پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

مطالعه آزمایشگاهی تأثیر مصالح سنگی لیکا و تراورتن بر مکانیک شکست مخلوط‌های آسفالتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد سلماس، دانشگاه آزاد اسلامی، سلماس، ایران
2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اهر، ایران
3 دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
4 دانشیار، دانشکده فناوری‌های نوین، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
چکیده
لیکا مصالحی است که از خاک رس منبسط شده بدست می‌آید. ویژگی اصلی آن سبک بودن در مقایسه با سایر مصالح است. از طرفی تراورتن یکی از سبک‌ترین مصالح سنگی در مقایسه با سایر مصالح طبیعی است. این ادعا وجود دارد که مصالح سنگی سبک هزینه حمل را کاهش داده، کارایی مخلوط آسفالتی را در هنگام تولید و تراکم بهبود می‌دهند و انرژی حرارتی کمتری در هوای گرم تابستان دریافت می‌نمایند. کاهش وزن مصالح، تنش‌های فشاری کمتری را به بستر روسازی انتقال می‌دهد. از طرفی در کشور ما سنگ دانه‌های سیلیسی به وفور در تولید مخلوط‌های آسفالتی استفاده می‌شود. در این تحقیق رفتار مکانیک شکست مخلوط‌های آسفالتی ساخته شده با لیکا و تراورتن به ترتیب به عنوان مصالح سبک و نسبتا سبک در سه دانه‌بندی مختلف در مقایسه با سنگدانه‌های سیلیسی بررسی می‌شود. بدین‌منظور، نمونه‌های آسفالتی به شکل نیم استوانه‌ با این مصالح ساخته شدند. این نمونه‌ها در شرایط بارگذاری سه‌نقطه‌ای و در مود شکست I قرار گرفتند. مقدار بار بحرانی شکست آنها به‌دست آمد. سپس ضریب شدت تنش بحرانی تعیین و انرژی شکست آنها مشخص شد. نتایج نشان داد که بار شکست، ضریب شدت تنش بحرانی و انرژی شکست نمونه‌های ساخته شده با این مصالح از مصالح سیلیسی کمتر است. تغییر دانه‌بندی و استفاده از اندازه ذرات درشت‌دانه‌تر توانست، بار شکست و ضریب شدت تنش بحرانی بیشتری برای لیکا و تراورتن در مقایسه با دانه‌بندی ریز‌تر ایجاد کند. در دماهای آزمایش پایین‌تر، مقدار بار شکست و ضریب شدت تنش بحرانی بیشتر و مقدار انرژی شکست کمتری مشاهده گردید.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Investigating of the Effect of Leca and Travertine Aggregates on the Fracture Mechanics of Asphalt Mixtures

نویسندگان English

Mikaeil Naseri Yalghouzaghaj 1
Naser Zoormand 2
Babak Golchin 3
Ramin Meshkabadi 4
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Islamic Azad University, Selmas Branch, Iran.
2 M.Sc., Grad., Department of Civil Engineering, Ahar Branch, Islamic Azad University, Ahar, Iran.
3 Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
4 Associate Professor, Faculty of Advanced Technologies, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
چکیده English

Leca and travertine are both lightweight materials, with Leca being obtained from expanded clay and travertine being a type of stone. Aggregates containing silica are commonly used in asphalt production to reduce transportation costs, improve asphalt performance, and absorb less thermal energy in hot weathers, ultimately reducing compressive stress on pavement subgrades. In this study, we investigated the mechanical fracture behavior of asphalt mixtures containing leca and travertine as relatively light materials, respectively, in comparison to silica aggregates. We used three different grades of these materials to fabricate semi-cylindrical asphalt samples, which were then tested under three-point loading and failure mode I to determine their critical failure load values. Subsequently, we calculated the critical stress intensity factor and failure energy of the samples. The results indicated that the fracture load, critical stress intensity factor, and fracture energy of the samples fabricated with leca and travertine were lower than those of the silica aggregate. Additionally, we found that changing the aggregate size and using a larger particle size could lead to a higher fracture load and critical stress intensity factor for leca and travertine compared to a smaller aggregate size. Furthermore, we observed that at lower test temperatures, the fracture load and critical stress intensity factor were higher, while the fracture energy was lower.

