شماره ركورد
33140
پديد آورنده
يوسف امجديان
عنوان
ارائه مدل پيش بيني مقاومت شيارشدگي و ترك خوردگي مخلوط آسفالتي حاوي تراشه آسفالت (RAP) و جوانسازهاي لاستيكي در دماي بالا و مياني در سطوح مختلف پير شدگي به روش آزمايشگاهي - عددي
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي عمران گرايش راه و ترابري
سال تحصيل
1397
تاريخ دفاع
1403/11/21
استاد راهنما
دكتر حسن زياري
استاد مشاور
دكتر پويان ايار
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
امروزه به واسطه افزايش قيمت قير، كمبود منابع سنگدانه و همچنين مشكلات زيست محيطي ناشي از توليد آسفالت، استفاده از تراشه آسفالت (RAP) مورد توجه محققين قرار گرفته است. افزودن RAP به مخلوط آسفالتي، سبب افزايش سختي و در نتيجه افزايش پتانسيل وقوع ترك خوردگي خواهد شد. براي حل اين مشكل راهكارهايي از جمله استفاده از قير نرم، افزودنيهاي آسفالت نيمه گرم و مواد جوانساز پيشنهاد شده است. در شرايط استفاده از مقادير بالاي RAP، مواد جوانساز روش موثري براي كاهش سختي مخلوط خواهند بود. تا كنون مطالعات متعددي به بررسي تاثير مواد جوانساز بر خواص ترك خوردگي قير پير شده و مخلوط آسفالتي پرداختهاند كه وجه مشترك اغلب آنها اين بوده كه موضوع پير شدگي مجدد مخلوط بازيابي شده مورد توجه قرار نگرفته است. از ديگر مسايل مهم در استفاده از تراشه آسفالت و مواد جوانساز آن است كه اگرچه مواد جوانساز مقاومت در برابر ترك خوردگي را افزايش ميدهند اما از طرف ديگر با كاهش سختي تراشه آسفالت به واسطه استفاده از اين مواد، پتانسيل وقوع شيارشدگي افزايش مييابد. لذا با توجه به خلا تحقيقاتي موجود، در اين پژوهش رفتار شيار شدگي و ترك خوردگي مخلوط آسفالتي حاوي مقادير مختلف تراشه آسفالت و اصلاح شده با انواع مواد جوانساز مختلف، پس از پير شدگي كوتاه مدت و بلند مدت به روش آزمايشگاهي و عددي بررسي ميگردد.
در اين پژوهش نمونههاي آسفالتي حاوي مقادير 25، 50 و 75 درصد تراشه آسفالت به كمك جوانسازهاي روغن خوراكي بازيافتي و روغن موتور بازيافتي، بازيابي شدند. همچنين با اختلاط روغنهاي بازيافتي با 25 درصد وزني پودر لاستيك، دو نوع مواد جوانساز اصلاح شده با پودر لاستيك تهيه گرديد كه جهت جوانسازي مخلوط تراشه آسفالت مورد استفاده قرار گرفتند. مقدار بهينه قير و مواد جوانساز مختلف به ترتيب به كمك روش طرح اختلاط مارشال و آزماش درجه نفوذ تعيين گرديد. همچنين جهت تهيه مخلوط آسفالتي از قير با درجه نفوذ 70/60 و سنگدانههاي آهكي با حداكثر اندازه اسمي 12.5 ميليمتر استفاده شد. در ادامه به منظور بررسي رفتار ترك خوردگي، شيار شدگي و حساسيت رطوبتي مخلوطهاي تراشه آسفالت، نمونههاي مختلف در دو سطح پير شدگي كوتاه مدت و بلند مدت تحت آزمايشهاي مدول ديناميكي، خزش ديناميكي، شكست SCB و آزمايش كشش غير مستقيم در دو حالت تر و خشك قرار گرفتند. جهت اعمال پيرشدگي كوتاه مدت، مخلوطهاي مختلف پيش از تراكم، به مدت 4 ساعت در دماي 135 درجه سانتيگراد نگهداري شده و جهت اعمال پير شدگي بلند مدت، نمونههاي تحت پيرشدگي كوتاه مدت، متراكم گرديده و به مدت 4 روز در دماي 85 درجه سانتيگراد قرار گرفتند. پس از بررسي آزمايشگاهي مخلوطهاي مختلف، رفتار شيارشدگي و ترك خوردگي مخلوطهاي تراشه آسفالت به كمك روش آناليز المان محدود مورد بررسي قرار گرفت. به اين منظور دال آسفالتي آزمايش ويل ترك و نمونه SCB در برنامه آباكوس تعريف گرديده و به منظور اعتبار سنجي مدل، نتايج حاصل از آناليز مدل با نتايج آزمايش شيار شدگي ويل ترك و آزمايش شكست SCB مقايسه گرديد. در مدل آناليز المان محدود، رفتار مخلوط آسفالتي جهت بررسي رفتار شيار شدگي به صورت ويسكوپلاستيك و جهت بررسي رفتار ترك خوردگي به صورت ويسكوالاستيك تعريف شد. پس از اعتبار سنجي مدل آناليز المان محدود، به كمك اين مدل تاثير پارامترهاي مختلف بر مقدار شيار شدگي و همچنين شدت تنش نوك ترك مخلوط تراشه آسفالت بررسي گرديد. در ادامه بر اساس روش رگرسيون خطي چند متغيره، روابط رياضي حاكم ميان پارامترهاي مورد بررسي با عمق شيار و همچنين شدت تنش نوك ترك تعيين گرديد.
بر اساس نتايج به دست آمده، پيش از اعمال پيرشدگي مجدد، مخلوطهاي حاوي جوانسازهاي اصلاح شده با پودر لاستيك نسبت به نمونههاي حاوي جوانساز خالص عملكرد بهتري داشته و بدون تغيير در نتايج مقاومت ترك خوردگي، در برابر شيار شدگي مقاومت بهتري از خود نشان دادهاند. همچنين بعد از اعمال پيرشدگي، مخلوطهاي تراشه آسفالت حاوي جوانسازهاي اصلاح شده با پودر لاستيك در برابر ترك خوردگي مقاومتتر از مخلوطهاي حاوي جوانساز خالص هستند. لذا جوانسازهاي اصلاح شده با پودر لاستيك نه تنها قبل از پيرشدگي مجدد، سبب افزايش مقاومت در برابر شيارشدگي شده، بلكه به دليل مقاومت نسبتا بالاي آنها در برابر پيرشدگي، از افت چشمگير مقاومت در برابر ترك خوردگي در نمونههاي تراشه آسفالت بعد از پيرشدگي مجدد جلوگيري ميكنند. طبق نتايج حاصله از آزمايشهاي صورت گرفته، در نمونههاي حاوي جوانساز اصلاح شده با پودر لاستيك، مقاومت شيار شدگي قبل از اعمال پيرشدگي حدود 40 تا 70 درصد و مقاومت در برابر ترك خوردگي بعد از اعمال پيرشدگي حدود 10 تا 40 درصد افزايش مييابد. نتايج حاصل از آناليز مدل المان محدود نشان ميدهد كه پارامترهاي نوع ماده جوانساز، درصد تراشه آسفالت، ضخامت لايه آسفالتي و مقدار فشار وارده به سطح دال آسفالتي از جمله پارامترهاي موثر در مقدار عمق شيار دال آسفالتي و پارامترهاي فشار وارده به سطح، ضخامت لايه آسفالت موجود، ضخامت لايه آسفالت رويه و عرض ترك از جمله پارامترهاي موثر بر شدت تنش نوك ترك در لايه آسفالتي روكش ميباشند. همچنين ميان عمق شيار حاصل از آناليز المان محدود با عدد رواني حاصل از آزمايش خزش ديناميكي در انتهاي فاز دوم همبستگي بالايي برقرار است. رابطه رياضي تعريف شده بر اساس نتايج آناليز مدل المان محدود جهت پيشبيني عمق شيار شدگي دال آسفالتي و شدت تنش نوك ترك در لايه آسفالتي داراي ضريب تعيين بالاي 90% است.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/12/25
عنوان به انگليسي
Presentation of a prediction model for the rutting and cracking resistance of asphalt mixtures containing recycled asphalt pavement (RAP) and crumb rubber-modified rejuvenators at high and intermediate temperatures under various aging conditions using laboratory-numerical methods
تاريخ بهره برداري
2/9/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
يوسف امجديان
چكيده به لاتين
Nowadays, due to the increasing price of bitumen, the scarcity of aggregate resources, and the environmental problems caused by asphalt production, the use of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) has attracted the attention of researchers. The use of RAP in the asphalt mixture will increase its hardness and thus increase the potential for cracking. To address this issue, solutions such as the use of polymer-modified bitumen, warm mix asphalt additives, and rejuvenating agents have been proposed. In conditions where high amounts of RAP are used, rejuvenating agents are an effective method to reduce the stiffness of the mixture. Numerous studies have examined the impact of rejuvenating agents on the cracking properties of aged bitumen and asphalt mixtures. A common issue in most of these studies is that teh re-aging of the rejuvenated RAP mixtures has not been evaluated. Another important issue in the use of RAP and rejuvenating agents is that, due to the reduction in the stiffness of the rejuvenated RAP mixtures, their resistance to rutting decreases. Therefore, considering the existing research gap, this study investigates the rutting and cracking behavior of asphalt mixtures containing various amounts of RAP and rejuvenating agents, after short-term and long-term aging, using experimental and numerical methods.
In this study, asphalt samples containing 25%, 50%, and 75% RAP were reclaimed using recycled cooking oil and recycled engine oil as rejuvenating agents. Additionally, by mixing the recycled oils with 25% by weight of crumb rubber, two types of crumb rubber modified rejuvenating agents were prepared and used to rejuvenate the RAP mixture. The optimum content of bitumen and different rejuvenating agents was determined by the Marshall Mix design method and the penetration grade test, respectively. To prepare the asphalt mixture, bitumen with a penetration grade of 60/70 and limestone aggregates with a nominal maximum size of 12.5 mm were used. Furthermore, to investigate the cracking, rutting, and moisture susceptibility behavior of the RAP mixtures, various samples were subjected to dynamic modulus, dynamic creep, SCB fracture, and indirect tensile strength tests in both dry and wet conditions after short-term and long-term aging. For short-term aging simiulation, the various mixtures were kept at 135°C for 4 hours before compaction, and for long-term aging simiulation, the short-term aged samples were compacted and kept at 85°C for 4 days. After the experimental investigation of the various mixtures, the rutting and cracking behavior of the RAP mixtures was investigated using the finite element analysis method. For this purpose, the asphalt slab of the Wheel Track test and the SCB specimen were defined in the ABAQUS software, and to validate the model, the results obtained from the model analysis were compared with the results of the Wheel Track rutting test and the SCB fracture test. In the finite element analysis model, the behavior of the asphalt mixture was defined as viscoplastic for investigating rutting behavior and as viscoelastic for investigating cracking behavior. After validating the finite element analysis model, the effect of various parameters on the amount of rutting and the stress intensity factor at the crack tip of the RAP mixture was investigated using this model. Subsequently, based on the multiple linear regression method, the governing mathematical relationships between the parameters under investigation and the rut depth, as well as the stress intensity factor at the crack tip, were determined.
Based on the results obtained, before re-aging, the mixtures containing crumb rubber modified rejuvenating agents performed better than the samples containing pure rejuvenating agents and showed better resistance to rutting without changing the cracking resistance results. Also, after aging, the RAP mixtures containing crumb rubber modified rejuvenating agents are more resistant to cracking than the mixtures containing pure rejuvenating agents. Therefore, the crumb rubber modified rejuvenating agents not only increase the rutting resistance before re-aging, but also prevent a significant drop in cracking resistance in the RAP samples after re-aging due to their relatively high resistance to aging. According to the results of the tests, in the samples containing crumb rubber modified rejuvenating agent, the rutting resistance increases by about 40 to 70% before aging, and the cracking resistance increases by about 10 to 40% after aging. The results of the finite element analysis model show that parameters such as the type of rejuvenating agent, the percentage of RAP, the thickness of the asphalt layer, and the amount of pressure applied to the surface of the asphalt slab are among the effective parameters in the amount of rut depth of the asphalt slab, and parameters such as the pressure applied to the surface, the thickness of the existing asphalt layer, the thickness of the surface asphalt layer, and the crack width are among the effective parameters on the stress intensity factor at the crack tip in the overlay asphalt layer. Also, there is a high correlation between the rut depth obtained from the finite element analysis and the flow number obtained from the dynamic creep test at the end of the second phase. The mathematical relationship defined based on the results of the finite element analysis model for predicting the rut depth of the asphalt slab and the stress intensity factor at the crack tip in the asphalt layer has a coefficient of determination above 90%.
كليدواژه هاي فارسي
مخلوط حاوي تراشه آسفالت , رفتار شيار شدگي و ترك خوردگي , جوانساز اصلاح شده با پودر لاستيك , پير شدگي مجدد , آناليز مدل المان محدود , پيش بيني عمق شيارشدگي , شدت تنش نوك ترك
كليدواژه هاي لاتين
Asphalt mixtures containing Reclaimed Asphalt Pavement , rutting and cracking behavior , crumb rubber-modified rejuvenator , re-aging , finite element model analysis , prediction of rut depth , crack tip stress intensity
Author
Youssef Amjadian
SuperVisor
Dr. Hassan Ziari