پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

مقایسه ویژگی‌های مکانیکی و عملکردی مخلوط‌های آسفالتی متراکم و مخلوط ماستیک درشت‌دانه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
محمد نام‌آور جهرمی 1
علیرضا سرکار 2
احمد منصوریان 3
آرمین اسمعیل زاغی 4
1 دانش‌آموخته دکتری، گروه مهندسی عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
3 دانشیار، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران
4 استادیار، گروه مهندسی مواد، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
10.22034/tri.2025.506349.3318
چکیده
این مطالعه باهدف مقایسه خصوصیات مکانیکی مخلوط‌های آسفالتی با دانه‌بندی پیوسته و مخلوط ماستیک درشت‌دانه (میان‌تهی) انجام شده است. در این راستا، برای ساخت نمونه‌های آسفالتی از قیر با درجه نفوذ 100/85، مصالح سنگی آهکی و فیلر استفاده شد. آزمایش‌های مکانیکی و عملکردی شامل پایداری مارشال، مدول برجهندگی، حساسیت رطوبتی، شیارشدگی، خستگی و شکست در دمای پایین روی مخلوط‌های با دانه‌بندی پیوسته و مخلوط ماستیک درشت‌دانه انجام گردید. نتایج نشان می‌دهد که مخلوط آسفالتی با دانه‌بندی پیوسته در آزمایش‌های پایداری مارشال، مدول برجهندگی، حساسیت رطوبتی، خستگی و شکست در دمای پایین عملکرد بهتری نسبت به مخلوط ماستیک درشت‌دانه دارد. با این حال، در دماهای بالا، عملکرد مخلوط ماستیک درشت‌دانه بهتر از مخلوط آسفالتی با دانه‌بندی پیوسته است. براساس نتایج، پایداری مارشال مخلوط‌های با دانه‌بندی پیوسته حدود 30 درصد بیشتر از نمونه‌های میان‌تهی است. همچنین، مدول برجهندگی این مخلوط‌ها 27 درصد بیشتر از مخلوط‌های میان‌تهی است. به علاوه، به دلیل تماس سنگدانه به سنگدانه در مخلوط ماستیک درشت‌دانه، این مخلوط‌ها مقاومت بالاتری در برابر تنش‌های فشاری دارند و در نتیجه مقاومت آن‌ها در برابر شیارشدگی حدود 45 درصد بیشتر از مخلوط‌های با دانه‌بندی پیوسته است. در نهایت، عمر خستگی مخلوط‌های با دانه‌بندی پیوسته بیش از دو برابر عمر خستگی مخلوط ماستیک درشت‌دانه است.
کلیدواژه‌ها
دانه‌بندی متراکم
شکست
شیارشدگی
مخلوط ماستیک درشت‌دانه
میان‌تهی

موضوعات

عنوان مقاله English

Comparison of Mechanical and Performance Characteristics of Dense-Graded Asphalt Mixtures and Stone Mastic Asphalt (SMA) Mixtures

نویسندگان English

Mohammad Namavar Jahromi 1
Alireza Sarkar 2
Ahmad Mansourian 3
Armin Esmail Zaghi 4
1 Ph.D., Graduate, Department of Civil Engineering, SR.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, SR.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran.
3 Associate Professor, Road, Housing and Urban Development Research Center, Tehran, Iran.
4 Assistant Professor, Department of Materials Engineering, SR.C., Islamic Azad University, Tehran, Iran.
چکیده English

This study aims to compare the mechanical properties of dense-graded and gap-graded asphalt mixtures. In this context, asphalt samples were prepared using 100/85 penetration-grade bitumen, limestone aggregates, and filler. A series of mechanical and performance tests including Marshall stability, Resilience modulus, Moisture sensitivity, Rutting, Fatigue, and Low-temperature fracture—were conducted on both the dense-graded and gap-graded asphalt mixtures. The results indicate that the dense-graded asphalt mixture outperforms the gap-graded asphalt mixture in terms of Marshall stability, resilience modulus, moisture sensitivity, fatigue, and low-temperature fracture. However, at higher temperatures, the gap-graded asphalt mixture demonstrates superior performance compared to the dense-graded mixture. Specifically, the Marshall stability of the dense-graded mixtures is approximately 30% higher than that of the gap-graded samples. Furthermore, the resilience modulus of the dense-graded mixtures exceeds that of the gap-graded mixtures by 27%. Additionally, due to the stone-on-stone contact in the gap-graded asphalt mixture, these mixtures exhibit greater resistance to compressive stresses, resulting in roughly 45% better resistance to rutting compared to the dense-graded mixtures. Finally, the fatigue life of the dense-graded mixtures is more than twice that of the gap-graded asphalt mixtures.

کلیدواژه‌ها English

Dense Graded
Fracture‌
Rutting
Stone Mastic Asphalt
Gap Graded
-معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رئیس‌جمهور. (1384). طراحی و ارزیابی آزمایشگاهی مخلوط‌های آسفالتی با استخوان‌بندی سنگدانه‌ای (SMA) (نشریه شماره 206).
-معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رئیس‌جمهور. (1390). آیین‌نامه روسازی آسفالتی راه‌های ایران (تجدید نظر اول) (نشریه شماره 234).
-Aboutalebi Esfahani, M., & Namavar Jahromi, M. (2020). Optimum parafibre length according to mechanical properties in hot mix asphalt. Road Materials and Pavement Design, 21(3), 683-700.
-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, 167-177.
-Amirdehi, H. F., Aliha, M., Moniri, A., & Torabi, A. (2019). Using the generalized maximum tangential stress criterion to predict mode II fracture of hot mix asphalt in terms of mode I results–A statistical analysis. Construction and Building Materials, 213, 483-491.
-Asi, I. M. (2006). Laboratory comparison study for the use of stone matrix asphalt in hot weather climates. Construction and Building Materials, 20(10), 982-989.
-Brown, E. R., & Manglorkar, H. (1993). Evaluation of laboratory properties of SMA mixtures: National Center for Asphalt Technology Auburn, AL.
-Eghbali, M., Tafti, M. F., Aliha, M., & Motamedi, H. (2019). The effect of ENDB specimen geometry on mode I fracture toughness and fracture energy of HMA and SMA mixtures at low temperatures. Engineering Fracture Mechanics, 216, 106496.
-Haghshenas, H., Khodaii, A., Hossain, M., & Gedafa, D. (2015). Stripping potential of HMA and SMA: A study using statistical approach. Journal of Materials in Civil Engineering, 27(11), 06015002.
-Jahromi, M. N., & Sarkar, A. (2025). Stone Matrix Asphalt and silica-aerogel composite: mechanical and structural performance. Results in Engineering, 106219.
-Jahromi, M. N., Sarkar, A., Mansourian, A., & Zaghi, A. E. (2025). Mechanical Performance of Hot-Mix Asphalt Modified with Porous Nanosilica Aerogels. Journal of Materials in Civil Engineering, 37(1), 04024436.
-Le, T. H., Nguyen, M. H., Nguyen, H. L., & Nguyen, N.-L. (2022). Laboratory Study to Determine the Relationship Between Rutting and Dynamic Modulus of Asphalt Concrete Mixture. Paper presented at the CIGOS 2021, Emerging Technologies and Applications for Green Infrastructure: Proceedings of the 6th International Conference on Geotechnics, Civil Engineering and Structures.
-Lim, I., Johnston, I., & Choi, S. (1993). Stress intensity factors for semi-circular specimens under three-point bending. Engineering Fracture Mechanics, 44(3), 363-382.
-Muniandy, R., & Huat, B. B. (2006). Laboratory diameteral fatigue performance of stone matrix asphalt with cellulose oil palm fiber. American Journal of Applied Sciences, 3(9), 2005-2010.
-Namavar Jahromi, M., Sarkar, A., Mansourian, A., & Esmaeil Zaghi, A. (2024). Bitumen and silica-aerogel composite; thermal analysis of reaction, structural and mechanical properties. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 149(22), 13483-13494.
-Nejad, F. M., Aflaki, E., & Mohammadi, M. (2010). Fatigue behavior of SMA and HMA mixtures. Construction and Building Materials, 24(7), 1158-1165.
-Nunn, M. (1994). Evaluation of stone mastic asphalt (SMA): A high stability wearing course material. TRL Project Report(PR 65).
-Rashed, A. M., & Al-Hadidy, A. (2023). Comparative performance of DG mixes and SMA mixes with waste crumb rubber as aggregate replacement. Case Studies in Construction Materials, 19, e02615.
-Raya, J. K. (2008). Standard Specification for Road Work. Kuala Lumpur. Retrieved from
-Rebecchi, J., & Sharp, K. (2009). Guide to pavement technology: part 3: pavement surfacings.
-Sabouri, M., Mirzaiyan, D., & Moniri, A. (2018). Effectiveness of Linear Amplitude Sweep (LAS) asphalt binder test in predicting asphalt mixtures fatigue performance. Construction and Building Materials, 171, 281-290.
-Selsal, Z., Karakas, A. S., & Sayin, B. (2022). Effect of pavement thickness on stress distribution in asphalt pavements under traffic loads. Case Studies in Construction Materials, 16, e01107.
-Tian, Y., Lee, J., Nantung, T., & Haddock, J. E. (2017). Development of a mid-depth profile monitoring system for accelerated pavement testing. Construction and Building Materials, 140, 1-9.
-Wang, Y., & Wang, G. (2011). Improvement of porous pavement. Final report to US green building council.
-White, G., & Abouelsaad, A. (2024). Laboratory Investigation of the Ageing of Dense Graded and Stone Mastic Asphalt Mixtures for Runway Surfacing. Paper presented at the International Conference on Road and Airfield Pavement Technology 2023.
-Wu, S., Wen, H., Chaney, S., Littleton, K., & Muench, S. (2017). Evaluation of long-term performance of stone matrix asphalt in Washington state. Journal of Performance of Constructed Facilities, 31(1), 04016074.