• شماره ركورد
    34873
  • پديد آورنده

    فهيم فاريابي

  • عنوان
    بررسي آزمايشگاهي مقاومت ترك‌خوردگي مبتني بر خصوصيات مكانيك شكست مخلوط آسفالتي داغ حاوي الياف پلي‌استر بازيافتي و خرده لاستيك
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي عمران
  • سال تحصيل
    1401
  • تاريخ دفاع
    1405/01/22
  • استاد راهنما
    دكتر محمود عامري- دكتر حسن زياري
  • استاد مشاور
    ندارد
  • دانشكده
    مهندسي عمران
  • چكيده
    چكيده روسازي‌هاي آسفالتي در طول دوره سرويس‌دهي خود تحت اثر مجموعه‌اي از تنش‌هاي حرارتي، بارگذاري‌هاي تكراري و تغييرات محيطي قرار مي‌گيرند كه اين عوامل به‌طور مستقيم فرآيند شروع و گسترش ترك را تشديد كرده و در نهايت موجب كاهش عمر مفيد و افزايش هزينه‌هاي چرخه‌عمر روسازي مي‌شوند. از سوي ديگر انباشت فزاينده ضايعات پليمري نظير بطري‌هاي PET و لاستيك‌هاي فرسوده، چالش‌هاي جدي در حوزه مديريت پسماند و محيط‌زيست ايجاد كرده است. از اين رو، توسعه رويكردهاي نوين در جهت بهبود عملكرد مكانيكي مخلوط‌هاي آسفالتي با تكيه بر بازيافت مواد پليمري، ضرورتي هم‌راستا با اهداف پايداري و بهبود دوام روسازي‌ها به شمار مي‌آيد. بر اين مبنا، پژوهش حاضر با هدف ارزيابي مقاومت ترك‌خوردگي مخلوط آسفالتي داغ حاوي دو افزودني بازيافتي، شامل الياف پلي‌اتيلن ترفتالات (PET) و خرده‌لاستيك (CR)، انجام شده است. در اين مطالعه، مصالح پايه شامل قير با درجه عملكردي 22-64PG، فيلر و سنگدانه آهكي با حداكثر اندازه اسمي 5/12 ميلي‌متر مورد استفاده قرار گرفتند. تعيين درصد بهينه الياف بر اساس آزمون مارشال و از ميان مقادير 15/0، 30/0 و 45/0 درصد وزني مخلوط انجام شد كه مقدار 30/0 درصد به‌عنوان مقدار بهينه حاصل گرديد. همچنين به منظور تهيه قير لاستيكي، خرده لاستيك در 10 و 15 درصد وزني قير به روش اختلاط مرطوب به وسيله‌ي دستگاه همزن برش بالا (High Shear) با سرعت 6000 دور بر دقيقه به مدت 60 دقيقه با قير مخلوط شد. نمونه‌هاي ژيراتوري با استفاده از قيرهاي ‌لاستيكي حاوي10و 15 خرده لاستيك و مقدار بهينه 30/0 درصد الياف PET (كه به روش خشك به سنگدانه‌ها اضافه شد) ساخته شدند. ارزيابي رفتار شكست با استفاده از آزمون خمش سه‌نقطه‌اي بر روي نمونه‌هاي نيم‌دايره‌اي شياردار (SCB) به قطر 10 سانتي‌متر و در سه دماي 18-، 0 و 20+ درجه سانتي‌گراد، تحت مودهاي مختلف بارگذاري (مود I، مود II و مودهاي تركيبي I/II) صورت پذيرفت. اندازه‌گيري پارامترهاي شكست نيز با دستگاه جك بارگذاري بتن پلاستيك تحت بارگذاري استاتيكي با نرخ ثابت 5 ميلي‌متر بر دقيقه انجام شد. همچنين به منظور تحليل رفتار شكست، انرژي شكست (Gf) به‌عنوان شاخص مقاومت در برابر گسترش ترك و ضريب شدت تنش مؤثر (Keff) به‌عنوان معياري براي مقاومت در برابر آغاز ترك‌خوردگي محاسبه گرديد. در دماي 20 درجه سانتيگراد با توجه به عدم پيروي رفتار مخلوط از مكانيك شكست الاستيك خطي به منظور تحليل نتايج بجاي استفاده از ضريب شدت تنش مؤثر (Keff) از شاخص انعطاف‌پذيري (FI) در اين دما اين استفاده ‌شد. نتايج نشان داد كه رفتار شكست مخلوط‌هاي مورد بررسي به‌طور هم‌زمان تابعي از دما، مود بارگذاري و درصد افزودني‌ها است. در دماي 18- درجه سانتي‌گراد، مخلوط‌ها رفتاري سخت و شكننده از خود بروز داده و مقادير بالاتري از Keff ثبت شد، در حالي‌كه افزايش دما كاهش سختي و تغيير مكانيزم گسيختگي را در پي داشت. خرده‌لاستيك بيشترين تأثير را در بهبود انرژي شكست به‌ويژه در مودهاي برشي و تركيبي نشان داد، در حالي‌كه الياف PET عمدتاً از طريق ايجاد سازوكار پل‌زني، موجب ارتقاي مقاومت برابر شروع و گسترش ترك