پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

بررسی اثر هم‌افزایی نانوزایکوترم و پلی‌اتیلن سبک بر رفتار رئولوژیکی قیر و مقاومت خستگی مخلوط‌های آسفالتی نیمه‌گرم(WMA)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانش آموخته کارشناس ارشد؛عمران گرایش راه و ترابری ؛دانشکده عمران؛دانشگاه رازی ؛کرمانشاه؛ایران
2 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه رازی کرمانشاه، ایران
10.22034/tri.2026.586807.3469
چکیده
افزایش هزینه‌های انرژی و الزامات زیست‌محیطی، توسعه فناوری آسفالت نیمه‌گرم را به‌عنوان رویکردی پایدار برای کاهش مصرف انرژی و انتشار آلاینده‌ها در صنعت روسازی تسریع کرده است. با این حال، کاهش دمای تولید و اختلاط می‌تواند خواص رئولوژیکی قیر و عملکرد مکانیکی و خستگی مخلوط‌های آسفالتی را تحت تأثیر قرار دهد. هدف این پژوهش، بررسی اثر هم‌افزایی نانوزایکوترم و پلی‌اتیلن سبک بازیافتی بر رفتار رئولوژیکی قیر و عملکرد مکانیکی، شکست و خستگی مخلوط‌های آسفالتی نیمه‌گرم است. در این راستا، نانوزایکوترم با مقدار ثابت ۰٫۱۰ درصد وزنی قیر و پلی‌اتیلن سبک بازیافتی در مقادیر ۱، ۳، ۵ و ۷ درصد وزنی قیر به نمونه‌ها افزوده شد. خواص قیر اصلاح‌شده با آزمون‌های فیزیکی، ویسکوزیته دورانی و رئومتر برشی دینامیکی و عملکرد مخلوط‌ها با آزمون‌های مارشال، مقاومت کششی غیرمستقیم، مدول برجهندگی، حساسیت رطوبتی، شکست نیم‌دایره‌ای و خستگی تیر خمشی چهارنقطه‌ای ارزیابی شد. معنی‌داری نتایج با آزمون‌های شاپیرو–ویلک، لون و تحلیل واریانس یک‌طرفه در سطح اطمینان ۹۵ درصد بررسی گردید. نتایج نشان داد نانوزایکوترم با کاهش ویسکوزیته، کارپذیری قیر را بهبود داد، در حالی که پلی‌اتیلن سبک بازیافتی موجب افزایش سختی، رفتار الاستیک و مقاومت مکانیکی مخلوط شد. نمونه حاوی ۷ درصد پلی‌اتیلن سبک بازیافتی بیشترین مدول برجهندگی ۲۵۴۹ MPa، مقاومت کششی غیرمستقیم۱٫۲۹۰ MPa و عمر خستگی ۱۰5 × ۱٫۹۸ سیکل را ثبت کرد. همچنین، بیشترین انرژی شکست در دمای ۲۵°C برای نمونه‌های حاوی ۵ و ۷ درصد پلیمر به‌ترتیب ۱۴٫۸ و ۱۲٫۶ kJ/m² به دست آمد. افزایش درصد پلیمر، با وجود ارتقای مقاومت، موجب کاهش کشش‌پذیری قیر و افزایش حساسیت به شکنندگی شد. در نهایت، نمونه حاوی ۵ درصد پلی‌اتیلن سبک بازیافتی بهترین تعادل میان مقاومت شکست، دوام خستگی و عملکرد مکانیکی را ارائه داد و می‌تواند گزینه‌ای مناسب برای توسعه روسازی‌های نیمه‌گرم پایدار باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Synergistic Effects of Nano-ZycoTherm and Recycled LDPE on Rheological Properties of Asphalt Binder and Performance Enhancement of Warm Mix Asphalt

نویسندگان English

Yasin Hasanvand 1
mohsen zahedi 2
1 Master's degree graduate; Civil Engineering, Road and Transportation Department; Faculty of Civil Engineering; Razi University; Kermanshah; Iran
2 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering Technology, Razi University, Kermanshah, Iran
چکیده English

Abstract

Warm Mix Asphalt (WMA) technology has emerged as a sustainable alternative to conventional hot-mix asphalt due to its ability to reduce production temperatures, energy consumption, and environmental emissions. However, lower mixing temperatures may adversely affect the binder rheology, mixture stiffness, and long-term pavement durability. Moreover, the interaction between chemical warm-mix additives and recycled polymers to simultaneously enhance the workability and mechanical performance remains insufficiently understood. This study investigated the synergistic effects of Nano-ZycoTherm and recycled low-density polyethylene (LDPE) on the rheology of asphalt binder and warm mix asphalt (WMA) mixture performance. A penetration-grade 60/70 asphalt binder was modified with 0.10 wt. % Nano-ZycoTherm, while recycled LDPE was incorporated at 1, 3, 5, and 7 wt. % of binder content. The modified binders were evaluated using conventional tests, rotational viscosity, and Dynamic Shear Rheometer (DSR) analysis. WMA mixtures were assessed using Marshall Stability, indirect tensile strength (ITS), indirect tensile stiffness modulus (ITSM), moisture susceptibility, semi-circular bend (SCB), and four-point bending fatigue tests. Statistical analyses, including Shapiro–Wilk, Levene’s, and one-way ANOVA, confirmed significant differences among the mixtures (p < 0.001). Nano-ZycoTherm reduced the binder viscosity and improved the workability, whereas LDPE increased the stiffness and elastic response. The mixture containing 7 wt. % LDPE achieved the highest mechanical performance, with an ITSM of 2.549 GPa, ITS of 1.290 MPa, and fatigue life of approximately 1.98 × 10⁵ cycles. However, SCB results indicated that 5 wt. % LDPE provided superior fracture resistance, with fracture energy of 14.8 kJ/m² compared with 12.6 kJ/m² for 7 wt. % LDPE. Considering the stiffness, fatigue resistance, fracture performance, and practical applicability, 5 wt. % LDPE was identified as the optimum modification level. The findings demonstrate that combining Nano-ZycoTherm with recycled LDPE provides an effective hybrid strategy for developing durable and sustainable WMA pavement.

کلیدواژه‌ها English

Warm Mix Asphalt (WMA), Nano-ZycoTherm
Recycled Low-Density Polyethylene (LDPE), Binder Rheology
Fatigue Resistance

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 17 مرداد 1405