کلیدواژه‌ها English

Asphalt Mixture
Fracture Energy
Fracture Load
Travertine
Leca
-Agostinacchio, M., Ciampa, D., & Olita, S. (2019). Asphalt concrete mixtures lightened with expanded clay for high-grip wearing course layers. In Pavement and Asset Management, CRC Press. 11-18.
-Arbani, M., Jafari, H., & Hamedi, G. (2015). Investigating the effect of using fine-grained lica on the mechanical properties of porous asphalt mixture.  7th Iranian Bitumen and Asphalt Conference December 15. (in Persian)
-Bonati, A., Rainieri, S., Bochicchio, G., Tessadri, B., & Giuliani, F. (2015). Characterization of thermal properties and combustion behaviour of asphalt mixtures in the cone calorimeter. Fire Safety Journal, 74, 25-31.
-Afshar, R., Faramarzi, L., Mirsayar, M., & Ebrahimi, B. J. (2023). Aggregate size effects on fracture behavior of concrete SCB specimens. Construction and Building Materials, 389, 131628.
-Braham, A. F., Buttlar, W. G., & Marasteanu, M. O. (2007). Effect of binder type, aggregate, and mixture composition on fracture energy of hot-mix asphalt in cold climates. Transportation Research Record, 2001, 1, 102-109.
-Bui, H. H., & Saleh, M. (2021). Effects of specimen size and loading conditions on the fracture behaviour of asphalt concretes in the SCB test. Engineering Fracture Mechanics, 242, 107452.
-Tataranni, P., & Sangiorgi, C. (2019). experimental application of synthetic lightweight aggregates for the production of special asphalt concretes. Paper presented at the International Conference on Sustainable Materials, Systems and Structures (SMSS2019).
-Murugan, K., Palaniappan, M., & kumar Kalappan, K. (2023). Experimental studies on light weight concrete using LECA material. Materials Today: Proceedings, 74, 1035-1041.
-Mosallam, S. J., Behbahani, H. P., Shahpari, M., & Abaeian, R. (2022). The effect of carbon nanotubes on mechanical properties of structural lightweight concrete using LECA aggregates. Paper presented at the Structures.
 -Nejati, A., Mansourian, A., Ravanshadnia, M., & Sadeh, E. (2024). Feasibility of using recycled waste travertine stone powder (RWTSP) as a substitute for mineral filler in microsurfacing surface treatment. Construction and Building Materials, 418-128.
-Othman, M., Sarayreh, A., Abdullah, R., Sarbini, N., Yassin, M., & Ahmad, H. (2020). Experimental study on lightweight concrete using lightweight expanded clay aggregate (LECA) and expanded perlite aggregate (EPA). J. Eng. Sci. Technol, 15, 2, 1186-20.
-Zarei, P., & Maleki, M. (2023). Experimental study of the effect of filler type on plastic deformations of hot asphalt mixture at different temperatures.  13th International Congress on Civil Engineering.October 17. (in Persian)
-Doostmohamadi, M., Karami, H., Mousavi, S. F., & Rezayfar, O. (2019). Improving the Performance of Permeable Concrete Pavement by Replacing Sedimentary Travertine Aggregate. Journal of Structural and Construction Engineering, 6, 3, 5-16.
-Li, T., Tang, X., Xia, J., Gong, G., Xu, Y., & Li, M. (2024). Investigation of mechanical strength, permeability, durability and environmental effects of pervious concrete from travertine waste material. Construction and Building Materials, 426, 136175.
-Pirmohammad, S., & Ayatollahi, M. R. (2020). Fracture behavior of asphalt materials, Springer.
-Gdoutos, E. E. (2020). Fracture mechanics: an introduction, Springer Nature. Vol. 263.
-Golchin, B., Kouzehgar Kaleji, Z., & Meshkabadi, R. (2022). Evaluation of the Performance of Warm and Hot Mix Asphalt in Cold Regions Using the Principles of Fracture Mechanics. Quarterly Journal of Transportation Engineering, 13, 4, 1967-1981. (in Persian)
-Li, X.-J., & Marasteanu, M. (2010). Using semi circular bending test to evaluate low temperature fracture resistance for asphalt concrete. Experimental Mechanics, 50, 867-876.
-Najd, A., Chao, Z., & Ying, G. (2005.(­Experiments of fracture behavior of glass fiber reinforced asphalt concrete. Journal of Chang'an University (Natural Science Edition), 25, 3, 28-32.
-Ghasemi-Ghalebahman, A., Aghdam, A. A., Pirmohammad, S., & Niaki, M. H. (2022). Experimental investigation of fracture toughness of nanoclay reinforced polymer concrete composite: Effect of specimen size and crack angle. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 117, 103210.
-Salamat-Talab, M., Safaei, S., Soltani, F., Akhavan-Safar, A., & da Silva, L. F. (2022). Fracture Toughness Analysis of Polymer Concretes Made by Waste Mineral Aggregates and Enhanced with Glass Fibers and Metal Chips. Paper presented at the International Conference on Mechanics of Solids.
-Aliha, M., Bahmani, A., & Akhondi, S. (2015). Determination of mode III fracture toughness for different materials using a new designed test configuration. Materials & Design, 86, 863-871.
-mohammadaliha, m., Rezaiefar, M., & Fazaeli, H. (2015). Evaluation of mixed mode fracture resistance of different asphalt concretes-An Experimental study. Modares Civil Engineering Journal, 15, 1, 73-85.