• 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