Journal of Transportation Research

Journal of Transportation Research

Investigating Performance Improvement of SMA Asphalt Mixtures against Rutting by Adding Nanoparticles

Document Type : Original Article

Authors
Mahmoudreza Keymanesh 1
Shahin Shabani 2
peyman Rashidian 3
Sajad Kafashzadeh 3
1 Associate Professor, Department of Civil Engineering‌, Payam Noor University (PNU), Tehran, Iran.
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering‌, Payam Noor University (PNU), Tehran, Iran
3 Ph.D., Student, Department of Civil Engineering, Payam Noor University (PNU), Tehran, Iran.
10.22034/tri.2025.496221.3306
Abstract
The microstructure of asphalt mixtures plays an important role in their performance. The idea of ​​using different additives to bitumen in order to improve its performance in asphalt mixtures has attracted the attention of road engineering researchers. Nanomaterials technology is one of the latest methods of improving the performance of asphalt mixtures against asphalt pavement failures due to its many capabilities in improving the behavior of asphalt mixtures. In this research, nano iron oxide was used as a mixture in bitumen to investigate the functional properties of coarse-grained mastic asphalt mixture (SMA). And its results have been compared with the mixture without nano iron oxide as a control mixture. During this study, the hardness modulus test was performed by indirect tensile method and wheel track test on the samples made with nano iron oxide additive and the control sample. From the analysis of the obtained results, it was found that the use of nano iron oxide mixed in bitumen has a positive effect on the stiffness modulus and resistance to rutting. So that with an increase of up to 1.2 percent iron nanooxide, the hardness modulus of the mixed bitumen at temperatures of 5, 15, 25 degrees increases by 41 to 72 percent compared to the control sample and then decreases. This rate of increase in the probability of failure of the groove will be reduced to a great extent. It was also determined from the wheel track test results An increase of up to 1.2 percent of nano iron oxide compared to mixed bitumen at temperatures of 60, 50, and 40 degrees will improve the groove depth by 36 to 50 percent compared to the control sample.
Keywords
Microstructure
Stiffness Modulus
Mastic Asphalt Mixture
Rutting
Wheel Track
Subjects
-احمدزادگان، فرهاد و سرکار، علیرضا (1399). مقایسه تاثیر افزودنی زئولیت بصورت پودرونانو بر عملکرد آسفالت ماستیک درشت دانه نیم گرم. فصلنامه علمی پژوهشنامه حمل و نقل، 62(1)، 216-207.
- بهبهانی، حمید، منیری­، علی و تخت فیروز، محمد (1398). بر رسی اثر پلیمر SBR بر رفتار خستگی و شیارشدگی مخلوط­های آسفالتی ماستیک درشت دانه. فصلنامه مهندسی حمل ونقل، ­43 (2)، 382-371.
- چوبدار، حامین، امین، فرج اللهی و عاملی، علیرضا (1402). ارزیابی تجربی خاکستر پوسته برنج وخاکستر بادی به عنوان فیلرهای جایگزین در مخلوط آسفالت گرم. فصلنامه علمی جاده، 115(2)، 335-323.
-رشیدیان، پیمان، کی­منش، محمودرضا، ایوبی نژاد­، جلال (1402). ارزیابی قابلیت رادار نفوذی زمین (­ (GPRدرتعیین مقاومت کششی لایه آسفالتی اجرا شده­. فصلنامه علمی پژوهشنامه حمل و نقل. 77 (4)، 154-143.
-زال نژاد، مهدی، حسامی، ابراهیم (1400). مکانیسم خودترمیمی در قیر و روسازی­های آسفالتی. فصلنامه علمی جاده،  106(1)، 74-53.
- طباطبایی، امیر محمد (1396). روسازی راه. مرکز نشر دانشگاهی.
- عامری، محمود­، وامق­، مصطفی، روح الا­مینی­، حامد و کیوان، بمانا (1394). ارزیابی اثر نانو رس بر رفتار تغییر شکل دائم مخلوط­های آسفالتی گرم HMA. فصلنامه مهندسی عمران مدرس، 15(3 )، 158-149.
-فرج اللهی­، امین، عاملی، علیرضا و پورحیدری ممقانی­، فرزین (1401). بررسی آزمایشگاهی تاثیر نانوکامپوزیت اتیلن وینیل استات -مونتموریلونیت بر خصوصیات شیار­شدگی و خستگی مخلوط آسفالتی. فصلنامه علمی پژوهشنامه حمل و نقل، 73(4) 295-283.
-فرجی، مهدی و طاهرخانی، حسن (1403). بررسی اثر کربن بلک بر حساسیت رطوبتی آسفالت متخلخل وSMA  با استفاده از پارامترهای انرژی آزاد سطحی. فصلنامه علمی پژوهشنامه حمل و نقل، 79 (2)، 58-37.
- معاونت ‌برنامه­ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری (1390). آیین نامه روسازی راه­های آسفالتی ایران. نشریه شماره 234­، وزارت راه‌ و شهرسازی­، پژوهشکده حمل و نقل، موسسه قیر و آسفالت ایران­، تجدید نظراول.
- معاونت و نظارت  راهبردی ریاست جمهوری (1392). مشخصات فنی عمومی راه، نشریه 101، تجدیدنظر دوم­.
- AASHTO, T166-16 Standard Method of Test for Bulk Specific Gravity (Gmb) of Compacted Hot Mix Asphalt (HMA) Using Saturated Surface-Dry Specimens. (2016). 
-ASTM D2041 -­03a (2016). Standard Test Method for Theoretical Maximum Specific Gravity and Density of Bituminous paving Mixtures (2016).
-Bernard, B. (2017). A revive on various issues related to stone matrix asphalt. International journal of Engineering Technology Science and Research, 122(4), 588-591
- Huang­, Y. (1993). Pavement Analysis and Design. Prentice HALL. University of Kentucky, USA.
-Laurinavicius ،A­. , & Oginskas­. R­. (2006). Experimental research on the development of rutting in asphalt concrete pavements rein forced with geosynthetic materials. Journal of Civil Engineering and   Management, 1822(4), 311-317.
-Manosalvas, M.Gallego, j., saiz, l., & Bermejo, j., (2016).Rubber modified Binders as an alternative to cellulose fiber -SBS polymers in stone materials, 121, 727-732.
-PIARC (permanent International Association of Road congresses) World Road Association (2006). Bituminous materials   with   a   high resistance to flow rutting [The Bureau of Technology and Safety Studies], PIARC Secretariat in Iran.