شد. در ميان تركيب‌هاي مختلف، مخلوط CR10F0.3 پايدارترين و متعادل‌ترين رفتار را در تمامي دماها و مودهاي بارگذاري ارائه داد و ضمن افزايش هم‌زمان Gf و Keff از افت عملكرد در دماهاي بالا و مودهاي تركيبي جلوگيري كرد. در مقابل، افزايش خرده‌لاستيك به 15 درصد باعث كاهش انرژي شكست و افت پايداري در دماهاي مياني و بالا شد كه اين امر به افزايش ويسكوزيته قير و ايجاد ناپيوستگي‌هاي ريزساختاري نسبت داده مي‌شود. ارزيابي عملكردي و اقتصادي نيز نشان داد كه تركيب CR10F0.3، با ايجاد تعادل مناسب ميان سختي و چقرمگي و نيز با ثبت كمترين هزينه چرخه‌عمر، به‌عنوان گزينه بهينه عملكردي و اقتصادي قابل معرفي است. به‌طور كلي، يافته‌هاي اين پژوهش بيانگر آن است كه استفاده كنترل‌شده و هم‌زمان از الياف PET و خرده‌لاستيك مي‌تواند رويكردي كارآمد، اقتصادي و سازگار با محيط‌زيست را براي افزايش مقاومت ترك‌خوردگي و بهبود دوام مخلوط‌هاي آسفالتي در شرايط بارگذاري و دمايي مختلف فراهم آورد. واژه‌هاي كليدي: مخلوط آسفالتي داغ، مقاومت ترك‌خوردگي، مكانيك شكست، انرژي شكست، چقرمگي شكست، الياف پلي‌اتيلن ترفتالات، خرده لاستيك، مود بارگذاري تركيبي
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1405/03/04
  • عنوان به انگليسي
    Laboratory Investigation of Crack Resistance Based on Fracture Mechanics Properties of Hot Mix (HMA) Asphalt Containing Recycled Polyester Fibers an‎d Crumb Rubber
  • تاريخ بهره برداري
    5/22/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    فهيم فاريابي

  • چكيده به لاتين
    Abstract: Asphalt pavements are subjected throughout their service life to a combination of thermal stresses, repeated traffic loading, an‎d environmental variations. These factors directly intensify the initiation an‎d propagation of cracks, ultimately reducing pavement service life an‎d increasing life-cycle costs. Meanwhile, the growing accumulation of polymeric wastes such as PET bottles an‎d scrap tires has created serious challenges in waste management an‎d environmental protection. Therefore, developing innovative approaches to improve the mechanical performance of asphalt mixtures through the recycling of polymeric materials is considered a necessity aligned with sustainability goals an‎d the enhancement of pavement durability. On this basis, the present study was conducted to eva‎luate the cracking resistance of hot mix asphalt containing two recycled additives, namely polyethylene terephthalate (PET) fibers an‎d crumb rubber (CR). In this study, the base materials included a PG 64-22 asphalt binder, filler, an‎d limestone aggregates with a nominal maximum aggregate size of 12.5 mm. The optimum fiber content was determined based on the Marshall test from among 0.15%, 0.30%, an‎d 0.45% by total weight of the mixture, an‎d 0.30% was identified as the optimum value. In addition, rubberized asphalt binder was prepared by blending crumb rubber at 10% an‎d 15% by weight of binder using the wet process with a high-shear mixer at 6000 rpm for 60 minutes. Gyratory-compacted specimens were produced using rubberized binders containing 10% an‎d 15% crumb rubber together with the optimum PET fiber content of 0.30%, which was added to the aggregates through the dry process. Fracture behavior was eva‎luated using the three-point bending test on notched semi-circular bend (SCB) specimens with a diameter of 100 mm at three temperatures of -18, 0, an‎d +20 °C under different loading modes, including Mode I, Mode II, an‎d mixed-mode I/II. Fracture parameters were measured using a concrete plastic loading jack under static loading at a constant rate of 5 mm/min. To analyze fracture behavior, fracture energy (Gf) was calculated as an indicator of resistance to crack propagation, an‎d the effective stress intensity factor (Keff) was determined as a measure of resistance to crack initiation. At 20 °C, due to the deviation of mixture behavior from linear elastic fracture mechanics, the flexibility index (FI) was used instead of the effective stress intensity factor (Keff) for result interpretation. The results showed that the fracture behavior of the investigated mixtures was simultaneously influenced by temperature, loading mode, an‎d additive content. At -18°C, the mixtures exhibited stiff an‎d brittle behavior, resulting in higher values Keff, whereas increasing temperature led to reduced stiffness an‎d a change in the failure mechanism. Crumb rubber had the greatest effect on improving fracture energy, especially under shear an‎d mixed-mode loading conditions, while PET fibers mainly enhanced resistance to crack initiation an‎d propagation through a bridging mechanism. Among the different combinations, the CR10F0.3 mixture demonstrated the most stable an‎d balanced performance under all temperatures an‎d loading modes, simultaneously increasing both Gf an‎d Keff while preventing performance loss at higher temperatures an‎d under mixed-mode loading. In contrast, increasing crumb rubber content to 15% reduced fracture energy an‎d decreased stability at intermediate an‎d high temperatures, which may be attributed to increased binder viscosity an‎d the formation of microstructural discontinuities. Performance an‎d economic eva‎luations also indicated that the CR10F0.3 mixture, by providing an appropriate balance between stiffness an‎d toughness an‎d yielding the lowest life-cycle cost, can be introduced as the optimum functional an‎d economic alternative. Overall, the findings of this study indicate that the controlled an‎d simultaneous use of PET fibers an‎d crumb rubber can provide an efficient, economical, an‎d environmentally friendly approach to enhance cracking resistance an‎d improve the durability of asphalt mixtures under various thermal an‎d loading conditions. Keywords: hot mix asphalt, fracture resistance, fracture mechanics, fracture energy, fracture toughness, PET Fiber, crumb rubber, mixed-mode loading
  • كليدواژه هاي فارسي
    مخلوط آسفالتي داغ , مقاومت ترك‌خوردگي , مكانيك شكست , انرژي شكست , چقرمگي شكست , الياف پلي‌اتيلن ترفتالات , خرده لاستيك , مود بارگذاري تركيبي
  • كليدواژه هاي لاتين
    hot mix asphalt , fracture resistance , fracture mechanics , fracture energy , fracture toughness , PET Fiber , crumb rubber , mixed-mode loading
  • Author
    Fahim Faryabi
  • SuperVisor
    Dr. Mahmoud Ameri – Dr. Hasan Ziari