بررسی آزمایشگاهی و مدل سازی عددی میکرومکانیکی رفتار ویسکوالاستیک ماستیک آسفالتی حاوی فیلر آهکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی تکنیک تهران)، تهران، ایران

چکیده

درصد پرشدگی حجمی و نوع فیلر بر خواص رئولوژیکی و مکانیکی مواد مرکب قیری موثر است. این تاثیر میتواند ناشی از اندرکنش شیمیایی بین فیلر و قیر و یا پدیده‌های فیزیکی ساده ‌باشد. بررسی تأثیر فیلر بر عملکرد ماستیک آسفالتی مسئله‌ای مهم برای درک عملکرد مخلوط آسفالتی است. در این پژوهش، دو رویکرد آزمایشگاهی و مدل‌سازی عددی مورد استفاده قرار گرفته است. خواص رئولوژیکی نمونه‌های ماستیک آسفالتی ساخته شده با قیر خالص و فیلر آهکی با نسبت‌های پرشدگی مختلف با استفاده از آزمایش جاروب فرکانسی تعیین شده است. نتایج آزمایش نشان دادند که افزایش درصد پرشدگی حجمی فیلر در ماستیک آسفالتی منجر به تغییر مقادیر مدول برشی مختلط (G*) و زاویه فاز (δ) آن با رفتاری غیرخطی میشود که موسوم به پدیده سخت-شوندگی است. با در نظر گرفتن مفهوم ناحیه انتقالی بین پرکننده و قیر، شاخصی با عنوان نسبت پرشدگی موثر (EVFR) برای توجیه این پدیده معرفی شده است. برای پیش‌بینی رفتار ویسکوالاستیک ماستیک آسفالتی بر اساس ویژگی‌های مکانیکی قیر و فیلر از شبیه‌سازی با روش اجزاء محدود (FEM) استفاده شده است. دقت این مدل‌ها بر اساس محاسبه اختلاف نسبی بین مدول برشی مختلط (G*) آزمایشگاهی و مدول برشی مختلط پیش‌بینی شده توسط مدل ارزیابی شده است. نتایج این ارزیابی نشان‌دهنده این است که معرفی نسبت پرشدگی موثر (EVFR) به مدل عددی، می‌تواند با تقریب خوبی منجر به افزایش دقت نتایج برای پیش‌بینی رفتار ویسکوالاستیک نمونه‌های ماستیک آسفالتی شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental and Numerical Micromechanical Modeling of the Viscoelastic Behavior of Asphalt Mastic Containing Limestone Filler

نویسندگان [English]

  • Fereidoon Moghadas Nejad
  • Pouria Hajikarimi
  • Ali Khodaii
Department of Civil & Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran
چکیده [English]

The volume filling ratio and type of filler significantly influence the rheological and mechanical properties of bituminous composites. This effect can stem from either chemical interactions between the filler and bitumen or simple physical phenomena. Understanding the influence of filler on asphalt mastic performance is crucial for comprehending the behavior of asphalt mixtures. This study employs both experimental and numerical modeling approaches. The rheological properties of asphalt mastic samples made with pure bitumen and limestone filler at various filler contents were determined using frequency sweep tests. The experimental results indicated that increasing the volume filling ratio in asphalt mastic leads to non-linear changes in the values of the complex shear modulus (G*) and phase angle (δ), known as the stiffening phenomenon. Considering the concept of the transitional zone between filler and bitumen, a parameter called the Effective Volume Filling Ratio (EVFR) was introduced to explain this phenomenon. To predict the viscoelastic behavior of asphalt mastic based on the mechanical properties of bitumen and filler, finite element method (FEM) simulations were utilized. The accuracy of these models was evaluated by calculating the relative difference between the experimental complex shear modulus (G*) and the complex shear modulus predicted by the model. The results of this evaluation indicated that incorporating the Effective Volume Filling Ratio (EVFR) into the numerical model can significantly enhance the accuracy of the predictions for the viscoelastic behavior of asphalt mastic samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Asphalt Mastic
  • Limestone Filler
  • Numerical Micromechanical Modeling
  • Viscoelastic
  • Finite Element Modeling