ارزیابی دوام رطوبتی مخلوط آسفالتی اصلاح‌شده با نانو تیتانیوم دی‌اکسید با استفاده از انرژی آزاد سطحی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید بهشتی

2 دانشجوی دکترا دانشگاه صنعتی امیرکبیر

3 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد واحد تهران جنوب، تهران، ایران

4 استاد تمام، دانشکده مهندسی عمران و محیط‌زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

خرابی رطوبتی یکی از خرابی‌های متداول روسازی آسفالتی است که بدلیل حضور آب و تاثیر آن بر ویژگی‌های مکانیکی مخلوط به وقوع می‌پیوندد. از جمله راهکارهایی که این رخداد را به تاخیر می‌اندازد، استفاده از مواد نانو به عنوان افزودنی می‌باشد. در این تحقیق با بکاربردن نانو TiO2، اثر استفاده از نانو مواد بر پتانسیل حساسیت رطوبتی مخلوط با استفاده از روش انرژی آزاد سطحی، آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم (ITS) و مدول برجهندگی(Mr) مورد بررسی قرار گرفت. نمونه-های آسفالتی از قیرخالص با درجه نفوذ 100/85 و قیر اصلاح‌شده حاوی 3 و 6% وزنی نانو TiO2 و مصالح سنگی گرانیت ساخته شد. نتایج بخش قیر بیان می‌کند که با اصلاح قیر بوسیله نانو TiO2، مولفه اسیدی انرژی آزاد سطحی کاهش و مولفه بازی آن افزایش می‌یابد و این باعث افزایش چسبندگی بین قیر و مصالح سنگی در حضور آب شده است. از طرف دیگر با افزایش مولفه غیرقطبی، انرژی آزاد پیوستگی قیر نیز افزایش می‌یابد. همچنین اضافه کردن نانو TiO2 نسبت مقاومت کشش غیرمستقیم (TSR) را 10% افزایش داده و کاهش این نسبت در طی سیکل‌های ذوب و یخبندان برای مخلوط‌های اصلاح شده، در قیاس با مخلوط‌های کنترلی کمتر بوده است. انرژی جداشدگی بین قیر-مصالح سنگی نیز با اصلاح قیر بوسیله نانو مواد، کاهش یافته و باعث افزایش مقاومت مصالح در برابر عریان‌شدگی شده است. نتایج مدول برجهندگی حاکی از آن است که اصلاح قیر با نانو TiO2 افزایش 12% در مدول برجهندگی داشته است. مشابه روند TSR، مقادیر RMR نیز برای مخلوط اصلاح‌شده در حدود 10% بیش‌تر شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Moisture Durability of Modified Asphalt Mixture with Nano-Titanium Dioxide Using Surface Free Energy Method

نویسندگان [English]

  • Alireza Mahpour 1
  • Mojtaba Khodadadi 2
  • Moammad Shahraki 3
  • Fereydoun Moghadas Nejad 4
1 Shahid Beheshti University
2 Ph.D. Condidate of Road & Transportation Engineering, Department of Civil & Environmental Engineering, Amirkabir University of technology
3 MSc. Student, Islamic Azad University/ Faculty of Engineering, Tehran, Iran
4 Professor, Amirkabir University/ Faculty of Civil & Environmental Engineering, Tehran, Iran
چکیده [English]

Moisture damage is one of the forms of asphalt pavement distress that occurs due to the presence of water and its effect on the mechanical properties of the asphalt mixture. Using nanomaterial as additives is one of the solutions that delays this event and increases the durability of the mixture. In this study, the effect of nanomaterial (nano-TiO2) on the moisture susceptibility of asphalt mixtures was investigated using surface free energy method, indirect tensile strength test (ITS) and resilient modulus (Mr). Asphalt samples were fabricated by neat bitumen with a penetration grade of 85/100 and Siliceous aggregate. The bitumen was modified with 3and 6% (weight of bitumen) of Nano-TiO2. The results of the bitumen section indicate that by modifying the bitumen with Nano-TiO2, the acidic component of surface free energy decreases and its basic component increases. On the other hand, as the non-polar component increases, the bitumen's free energy would be increased. The addition of nano-TiO2 to the asphalt mixture also increased the TSR. TSR reduction through the different freezing-thaw cycles for the modified mixtures was less compared to the control mixtures. The separation energy between bitumen-rock materials is also reduced by modifying the bitumen with this nanomaterial. Therefore, it improves the stripping resistance of the asphalt mixture. In addition, the results of resilient modulus indicate that bitumen modification with Nano-TiO2 increased the Mr values. Similar to changes in the TSR, the RMR value has been increased for the modified HMA and it increased the hot mix asphalt durability.

کلیدواژه‌ها [English]

  • moisture damage
  • Nano-TiO2
  • Cohesion and Adhesion
  • Indirect tensile strength
  • and Resilient modulus