ارزیابی شیارافتادگی و حساسیت رطوبتی بتن آسفالتی گرم حاوی الیاف نایلونی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

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

چکیده

در این تحقیق به منظور بررسی تأثیر الیاف نایلونی بر عملکرد مخلوط­های آسفالتی، الیاف با طول ثابت 12 میلیمتر و در مقادیر 1/0، 2/0 و 3/0 درصد (بر اساس وزن مخلوط) به یک نوع بتن آسفالتی افزوده شدند. پس از تعیین قیر بهینه مربوط به ترکیب­های مختلف، خصوصیات حجمی مخلوط­های حاوی درصدهای مختلف الیاف، بررسی شد. مخلوط­های آسفالتی حاوی الیاف، تحت آزمایش­های استقامت و روانی مارشال و کشش غیر مستقیم قرار گرفتند. همچنین، آزمایش خزش دینامیکی با استفاده از دستگاه UTM-10، در سطوح تنش مختلف (kPa200 و kPa400) و دماهای مختلف (°c 40، °c 50 و °c 60)، به منظور ارزیابی تغییر شکل ماندگار (شیار افتادگی) مخلوط­های حاوی درصدهای مختلف الیاف نایلونی، به کار گرفته شد. پارامترهای تغییر شکل ماندگار، همچون منحنی خزش دینامیکی، عدد روانی و شیب کرنش خزشی (CSS)، برای تحلیل نتایج استفاده شدند. در نهایت رفتار خزشی نمونه­ها، با مدل خزش سه مرحله­ای ژو مدلسازی شدند. همچنین در این تحقیق، به منظور ارزیابی حساسیت رطوبتی مخلوط­ها، از نسبت مقاومت کششی (TSR) و نسبت مقاومت مارشال (MSR) استفاده گردید. بر اساس نتایج، استفاده از 1/0 درصد الیاف نایلونی، موجب بهبود مشخصات مکانیکی مخلوط­ها، از جمله استقامت و نسبت مارشال می­شود. همچنین، حساسیت رطوبتی مخلوط­های آسفالتی با افزایش مقدار الیاف، تا 1/0 درصد ابتدا کاهش یافته، سپس با افزایش مقدار الیاف در مخلوط، افزایش می­یابد. نتایج حاصل از آزمایش خزش دینامیکی و مدل ژو، نشان دادند که، افزودن 1/0 درصد الیاف نایلونی، طول ناحیه اول منحنی خزش و عدد روانی مخلوط­­ها را افزایش داده و شیب کرنش خزشی(CSS) را کاهش می­دهد، این نشان دهنده افزایش مقاومت مخلوط­های حاوی مقدار بهینه الیاف، در برابر تغییر شکل دایمی است.

کلیدواژه‌ها


- طباطبائی، امیر محمد (1390) "روسازی راه"، تهران، مرکز نشر دانشگاهی.

- Abiola, O. S., Kupolati, W. K., Sadiku, E. R. and Ndambuki, J. M. (2014) “Utilisation of natural fibre as modifier in bituminous mixes: A review”, Construction and Building Materials, Vol. 54, pp. 305-312.

- Abtahi, S. M., Sheikhzadeh, M., Alipour, R. and Hejazi, S. M. (2009) “Physical and mechanical properties of fibers-reinforced bitumen mixtures”, 7th National Conference on Textile Engineering, Rasht, Iran.

- Abtahi, S.M., Sheikhzadeh, M. and Hejazi, S.M.  )2010(  “Fiber-reinforced asphalt-concrete–a review”, Construction and Building Materials, Vol. 24, No. 6, pp.871-877.

- Aksoy, A., Şamlioglu, K., Tayfur, S. and Özen, H. (2005) “Effects of various additives on the moisture damage sensitivity of asphalt mixtures”, Construction and building materials, Vol.19, No. 1, pp.11-18.

- Al Nageim, H., Al-Busaltan, S.F., Atherton, W. and Sharples, G. (2012) “A comparative study for improving the mechanical properties of cold bituminous emulsion mixtures with cement and waste materials”, Construction and building materials, Vol. 36, pp.743-748.

- Ameri, M., Hesami, S. and Goli, H. (2013) “Laboratory evaluation of warm mix asphalt mixtures containing electric arc furnace (EAF) steel slag”, Construction and Building Materials, Vol. 49, pp. 611-617.

- Chen, H., Xu, Q., Chen, S. and Zhang, Z. (2009)  “Evaluation and design of fiber-reinforced asphalt mixtures”, Materials & Design, Vol.30, No. 7, pp. 2595-2603.

- Crispino, M., Mariani, E. and Toraldo, E. (2013) “Assessment of fiber-reinforced bituminous mixtures’ compaction temperatures through mastics viscosity tests”, Construction and Building Materials, Vol. 38, pp. 1031-1039.

- Decoene, Y. (1990) “Contribution of cellulose fibers to the performance of porous asphalts”, Transportation Research Record, No.1265, pp. 82-86.

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

- Hamzah, M.O., Kakar, M.R. and Hainin, M.R. (2015) “An overview of moisture damage in asphalt mixtures”,  Journal Teknologi, Vol. 73, No. 4, pp. 125-131.

- Han, J. H., Guo, J. J. and Liu, Z. (2012) “Experimental investigation on performance of fiber asphalt mixture”, In Advanced Materials Research, Vol. 374, pp. 1396-1399.

- Hejazi, S. M., Abtahi, S.M., Sheikhzadeh, M. and Semnani, D. (2008) “Introducing two simple models for predicting fiber‐reinforced asphalt concrete behavior during longitudinal loads”,  Journal of Applied Polymer Science, Vol. 109, No. 5, pp. 2872-2881.

- Jahromi, S. and Khodaii, A. (2008) “Carbon fiber reinforced asphalt concrete”, Arabian Journal of Science and Engineering, Vol. 33, pp. 355–364.

- Katman, H.Y., Ibrahim, M. R., Karim, M. R., Salim Mashaan, N. and Koting, S. (2015) “Evaluation of permanent deformation of unmodified and rubber-reinforced SMA asphalt mixtures using dynamic creep test”,  Advances in Materials Science and Engineering. Vol. 2015, pp. 1-11.

- Kavussi, A. and Barghabani, P. (2014) “The Influence of nano materials on moisture resistance of asphalt mixes”. Study of Civil Engineering and Architecture, Vol. 3, pp. 36-40.

- Keymanesh, M. R., Kie-Badroodi, S. and Haghighatpour, P. J. (2014) “An examination of the effect of bitumen content on the performance of moisture susceptibility of asphalt mixture under freeze-thaw cycles”, IJEIR, Vol. 3, No. 6, pp. 909-914.

- Khodaii, A. and Mehrara, A. (2009) “Evaluation of permanent deformation of unmodified and SBS modified asphalt mixtures using dynamic creep test”, Construction and Building Materials, Vol. 23, No. 7, pp. 2586-2592.

- Kumar, P., Mehndiratta, H. and Immadi, S. (2009) “Investigation of fiber-modified bituminous mixes”. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, Vol. 2126, pp. 91-99.

- Labib, M. and Maher, A. (1999) “Recycled plastic fibers for asphalt mixtures”,  (No. FHWA NJ 2000-04,).

- 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.

- Mahrez, A., Karim, M. and Katman, H. (2003) “Using glass fiber reinforced bituminous mixes”, Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, Vol.5, pp. 794– 807.

- McDaniel, R. S. (2015) “Fiber additives in asphalt mixtures”, No. Project 20-05 (Topic 45-15). NCHRP-SYNTHESIS 475.

- Miljković, M. and Radenberg, M. (2011) “Rutting mechanisms and advanced laboratory testing of asphalt mixtures resistance against permanent deformation”, Facta universitatis-series: Architecture and Civil Engineering, Vol. 9, No. 3, pp. 407-417.

- Najd, A., Chao, Z. and Ying, G. (2005) “Experiments of fracture behavior of glass fiber reinforced asphalt concrete”, Journal of Chang'an University (Natural Science Edition), Vol. 25, No. 3, pp. 28–32.

- Partl, N., Vinson, T. and Hicks, R. (1994) “Mechanical properties of stone mastic asphalt”, Proceedings of the Third Materials Engineering Conference, ASCE, October, pp. 849–858.

- Putman, B. J. and Amirkhanian, S. N. (2004) “Utilization of waste fibers in stone matrix asphalt mixtures”, Resources, conservation and recycling, Vol. 42, No. 3, pp. 265-274.

- Shafabakhsh, Gh. and Ani, O. J. (2015) “Experimental investigation of effect of Nano TiO 2/SiO 2 modified bitumen on the rutting and fatigue performance of asphalt mixtures containing steel slag aggregates”, Construction and Building Materials, Vol. 98, pp. 692-702.

- Shaopeng, W., Qunshan, Y. and Ning, L. (2008) “Investigation of rheological and fatigue properties of asphalt mixtures containing polyester fibers”, Construction and Building Materials, Vol. 22, No. 10, pp. 2111–2115.

- Shen, J. N., Xie, Z. X., Xiao, F. P. and Fan, W.Z. (2012) “September evaluations of nano-sized hydrated lime on the moisture susceptibility of hot mix asphalt mixtures”, In Applied Mechanics and Materials, Vol. 174, pp. 82-90.

- Shiuh, J. and Kuei-Yi, L. (2005) “Mechanism and behavior of bitumen strength reinforcement using fibers”, Journal of Materials Science, Vol. 40, pp. 87–95.

- Tapkın, S. (2008) “The effect of polypropylene fibers on asphalt performance”, Building and Environment, Vol. 43, pp. 1065–1071.

- Uzarowski, L. (2006) “The development of asphalt mix creep parameters and finite element modeling of asphalt rutting” (Doctoral dissertation, University of Waterloo).

- Xu, W. and Wang, X. C. (2011) “Study on performance for fiber asphalt mixture resistance to water damage”, Advanced Materials Research Vol. 204, pp. 1789-1792.

- Yusoff, N. I. M., Breem, A.A.S., Alattug, H.N., Hamim, A. and Ahmad, J. (2014) “The effects of moisture susceptibility and ageing conditions on nano-silica/polymer-modified asphalt mixtures”, Construction and Building Materials, Vol. 72, pp. 139-147.

- Zhou, F., Scullion, T. and Sun, L. (2004) “Verification and modeling of three-stage permanent deformation behavior of asphalt mixes”, Journal of Transportation Engineering, Vol. 130, No. 4, pp. 486-494.