بررسی عمر خستگی مخلوط‌های آسفالتی با استفاده از پارامترهای انرژی آزاد سطحی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران و محیطزیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

ترک های خستگی یکی از انواع خرابی های غالب و اساسی در مخلوط های آسفالتی برای دماهای میانی محسوب می شوند. از آنجایی که این نوع از خرابی عمدتا به دو صورت شکست پیوستگی (در قیر یا فاز ماستیک) و شکست چسبندگی (در سطح تماس قیر با سنگدانه) اتفاق می افتد. بنابراین یکی از خصوصیات اساسی مصالح مصرفی در مخلوط های آسفالتی که برنوع گسیختگی تاثیرگذار است، انرژی آزاد سطحی سیتم قیرسنگدانه می باشد. در این پژوهش، اجزای انرژی آزاد سطحی سنگدانه ها و قیرها بترتیب توسط آزمایش دستگاه جذب جهانی و آزمایش قطره چسبیده تعیین گردید. همچنین جهت ارزیابی تاثیر پارامترهای چسبندگی و پیوستگی بر عمرخستگی مخلوط های آسفالتی، نمونه های ساخته شده با ترکیب های متفاوتی از قیر و سنگدانه تحت انجام آزمایش خستگی به روش کشش غیرمستقیم قرار گرفتند. نتایج نشان داد که مخلوط های آسفالتی حاوی سنگدانه های سنگ آهک و قیر 85-100دارای بالاترین عمرخستگی در مقایسه با سایر مخلوط ها می باشند. زیرا سنگ آهک بدلیل مساحت سطح ویژه بالا دارای بالاترین میزان چسبندگی با قیر می باشد. علاوه براین نمونه های ساخته شده با قیر 85-100دارای مقدار انرژی آزاد چسبندگی بیشتری در مقایسه با نمونه های مشابه ساخته شده با قیر 60-70می باشند. از طرف دیگر قیر 85-100دارای مقادیر انرژی آزاد پیوستگی بزرگتری در مقایسه با قیر 60-70  است.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluating Fatigue Life of Asphalt Mixtures Using Surface Free Energy Parameters

نویسندگان [English]

  • F. Moghadas Nejad
  • A.R. Azarhoosh
Department of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Fatigue cracking is one of the main and dominant distresses of hot mix asphalt (HMA) at moderate temperatures. This distress happens mainly because of two reasons: 1) Cohesive fracture in the asphalt binder or mastic phase, and 2) Adhesive fracture at the interface of asphalt binder and aggregate. Therefore, one of the main features of the materials used in asphalt mixtures, which affects their fracture type, is the surface free energy (SFE) of asphalt binder and  aggregates. In this study, SFE components of aggregates and asphalt binders were respectively determined by universal sorption device (USD) and sessile drop (SD) tests. Also, to evaluate the effects of adhesive and cohesive parameters on the
fatigue life of asphalt mixtures, the samples prepared with different combinations of asphalt binder and aggregate were examined by indirect tensile fatigue test. Results showed that the asphalt mixtures with limestone aggregates and asphalt binder 85-100 had the highest fatigue life compared to the mixtures produced by other aggregates. This feature can be caused by three parameters: 1) Limestone due to the high specifc surface area has the highest adhesion with asphalt binder. 2) By using the asphalt binder 85-100, greater adhesion energy was created between the asphalt binder and aggregate, which increased the energy required for separating the asphalt binder from the aggregate surface and the occurrence of adhesion rapture distress. 3) By using asphalt binder 60-70 caused less signifcant free energy of cohesion in the asphalt binder which resulted in the increased possibility of distress in mastic. 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hot mix asphalt
  • Fatigue Cracking
  • surface free energy
  • Adhesion
  • Cohesion

مراجع

[1] Y. Huang, R.N. Bird, O. Heidrich, A review of the use of recycled solid waste materials in asphalt pavements, Resources, Conservation and Recycling, 52(1) (2007) 58-73.
[2] D. Cheng, D. Little, R. Lytton, J. Holste, Surface energy measurement of asphalt and its application to predicting fatigue and healing in asphalt mixtures, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, (1810) (2002) 44-53.
[3] D. Packham, Work of adhesion: contact angles and contact mechanics, International journal of adhesion and adhesives, 16(2) (1996) 121-128.
[4] A. Bose, Measurement of work of adhesion between asphalt and rock, Unpublished Report. Rhode Island: Department of Chemical Engineering, University of Rhode Island, (2002).
[5] G.H. Hamedi, F. Moghadas Nejad, Using energy parameters based on the surface free energy concept to evaluate the moisture susceptibility of hot mix asphalt, Road Materials and Pavement Design, 16(2) (2015) 239- 255.
[6] G.H. Hamedi, F. Moghadas Nejad, K. Oveisi, Investigating the effects of using nanomaterials on moisture damage of HMA, Road Materials and Pavement Design, (ahead-ofprint) (2015) 1-17.
[7] M. Arabani, G.H. Hamedi, Using the surface free energy method to evaluate the effects of polymeric aggregate treatment on moisture damage in hot-mix asphalt, Journal of Materials in Civil Engineering, 23(6) (2010) 802-811.
[8] M. Arabani, G.H. Hamedi, Using the surface free energy method to evaluate the effects of liquid antistrip additives on moisture sensitivity in hot mix asphalt, International Journal of Pavement Engineering, 15(1) (2014) 66-78.
[9] M. Arabani, H. Roshani, G.H. Hamedi, Estimating moisture sensitivity of warm mix asphalt modifed with zycosoil as an antistrip agent using surface free energy method, Journal of Materials in Civil Engineering, 24(7)(2011) 889-897.
[10] F. Moghadas Nejad, G.H. Hamedi, A. Azarhoosh, Use of Surface Free Energy Method to Evaluate Effect of Hydrate Lime on Moisture Damage in Hot-Mix Asphalt, Journal of Materials in Civil Engineering, 25(8) (2012) 1119-1126.
[11] E. Masad, V. Castelo Branco, D. Little, R. Lytton, An improved method for the dynamic mechanical analysis of fatigue failure of sand asphalt mixtures, Federal Highway Administration, Texas Transportation Institute, Texas A&M University, FHWA/473630, (2006).
[12] D.N. Little, A. Bhasin, A. Hefer, Using surface energy measurements to select materials for asphalt pavement, Transportation Research Board, 2006.
[13] C.J. Van Oss, M.K. Chaudhury, R.J. Good, Interfacial Lifshitz-van der Waals and polar interactions in macroscopic systems, Chemical Reviews, 88(6) (1988)
 927-941.
[14] ASTMD6927-15, Standard Test Method for Marshall Stability and Flow of Asphalt Mixtures, in: ASTM 93.080.20, 2015.
[15] A. Bhasin, Development of methods to quantify bitumen-aggregate adhesion and loss of adhesion due to water, Texas A&M University, 2007.
[16] A.W. Hefer, A. Bhasin, D.N. Little, Bitumen surface energy characterization using a contact angle approach, Journal of Materials in Civil Engineering, (2006).
[17] BSEN, Test methods for hot mix asphalt, part 24: resistance to fatigue, in: British Standard Institution 12697-24, 2012.
[18] K.D. Stuart, Moisture damage in asphalt mixtures-a state-of-the-art report, (1990).
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 50، شماره 2
خرداد و تیر 1397
صفحه 365-376

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار