بررسی تاثیر نرخ بارگذاری آزمایش خمش نیم دایره ای بر پارامترهای مختلف مکانیک شکست مخلوط های آسفالتی در دمای متوسط

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده‌ مهندسی‌عمران، دانشگاه علم وصنعت ایران، تهران، ایران

2 دانش‌آموخته کارشناسی، دانشکده‌ مهندسی‌عمران، دانشگاه پیام‌نور، اردبیل، ایران

3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده‌ مهندسی‌عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، ایران

10.22034/tri.2022.108327

چکیده

ترک خوردگی روسازی آسفالتی یکی از رایج ترین خرابی های روسازی است که می تواند ناشی از خستگی و پیر شدگی مخلوط های آسفالتی تحت شرایط محیطی و بار ترافیکی بوده و باعث ایجاد خرابی های دیگر در روسازی های آسفالتی گردد. به همین علت بررسی رفتار شکست و ارزیابی دقیق پارامترهای مکانیک شکست مخلوط های آسفالتی و پارامترهای موثر بر آن، می تواند مهندسان روسازی را در امر طراحی و احداث روسازی با کیفیت کمک نماید. در این تحقیق از نمونه های خمش نیم دایره ای1 (SCB) به منظور ارزیابی تاثیر نرخ بارگذاری آزمایش بر پارامترهای مختلف مکانیک شکست مخلوط های آسفالتی در دمای متوسط (°C25) استفاده شده است. هدف اصلی از این تحقیق، تعیین مناسب ترین نرخ بارگذاری برای آزمایش SCB در دمای متوسط، با در نظر گرفتن ضریب تغییرات آزمایش و با نمونه هایی به مشخصات هندسی قطر و ضخامت، 15و 3 سانتی متر و طول ترک برابر با 18میلی متر می باشد. بدین منظور نمونه های SCB تحت نرخ های بارگذاری 5/0 ، 1 ، 3 ، 5 ، 20 و 50 میلی متر بر دقیقه قرار گرفته و پارامترهای حداکثر بار2 برای ترک خوردگی نمونه های آسفالتی (PL)، انرژی شکست3 نمونه های آسفالتی (FE)، شاخص انعطاف پذیری4 (FI) و نشانه ی مقاومت در برابر ترک خوردگی 5(CRI) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش نرخ بارگذاری همواره مقدار PL و FE برای گسیختگی مخلوط آسفالتی افزایش می یابد ولی FI و CRI با افزایش نرخ بارگذاری روال مشخصی ندارند. بر اساس نتایج آزمایش ها و ارزیابی ضریب تغییرات6 COV)) پارامترهای ذکر شده، نرخ بارگذاری 3 و 5 میلی متر بر دقیقه برای استفاده در آزمایشSCB توصیه می شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the effect of loading rate of Semicircular Bending test on different fracture mechanical parameters of asphalt mixtures at intermediate temperature

نویسندگان [English]

  • Afshar Yousefi 1
  • Ata Nowruzi 1
  • Yashar Yousefi 2
  • Saeid Sobhi 3
1 M.Sc., Grad., Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran.
2 B.Sc., Grad., Department of Civil Engineering, Payame Noor, University Ardabil, Iran.
3 M.Sc., Grad., Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran.
چکیده [English]

Asphalt pavement cracking is one of the most common pavement failures that can be caused by fatigue and aging of asphalt mixtures under environmental conditions and traffic loads, causing other damage to asphalt pavements. For this reason, investigation of fracture behavior and precise evaluation of mechanical fracture parameters of asphalt mixtures and its effective parameters can assist pavement engineers in designing and constructing high-quality pavements. In this study, semicircular bending specimens (SCB) were used to evaluate the impact of experimental loading rates on different fracture mechanics parameters of asphalt mixtures at intermediate temperatures (25 ° C). The main objective of this study was to determine the most appropriate loading rate for SCB testing at an intermediate temperature, taking into account the coefficient of variation of the test and with specimens with geometrical characteristics of diameter and thickness, 15 and 3 cm and crack length equal to 18 mm. For this purpose, SCB samples were subjected to loading rates of 0.5, 1, 3, 5, 20, and 50 mm / min and Peak Load parameters for cracking of asphalt samples (PL), Fracture Energy of asphalt samples (FE). Flexibility Index (FI) and Cracking Resistance Index (CRI) were evaluated. The results showed that as the loading rate increased, the amount of PL and FE for the asphalt mix failure always increased, but FI and CRI did not show a significant increase with the loading rate. Based on the results of the experiments and evaluation of the coefficient of variation (COV) of the parameters mentioned, loading rates of 3 and 5 mm / min are recommended for use in the SCB test.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Semicircular Bending Test (SCB)
  • Flexibility Index (FI)
  • Coefficient of Variation (COV)
  • Cracking Resistance Indicator (CRI)
  • Loading Rate

مراجع

-Al-Qadi, I. L., Ozer, H., Lambros, J., El Khatib, A., Singhvi, P., Khan, T., . . . Doll, B., (2015), "Testing protocols to ensure performance of high asphalt binder replacement mixes using RAP and RAS (0197-9191)", Retrieved from.
 
-Aliha, M., Bahmani, A., & Akhondi, S., (2016), "A novel test specimen for investigating the mixed mode I+ III fracture toughness of hot mix asphalt composites–Experimental and theoretical study", International Journal of Solids and Structures, 90, pp.167-177.
 
-Chen, L., Qian, Z., & Wang, J., (2015), "Multiscale numerical modeling of steel bridge deck pavements considering vehicle–pavement interaction", International Journal of Geomechanics, 16(1), B4015002.
 
-Chen, X., & Solaimanian, M., (2019), "Effect of Test Temperature and Displacement Rate on Semicircular Bend Test", Journal of materials in civil engineering, 31(7), 04019104.
 
-Chong, K., & Kuruppu, M., (1984), "New specimen for fracture toughness determination for rock and other materials", International Journal of Fracture, 26(2), R59-R62.
 
-Im, S., Ban, H., & Kim, Y. R., (2014), "Characterization of mode-I and mode-II fracture properties of fine aggregate matrix using a semicircular specimen geometry",Construction and Building Materials, 52, pp.413-421.
 
-Kaseer, F., Yin, F., Arámbula-Mercado, E., Martin, A. E., Daniel, J. S., & Salari, S., (2018), "Development of an index to evaluate the cracking potential of asphalt mixtures using the semi-circular bending test", Construction and Building Materials, 167, pp.286-298.
 
-Ling, C., Swiertz, D., Mandal, T., Teymourpour, P., & Bahia, H., (2017), "Sensitivity of the Illinois flexibility index test to mixture design factors", Transportation Research Record, 2631(1), pp.153-159.
 
-Liu, D., & Li, L. h., (2012), "Research on evaluating index of anti-cracking performance of asphalt mixture", Journal of Building Materials, 4.
 
-Molenaar, A., Scarpas, A., Liu, X., & Erkens, S., (2002), "Semi-circular bending test; simple but useful?" Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 71.
 
-Nsengiyumva, G., (2015), "Development of semi-circular bending (SCB) fracture test for bituminous mixtures".
 
-Nsengiyumva, G., You, T., Kim, Y. R., & Beran, M., (2016), "Investigation of testing variables of semicircular bending test for asphalt concrete mixtures: experimental-statistical approach", Retrieved from.
 
-Ozer, H., Al-Qadi, I. L., Singhvi, P., Khan, T., Rivera-Perez, J., & El-Khatib, A., (2016), "Fracture characterization of asphalt mixtures with high recycled content using Illinois semicircular bending test method and flexibility index", Transportation Research Record, 2575(1), pp.130-137.
 
-Pirmohammad, S., & Kiani, A., (2016), "Study on fracture behavior of HMA mixtures under mixed mode I/III loading. Engineering Fracture Mechanics", 153, pp.80-90. doi:10.1016/j.engfracmech.2015.12.027.
 
-Pirmohammad, S., Majd-Shokorlou, Y., & Amani, B., (2019), "Experimental investigation of fracture properties of asphalt mixtures modified with Nano Fe2O3 and carbon nanotubes", Road Materials and Pavement Design, pp.1-23.
doi:10.1080/14680629.2019.1608289.
 
-Wagnoner, M., Buttlar, W. G., & Paulino, G., (2005), "Disk-shaped compact tension test for asphalt concrete fracture", Experimental Mechanics, 45(3), pp.270-277.
 
-Wu, Z., Mohammad, L. N., Wang, L., & Mull, M. A., (2005), "Fracture resistance characterization of superpave mixtures using the semi-circular bending test", Journal of ASTM International, 2(3), pp.1-15.
 
-Yousefi, A., Behnood, A., Nowruzi, A., & Haghshenas, H., (2021), "Performance evaluation of asphalt mixtures containing warm mix asphalt (WMA) additives and reclaimed asphalt pavement (RAP)", Construction and Building Materials, 268, 121200. doi:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121200.
 
-Yousefi, A., Pirmohammad, S., & Sobhi, S., (2020), "Fracture Toughness of Warm Mix Asphalts Containing Reclaimed Asphalt Pavement", Journal of Stress Analysis, 5(1), pp.85-98. doi:10.22084/jrstan.2020.22325.1153.
 
-Yousefi, A. A., Sobhi, S., Aliha, M. R. M., Pirmohammad, S., & Haghshenas, H. F., (2021), "Cracking Properties of Warm Mix Asphalts Containing Reclaimed Asphalt Pavement and Recycling Agents under Different Loading Modes", Construction and Building Materials, 300, 124130.
doi:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124130.
 
-Zofka, A., & Braham, A., (2009), "Comparison of low-temperature field performance and laboratory testing of 10 test sections in the Midwestern United States", Transportation Research Record, 2127(1), pp.107-114.
پژوهشنامه حمل و نقل
دوره 19، شماره 1 - شماره پیاپی 70
فروردین 1401
صفحه 163-176

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار