ارزیابی تأثیر پیرشدگی بر عملکرد بلندمدت مخلوط‌های آسفالت گرم حاوی مقادیر زیاد تراشه آسفالت بر پایه نتایج آزمایش خمش نیم‌دایره‌ای (SCB) در دمای میانی

کی منش, محمود رضا; محمد کریمی, محمد; تقی نژاد عمران, علی

doi:10.22091/cer.2021.7526.1320

ارزیابی تأثیر پیرشدگی بر عملکرد بلندمدت مخلوط‌های آسفالت گرم حاوی مقادیر زیاد تراشه آسفالت بر پایه نتایج آزمایش خمش نیم‌دایره‌ای (SCB) در دمای میانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار، گروه عمران، دانشگاه پیام نور تهران- شمال.

² استادیار، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس.

³ دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه پیام نور تهران- شمال.

10.22091/cer.2021.7526.1320

چکیده

با توجه به افزایش سختی آسفالت برای مخلوط حاوی تراشه آسفالت (RAP)، بهبود خرابی شیارشدگی، قابل پیش‌بینی است، اما با افزایش سطح پیرشدگی و افزایش سختی در مخلوط‌های حاوی درصدهای بالای تراشه آسفالت، مشکلاتی نظیر ترک‌خوردگی در دمای پایین و دمای میانی (کاهش مقاومت در برابر ترک‌خوردگی) در بلندمدت شکل می‌گیرد. در این پژوهش، تأثیر پیرشدگی بر عملکرد شکست مخلوط‌های آسفالتی گرم (WMA) حاوی درصد بالای تراشه آسفالت در بلندمدت در دمای میانی (℃25)، با استفاده از آزمایش خمش نیم‌دایره‌ای، مورد ارزیابی قرار گرفت. برای انجام تحقیق از مقادیر مختلفی از تراشه آسفالت (صفر، 50، 75 و 100 درصد)، روغن گیاهی به عنوان عامل جوانساز، زایکوترم به عنوان افزودنی مخلوط آسفالتی گرم و قیر 100/85 به عنوان قیر جدید استفاده شد. برای اعمال سطوح مختلف پیرشدگی، نمونه‌ها مطابق با مطالعات پیشین به مدت 3، 5، 7 و 9 روز و در دمای ℃85، درگرمخانه نگهداری شدند. نتایج نشان داد با افزایش مقدار تراشه آسفالتی و افزایش سطح پیرشدگی نمونه‌ها، حداکثر نیروی لازم برای شکست و ضریب بحرانی شدت تنش KIC، افزایش ولی انرژی کرنشی U کاهش یافت. همچنین، به منظور مقایسه عملکرد بلندمدت مخلوط‌های آسفالتی حاوی درصدهای مختلف تراشه آسفالت، سطح زیر منحنی انرژی کرنشی رها سازی شده (Jc)- پیرشدگی، تعیین و نتیجه گرفته شد که نمونه‌های بدون تراشه آسفالت 8، 34 و 52 درصد مقاومت بیشتری در برابر ترک‌خوردگی نسبت به نمونه‌های حاوی 50، 75 و 100 درصد تراشه آسفالت از خود نشان می‌دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

روش‌های عددی و آزمایشگاهی

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Effect of Aging on the Long-Term Performance of WMA Containing High Percentage of RAP Based on the Results of SCB Test at Intermediate Temperature

نویسندگان [English]

Mahmoud‌ Reza Keymanesh ¹
Mohammad Mohammad Karimi ²
Ali Taghinezhad omran ³

¹ Assistant Professor, Faculty of Engineering, Payame Noor University, North Tehran, Tehran, Iran

² Assistant Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

³ Faculty of Engineering, Payame Noor University, North Tehran, Tehran, Iran

چکیده [English]

With regards to the increase in stiffness for the asphalt mixture containing RAP, the improvement of rutting is predictable, but with increasing aging level and increasing stiffness in mixtures containing high percentages of RAP, problems such as cracking at low and intermediate temperatures is formed in the long-term. In this study, the long-term fracture performance of WMA mixtures containing high percentage of RAP at 250c was evaluated using a SCB test. To conduct the research, different amounts of RAP (0, 50, 75, and 100%), a rejuvenator, Zycotherm as WMA additive and 85/100 asphalt binder were used. To apply different levels of aging, the samples were kept in the oven for 3, 5, 7 and 9 days at 850 C. The results showed that with increasing the amount of RAP and the aging level of the samples, the Pcr and the KIC increased, but the U decreased. Also, in order to compare the long-term performance of asphalt mixtures containing different percentages of RAP, the area under the Jc - aging is determined and it was concluded that in the long-term, samples without RAP show 8, 34, and 52% more resistance to cracks than samples containing 50, 75, and 100% RAP.

کلیدواژه‌ها [English]

WMA.RAP
Failure
Aging
SCB test

مراجع

[1] Yang, S., Lee, J., Hwang, S., Kwon, S., & Baek, C. (2012). “Development of warm-mix asphalt additive and evaluation of performance”, Transportation research record, 2294(1), 89-97.

[2] Guo, M., Liu, H., Jiao, Y., Mo, L., Tan, Y., Wang, D., & Liang, M. (2020). “Effect of WMA-RAP technology on pavement performance of asphalt mixture: A state-of-the-art review”, Journal of Cleaner Production, 266, 121704.

[3] Pirmohammad, S., Sobhi, S., & yusefi, A. (2021). “Study on the effect of reclaimed asphalt pavement and rejuvenator on fracture behavior of WMA”, Amirkabir Journal of Civil Engineering, 53(10), 18-18.

[4] Sirin, O., Paul, D. K., & Kassem, E. (2018). “State of the art study on aging of asphalt mixtures and use of antioxidant additives”, Advances in Civil Engineering, 2018.

[5] Amani, S., Kavussi, A., & Karimi, M. M. (2020). “Effects of aging level on induced heating-healing properties of asphalt mixes”, Construction and Building Materials, 263, 120105.

[6] Amani, S., Kavussi, A., & M.karimi, M. (2020). “Evaluation the effects of activated carbon on induced healing of laboratory aged mixes under microwave radiation”, Quarterly Journal of Transportation Engineering, 11(3), 773-792.

[7] Amani, S., Kavussi, A., & Karimi, M. M. (2020). “Application of Activated Carbon on Induced Heating-Healing Characteristics of Aged Mixes”, In RILEM International Symposium on Bituminous Materials, 271-278.

[8] Kavussi, A., & Motevalizadeh, S. (2019). “Determination of Fracture Properties of Warm Mix Asphalt at Low Temperatures Based on SCB Results”, Journal of Transportation Infrastructure Engineering, 5(2), 1-16.

[9] Ameri, M., Amiri Hormozaki, M., Vamegh, M., & Khabiri, M. (2019). “Effect of Organic and Chemical warm additive on WMA performance”, Quarterly Journal of Transportation Engineering, 10(4), 987-1002.

[10] Fakhri, M., Shahebrahimi, E., & Khodadadi, M. (2020). “Evaluation of the Effect of Zycotherm on Moisture Susceptibility of Warm Mix Asphalt Containing Crumb Rubber”, Amirkabir Journal of Civil Engineering, 52(3), 641-654.

[11] Bell, C. A., Wieder, A. J., & Fellin, M. J. (1994). Laboratory aging of asphalt-aggregate mixtures: Field validation (No. SHRP-A-390).

[12] Saleh, N. F., Keshavarzi, B., Rad, F. Y., Mocelin, D., Elwardany, M., Castorena, C., ... & Kim, Y. R. (2020). “Effects of aging on asphalt mixture and pavement performance”, Construction and Building Materials, 258, 120309.

[13] Haghshenas, H., Nabizadeh, H., Kim, Y. R., & Santosh, K. (2016). “Research on high-RAP asphalt mixtures with rejuvenators and WMA additives”, Nebraska Department of Transportation, Research Report. No. SPRP1 (15), M016.

[14] Amani, S., Kavussi, A., & Karimi, M. (2020). “Evaluation of Induced Healing of Laboratory Aged Mixes Based on Semi-Circular Bending Test Results”, Modares Civil Engineering, 20(3), 129-145.

[15] Wu, S., Zhao, Z., Xiao, Y., Yi, M., Chen, Z., & Li, M. (2017). “Evaluation of mechanical properties and aging index of 10-year field aged asphalt materials”, Construction and Building Materials, 155, 1158-1167.

[16] Pirmohammad, S., Majd Shokorlou, Y., & Amani, B. (2020). “Laboratory investigations on fracture toughness of asphalt concretes reinforced with carbon and kenaf fibers”, Engineering Fracture Mechanics, 226(2020), 106875.

[17] Aliha, M. R. M., Razmi, A., & Mansourian, A. (2017). “The influence of natural and synthetic fibers on low temperature mixed mode I + II fracture behavior of warm mix asphalt (WMA) materials”, Engineering Fracture Mechanics, 182(2017), 322-336.

[18] Song, W., Huang, B., & Shu, X. (2018). “Influence of warm-mix asphalt technology and rejuvenator on performance of asphalt mixtures containing 50% reclaimed asphalt pavement”, Journal of Cleaner Production, 192(2018), 191-198.

[19] Singh, D., Ashish, P. K., & Hitragar, S. F. (2018). “Laboratory performance of recycled asphalt mixes containing wax and chemical based warm mix additives using semi circular bending and tensile strength ratio tests”, Construction and Building Materials, 158, 1003-1014.

[20] Singh, D., Chitragar, S. F., & Ashish, P. K. (2017). “Comparison of moisture and fracture damage resistance of hot and warm asphalt mixes containing reclaimed pavement materials”, Construction and Building Materials, 157(2017), 1145-1153.

[21] Yousefi, A., Pirmohammad, S., & Sobhi, S. (2020). “Fracture toughness of warm mix asphalt containing reclaimed asphalt pavement”, Journal of Stress Analysis Bu-Ali Sina University, 65(1), 85-98.

[22] ASTM. American society for testing and materials. (2003). Road and Paving Material, vol 04.03.

[23] The Ministry of Roads and Urban Development. (2011). Iran Highway Asphalt Paving Code No. 234, 1st Edition, Office of Deputy for Strategic Supervision, Bureau of Technical Execution System, Tehran, Iran.

[24] Asphalt Institute. (1986). Asphalt hot-mix recycling, The asphalt institute manual, Series No. 20 (MS-20), 2nd ed., College Park, Maryland, p. 46.

[25] ASTM. American society for testing and materials. (2016). Standard test method for evaluation of asphalt mixture cracking resistance using the semi-circular bend test (SCB) at intermediate temperatures, Des D8044 − 16 2016:1-7.

[26] Karimi, M. M., Dehaghi, E. A., & Behnood, A. (2020). “A Fracture-Based Approach to Characterize Long-Term Performance of Asphalt Mixes under Moisture and Freeze-Thaw Conditions”, Engineering Fracture Mechanics, 241, 107418.

[27] Yousefi, A., Behnood, A., Nowruzi, A., & Haghshenas, H. (2021). “Performance evaluation of asphalt mixtures containing warm mix asphalt (WMA) additives and reclaimed asphalt pavement (RAP)”, Construction and Building Materials, (268), 121200.

[28] Mogawer, W., Austerman, A., Mohammad, L., & Kutay, M. E. (2013). “Evaluation of high RAP-WMA asphalt rubber mixtures”, Road Materials and Pavement Design, 14(sup2), 129-147.

[29] Mohammad, L. N., Elseifi, M. A., Cooper III, S. B., Challa, H., & Naidoo, P. (2013). “Laboratory evaluation of asphalt mixtures that contain biobinder technologies”, Transportation research record, 2371(1), 58-65.

[30] Cao, W., Barghabany, P., Mohammad, L., Cooper III, S. B., & Balamurugan, S. (2019). “Chemical and rheological evaluation of asphalts incorporating RAP/RAS binders and warm-mix technologies in relation to crack resistance”, Construction and Building Materials, 198, 256-268.

[31] Yousefi, A., Sobhi, S., Aliha, M. R. M., Pirmohammad, S., & Haghshenas, H. (2021). “Cracking Properties of Warm Mix Asphalts Containing Reclaimed AsphaltPavement and Recycling Agents under Different Loading Modes”, Construction and Building Materials, 300, 12430.

[32] LU, D. X., Saleh, M., & Nguyen, N. H. T. (2020). “Evaluation of Fracture and Fatigue Cracking Characterization Ability of Nonstandardized Semicircular-Bending Test for Asphalt Concrete”, Journal of Materials in Civil Engineering, 32(8), 3292.