بررسی مکانیزم خرابی رطوبتی در مخلوط های آسفالتی با استفاده از پارامترهای ترمودینامیک و طرح اختلاط

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی امیر کبیر

2 عمران،فنی مهندسی،دانشگاه آزاد واحد علوم تحقیقات تهران،تهران،ایران

چکیده

خرابی رطوبتی در مخلوط­های آسفالتی از دست دادن مقاومت و دوام ناشی از حضور آب تعریف می ­شود. عدم ارتباط مکانیزم خرابی در آزمایشگاه و شرایط میدانی، عدم اندازه­ گیری خصوصیات موثر مواد و نقش آنها، عدم ارائه راهکار اصلاحی و سایر کمبودهای روش­ های آزمایشگاهی موجود برای تعیین حساسیت رطوبتی باعث شده است که محققین در سال ­های اخیر به فکر ارائه روش­ هایی بر پایه پارامترهای موثر در رخداد خرابی باشند. بر این اساس، این پژوهش تالشی برای ارائه مدل پیش­ بینی حساسیت رطوبتی با استفاده از پارامترهای ترمودینامیک و طرح اختلاط است که بتواند عملکرد مخلوط آسفالتی در برابر رطوبت را پیش­بینی و تحلیل کند. 24 ترکیب مختلف مخلوط آسفالتی با استفاده از سه نوع سنگدانه با عملکرد مختلف در برابر رطوبت، دو نوع قیر و سه نوع افزودنی در پژوهش حاضر مورد بررسی قرار گرفته­اند. مولفه­ های انرژی آزاد سطحی قیر و سنگدانه به ترتیب با استفاده از روش قطره چسبان و دستگاه جذب همگانی اندازه­گیری شده­اند. برای ارائه مدل پیش­بینی عملکرد حساسیت رطوبتی مخلوط آسفالتی از شبیه ­سازی شرایط طبق استاندارد T283 AASHTO استفاده و آزمایش مدول برجهندگی به صورت کشش غیرمستقیم در شرایط خشک و مرطوب انجام شده است. نتایج این پژوهش نشان می ­دهد که استفاده از افزودنی­ های ضدعریان شدگی به طور کلی می ­تواند عملکرد مخلوط آسفالتی در برابر رطوبت را بهبود دهد اما نوع و درصد این افزودنی ­ها باید با توجه به نوع سنگدانه، نوع قیر و ویژگی­های طرح اختالط مخلوط آسفالتی تعیین شوند. بر اساس مدل ارائه ­شده می­ توان گفت پارامترهای انرژی آزاد پیوستگی، انرژی آزاد چسبندگی قیر-سنگدانه در شرایط خشک، قابلیت پوشش ­دهی سنگدانه توسط قیر، مساحت سطح ویژه سنگدانه ­ها و ضخامت ظاهری غشای قیر روی سطح سنگدانه به صورت مستقیم و انرژی آزادشده سیستم در هنگام رخداد عریان­شدگی، درصد اشباع و نفوذپذیری مخلوط آسفالتی به صورت معکوس بر مقاومت مخلوط آسفالتی در برابر خرابی رطوبتی تاثیر قابل توجه دارند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigate the Moisture Damage Mechanism in Asphalt Mixtures Using Thermodynamic Parameters and Mixing Design

نویسندگان [English]

  • Fereydoon Moghaddasnezhad 1
  • mohyedin asadi 2
1 Amirkabir University of Technology
2 Civil،Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran,Iran
چکیده [English]

 Moisture damage in asphalt mixtures is defined by loss of strength and durability due to water availability. The lack of correlation between the damage mechanism in the laboratory and the field conditions, the lack of measurement of the effective properties of the materials and their role, the lack of a corrective strategy and other shortcomings of existing laboratory methods to determine the moisture sensitivity has led researchers in recent years to consider providing methods based on effective parameters in damage events. Accordingly, this study is an attempt to provide a prediction model of moisture sensitivity using thermodynamic parameters and mixing design that can predict and analyze the asphalt mixture’s performance against moisture. 24 different combinations of asphalt mixtures have been investigated using three types of aggregate with different performance against moisture, two types of asphalt binder and three types of additives in this study. The surface free energy components of asphalt binder and aggregate were measured using a sticky drops and a general absorption device, respectively. To provide a prediction model for the performance of the moisture sensitivity of asphalt mixtures, the simulation of the conditions according to AASHTO T283 standard has been used and the indirect tensile resilient modulus test in dry and wet conditions has been performed. The results of this research indicate that the use of anti-stripping additives can generally improve the performance of asphalt mixtures against moisture, but the type and percentage of these additives should be determined according to the type of aggregate, the type of asphalt binder and the properties of the mixing plan for asphalt mixture. According to the proposed model, it can be said that the parameters of cohesive free energy, adhesive free energy of asphalt binder-aggregate in dry conditions, the coating of aggregates by asphalt binder, the specific surface area of the aggregates and the apparent thickness of the asphalt binder membrane on the aggregate surface directly and the energy released by the system during the occurrence of stripping, the percentage of saturation and the permeability of the asphalt mixture, inversely affect the asphalt mix’s strength against moisture damage

کلیدواژه‌ها [English]

  • Asphalt Mixture
  • Moisture Damage
  • Lattman Modified Test
  • Resilient Modulus
  • Surface Free Energy

مراجع

[1]  P. Naidoo, S. Logaraj, A.D. James, Adhesion and cohesion
modifiers for asphalt, in, Google Patents, 2013.
[2]  B.D. Shah, Evaluation of moisture damage within asphalt concrete mixes, Texas A&M University, 2003.
[3]  D.N. Little, D. Jones, Chemical and mechanical processes of moisture damage in hot-mix asphalt pavements, in: Nation- al seminar on moisture sensitivity of asphalt pavements, 2003, pp. 37-70.
[4]  D.N. Little, D. Jones, Chemical and mechanical processes of moisture damage in hot-mix asphalt pavements, in: Trans- portation Research Board National Seminar, San Diego, CA, USA, 2003, pp. 37-70.
[5]  J.-S. Chen, K.-Y. Lin, S.-Y. Young, Effects of crack width and permeability on moisture-induced damage of pavements, Journal of Materials in Civil Engineering, 16(3) (2004) 276- 282.
[6]   R.G. Hicks, Moisture damage in asphalt concrete, Trans- portation Research Board, 1991.
[7]  J. Epps, E. Berger, J. Anagnos, Treatments, in: Moisture Sensitivity of Asphalt Pavements-A National Seminar, 2003.
[8]   M. Solaimanian, J. Harvey, M. Tahmoressi, V. Tandon, Test methods to predict moisture sensitivity of hot-mix asphalt pavements, in: Transportation Research Board National Semi- nar. San Diego, California, 2003, pp. 77-110.
[9] A. Standard, D7369,“, Standard Test Method for Determin- ing the Resilient Modulus of Bituminous Mixtures by Indirect Tension Test”, ASTM International, West Conshohocken, PA, (2003).
[10]  P.E. Sebaaly, Comparison of lime and liquid additives on the moisture damage of hot mix asphalt mixtures, Arlington (Virginia, USA): National Lime Association, (2007).
[11]   D.W. Christensen, R.F. Bonaquist, Volumetric require- ments for Superpave mix design, Transportation Research Board, 2006.
[12]  B. Choubane, G.C. Page, J.A. Musselman,  Investigation of water permeability of coarse graded superpave pavements, Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 67 (1998).
[13]   L.A. Cooley, E.R. Brown, Selection and evaluation of field permeability device for asphalt pavements, Transporta- tion Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 1723(1) (2000) 73-82.
[14]    G. Maupin, Asphalt permeability testing in Virginia, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 1723(1) (2000) 83-91.
[15]    J.R. Westerman, AHTD’s experience with superpave pavement permeability, in: Arkansas Superpave Symposium, 1998, pp. 82-99.
[16]  B. Huang, L.N. Mohammad, P. Chris Abadie, Fundamen- tals of Penneability in Aspbalt Mixtures, in: The Annual Meet- ing of the Association of Asphalt Paving Technologist, 1999.
[17]  E. Masad, B. Birgisson, A. Al-Omari, A. Cooley, Analysis of permeability and fluid flow in asphalt mixes, in: Proceed- ings of the 82nd Transportation Research Board Annual Meet- ing, CD-ROM Washington, DC, 2003.
[18]  G.H. Hamedi, F. Moghadas Nejad, Evaluating the Effect of Mix Design and Thermodynamic Parameters on Moisture Sensitivity of Hot Mix Asphalt, Journal of Materials in Civil Engineering, 29(2) (2016) 04016207.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 51، شماره 3
مرداد و شهریور 1398
صفحه 425-436

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار