ارزیابی و مقایسه عمر خستگی قیرهای اصلاح‌شده با استایرن - اتیلن/پروپیلن - استایرن (SEPS) با استفاده از آزمایش‌های جاروب زمان و جاروب دامنه خطی (LAS)

علی اکبری, علیرضا; حاجی کریمی, پوریا; خدایی, علی; راهی, محمد; بابایی عاشورآبادی, اسحاق

doi:10.22119/jte.2022.309911.2564

ارزیابی و مقایسه عمر خستگی قیرهای اصلاح‌شده با استایرن - اتیلن/پروپیلن - استایرن (SEPS) با استفاده از آزمایش‌های جاروب زمان و جاروب دامنه خطی (LAS)

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

² استادیار، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

³ استاد، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

⁴ مدیر تحقیق و توسعه، شرکت نفت پاسارگاد، تهران، ایران

⁵ مسئول واحد تحقیق و توسعه، کارخانه تهران، شرکت نفت پاسارگاد، تهران، ایران

10.22119/jte.2022.309911.2564

چکیده

بهره‌گیری از افزودنی‌های مختلف در قیر جهت افزایش عمر و دوام روسازی بسیار رایج است. در این پژوهش تأثیر استفاده از درصدهای مختلف (2، 4 و 6 درصد وزنی نسبت به قیر خالص) پلیمر استایرن - اتیلن/پروپیلن - استایرن (SEPS) بر رفتار خستگی قیر مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا از آزمایش‌های جاروب زمان (TS) و جاروب دامنه خطی (LAS) برای بررسی مشخصات خستگی قیر اصلاحشده استفاده شده است. علاوه بر روش رایج برآورد عمر خستگی بر اساس نتایج آزمایش LAS، در این پژوهش از روش شبهتنش نیز استفاده شده و نتایج هر سه روش با یکدیگر مقایسه شده است. در نتیجه این پژوهش، استفاده از 2 درصد وزنی SEPS در قیر باعث کاهش عمر خستگی تا 12 درصد و افزایش آن به 4 و 6 درصد موجب افزایش عمر خستگی قیر تا 9/27 برابر شده است. با مقایسه نتایج آزمایش‌های LAS و TS اختلاف زیادی در میزان بهبود عملکرد خستگی در اثر اضافه شدن SEPS مشاهده شده است. آزمایش LAS به دلیل زمان کوتاه‌تر انجام روش مناسب‌تری برای بررسی مشخصات خستگی قیر است. در تحلیل نتایج آزمایش LAS بر اساس روش شبه تنش، میزان عمر خستگی نمونه‌های حاوی 2، 4 و 6 درصد وزنی SEPS به ترتیب 75/0، 5/2 و 8/15 برابر نمونه قیر خالص شده است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086598.1402.14.3.8.7

عنوان مقاله [English]

Using Time Sweep and Linear Amplitude Sweep Tests to Evaluate Fatigue Characteristics of Bitumen Modified with Styrene-Ethylene/Propylene-Styrene

نویسندگان [English]

Alireza Aliakbari ¹
Pouria Hajikarimi ²
Ali Khodaii ³
Mohammad Rahi ⁴
Eshagh Babaee Ashoorabadi ⁵

¹ M.Sc., Department of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran

² Assistant Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran

³ Department of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Tehran, Iran

⁴ Director, Research and Development Department, Pasargad Oil Company, Tehran, Iran

⁵ Expert, Research and Development Department, Pasargad Oil Company, Tehran, Iran

چکیده [English]

Today, with the expansion of the road network and the increase in construction and maintenance costs of pavements, using additives in bitumen has become a popular method to improve asphalt performance. Various polymeric additives are widely used additives in bitumen and asphalt mixture. This paper investigates the effects of 2, 4, and 6 wt% of Styrene-Ethylene/Propylene-Styrene (SEPS) polymer on the bitumen's behavior. In this regard, linear amplitude sweep (LAS) and time sweep (TS) tests have been used to evaluate the fatigue characteristics of modified bitumen. In addition to the common method of estimating fatigue life in the LAS test, the pseudo-stress method was also used, and the results of three techniques were compared. As a result, using SEPS in bitumen reduces the fatigue life by 12% in the sample containing 2% of SEPS; however, fatigue life increased to 27.9 times greater than virgin bitumen by increasing the percentage of SEPS. The results of LAS and TS tests show a significant difference compared to each other. The LAS test is a suitable method to check the fatigue characteristics of bitumen due to the shorter test time. According to the pseudo-stress method results, the fatigue life of the samples containing 2, 4, and 6 wt% of SEPS are 0.75, 2.5, and 15.8 times greater than the virgin bitumen sample.

کلیدواژه‌ها [English]

Styrene-Ethylene/Propylene-Styrene
Linear amplitude sweep
Time sweep
Pseudo-stress
Fatigue

مراجع

(2014). Standard method of test for estimating damage tolerance of asphalt binders using the linear amplitude sweep.

Azarhoosh, A., & Koohmishi, M. (2020). Investigation of the rutting potential of asphalt binder and mixture modified by styrene-ethylene/propylene-styrene nanocomposite. Construction and Building Materials, 255, 119363.

Bahia, H. U., Zhai, H., Onnetti, K., & Kose, S. (1999). Non-linear viscoelastic and fatigue properties of asphalt binders. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 68.

Chernotowich, A. K., Brzozowski, K. J., & Sanicky, P. J. (1999). Comparison of standard and SEBS modified asphalts in BUR membranes. In Roofing Research and Standards Development: Fourth Volume. ASTM International.

Jiang, J., Ni, F., Zheng, J., Han, Y., & Zhao, X. (2020). Improving the high-temperature performance of cold recycled mixtures by polymer-modified asphalt emulsion. International Journal of Pavement Engineering, 21(1), 41-48.

Johnson, C., Bahia, H., & Wen, H. (2009). Practical application of viscoelastic continuum damage theory to asphalt binder fatigue characterization. Asphalt Paving Technology-Proceedings, 28, 597.

Johnson, C. M. (2010). Estimating asphalt binder fatigue resistance using an accelerated test method.

Kennedy, T. W., Huber, G. A., Harrigan, E. T., Cominsky, R. J., Hughes, C. S., Von Quintus, H., & Moulthrop, J. S. (1994). Superior performing asphalt pavements (Superpave): The product of the SHRP asphalt research program.

Khodadadi, M., Moradi, L., Dabir, B., Nejad, F. M., & Khodaii, A. (2020). Reuse of drill cuttings in hot mix asphalt mixture: A study on the environmental and structure performance. Construction and Building Materials, 256, 119453.

Lv, S., Hu, L., Xia, C., Wang, X., Cabrera, M. B., Guo, S., & Chen, J. (2020). Development of fatigue damage model of asphalt mixtures based on small-scale accelerated pavement test. Construction and Building Materials, 260, 119930.

Nejad, F. M., Shahabi, M., Rahi, M., Hajikarimi, P., & Kazemifard, S. (2017). An investigation on the effect of SBS+ vacuum bottoms residue modification on rheological characteristics of asphalt binder. Petroleum Science and Technology, 35(22), 2115-2120.

Noory, A., Moghadas Nejad, F., & Khodaii, A. (2019). Evaluation of geocomposite-reinforced bituminous pavements with Amirkabir University Shear Field Test. Road Materials and Pavement Design, 20(2), 259-279.

Notani, M. A., Hajikarimi, P., Nejad, F. M., & Khodaii, A. (2020). Rutting resistance of toner-modified asphalt binder and mixture. International Journal of Pavement Research and Technology, 13(1), 1-9.

Notani, M. A., Moghadas Nejad, F., Khodaii, A., & Hajikarimi, P. (2019). Evaluating fatigue resistance of toner-modified asphalt binders using the linear amplitude sweep test. Road Materials and Pavement Design, 20(8), 1927-1940.

Oshone, M., Dave, E. V., & Sias, J. E. (2019). Asphalt mix fracture energy based reflective cracking performance criteria for overlay mix selection and design for pavements in cold climates. Construction and Building Materials, 211, 1025-1033.

Popoola, M., Apampa, O., & Adekitan, O. (2020). Impact of Pavement Roughness on Traffic Safety under Heterogeneous Traffic Conditions. Nigerian Journal of Technological Development, 17(1), 13-19.

Qiao, Y., Santos, J., Stoner, A. M., & Flinstch, G. (2020). Climate change impacts on asphalt road pavement construction and maintenance: An economic life cycle assessment of adaptation measures in the State of Virginia, United States. Journal of industrial ecology, 24(2), 342-355.

Rahi, M., Fini, E. H., Hajikarimi, P., & Nejad, F. M. (2015). Rutting characteristics of styrene-ethylene/propylene-styrene polymer modified asphalt. Journal of Materials in Civil Engineering, 27(4), 04014154.

Saboo, N. (2020). New damage parameter for fatigue analysis of asphalt binders in linear amplitude sweep test. Journal of Materials in Civil Engineering, 32(6), 04020126.

Sreedhar, S. (2019). Developing Performance-Based Specifications to Improve the Fatigue Life of Asphalt Pavements in Oregon.

Underwood, B. S., & Kim, Y. R. (2015). Nonlinear viscoelastic analysis of asphalt cement and asphalt mastics. International Journal of Pavement Engineering, 16(6), 510-529.

Yu, H., Yao, D., Qian, G., Cai, J., Gong, X., & Cheng, L. (2021). Effect of ultraviolet aging on dynamic mechanical properties of SBS modified asphalt mortar. Construction and Building Materials, 281, 122328.

Zheng, C. F., Wang, L., & Zhao, D. J. (2011). Experimental Study on Pavement Performance of SEBS Modified Asphalt Mixture. In Advanced Materials Research (Vol. 168, pp. 906-911). Trans Tech Publications Ltd.

Zheng, X., Xu, W., Feng, H., & Cao, K. (2020). High and low temperature performance and fatigue properties of silica fume/SBS compound modified asphalt. Materials, 13(19), 4446.