پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

ارزیابی خصوصیات شکست و پتانسیل خودترمیمی مخلوطهای آسفالتی اصلاح شده در بارگذاریهای مکرر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
شاهین شعبانی 1
احمد منصوریان 2
حسین زرین جوئی 3
1 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
2 دانشیار، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران
3 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی عمران، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران
10.22034/tri.2024.467092.3259
چکیده
یکی از ویژگی های ذاتی مخلوط های آسفالتی که مرتبط با خصوصیات ویسکوالاستیک قیر موجود در آن است خودترمیمی نام دارد. در اثر خاصیت خودترمیمی، آسیب‌های جزیی ایجاد شده در مخلوط آسفالتی طی فرایند بارگذاری تکرار شونده می‌تواند در دوره استراحت ترمیم شده و میزانی از ویژگی های نخست مخلوط بازیابی گردد. از این روی در پژوهش حاضر ابتدا خصوصیات شکست مخلوط‌های آسفالتی اصلاح شده با پلیمر‌های استارین بوتادین استارین (SBS)، استایرن بوتادین رابر (SBR) و پلی آلفا الفین غیربلوری (APAO) تحت بار ثابت مورد ارزیابی قرار گرفته و سپس با استفاده از آزمایش خستگی روی نمونه های نیم دایره‌ای شیار دار تحت زمان‌بارگذاری 2/0 ثانیه و زمان‌‌های استراحت 8/0 و 5/2 ثانیه پتانسیل خودترممیمی مخلوط‌های مورد بررسی در این پژوهش مورد ارزیابی قرار گرفت. بر اساس نتایج به‌دست آمده مشخص گردید که مقاومت شکست و انرژی شکست در مخلوط‌های آسفالتی پلیمری اصلاح شده به میزان قابل توجهی بیشتر از نمونه شاهد (بدون اصلاح کننده) است. از سوی دیگر بررسی رفتار خستگی و پدیده خودترمیمی در مخلوط‌های آسفالتی نشان داد که افزایش زمان استراحت از 8/0 ثانیه به 5/2 منجر به افزایش عمر خستگی مخلوط‌ها شده است که این امر پتانسیل خودترمیمی در مخلوط های آسفالتی را نمایان می‌سازد. علاوه بر این، در بین مخلوط های مورد آزمایش، مخلوط اصلاح شده با پلیمر APOA بهترین عملکرد خستگی و رفتار خودترمیمی را نشان داده است و پس از آن مخلوط های حاوی پلیمر SBR و SBS عملکرد بهتری در مقایسه با مخلوط شاهد نشان دادند.
کلیدواژه‌ها
مقاومت شکست
خودترمیمی
خستگی
زمان استراحت
مخلوط آسفالتی اصلاح شده

موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of Failure Characteristics and Self-Healing Potential of Modified Asphalt Mixtures under Repeated Loading

نویسندگان English

Shahin Shabani 1
Ahmad Mansourian 2
Hossein Zarin Jouei 3
1 Associate Professor, Department of Civil Engineering‌, Payam Noor University (PNU), Tehran, Iran.
2 Associate Professor, Road, Housing and Urban Development Research Center (BHRC), Tehran, Iran.
3 Ph.D. Student, Department of Civil Engineering‌, Payam Noor University (PNU), Tehran, Iran.
چکیده English

One of the inherent characteristics of asphalt mixtures, related to the viscoelastic properties of bitumen, is called self-healing. Due to the self-healing property, minor damages caused in the asphalt mixture during a loading process can be repaired to some extent during the rest period, and some of the original properties of the mixture can be restored. This study aimed to evaluate the factors affecting the failure characteristics and the self-healing phenomenon in modified asphalt mixtures by conducting tests on semicircular samples (SCB). The results obtained in this research showed that the fracture resistance and fracture energy in modified polymer asphalt mixtures are significantly higher than in the control sample (without modifier). Among the investigated additives, APAO polymer was more effective in increasing strength and failure energy, while SBS polymer showed the least increase in these properties. However, the flexibility index in the sample modified with APAO was lower than in the other investigated mixtures. Investigation of the fatigue behavior and self-healing phenomenon in asphalt mixtures showed that increasing the rest time from 0.8 seconds to 2.5 seconds increased the number of loading cycles until sample failure, indicating the self-healing characteristic of asphalt mixtures. Moreover, among the tested mixtures, the mixture modified with APAO polymer showed the best fatigue performance and self-healing behavior, followed by the mixtures containing SBR and SBS polymers, which performed better than the control mixture.

کلیدواژه‌ها English

Fracture Resistance
Self-Healing
Fatigue
Relaxation Time
Modified Asphalt Mixture
-Alavi, Seyyed Mohammd Zia and Sadeghi, Khashayar (1401). Rubber and polymer modifiers of bitumen and asphalt mixture. Tehran. Academic Jihad Publications Organization of Tehran University. (In Persian)
-Ayar, P., Moreno-Navarro, F., & Rubio-Gámez, M. C. (2016). The healing capability of asphalt pavements: a state of the art review. Journal of Cleaner Production, 113, 28-40.
-Bahia, H. U., Zhai, H., Onnetti, K., & Kose, S. (1999). Non-linear viscoelastic and fatigue properties of asphalt binders. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists. 68.
-Bala, N., & Napiah, M. (2020). Fatigue life and rutting performance modelling of nanosilica/polymer composite modified asphalt mixtures using Weibull distribution. International Journal of Pavement Engineering. 21(4), 497-506.
-Barzegari, M. R., Yousefi, A. A., & Zeynali, M. E. (2022). Bitumen modification via PS/PB Blend.
-Bonnaure, F. P., Huibers, A. H. J. J., & Boonders, A. (1982). A laboratory investigation of the influence of rest periods on the fatigue characteristics of bituminous mixes (with discussion). In Association of Asphalt Paving Technologists Proceedings, Vol. 51.
-Carpenter, S. H., & Shen, S. (2006). Dissipated energy approach to study hot-mix asphalt healing in fatigue. Transportation Research Record, 1970(1), 178-185.
-Castro, M., & Sánchez, J. A. (2006). Fatigue and healing of asphalt mixtures: discriminate analysis of fatigue curves. Journal of Transportation Engineering, 132(2), 168-174.
-Dan, H. C., Wang, Z., Cao, W., & Liu, J. (2021). Fatigue characterization of porous asphalt mixture complicated with moisture damage. Construction and Building Materials, 303, 124525.
-Daryaee, D., Ameri, M., & Mansourkhaki, A. (2020). Utilizing of waste polymer modified bitumen in combination with rejuvenator in high reclaimed asphalt pavement mixtures. Construction and Building Materials, 235, 117516.
-González, A., Norambuena-Contreras, J., Storey, L., & Schlangen, E. (2018). Self-healing properties of recycled asphalt mixtures containing metal waste: An approach through microwave radiation heating. Journal of Environmental Management, 214, 242-251.
-Haggag, M. M., Mogawer, W. S., & Bonaquist, R. (2011). Fatigue evaluation of warm-mix asphalt mixtures: Use of uniaxial, cyclic, direct tension compression test. Transportation Research Record, 2208(1), 26-32.
-Jiang, J., Ni, F., Wu, F., Sadek, H., & Lv, Q. (2019). Evaluation of the healing potential of asphalt mixtures based on a modified semi-circular bending test. Construction and Building Materials, 196, 284-294.
-Kavussi, A., & Modarres, A. (2010). Laboratory fatigue models for recycled mixes with bitumen emulsion and cement. Construction and building materials, 24(10), 1920-1927.
-Kim, J., & Koh, C. (2012). Development of a predictive system for estimating fatigue life of asphalt mixtures using the indirect tensile test. Journal of Transportation Engineering, 138(12), 1530-1540.
-Lv, S., Wang, Z., Zhu, X., Yuan, J., & Peng, X. (2023). Research on strength and fatigue properties of asphalt mixture with different gradation curves. Construction and Building Materials. 364, 129872
-Newman, K. (2004, April). Polymer-modified asphalt mixtures for heavy-duty pavements: fatigue characteristics as measured by flexural beam testing. In FAA Worldwide Airport Technology Transfer Conference, Atlantic city, NJ, USA.
-Varma, R., Balieu, R., & Kringos, N. (2021). A state-of-the-art review on self-healing in asphalt materials: Mechanical testing and analysis approaches. Construction and Building Materials, 310(125197), 125197.
-Xiao, F., Zhao, P. W., & Amirkhanian, S. N. (2009). Fatigue behavior of rubberized asphalt concrete mixtures containing warm asphalt additives. Construction and Building Materials, 23(10), 3144-3151.