بررسی تأثیر ویژگی های ساختاری سنگدانه ها و اجزای انرژی آزاد سطحی قیر-سنگدانه بر روی حساسیت رطوبتی مخلوط های آسفالتی اصلاح شده با مواد ضد عریان شدگی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فنی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 عضو هیئت علمی دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه ارومیه

3 گروه عمران، دانشکده فنی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

رطوبت باعث آسیب رساندن به خواص قیر و چسبندگی قیر-سنگدانه در مخلوط های آسفالتی می‌شود. مطالعات بسیاری نشان می‌دهد که استفاده از افزودنی‌های ضد عریان‌شدگی می‌تواند به عنوان یکی از روش‌های مؤثر در بالا بردن مقاومت مخلوط‌های آسفالتی در مقابل خرابی رطوبتی مورد استفاده قرار گیرد. بر این اساس در این پژوهش، به بررسی مکانیسم تاثیر مواد ضد عریان‌شدگی نانو و مایع بر اساس روش‌های مکانیکی و ترمودینامیکی پرداخته شده است. 24 ترکیب مختلف مخلوط آسفالتی با استفاده از سه نوع سنگدانه، دو نوع قیر پایه و سه نوع افزودنی ضد عریان‌شدگی مورد بررسی قرارگرفته است. مؤلفه‌های انرژی آزاد سطحی قیر و سنگدانه با روش قطره چسبیده و دستگاه جذب جهانی و نسبت عمر خستگی مخلوط‌های آسفالتی از طریق آزمایش کشش غیرمستقیم اندازه‌گیری شده است. همچنین ویژگی های ساختاری سنگدانه ها با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی )SEM )مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده از افزودنی‌های نانو مواد باعث افزایش خاصیت آبگریزی و کاهش خاصیت آب‌دوستی در سنگدانه ها می‌شود. همچنین، استفاده از این نوع افزودنی‌ها باعث می‌شود که نسبت عمر خستگی و مقاومت کششی در مخلوط‌های آسفالتی افزایش یابد. مقادیر افزایش نسبت عمر خستگی بین 2 تا 9 درصد بوده است. مقدار افزایش عمر خستگی در شرایط مرطوب بین 10 تا 22 درصد بوده است. به علاوه، افزودنی‌های نانو مواد بر روی اجزای انرژی آزاد سطحی قیر، اجزای انرژی آزاد سطحی سنگدانه، انرژی چسبندگی قیر-سنگدانه و انرژی پیوستگی در مخلوط‌های آسفالتی تأثیر مثبت می‌گذارد و باعث بهبود عملکرد این مؤلفه‌ها در مقابل خرابی رطوبتی می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Effect of Characteristics of Aggregates and SFE components of Asphalt Binder-Aggregate on the Moisture Sensitivity of Asphalt Mixtures Modified with Anti-Stripping Agents

نویسندگان [English]

  • Yunes Azaryun 1
  • Hamid shirmohammadi 2
  • Gholam Hossein Hamedi 3
  • Davud Saedi 1
1 Faculty of Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Urmia University, Urmia
3 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

One of the most common failures that occur during the life of asphalt pavements is moisture damage. The penetration of water between asphalt binder and aggregate causes the gradual separation of asphalt binder from aggregates and the weakening of the bonding force between asphalt binder and aggregates. With the expansion of this type of failure, the durability and asphalt mix resistance decreases. Moisture damage is defined as loss of strength and durability in asphalt mixtures. Many studies have been done on the use of anti-stripping additives to improve the quality of asphalt mixtures against the moisture damage in asphalt mixtures using surface free energy and mechanical test. One of the ways to improve the performance of asphalt mixes against moisture damage is the use of anti-stripping materials, which are usually used with hydrated lime or liquid anti-stripping agents. The use of these materials with a number of technical problems. In this research, it has been tried to investigate the effect of nanomaterials and liquid anti-stripping materials on the basis of mechanical and thermodynamic methods. 24 different types of asphalt mixtures have been investigated using three types of aggregates, two types of base asphalt binder and three types of additives. Asphalt binder and aggregate surface free energy components are measured by Sessile drop method and Universal sorption device and the ratio of fatigue life of asphalt mixtures through indirect tensile strength test. The results of this study indicate that the use of nanomaterials and liquid anti-stripping improves strength of asphalt mixtures against the moisture. Also, using these additives will increase the fatigue life and tensile strength of the asphalt mixture. Increasing in the fatigue life ratio was between 2-9%. The increase in fatigue life in wet conditions has been between 10-22%. Additionally, nanomaterial additives have a positive effect on the surface free energy components of asphalt binder, the surface free energy of aggregates, the free energy of adhesion between asphalt binder-aggregate, the debonding energy of asphalt binder and aggregates, and the cohesion free energy of asphalt binders, and improve the performance of these structures against moisture damage.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Asphalt mixtures
  • Anti-stripping additives
  • Surface free energy theory
  • Indirect tensile strength test
  • fatigue life
[1]N. M. Wasiuddin, Effect of additives on surface free energy characteristics of aggregates and binders in hot mix asphalt, The University of Oklahoma, 2007.
[2]R.G. Hicks, Moisture damage in asphalt concrete, Transportation Research Board, 1991.
[3]Gh. H. Hamedi, Effects of polymeric coating the aggregate surface on reducing moisture sensitivity of asphalt mixtures, International Journal of Civil Engineering,16(9)(2018)1097-1107.
[4]Gh. H. Hamedi. Evaluating the effect of asphalt binder modification using nanomaterials on the moisture damage of hot mix asphalt, Road Materials and Pavement Design Journal, 18(6) (2017) 1375-1394.
[5]Gh. H. Hamedi, F.M. Moghadas Nejad, The employment of thermodynamic and mechanical methods to evaluate the impact of nanomaterials on moisture damage of HMA, Materials and Structures Journal, 49(11) (2016) 4483-4495.
[6]J. St Martin, L. Cooley Jr, H.R. Hainin, Production and construction issues for moisture sensitivity of hot-mix asphalt pavements, in:  Moisture Sensitivity of Asphalt Pavements-A National SeminarCalifornia Department of Transportation; Federal Highway Administration; National Asphalt Pavement Association; California Asphalt Pavement Alliance; and Transportation Research Board., 2003.
[7]M. Solaimanian, J. Harvey, M. Tahmoressi, V. Tandon, Test methods to predict moisture sensitivity of hot-mix asphalt pavements, in:  Moisture Sensitivity of Asphalt Pavements-A National SeminarCalifornia Department of Transportation; Federal Highway Administration; National Asphalt Pavement Association; California Asphalt Pavement Alliance; and Transportation Research Board., 2003.
[8]J. Scherocman, K. Mesch, J. Proctor, The Effect of Multiple Freez-Thaw Cycle Conditioning on the Moisture Damage in Asphalt Concrete Mixtures:  Association of Asphalt Paving Technologists Proc, 1986.
[9]R. Lytton, Adhesive fracture in asphalt concrete mixtures. Chapter in Youtcheff, J, in, Press, 2004.
[10]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.
[11]G. Elphingstone, Adhesion and cohesion in asphaltaggregate systems, Texas A&M University, Texas, 1997.
[12]H.F. Abandansari, A. Modarres, Investigating effects of using nanomaterial on moisture susceptibility of hot-mix asphalt using mechanical and thermodynamic methods, Construction and Building Materials, 131 (2017) 667-675.
[13]Z. Kordi, G. Shafabakhsh, Evaluating mechanical properties of stone mastic asphalt modified with Nano Fe2O3, Construction and Building Materials, 134 (2017) 530-539.
[14]A. Akbari, A. Modarres, Effect of clay and lime nanoadditives on the freeze–thaw durability of hot mix asphalt, Road Materials and Pavement Design, 18(3) (2017) 646-669.
[15]G.H. Hamedi, Investigating the use of nano coating over the aggregate surface on moisture damage of asphalt mixtures, International Journal of Civil Engineering, 16(6) (2018) 659-669.
[16]G.H. Hamedi, F. Moghadas Nejad, Use of aggregate nanocoating to decrease moisture damage of hot mix asphalt, Road Materials and Pavement Design, 17(1) (2016) 32-51.
[17]G.H. Hamedi, F. Moghadas Nejad, K. Oveisi, Investigating the effects of using nanomaterials on moisture damage of HMA, Road Materials and Pavement Design, 16(3) (2015) 536-552.
[18]A. Bhasin, Development of methods to quantify bitumenaggregate adhesion and loss of adhesion due to water, Texas A&M University, 2007.
[19]G.H. Hamedi, Moisture Damage of Asphalt Mixtures Modeling Based on Surface Free Energy Theory, Amirkabir University of Technology, Tehran, 2015.
[20]K. Stuart, Moisture damage in asphalt mixtures-a stateof-the-art report,  (1990).