پیش‌بینی مشخصات رئولوژیکی قیر و ماستیک آسفالتی حاوی پودر لاستیک با استفاده از مدل میکرومکانیکی خودسازگار تعمیم‌یافته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌تکنیک تهران)، تهران، ایران

3 مدیر واحد تحقیق و توسعه، شرکت نفت پاسارگاد، تهران، ایران

4 کارشناس مسئول واحد تحقیق و توسعه، شرکت نفت پاسارگاد، تهران، ایران

چکیده

از دهه 1990 مدل‌های میکرومکانیکی برای پیش‌بینی خواص ماستیک‌های آسفالتی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. با این حال، بسیاری از این مدل‌ها در پیش‌بینی خواص ماستیک آسفالتی رضایت‌بخش نیستند، زیرا اندرکنش فیزیکی و شیمیایی بین قیر و فیلر و همچنین اندرکنش ذرات فیلر را در نظر نمی‌گیرند. در این مقاله، مدل میکرومکانیکی خودسازگار تعمیم یافته (GSCS) برای پیش‌بینی مدول برشی مختلط (G*) قیر اصلاح شده با پودر لاستیک و همچنین ماستیک آسفالتی مورد بررسی قرار می‌گیرد. مدل میکرومکانیکی مبتنی بر خواص مکانیکی مواد تشکیل‌دهنده آن‌ها و همچنین اندرکنش ذرات است. یک قیر اصلی و دو قیر اصلاح شده با پودر لاستیک با دو درصد وزنی 10 و 15 برای ساخت ماستیک‌های آسفالتی با دو نسبت حجمی مختلف فیلر 18% و 35% انتخاب شده است. صحت پیش‌بینی با مقایسه اختلاف نسبی بین منحنی‌های مدول برشی مختلط تجربی و پیش‌بینی شده توسط مدل GSCS انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که مدل خود سازگار تعمیم یافته پیش‌بینی رضایت‌بخش در نسبت پرشدگی حجمی کم فیلر دارد، اما دقت آن‌ها به طور معناداری توسط فرکانس تحت ‌تاثیر قرار می‌گیرد. همچنین با افزایش درصد پرشدگی فیلر، خطای مدل افزایش یافته و قابلیت اطمینان خود را از دست می‌دهد. لذا لحاظ نمودن اندرکنش شیمیایی قیر و فیلر، به ویژه قیرهای اصلاح‌شده و فیلر، در مدل‌هایی که به منظور رفع این ناکارآمدی و مشکل می‌بایست توسعه داده شوند ضروری است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Prediction of Rheological Properties of Asphalt Binder and Asphalt Mastic Containing Crumb Rubber Using Generalized Self-Consistent Micromechanical Model (GSCS)

نویسندگان [English]

  • Arezoo Khorashadizadeh 1
  • Pouria Hajikarimi 2
  • Mohammad Rahi 3
  • Sahar Maniei 4
1 M.Sc., Grad., Department of Civil & Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Civil & Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran.
3 Director of Department of Research & Development, Pasargad Oil Company, Tehran, Iran.
4 Supervisor of Department of Research & Development, Pasargad Oil Company, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Since the 1990s, micromechanical models have been used to predict mastic asphalt properties. However, a significant number of these models are deemed unsatisfactory in predicting the proper-ties of asphalt mastics due to their failure to account for the physical and chemical interactions between the bitumen and filler, as well as the interactions between filler particles. In this article, the generalized self-consistent scheme (GSCS) micro-mechanical model is investigated for its efficacy in predicting the complex shear modulus of modified bitumen with crumb rubber and asphalt mastics. The micro-mechanical model is founded on the mechanical properties of the constituent materials and their particle interactions. One base bitumen and two modified bitumens with crumb rubber at weight percentages of 10% and 15% were selected to produce asphalt mastics with two different filler volume ratios of 18% and 35%. The accuracy of the predictions was evaluated by comparing the relative difference between the experimental and predicted complex shear modulus curves using the GSCS model. The results demonstrate that the generalized self-consistent scheme model has satisfactory predictions for low filler volume ratios, but its accuracy is significantly influenced by frequency. Furthermore, as the filler percentage increases, the model error increases, and its reliability is compromised. Therefore, it is imperative to consider the chemical interaction between bitumen and filler, particularly modified bitumens and fillers, in developing models to address this inefficiency and problem.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Asphalt Mastic
  • Crumb Rubber
  • Silica Filler
  • Micro-mechanical Model

مراجع

-Bartolozzi, I., Antunes, I., & Rizzi, F. (2012). The environmental impact assessment of Asphalt Rubber: Life Cycle Assessment. 5th Asphalt Rubber Roads of the Future International Conference.
-Bressi, S., Santos, J., Orešković, M., & Losa, M. (2021). A comparative environmental impact analysis of asphalt mixtures containing crumb rubber and reclaimed asphalt pavement using life cycle assessment. International Journal of Pavement Engineering, 22(4). doi.org/10.1080/10298436.2019.1623404
-Buttlar, William G, Bozkurt, Diyar,Al-Khateeb, Ghazi G, Waldhoff, & Angela S. (n.d.). Understanding Asphalt Mastic Behavior Through Micromechanics.
-Faheem, A. F., & Bahia, H. U. (2010). Modelling of asphalt mastic in terms of filler-bitumen interaction. Road Materials and Pavement Design, 11, 281–303.          doi.org/10.1080/14680629.2010.9690335
-Farina, A., Zanetti, M. C., Santagata, E., & Blengini, G. A. (2017). Life cycle assessment applied to bituminous mixtures containing recycled materials: Crumb rubber and reclaimed asphalt pavement. Resources, Conservation and Recycling, 117.
doi.org/10.1016/j.resconrec.2016.10.015
-Li, J., Ni, F., & Lu, Q. (2018). Experimental Investigation into the Multiscale Performance of Asphalt Mixtures with High Contents of Reclaimed Asphalt Pavement. Journal of Materials in Civil Engineering, 30(6). doi.org/10.1061/(asce)mt.1943-5533.0002269
-Lo Presti, D. (2013). Recycled Tyre Rubber Modified Bitumens for road asphalt mixtures: A literature review. Construction and Building Materials, 49, 863–881.doi.org/10.1016/J.conbuildmat.2013.09.007
-Ma, X., Chen, H., Yang, P., Xing, M., Niu, D., & Wu, S. (2019). Assessment of existing micro-mechanical models for asphalt mastic considering inter-particle and physico-chemical interaction. Construction and Building Materials, 225, 649–660.  doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.07.227
-Palit, S. K., Reddy, K. S., & Pandey, B. B. (2004). Laboratory Evaluation of Crumb Rubber Modified Asphalt Mixes. Journal of Materials in Civil Engineering, 16(1). doi.org/10.106108991561(2004)16:1(45)
-Pichler, C., Lackner, R., & Aigner, E. (2012). Generalized self-consistent scheme for upscaling of viscoelastic properties of
highly-filled matrix-inclusion composites - Application in the context of multiscale modeling of bituminous mixtures. Composites Part B: Engineering, 43(2). doi.org/10.1016/j.compositesb.2011.05.034
-Saberi.K, F., Fakhri, M., & Azami, A. (2017). Evaluation of warm mix asphalt mixtures containing reclaimed asphalt pavement and crumb rubber. Journal of Cleaner Production, 165.doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.07.079
-Tahami, S. A., Mirhosseini, A. F., Dessouky, S., Mork, H., & Kavussi, A. (2019). The use of high content of fine crumb rubber in asphalt mixes using dry process. Construction and Building Materials, 222.
doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.06.180
-Underwood, B. S., & Kim, Y. R. (2014). Structuralization as characteristic to link the mechanical behaviours of asphalt concrete at different length scales. Asphalt Pavements - Proceedings of the International Conference on Asphalt Pavements, ISAP 2014, 1.doi.org/10.1201/b17219-117
-Wang, T., Xiao, F., Amirkhanian, S., Huang, W., & Zheng, M. (2017). A review on low temperature performances of rubberized asphalt materials. In Construction and Building Materials, Vol. 145.
doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.04.031
-Wang, T., Xiao, F., Zhu, X., Huang, B., Wang, J., & Amirkhanian, S. (2018). Energy consumption and environmental impact of rubberized asphalt pavement. In Journal of Cleaner Production, Vol. 180.
doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.01.086
پژوهشنامه حمل و نقل
دوره 21، شماره 1 - شماره پیاپی 78
فروردین 1403
صفحه 329-338

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار