بررسی آزمایشگاهی اثر استفاده از الیاف کربن و نایلون بر عملکرد بتن آسفالتی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان

چکیده

مخلوطهای آسفالتی قشر نهایی روسازی های انعطاف پذیر بوده و تحت تأثیر مستقیم آثار مخرب شرایط جوی و تنش های ناشی از بارگذاری ترافیک هستند. بنابراین، استفاده از یک عامل مسلح کننده جهت بهبود مشخصات مکانیکی و عملکردی مخلوط های آسفالتی امری منطقی به نظر می رسد. در این تحقیق، اثر دو نوع الیاف کربن و نایلون، بر روی مشخصات یک نوع بتن آسفالتی بررسی شده است. الیاف مذکور در سه مقدار مختلف ( 3/ 0، 4/ 0 و 5/ 0 درصد وزن کل آسفالت( و در سه طول ) 10 ، 25 و 40 میلیمتر) مورد استفاده قرار گرفته و خصوصیات استقامت مارشال، روانی، مقاومت کششی غیرمستقیم، آسیب رطوبتی و خزش استاتیکی آنها مورد بررسی قرار گرفته و برای دو نوع الیاف با هم مقایسه شده اند. بر اساس نتایج آزمایش مارشال، استقامت مارشال و روانی ترکیب های حاوی الیاف کربن و نایلون در مقدار 3/ 0 تا 4/ 0 درصد از الیاف با طول 25 میلیمتر، بهینه اند. همچنین، تمامی ترکیبات حاوی الیاف دارای استقامت مارشالی بزرگ تر و روانی کمتر از نمونه شاهد بدون الیاف اند. نتایج آزمایش های مقاومت کششی غیر مستقیم نشان دهنده این است که مقاومت کششی غیرمستقیم بتن آسفالتی مسلح شده با الیاف، در اغلب مقادیر الیاف و طولهای مختلف آنها، کمتر از نمونه شاهد بدون الیاف است. در بررسی آسیب های رطوبتی مخلوطهای حاوی الیاف مشاهده می شود که الیاف کربن عملکرد بهتری نسبت به الیاف نایلون دارند. کمترین آسیب رطوبتی در مخلوط حاوی 4/ 0 درصد وزنی الیاف کربن با طول 10 میلیمتر مشاهده شد. افزایش درصد وزنی و طول الیاف، موجب افزایش آسیب رطوبتی در مخلوط می شود. همچنین نتایج نشان می دهند که استفاده از الیاف موجب کاهش کرنش ماندگار در دمای محیط می شود؛ به طوری که کمترین مقدار کرنش ماندگار در مخلوط حاوی 5/ 0 درصد الیاف کربن با طول 10 میلیمتر مشاهده می شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation on Effects of Carbon and Nylon Fibers on Performance of Asphaltic Concrete

نویسندگان [English]

  • Hassan Taherkhani 1
  • Babak KazemiSaniFarimani 2
چکیده [English]

Reinforcement of asphalt concrete by fibers is one of the methods for improving concrete properties. In this research, the effects of two types of fibers on the properties of a common type of asphaltic concrete have been investigated. The fibers at different contents of 0.3, 0.4 and 0.5% and three different lengths of 10, 25 and 45 mm have been used, and the properties of the mixtures such as Marshal Stability, indirect tensile strength, moisture damage and static creep behavior have been studied. The results show that the Marshal stability of all the mixtures containing fiber is higher than that of the control mixture, with the highest stability for the mixture containing 0.3% of 25 mm carbon fiber. The indirect tensile strength tests show that, for the most cases of fiber contents and lengths, the indirect tensile strength of the fiber reinforced mixtures are lower than that of the control mixture without fiber.  It is also found that, the permanent strain in creep tests decreases by using fibers, with the lowest permanent strain for the mixture containing 0.5% of 10mm carbon fiber. The moisture damage tests show that the carbon fiber has a better performance than the nylon fiber. The highest tensile strength ratio is found to be for the mixture containing o.4% of 10mm carbon fibers. The moisture damage increases with increasing the fiber content and length.

کلیدواژه‌ها [English]

  • asphaltic concrete
  • Fiber
  • Moisture Damage
  • tensile strength
  • Creep
- طباطبایی، نادر و صحاف، سیدعلی ( 9731 ) "بررسی تأثیر الیاف فولادی در مقاومت کششی مخلوط های آسفالتی"، مجموعه مقالات پنجمین کنفرانس بین المللی عمران، جلد پنجم، دانشگاه فردوسی مشهد.

- کاظمی، بابک ( 1931 ) "بررسی آزمایشگاهی اثر استفاده از الیاف پلی استر و اکریلیک بر پتانسیل شیار افتادگی و مقاومت در برابر زیانهای رطوبتی مخلوطهای آسفالتی گرم، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد زنجان، زنجان.

- میرزائی، ابراهیم و نصرالهی، سید مهدی ( 1383 ) "بررسی خواص روسازی های آسفالتی تقویت شده با الیاف پلی استر بازیافتی"، هشتمین کنگره بین المللی مهندسی عمران، دانشگاه
شیراز.
- Abtahi, S. M., Sheikhzadeh M. and Hejazi, S. M. (2010) “Fiber-reinforced asphalt-concrete - a review”, Construction and Building Materials, Volume 24, Issue 6, June, pp. 871-877.
-Abtahi, S. M., Esfandiarpour, S., Kunt, M., Hejazi, S. M. and Ebrahimi, M. G. (2013) “Hybrid reinforcement of asphalt concrete mixtures using glass and polypropylene fibers”, Journal of Engineering Fibers and Fabrics, Vol. 8, Issue 2, pp. 25-35.
- Chen, H., Xu, Q., Chen, S., Zhang, Z. (2009) “Evaluation and design of fiber-reinforced asphalt mixtures”, Materials & Design , Volume 30, Issue 7, August 2009, pp. 2595–2603.
- Freeman, R. B., Burati, J. L., Amirkhanian, S. N. and Bridges, W.C. (1989) “Polyester fibers in asphalt paving mixtures”, Proceedings of the Association of Asphalt Paving Technologists, Vol.51, AAPT, pp. 387-409.
- Huang, H. and White, T. D. (1994) “Dynamic properties of fiber-modified overlay mixture”, Transportation Research Record No.1455, TRB, National Research Council, Washington D.C, pp 98-104.
-Jahromi, S. and Khodaii, A. (2008) “ Carbon fiber reinforced asphalt concrete”, Arabian Journal of Sci- ence and Engineering, Vol. 33: pp.355–64.
-Jiang, Y. and Mcdaniel, R. S. (1993) “Application of cracking and seating and use of fibers to control reflective cracking”, Transportation Research Record, No.1388, TRB, National Research Council, Washington D.C, pp. 150-159.
-Jenq, Yeou-Shang, Liaw, C. and Pei, L. (1993) “Analysis of crack resistance of asphalt concrete overlays: A fracture mechanics approach”, Transportation Research Record, Vol. 1388, pp. 160–166.
-Kim, K.W., Doh, Y.S. and Lim, S. (1999) “Mode I reflection cracking resistance of strengthened asphalt concretes”, Journal of Construction and Building. Materials. Vol. 13, pp. 243-251.
-Lee, S. J., Rust, J. P., Hamouda, H., Kim, Y. R. and Borden, R.H. (2005) “Fatigue cracking resistance of fiber-reinforced asphalt concrete”, Textile Research Journal, Vol.75, No. 2, pp.123-128.
-Maurer Dean, A. and Gerald, M. (1989) “Field performance of fabrics and fibers to retard reflective cracking” Transportation Research Record, vol. 1248, pp. 13–23. Mahrez, A., Karim, M. and Katman, H. (2005) “Fatigue and deformation properties of glass fiber reinforced bituminous mixes” Journal of East Asian Society of Transportation Studies, Vol. 6: pp. 997–1007.
-Mahrez, A., Karim, M. and Katman, H. (2003) “Prospect of using glass fiber reinforced bituminous mixes”, Journal of East Asian Society of Transportation Studies, vol.5, pp. 794–807.
-Putman, B. J. and Amirkhanian, S. N. (2004) “Utilization of waste fibers in stone matrix asphalt mixtures”, Research on Conservation and Recycling, Vol. 42, pp. 265–74.
-Serfass, J. P. and Samanos, J. (1996) “Fiber modified asphalt concrete characteristics, applications and behavior”, Association of Asphalt Paving Technologists, 65, pp. 193-230.
-Shao, X., Qiu, Y. and Wang, Y. (1996) “Theoretical modeling of the tensile behavior of low twist staple yarns, Part I – theoretical model”, Journal of Textile Institute, vol. 2, pp. 25-32.
-Vasiliev, V. and Mozorov, V. (2007) “Advanced mechanics of composite materials” Elsevier, UK, pp. 57-100.
-Williams, R. I. T. (1986) “Cement-treated pave-  ments: materials, design and construction” London, Elsevier Applied Science Publishers LTD.
-Wu, S. P., Yue, H. B., Ye, Q. S. and Pang, L. (2009) “Performance research of hybrid fiber reinforced asphalt concrete” Journal of materials Science, Vol. 614, pp. 283-288.
-Xu Q., Chen, H. A. and Prozzi J. (2010) “Performance of fiber reinforced asphalt concrete under environmental temperature and water effects”, Construction and Building Materials , Vol. 24, Issue-10 , October, pp. 2003–2010.
-Zube, E. (1956) “Wire mesh reinforcement in bituminous resurfacing” Highway Research Records, vol. 131:pp. 1–18.