شماره ركورد
33847
پديد آورنده
حسين توكلي
عنوان
بررسي رفتار مكانيك شكست و عملكرد مخلوط آسفالتي داغ (HMA) اصلاحشده با نانوكريستال سلولز (CNC)
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران - راه و ترابري
سال تحصيل
1401-1404
تاريخ دفاع
1404/06/15
استاد راهنما
پويان ايار
استاد مشاور
محمدرضا محمدعليها
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
افزايش دوام و عملكرد مخلوطهاي آسفالتي همواره يكي از اولويتهاي اساسي پژوهشگران حوزه روسازي راه بوده است و بهرهگيري از فناوري نانو نيز بهعنوان رويكردي نوين براي ارتقاء اين ويژگيها مطرح شده است. نانوكريستال سلولز (CNC) بهدليل خواص مكانيكي مطلوب، زيستسازگاري و منشأ تجديدپذير، بهعنوان افزودني نوآورانه در روسازي مطرح شده، اما پژوهشهاي جامع درباره تأثير آن بر عملكرد مخلوطهاي آسفالتي، بهويژه در دماهاي پايين، همچنان محدود است. هدف اصلي اين پژوهش، بررسي عملكرد مخلوط آسفالتي داغ (HMA) اصلاحشده با CNC در شرايط دماي پايين، پيرشدگي و چرخه ذوب و يخ با استفاده از رويكرد مكانيك شكست و طرح مخلوط متعادل (BMD) است. در اين پژوهش، از آزمون FTIR براي بررسي پيرشدگي قير استفاده گرديد كه با توجه به شاخصهاي پيرشدگي مانند كربونيل، بهبود 80 درصدي در پيرشدگي در قير حاوي CNC مشاهده شد. ترك خوردگي مخلوطهاي HMA حاوي CNC در سطوح 0، 0.5، 1 و 1.5 درصد وزني قير، با استفاده از آزمونهاي شكست نيمدايرهاي (SCB) در مودهاي I و II در شرايط دماي پايين (0، 10-، 20- درجه سانتيگراد)، پيرشدگي و چرخه ذوب و يخ ارزيابي شد. به طور كلي CNC باعث افزايش معنيدار پارامترهاي شكست، كاهش پيرشدگي و كاهش حساسيت رطوبتي نمونههاي تحت چرخه ذوب و يخ به ويژه در سطح 1 درصد شد. در حالتهاي پيرشدگي و چرخه ذوب و يخ، با توجه به معناداري نسبتا پايين پارامتر انرژي شكست بدست آمده از آزمون ANOVA ، با استفاده از روشهاي توزيع نرمال و مدلهاي يادگيري ماشين از جمله رگرسيون خطي، نزديكترين همسايه (KNN)، جنگل تصادفي و درخت تصميم گسترش دادهها تا 15 تكرار انجام پذيرفت. سپس با استفاده از تحليل حساسيت مبتني بر P-value، تعداد تكرارهاي آزمايشگاهي مناسب به منظور دستيابي به معناداري آماري در شرايط فوق پيشنهاد گرديد. همچنين از آزمون هاي شاخص انعطافپذيري ايلينوي (I-FIT)، خزش ديناميكي و حساسيت رطوبتي نيز در قالب طرح مخلوط متعادل استفاده شد. نتايج نشان داد كه افزودن CNC تا سطح 1 درصد باعث بهبود همزمان در مقاومت به شيارشدگي، تركخوردگي و حساسيت رطوبتي ميشود و اين مقدار بهعنوان سطح بهينه پيشنهاد شد. در مجموع، يافتههاي اين پژوهش نشان ميدهد كه نانوكريستال سلولز، بهعنوان يك افزودني نوظهور و پايدار، توان ارتقاء عملكرد مكانيكي و دوام مخلوطهاي آسفالتي را دارا بوده و ميتواند زمينهساز طراحي روسازيهايي با عملكرد بهتر و پايدارتر در شرايط واقعي بهرهبرداري باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/07/27
عنوان به انگليسي
Investigation of the Fracture Mechanics Behavior and Performance of Hot Mix Asphalt (HMA) Modified with Cellulose Nanocrystals (CNC)
تاريخ بهره برداري
9/6/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
حسين توكلي
چكيده به لاتين
Enhancing the durability and performance of asphalt mixtures has always been one of the fundamental priorities in pavement engineering, and the use of nanotechnology has emerged as a novel approach for achieving these improvements. Cellulose nanocrystals (CNC), owing to their favorable mechanical properties, biocompatibility, and renewable origin, have been introduced as an innovative additive in asphalt pavements. However, comprehensive investigations into their effects on asphalt mixture performance, particularly at low temperatures are still limited. The main objective of this study was to evaluate the performance of CNC-modified hot mix asphalt (HMA) under low-temperature conditions, aging, and freeze–thaw cycles, using a fracture mechanics approach and the Balanced Mix Design (BMD) framework. The FTIR test was employed to assess asphalt binder aging, where an 80% improvement in aging resistance was observed in CNC-modified asphalt binder based on carbonyl content index. Cracking behavior of HMA mixtures with 0, 0.5, 1, and 1.5% CNC was evaluated using Semi-Circular Bending (SCB) tests under Modes I and II at low temperatures (0, –10, –20 °C), as well as under aging and freeze–thaw cycles. Overall, CNC significantly enhanced fracture parameters, improved aging resistance, and reduced moisture susceptibility under freeze–thaw conditions, particularly at the 1% level. Given the relatively low statistical significance of fracture energy parameter in aging and freeze–thaw conditions as revealed by ANOVA, data augmentation up to 15 repetitions was performed using normal distribution methods and machine learning models, including linear regression, KNN, random forest, and decision tree. Subsequently, a P-value-based sensitivity analysis was carried out to determine the appropriate number of laboratory repetitions required to achieve statistical significance. In addition, I-FIT, dynamic creep, and moisture susceptibility tests were also conducted within the BMD framework. The results demonstrated that CNC addition up to 1% simultaneously improved rutting resistance, cracking resistance, and moisture susceptibility, with 1% identified as the optimal dosage. Overall, the findings of this research confirm that CNC, as an emerging and sustainable additive, has the potential to enhance the mechanical performance and durability of asphalt mixtures and can pave the way for designing pavements with superior and more reliable performance under real service conditions
كليدواژه هاي فارسي
نانوكريستال سلولز , مخلوط آسفالتي داغ , مكانيك شكست , طرح مخلوط متعادل , پيرشدگي , چرخه ذوب و يخ
كليدواژه هاي لاتين
Cellulose nanocrystals , Hot Mix Asphalt , Fracture Mechanics , Balanced Mix Design , Aging , Freeze-Thaw Cycle
Author
Hossein Tavakoli
SuperVisor
Pooyan Ayar