پیش‌بینی عمر خستگی آسفالت حاوی الیاف پلی‌اتیلن بازیافتی براساس پارامترهای انرژی تلف شده در دما و فرکانس متغیر

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، مازندران، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، مازندران، ایران

چکیده

در این تحقیق امکان پیش‌بینی عمر خستگی آسفالت مسلح‌شده با الیاف پلی‌اتیلن بازیافتی (PET) با استفاده از پارامترهای انرژی تلف شده بررسی شد. آزمایش‌های خستگی با استفاده از خمش چهارنقطه‌ای در سه دمای 5-، 10 و 20 درجه سانتیگراد و دو فرکانس 2 و 10 هرتز بر روی نمونه‌های مسلح شده انجام شد. قطر متوسط الیاف برابر با 30 میکرومتر و طول الیاف برابر با 1 و 2 سانتیمتر بود. همچنین درصد الیاف برابر با 5/0، 0/1، 5/1 و 0/2 درصد نسبت به وزن قیر انتخاب گردید. نتایج حاکی از افزایش شیب نمودارهای خستگی با افزایش دما بود. در یک فرکانس ثابت عمر خستگی نمونه‌های مسلح شده بیشتر از نمونه شاهد بوده و تاثیرات مفید الیاف در دماهای بالاتر و در سطوح کرنش پایین محسوس‌تر بود. در مدل‌های خستگی اولیه از انرژی تلف شده اولیه یا تجمعی استفاده می‌شد. در مدل‌های جدید‌تر از مفهوم نسبت انرژی تلف شده پارامتر محدوده ثبات (PV) تعریف گردید. در این تحقیق تعریف جدیدی برای محاسبه پارامتر PV براساس مفهوم میانگین متحرک ارائه گردید (PV2). در نهایت با تحلیل‌های انجام شده مدل‌های خستگی ارائه شده براساس هر دو پارامتر PV1 و PV2 یک رابطه توانی بوده که مستقل نوع مخلوط، دما و فرکانس آزمایش بوده‌اند. همچنین در تعریف جدید ارائه شده (PV2) با دقتی مشابه یا حتی بالاتر از تعریف قبلی (PV1) امکان پیش‌بینی عمر خستگی وجود دارد.
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Predicting the Fatigue Life of Reinforced Asphalt with PET Fibers Based On Dissipated Energy Parameters at Variable Temperature and Frequency

نویسندگان [English]

  • Z. Dehghan 1
  • A. Modarres 2
1 M.Sc. Student, Department of Civil Engineering, Babol Noshirvani, University of Technology, Babol, Iran
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Babol Noshirvani, University of Technology, Babol, Iran
چکیده [English]

This research investigated the possibility of predicting the fatigue life of reinforced asphalt by recycled polyethylene terephthalate (PET) fibers based on dissipated energy parameters. Fatigue tests were performed using 4-point bending test at three temperatures of -5, 10 and 20oC and two frequencies of 10 and 2 Hz. Fibers were incorporated at two lengths of 1 and 2 cm and average diameter of 30 micrometer. Furthermore, four fiber contents including 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0% by weight of bitumen were used. Obtained fatigue laws showed an increase by increasing the test temperature. At a constant frequency, the fatigue lives of reinforced specimens were higher than the reference one. The beneficial effects of fibers were more pronounced at higher temperature and lower initial strain levels. Traditional fatigue models used the initial dissipated energy or cumulative dissipated energy to predict fatigue life. In newly established models the plateau value (PV1) parameter has been defined using the ratio of dissipated energy changes in plateau stage of dissipated energy curve obtained from 4-point fatigue test. In this research a new definition was presented to calculate the PV parameter (PV2). Based on statistical analysis power functions were presented to predict fatigue life based on PV1 and PV2 parameters. The relationships between PV and fatigue life was unique independent of the mix type and testing conditions (i.e. temperature, frequency and strain level). Furthermore, the fatigue model based on PV2 parameter was as precise as that presented using PV1.  
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • PET
  • Fatigue model
  • Dissipated energy
  • Plateau value

-Abojaradeh, M., (2003), "Predictive Fatigue Models for Arizona Asphalt Concrete Mixtures", PhD Thesis, Arizona State University, USA.

-Abtahi, S.M., Ghorban Ebrahimi, M., Kunt, M.M. (2011), "Production of polypropylene

reinforced asphalt concrete mixtures based on dry procedure and superpave gyratory compactor", Iranian Polymer Journal, Vol.20, No.10, pp.813-823.

-Abtahi, S.M., Sheikhzadeh, M., Hejazi, S.M. (2010), "Fiber-reinforced asphalt concrete- A review", Construction and Building Materials, Vol.24, pp.871-877.

- Boudabbous, M., Millien, A., Petit, C., Neji, J., (2013), "Energy approach for the fatigue of thermoviscoelastic materials: Application to asphalt materials in pavement surface layers", International Journal of Fatigue, 47,
pp.308–318.

-Carpenter, S.H., Khalid, A., Ghuzlan, k., Shen, S. (2003), "A Fatigue Endurance Limit for Highway and Airport Pavement", Journal of Transportation Research Record (TRR),
No. 1832, pp.131–138.

-Daniel, J.S., Bisirri, W.M. (2005), "Characterizing Fatigue in Pavement Materials Using a Dissipated Energy Parameter", Proceedings of the Geo-Frontiers Congress, Austin, Texas.

- EN 12697-24: (2012), "Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Resistance to fatigue", European Committee for Standardization 

-Ghuzlan, K., (2001), "Fatigue damage analysis in asphalt concrete mixtures based upon dissipated energy concepts”, Ph.D. Thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, Illinois, USA.

-Guo, Q., Li, L., Cheng, Y., Jiao, Y., Xu, C. (2015), “Laboratory evaluation on performance of diatomite and glass fiber compound modified asphalt mixture”, Materials and Design, Vol.66, Part A, pp.51-59.

-Khodary, M.H.F., (2010), “Evaluation of fatigue resistance for modified asphalt concrete mixtures based on dissipated energy concept”, PhD Thesis, Department fo Civil Engineering and Geodesy, Technische Universitat Darmstadt.

-Kim, Y.R. (2009), “Modelling of asphalt concrete. American Society of Civil Engineers”, the Mc Graw Hill Companies, USA.  

- Mahrez, A., Karim, M.R. (2010), “Fatigue characteristics of stone mastic asphalt mix reinforced with fiber glass”, Int J Phys Sci, Vol.5, No.12, pp.1840–7.

-­Modarres, A., Aloogar, A. (2015), “Comparison between the fatigue response of hot and warm mix asphalts based on the dissipated energy approach”, International Journal of Pavement Engineering, DOI:10.1080/10298436.2015.1053481.

-Shen, S., Airey, G.D., Carpenter, S.H., Huang, H. A., (2006), “Dissipated energy approach to fatigue evaluation”, Road Materials and Pavement Design, 7(1), pp.85–92.

- Shen, S., Carpenter, S.H., (2007), “Dissipated energy concepts for HMA performance: fatigue and healing”, Technical report of research supported by the Federal Aviation Association”, University of Illinois at Urbana-Champaign Urbana, Illinois, USA.

-­Thiago, F., Kim, Y.R., Lee, J. (2008), “Research on fatigue of asphalt mixtures and pavements in Nebraska”, Report No P579, University of Nebraska Lincoln, Nebraska, USA.

-­Yuan, M.M., Zhang, X.N., Chen, W.Q., Zhang, SX. (2013), “Ratio of dissipated energy change –based failure criteria of asphalt mixtures”, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 6(14): pp.2514-2519.