 2019. “Standard method of test for determining the flexural creep stiffness of asphalt binder using the bending beam rheometer (BBR)”. Washington, DC.
Akbari, A. and Modarres, A. 2020. “Fatigue response of HMA containing modified bitumen with nano-clay and nano-alumina and its relationship with surface free energy parameters”. Road Mater. Pavement Design, 21(6): 1490-1513.
Al-Qadi, I. L., Abauwad, I. M., Dhasmana, H. and Coenen, A. R. 2014. “ Effects of various asphalt binder additives/modifiers on moisture-susceptible asphaltic mixtures”. Illinois Center for Transportation.
Al-Qudsi, A., Falchetto, A. C., Wang, D., Büchler, S., Kim, Y. S. and Wistuba, M. P. 2020. “Finite element cohesive fracture modeling of asphalt mixture based on the semi-circular bending (SCB) test and self-affine fractal cracks at low temperatures”. Cold Reg. Sci. Tech., 169: 102916.
Alvarez, A. E., Diaz, E. J., Mejía, R. A., Arámbula-Mercado, E. and Reyes-Ortiz, O. J. 2023. “Optimizing the dose of warm-mix asphalt additives by maximizing the asphalt-aggregate adhesion measured via surface-free energy”. J. Mater. Civ. Eng., 35(2): 04022410.
ASTM D3398. 2006. “Standard test method for index of aggregate particle shape and texture”. West Conshohocken, PA, USA.
ASTM D8303. 2020. “Standard test method for determining thermal cracking properties of asphalt mixtures through measurement of thermally induced stress and strain”. West Conshohocken, PA, USA.
Aurangzeb, Q., Al-Qadi, I. L., Pine, W. J., Trepanier, J. S. and Abuawad, I. M. 2012. “Thermal cracking potential in asphalt mixtures with high RAP contents”. 7th RILEM International Conference on Cracking in Pavements: Mechanisms, Modeling, Testing, Detection and Prevention Case Histories (pp. 1271-1280). Springer, The Netherlands.
Azarhoosh, A., Moghadas Nejad, F. and Khodaii, A. 2017. “The influence of cohesion and adhesion parameters on the fatigue life of hot mix asphalt”. J. Adhes., 93(13): 1048-1067.
Azarhoosh, A. R. 2018. “Evaluating fatigue of asphalt mixtures using surface free energy method”. PhD Dissertation, Amirkabir University of Technology.
Baumanis, J., Riekstins, A. and Balodis, A. 2021. “Investigation of comparability of TSRST and SCB cracking tests for evaluation of low-temperature properties in asphalt mixtures and use in quality control”. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 1202, No. 1, p. 012022). IOP Publishing.  
Bhasin, A. 2006. “Development of methods to quantify bitumen-aggregate adhesion and loss of adhesion due to water”. Texas A&M University.  
Bhasin, A., Masad, E., Little, D. and Lytton, R. 2006. “Limits on adhesive bond energy for improved resistance of hot-mix asphalt to moisture damage”. Transport. Res. Record: J. Transport. Res. Board, 1970: 3-13.
Bhasin, A., Little, D. N., Vasconcelos, K. L. and Masad, E. 2007. “Surface free energy to identify moisture sensitivity of materials for asphalt mixes”. Transport. Res. Record, 2001(1): 37-45.
Brown, E., Kandhal, P. S., Roberts, F. L., Kim, Y. R., Lee, D. Y. and Kennedy, T. W. 2009. “Hot mix asphalt materials, mixture design, and construction”. NAPA Research and Education Foundation, Lanham, MD.
Cheng, D. 2002. “Surface free energy of asphalt-aggregate system and performance analysis of asphalt concrete”. PhD Dissertation, Civil Engineering, Texas A&M University.
Cheng, D., Little, D. N., Lytton, R. L. and Holste, J. C. 2003. “Moisture damage evaluation of asphalt mixtures by considering both moisture diffusion and repeated-load conditions”. Transport. Res. Record, 1832(1): 42-49.
Christensen, D. W. and Bonaquist, R. F. 2006. “Volumetric requirements for Superpave mix design”. Transport. Res. Board, 567.
Esmaeili, N., Hamedi, G. H. and Khodadadi, M. 2019. “Determination of the stripping process of asphalt mixtures and the effective mix design and SFE parameters on its different phases”. Constr. Build. Mater., 213: 167-181.
Golchin, B., Hekmat, A. and Hamedi, G. H. 2022. “Effects of metallic nano materials on the cohesion and adhesion properties of asphalt binders and aggregates using surface free energy method”. J. Civ. Environ. Eng., 52(108): 117-126.
Hamedi, G. H. and Moghadas Nejad, F. 2016. “Evaluating the effect of mix design and thermodynamic parameters on moisture sensitivity of hot mix asphalt”. J. Mater. Civ. Eng., 29(2): 04016207.
Hefer, A. W. 2004. “Adhesion in bitumen-aggregate systems and quantification of the effects of water on the adhesive bond”. Texas A&M University.  
Jenks, C. W., Jencks, C. F., Harrigan, E. T., Adcock, M., Delaney, E. P. and Freer, H. 2011. “NCHRP Report 673: A manual for design of hot mix asphalt with commentary”. Transport. Res. Board, Washington, DC.
Jung, D. H., and Vinson, T. S. 1994. Low-temperature cracking: Test selection (No. SHRP-A-400).
Kringos, N., Scarpas, A., Copeland, A. and Youtcheff, J. 2008. “Modelling of combined physical–mechanical moisture-induced damage in asphaltic mixes, Part 2: moisture susceptibility parameters”. Int. J. Pavement Eng., 9(2): 129-151.
Li, X. and Marasteanu, M. O. 2006. “Investigation of low temperature cracking in asphalt mixtures by acoustic emission”. Road Mater. Pavement Design, 7(4): 491-512.
Mallick, R. B. and El-Korchi, T. 2017. “Pavement engineering: principles and practices”. CRC Press.
Marasteanu, M., Li, X., Clyne, T., Voller, V., Timm, D. and Newcomb, D. 2004. “Low temperature cracking of asphalt concrete pavement”. Center for Transportation Studies.
Marasteanu, M., Zofka, A., Turos, M., Li, X., Velasquez, R., Li, X. and Dave, E. 2007. “Investigation of low temperature cracking in asphalt pavements national pooled fund study 776”. Center for Transportation Studies.
Ofori-Abebresse, E. K. 2006. “Fatigue resistance of hot-mix asphalt concrete (HMAC) mixtures using the calibrated mechanistic with surface energy (CMSE) measurements approach”. Texas A&M University.  
Xiao, R., Ding, Y., Polaczyk, P., Ma, Y., Jiang, X. and Huang, B. 2022. “Moisture damage mechanism and material selection of HMA with amine antistripping agent”. Mater. Design, 220: 110797.
Xu, Y., Zhang, E. and Shan, L. 2019. “Effect of SARA on rheological properties of asphalt binders”. J. Mater. Civ. Eng., 31(6): 04019086.
Yang, T., Jia, Y., Pan, Y. and Zhao, Y. 2022. “Evaluation of the low-temperature cracking performance of recycled asphalt mixture: A development of equivalent fracture temperature”. Build., 12(9): 1366.
Yalghouzaghaj, M. N., Sarkar, A., Hamedi, G. H. and Hayati, P. 2021. “Evaluation of the effect of UHMWPE on the low-temperature cracking of hot-mix asphalt”. J. Mater. Civ. Eng., 33(3): 04020488.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 18 آذر 1401
  • تاریخ بازنگری: 08 اردیبهشت 1402
  • تاریخ پذیرش: 02 خرداد 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار