ارزیابی عملکرد دمای بالا و پایین مخلوط آسفالتی نیمه‌گرم

امیرخانی, محمدجواد; فخری, منصور

doi:10.22075/jtie.2024.32230.1655

ارزیابی عملکرد دمای بالا و پایین مخلوط آسفالتی نیمه‌گرم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمدجواد امیرخانی ¹

منصور فخری ²

¹ دانشکده ی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

² استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه خواجه نصیر طوسی، تهران

10.22075/jtie.2024.32230.1655

چکیده

تلاش‌ها برای کاهش و کنترل گرمایش جهانی سبب شده است تکنولوژی آسفالت نیمه‌گرم در صنعت آسفالت مورد توجه قرار گیرد. مخلوط آسفالتی نیمه‌گرم نسبت به مخلوط آسفالتی گرم از مزایایی مانند کاهش مصرف انرژی و کاهش تولید گاز‌های سمی برخوردار است. اما از ضعف‌هایی مانند شیارشدگی زود رس و خرابی رطوبتی نیز رنج می‌برد. بنابراین ساخت مخلوط آسفالتی نیمه‌گرم با عملکرد مکانیکی مناسب بسیارحائز اهمیت است. هدف از این تحقیق مطالعه و بررسی تاثیر پودر سنگ‌، سیمان، خاکستربادی و میکروآهک به عنوان فیلر بر عملکرد مخلوط آسفالتی نیمه‌گرم در دمای بالا و دمای پایین می‌باشد. برای ساخت مخلوط آسفالتی نیمه‌گرم از اتیلن بیس استئارمید به عنوان یک افزودنی آلی استفاده شد. ارزیابی عملکرد مکانیکی مخلوط آسفالتی با استفاده از آزمایش‌های مقاومت کششی غیر مستقیم، آزمایش خزش دینامیکی و شکست بر نمونه‌های خمشی نیم دایره‌ای انجام شد. در آزمایش مقاومت کششی غیر مستقیم نیروی لازم جهت شکست نمونه‌ها در اثر اعمال بارگذاری با نرخ ثابت 8/50 میلیمتر بر دقییقه اندازه‌گیری شد. در آزمایش خزش دینامیکی نمونه در دمای 40 درجه ساتیگراد تحت اعمال بارگذاری نیمه سینوسی 200 کیلو پاسکال قرار گرفت. در آزمایش شکست نمونه‌های خمشی نیم دایره‌ای انرژی لازم جهت شکست در دمای 22- درجه سانتیگراد محاسبه شد. ساخت مخلوط آسفالتی نیمه گرم با استفاده از افزودنی اتیلن بیس استئارمید مقاومت در برابر شیارشدگی را تا 10 درصد افزایش داد. این افزودنی با کاهش 7 درصدی انرژی شکست، مقاومت در برابر ترک خوردگی دمای پایین را کاهش داد‌. مخلوط آسفالتی نیمه‌گرم حاوی خاکستربادی با داشتن TSR برابر با 80 درصد از مقاومت مناسبی در برابر رطوبت برخوردار بود. سیمان مقاومت در برابر شیارشدگی را تا 25 درصد افزایش داد. استفاده از میکروآهک سبب بهبود حساسیت رطوبتی، افزایش 140 درصدی مقاومت در برابر شیارشدگی و افزایش 17 درصدی انرژی شکست شد

کلیدواژه‌ها

مخلوط آسفالتی نیمه‌گرم

فیلر

مقاومت کششی غیر مستقیم

خزش دینامیکی

انرژی شکست

موضوعات

روسازی

عنوان مقاله English

Evaluation of Performance of Warm Mix Asphalt Mixture under High and Low Temperature

نویسندگان English

Mohammad Javad Amirkhani ¹

Mansour Fakhri ²

¹ Department of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir university of technology, Tehran

² \Professor, Head of Department of Transportation, School of Civil Engineering, K.N.Toosi University of Technology, Tehran 1996715433, Iran

چکیده English

Efforts to mitigate and control global warming have led to the consideration of warm-mix asphalt technology in the asphalt industry. Warm mix asphalt, compared to hot mix asphalt, offers advantages such as reduced energy consumption and lower production of toxic gases. However, it does have certain weaknesses, including susceptibility to moisture and premature rutting. Therefore, it is crucial to develop warm mix asphalt mixtures with excellent mechanical performance. One potential solution is to carefully select the appropriate filler. The objective of this research is to examine and explore the impact of limestone powder, cement, fly ash, and micro lime as fillers on the performance of warm mix asphalt mixtures. Additionally, an organic additive called Ethylene bis estearamide was utilized to create the warm mix asphalt mixture. To evaluate the mechanical performance of the asphalt mixture, various tests were conducted, including indirect tensile strength tests, dynamic creep tests, and semi-circular bending tests. In the indirect tensile strength test, the force required to break the samples was measured under a constant loading rate of 50.8 mm/min. In the dynamic creep test, the sample was subjected to a haversine loading of 200 kPa at a temperature of 40 degrees Celsius. In the semi-circular bending test, the energy required to fracture the sample at -22 degrees Celsius was calculated. When making a warm mix asphalt mixture using Ethylene bis stearamide additive, although it increased resistance to rutting by 10%, it reduced resistance to low-temperature cracking by decreasing fracture energy by 7%. The semi-warm asphalt mixture containing fly ash with a TSR equal to 80% exhibited good moisture resistance. The addition of cement increased resistance to rutting by 25%. The use of micro lime improved moisture sensitivity, resulting in a 140% increase in rutting resistance and a 17% increase in fracture energy.

کلیدواژه‌ها English

Warm mix asphalt mixture

Filler

Indirect tensile strength resistance

Dynamic creep

Fracture energy

Akbari, M., Shahryari, E., Hamedipour, A. M. and Shafabakhsh, G. 2023. “Laboratory investigation on the rutting and fracture resistance of hot-mix asphalt containing nanographene Oxide”. J. Mater. Civ. Eng., 35(3): 04022483.

Alavi, A. H., Ameri, M., Gandomi, A. H. and Mirzahosseini, M. R. 2011. “Formulation of flow number of asphalt mixes using a hybrid computational method”. Constr. Build. Mater., 25(3): 1338-1355.

Aliha, M. M., Behbahani, H., Fazaeli, H. and Rezaifar, M. H. 2014. “Study of characteristic specification on mixed mode fracture toughness of asphalt mixtures”. Constr. Build. Mater., 54: 623-635.

Aliha, M. R. M., Razmi, A. and Mansourian, A. 2017. “The influence of natural and synthetic fibers on low temperature mixed mode I+ II fracture behavior of warm mix asphalt (WMA) materials”. Eng. Fract. Mech., 182: 322-336.

Ameri, M. and Behnood, A. 2012. “Laboratory studies to investigate the properties of CIR mixes containing steel slag as a substitute for virgin aggregates”. Constr. Build. Mater., 26(1): 475-480.

Belc, A. L., Coleri, E., Belc, F. and Costescu, C. 2021. “Influence of different warm mix additives on characteristics of warm mix asphalt”. Mater., 14(13): 3534.

Choudhary, J., Kumar, B. and Gupta, A. 2018. “Application of waste materials as fillers in bituminous mixes”. Waste Manag., 78: 417-425.

Corrigan, M. 2009. “Warm mix asphalt update”. In Work Mix Seminar and Demonstration.

Dulaimi, A., Shanbara, H. K., Jafer, H. and Sadique, M. 2020. “An evaluation of the performance of hot mix asphalt containing calcium carbide residue as a filler”. Constr. Build. Mater., 261: 119918.

Fakhri, M., Javadi, S., Sedghi, R., Arzjani, D. and Zarrinpour, Y. 2019. “Effects of deicing agents on moisture susceptibility of the WMA containing recycled crumb rubber”. Constr. Build. Mater., 227: 116581.

Fakhri, M., Baveli Bahmai, B., Javadi, S. and Sharafi, M. 2020. “An evaluation of the mechanical and self-healing properties of warm mix asphalt containing scrap metal additives”. J. Clean. Prod., 253: e119963.

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.

Fakhri, M., Javadi, S., Norouzi, M. A., Bahmai, B. B. and Karimi, M. M. 2023. “The induced heating–healing of inductive warm-mix asphalt mixture containing copper-slag filler”. J. Mater. Civ. Eng., 35(4): 04023039.

Gandomi, A. H., Alavi, A. H., Mirzahosseini, M. R. and Moghadas Nejad, F. 2011. “Nonlinear genetic-based models for prediction of flow number of asphalt mixtures”. J. Mater. Civ. Eng., 23(3): 248-263.

Hurley, G. C. and Prowell, B. D. 2005. “Evaluation of Sasobit for use in warm mix asphalt”. NCAT Report, 5(6): 1-27.

Ingrassia, L. P., Spadoni, S., Ferrotti, G., Virgili, A. and Canestrari, F. 2023. “Prediction of the long-term performance of an existing warm recycled motorway pavement”. Mater., 16(3): 1005.

Ipekyol, A., Tortum, A., Rasouli, R. and Yazdani, M. 2022. “Evaluating fatigue and crack resistance of asphalt mixture containing zinc tailing aggregates”. Case Stud. Constr. Mater., 17: e01384.

Jamshidi, A., Hamzah, M. O. and You, Z. 2013. Performance of warm mix asphalt containing Sasobit®: State-of-the-art. Constr. Build. Mater., 38: 530-553.

Jamshidi, A., Hasan, M. R. M. and Lee, M. T. 2018. “Comparative study on engineering properties and energy efficiency of asphalt mixes incorporating fly ash and cement”. Constr. Build. Mater., 168: 295-304.

Kaloush, K. E. 2001. “Simple performance test for permanent deformation of asphalt mixtures”. Arizona State University.

Kazmee, H., Garg, N., Offenbacker, D., Ricalde, L. and Villafane, W. 2023. “Comparing critical pavement responses in HMA and WMA (with RAP) test sections measured using embedded sensors under accelerated pavement tests at NAPMRC”. In: Airfield and Highway Pavements 2023, pp. 293-304.

Kim, Y. R., Lutif, J. S., Bhasin, A. and Little, D. N. 2008. “Evaluation of moisture damage mechanisms and effects of hydrated lime in asphalt mixtures through measurements of mixture component properties and performance testing”. J. Mater. Civ. Eng., 20(10): 659-667.

Li, B., Li, N., Yu, X., Xie, J., Zhan, H., Ding, J. and Ma, H. 2023. “Evaluation of the field-aged performance of foamed warm mix asphalt: Comparisons with hot mix asphalt”. Case Stud. Constr. Mater., 18: e01750.

Pasandín, A. R., Pérez, I., Ramírez, A. and Cano, M. M. 2016. “Moisture damage resistance of hot-mix asphalt made with paper industry wastes as filler”. J. Clean. Prod., 112: 853-862.

Pirmohammad, S. and Majd-Shokorlou, Y. 2020. “Finite element analysis of road structure containing top-down crack within asphalt concrete layer”. J. Central South University, 27(1): 242-255.

Pradhan, M. M. 1995. “Permanent deformation characteristics of asphalt-aggregate mixtures using varied materials and molding procedures with Marshall method”. Montana State University.

Rubio, M. C., Martínez, G., Baena, L. and Moreno, F. 2012. “Warm mix asphalt: An overview”. J. Clean. Prod., 24: 76-84.

Ullah, R., Hafeez, I., Zaidi, S. B. A., Jamal, J. and Haider, S.2020. “Study the effect of substitution filler on performance of asphalt mixture”. Civ. Eng. J., 6(9): 1704-1714.

Vaitkus, A., Čygas, D., Laurinavičius, A. and Perveneckas, Z. 2009. “Analysis and evaluation of possibilities for the use of warm mix asphalt in Lithuania”. Baltic J. Road Bridge Eng., 4(2): 80-86.

Yan, K. Z., Xu, H. B. and Zhang, H. L. 2013. “Effect of mineral filler on properties of warm asphalt mastic containing Sasobit”. Constr. Build. Mater., 48: 622-627.

Yousefi, A., Behnood, A., Nowruzi, A. and Haghshenas, H. 2021. “Performance evaluation of asphalt mixtures containing warm mix asphalt (WMA) additives and reclaimed asphalt pavement (RAP)”. Constr. Build. Mater., 268: 121200.

Zaumanis, M. 2010. “Warm mix asphalt investigation”. Master of science thesis, Kgs. Lyngby: Technical University of Denmark in cooperation with the Danish Road Institute, Department of Civil Engineering.

Zhou, F., Scullion, T. and Sun, L. 2004. “Verification and modeling of three-stage permanent deformation behavior of asphalt mixes”. J. Transport. Eng., 130(4): 486-494.

Ziaee, S. A. and Behnia, K. 2020. “Evaluating the effect of electric arc furnace steel slag on dynamic and static mechanical behavior of warm mix asphalt mixtures”. J. Clean. Prod., 274: 123092.

Ziari, H., Orouei, M., Divandari, H. and Yousefi, A. 2021. “Mechanical characterization of warm mix asphalt mixtures made with RAP and Para-fiber additive”. Constr. Build. Mater., 279: 122456.