شماره ركورد
34039
پديد آورنده
مهدي ابراهيم زاده شيراز
عنوان
ارائه مدل پيشبيني عمر خستگي مخلوطهاي آسفالتي پليمري پيرشده
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي
رشته تحصيلي
مهندسي عمران- راه و ترابري
سال تحصيل
1395
تاريخ دفاع
1404/01/25
استاد راهنما
محمود عامري
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
با توجه به اهميت پديدهي خستگي در كاهش دوام روسازيها، ضرورت شناخت عملكرد درازمدت آنها و گسترش كاربرد پليمرها در صنعت روسازي، در اين پژوهش با بهكارگيري رويكردي تحليلي يكپارچه، رفتار خستگي قير و مخلوط آسفالتي بهصورت همزمان مورد ارزيابي قرار گرفته است. همچنين، نتايج آزمون LAS و معيارهاي شكست مرتبط با آن اعتبارسنجي شده و در ادامه، مدلي براي پيشبيني عمر خستگي مخلوطهاي آسفالتي پليمري در شرايط پيرشدگي مختلف ارائه شده است. ابتدا تركيبات قير پليمري حاوي چهار واكس (دو واكس توليد داخل اسلك و پلياتيلن ضايعاتي و دو واكس وارداتي ساسوبيت و ديوركس) و قير پليمري بدون واكس تهيه شدند و بهمنظور بررسي تفاوتهاي ميان واكسهاي مورداستفاده، آزمايش ويسكوزيته دوراني روي قيرهاي اصلاح شده انجام شد. نتايج نشان داد كه ديوركس، اسلك وكس، واكس پلياتيلن ضايعاتي و ساسوبيت به ترتيب به ميزان 5/46 ، 9/29 ، 5/26 و 2/23 درصد از مقدار ويسكوزيته قير پليمري ميكاهند. سپس قيرهاي اصلاح شده در آزمايشگاه در چهار سطح پيرشدگي آماده شدند و خصوصيات رئولوژيك آنها در سطوح پيرشدگي مورد بررسي و نقد قرار گرفته شد. از سوي ديگر، بهمنظور بررسي رفتار و مقاومت خستگي قير در دماي مياني و حساسيت آنها به پيرشدگي آزمايش جاروب دامنه خطي در نظر گرفته شد و براي تمامي سطوح پيرشدگي آزمايش خستگي قير صورت پذيرفت. نتايج نشان داد كه كرنش شكست تمامي نمونههاي پليمري بعد از 40 ساعت پير شدن در دستگاه PAV حدود 45 درصد كاهش مييابد و بيشترين كاهش مربوط به واكس پلياتيلن ضايعاتي بوده است.
واكس اسلك باعث بهبود عمر خستگي در هر دو سطح كرنش پايين و بالا ميشود و همچنين ساسوبيت باعث بهبود خستگي قير پليمري ميشود و در رده دوم نسبت به اسلك قرار گرفت . دو واكس ديوركس و پلياتيلن ضايعاتي اثرات منفي بر عمر خستگي قيرهاي پليمري داشتند.
نتايج نشان داد كه اسلك ميتوانند بهعنوان جايگزيني اقتصادي در نظر گرفته شود ولي براي مناطقي كه خرابي شيارشدگي غالب است تركيب اين واكس با ساسوبيت پيشنهاد ميشود.
سپس با آزمايش مدول ديناميكي و خستگي روي نمونههاي آسفالتي نتايج آزمايشهاي قير ارزيابي شد و با مقايسه با نتايج بدست آمده از تحليل عمر خستگي قير نتايج نشان داد كه تأثير پيرشدگي عملكرد خستگي مخلوط آسفالتي با تأثير پيرشدگي بر عمر خستگي قير با روش انرژي موهومي و معيار خرابي تنش حداكثر شباهت بيشتري دارد و هر دو روند كاهشي دارند و پيشنهاد ميشود براي بررسي حساسيت پيرشدگي قيرها با خصوصيات پايه يكسان، از روش انرژي موهومي و معيار تنش حداكثر استفاده شود.
در انتها، براي پيشبيني عمر خستگي قير و مخلوطهاي آسفالتي پليمري، دو مدل همسان شبكه عصبي با تعداد لايههاي پنهان متفاوت توسعه داده شد و عملكرد آنها مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه مدلهاي پيشنهادي توانستند با دقت بالا روابط پيچيده ميان كرنش، نوع قير، سطح پيرشدگي و عمر خستگي را در هر دو مقياس بهدرستي بازنمايي كنند. مدل مربوط به قير با ساختار سادهتر و مدل مخلوط آسفالتي با ساختار پيچيدهتر، قادر بودند رفتار خستگي مصالح را تحت شرايط پيرشدگي مختلف بهطور دقيق پيشبيني نمايند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/08/26
عنوان به انگليسي
Prediction Model of Fatigue life of Aged Polymer-Modified Asphalt Mixtures
تاريخ بهره برداري
10/23/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مهدي ابراهيم زاده شيراز
چكيده به لاتين
Given the significant role of fatigue in reducing pavement durability, the necessity of understanding long-term performance, and the increasing use of polymers in pavement engineering, this study simultaneously evaluates the fatigue behavior of bitumen and asphalt mixtures using the same analytical approach. Moreover, the LAS test results and their associated failure criteria are validated, and subsequently, a predictive model is developed to estimate the fatigue life of polymer-modified asphalt mixtures under different aging conditions. Initially, polymer-modified binders containing four different waxes, two domestically produced waxes (Slack wax and recycled polyethylene wax) and two imported waxes (Sasobit and Deurex), as well as a wax-free polymer-modified binder were prepared. To investigate the differences among the selected waxes, a rotational viscosity test was conducted on the modified binders. The results showed that Deurex, Slack wax, recycled polyethylene wax, and Sasobit reduced the viscosity of the polymer-modified binder by 46.5%, 29.9%, 26.5%, and 23.2%, respectively. Subsequently, the modified binders were conditioned in the laboratory at four aging levels, and their rheological properties were examined and evaluated at each aging level. In addition, to assess the fatigue behavior and resistance of the binders at intermediate temperatures and their sensitivity to aging, the Linear Amplitude Sweep (LAS) test was employed, and fatigue testing was conducted for all aging levels. The results indicated that the failure strain of all polymer-modified samples decreased by approximately 45% after 40 hours of aging in the PAV, with the greatest reduction observed for the recycled polyethylene wax.
Slack wax was found to improve the fatigue life under both low-strain and high-strain conditions, while Sasobit also enhanced the fatigue performance of the polymer-modified binder, ranking second after Slack wax. In contrast, Deurex and recycled polyethylene wax exhibited adverse effects on the fatigue life of the polymer-modified binders. The results indicated that Slack wax can be considered an economical alternative; however, for regions where rutting is the dominant distress, combining this wax with Sasobit is recommended.
Next, the results of the binder tests were evaluated using dynamic modulus and fatigue tests conducted on asphalt mixture specimens. By comparing these findings with the fatigue-life analysis of the binders, it was observed that the influence of aging on the fatigue behavior of asphalt mixtures showed greater similarity to the effects of aging on binder fatigue life obtained through the pseudo-strain energy-based analytical method and the maximum-stress failure criterion, with both exhibiting decreasing trends. Therefore, it is recommended that, for assessing the aging sensitivity of binders with similar base characteristics, the pseudo-strain energy-based method and the maximum-stress criterion be employed.
Finally, to predict the fatigue life of polymer-modified binders and asphalt mixtures, two neural-network models with the same overall architecture but different numbers of hidden layers were developed and their performance was evaluated. The results demonstrated that the proposed models were able to accurately capture the complex relationships among strain level, binder type, aging level, and fatigue life at both scales. The binder model, with a simpler configuration, and the asphalt-mixture model, with a more complex structure, were both capable of reliably predicting the fatigue behavior of the materials under various aging conditions.
كليدواژه هاي فارسي
،پيرشدگي، , ،ترك خوردگي خستگي، , ،مخلوط آسفالتي، , ،قير پليمري، , ،واكس، , ،شبكه عصبي مصنوعي،
كليدواژه هاي لاتين
،Aging، , ،Fatigue cracking، , ،Asphalt mixture، , ،Polymer-modified binder، , ،Wax، , ،Artificial Neural Network (ANN)،
Author
Mehdi Ebrahimzadeh Shiraz
SuperVisor
Mahmoud Ameri