بررسی تاثیر توامان نانو اکسید مس و الیاف پلی‌پروپیلن در مخلوط آسفالتی به منظور جلوگیری از شیار شدگی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهید باهنر کرمان، کرمان، ایران.

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، مجتمع آموزش عالی گناباد، خراسان رضوی، ایران.

10.22091/cer.2025.11451.1582

چکیده

شیارشدگی یکی از خرابی‌های رایج روسازی‌های آسفالتی است که معمولاً ناشی از تراکم نامناسب، از دست‌دادن مصالح یا مقاومت برشی ناکافی مخلوط آسفالتی ایجاد می‌شود. در این پژوهش، تأثیر ترکیب نانواکسید مس و الیاف پلی‌پروپیلن بر بهبود مقاومت مخلوط آسفالتی در برابر شیارشدگی بررسی شد. ابتدا با استفاده از آزمایش‌های مدول برجهندگی و خزش دینامیکی، درصد بهینه نانواکسید مس تعیین گردید. نتایج نشان داد که افزودن دو درصد نانواکسید مس، مدول برجهندگی مخلوط آسفالتی را تا ۵۰ درصد افزایش می‌دهد. در مرحله بعد، مقادیر 0.1، 0.3 و 0.5 درصد الیاف پلی‌پروپیلن به مخلوط آسفالتی حاوی دو درصد نانواکسید مس اضافه شد. نتایج نشان داد که افزودن0.3 درصد الیاف پلی‌پروپیلن، مقاومت مارشال مخلوط آسفالتی را تا 5.2 درصد بهبود می‌بخشد. با این حال، افزایش میزان الیاف به بیش از 0.3 درصد، به دلیل کاهش چسبندگی بین قیر و مصالح سنگی، تأثیر منفی بر مقاومت مارشال داشت. همچنین، افزودن الیاف پلی‌پروپیلن روانی مارشال مخلوط آسفالتی را کاهش می‌دهد. نانواکسید مس به‌تنهایی نیز موجب افزایش روانی مخلوط شد. به‌طور کلی، ترکیب دو درصد نانواکسید مس و 0.3 درصد الیاف پلی‌پروپیلن، مقاومت مخلوط آسفالتی را تا 8.1 درصد افزایش داد و تعادلی بین روانی و سختی مخلوط ایجاد کرد. این نتایج نشان می‌دهد که استفاده هم‌زمان از این دو افزودنی می‌تواند به‌عنوان یک راهکار مؤثر برای بهبود عملکرد مخلوط‌های آسفالتی در برابر شیارشدگی و افزایش مقاومت مکانیکی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation of the Combined Effect of Nano Copper Oxide and Polypro-Pylene Fibers in Asphalt Mixtures to Prevent Rutting

نویسندگان [English]

  • Reza Jalalkamali 1
  • Nima Roosta 1
  • Mohammad Hossain Jalal Kamali 2
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran.
2 Department of Civil and Mining Engineering, University of Gonabad, Razavi Khorasan, Iran.
چکیده [English]

Rutting is one of the most common failures in asphalt pavements, typically caused by inadequate compaction, loss of materials, or insufficient shear resistance of the asphalt mixture. In this study, the effect of combining nano-copper oxide and polypropylene fibers on improving the resistance of asphalt mixtures to rutting was investigated. First, the optimal percentage of nano-copper oxide was determined using resilient modulus and dynamic creep tests. The results showed that adding 2% nano-copper oxide increased the resilient modulus of the asphalt mixture by up to 50%. Subsequently, 0.1, 0.3 and 0.5% polypropylene fibers were added to the asphalt mixture containing 2% nano-copper oxide. The results indicated that adding 0.3% polypropylene fibers improved the Marshall stability of the asphalt mixture by up to 5.2%. However, increasing the fiber content beyond 0.3% negatively impacted the Marshall stability due to reduced adhesion between the bitumen and aggregate. Additionally, the addition of polypropylene fibers decreased the Marshall flow of the asphalt mixture. Nano-copper oxide alone also increased the flow of the mixture. Overall, the combination of 2% nano-copper oxide and 0.3% polypropylene fibers increased the resistance of the asphalt mixture by up to 8.1% and created a balance between flow and stiffness. These results suggest that the simultaneous use of these two additives can be an effective solution for enhancing the performance of asphalt mixtures against rutting and improving mechanical resistance.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rutting
  • Nano Copper Oxide
  • Polypropylene Fiber
  • Hot Mix Asphalt

مراجع

[1] Coleri E, Tsai B-W, Monismith CL. Pavement rutting performance prediction by integrated Weibull approach. Transportation Research Record. 2008; 2087(1): 120-130. doi: 10.3141/2087-13
[2] Du Y, Chen J, Han Z, Liu W. A review on solutions for improving rutting resistance of asphalt pavement and test methods. Construction and Building Materials. 2018; 168: 893-905. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.02.151
[3] Domingos MDI, Faxina AL. Susceptibility of asphalt binders to rutting: literature review. Journal of Materials in Civil Engineering. 2016; 28(2): 04015134. doi: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.000136
[4] Akram H, Hozayen HA, Abdelfatah A, Khodary F. Fiber Showdown: A Comparative Analysis of Glass vs. Polypropylene Fibers in Hot-Mix Asphalt Fracture Resistance. Buildings. 2024; 14(9): 2732. doi: 10.3390/buildings14092732
[5] Ali Y, Irfan M, Ahmed S, Ahmed S. Empirical correlation of permanent deformation tests for evaluating the rutting response of conventional asphaltic concrete mixtures. Journal of Materials in Civil Engineering. 2017; 29(8): 04017059. doi: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001888
[6] Jahanian H, Shafabakhsh G, Divandari H. Performance evaluation of Hot Mix Asphalt (HMA) containing bitumen modified with Gilsonite. Construction and Building Materials. 2017; 131: 156-164. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2016.11.069
[7] Rahi M, Fini EH, Hajikarimi P, Nejad FM. Rutting characteristics of styrene-ethylene/propylene-styrene polymer modified asphalt. Journal of Materials in Civil Engineering. 2015; 27(4): 04014154. doi: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001102
[8] Hamedi GH, Pakenari MM, Tabrizi MT, Pirbasti ZR. Effect of Nano-Cobalt Oxide on the Rheological Behavior of Asphalt Binder and Mechanical Characteristics of Hot Mix Asphalt. Advances in Civil Engineering. 2023; 2023(1): 7. doi: 10.1155/2023/7353949
[9] Mohammed M, Parry T, Grenfell JJ. Influence of fibres on rheological properties and toughness of bituminous binder. Construction and Building Materials. 2018; 163: 901-911. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.146
[10] Slebi-Acevedo CJ, Lastra-González P, Pascual-Muñoz P, Castro-Fresno D. Mechanical performance of fibers in hot mix asphalt: A review. Construction and Building Materials. 2019; 200: 756-769. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2018.12.171
[11] Costa R, Orriols R. Man-made mineral fibers and the respiratory tract. Archivos de Bronconeumología (English Edition). 2012; 48(12): 460-468. doi: 10.1016/j.arbr.2012.04.004
[12] Fasanella N. Mechanical characterization of advanced polyacrylonitrile derived carbon fibers reinforced with carbon nanotubes. Doctoral dissertation, University of Illinois at Urbana-Champaign.
[13] Grishanov S. Structure and properties of textile materials. Handbook of textile and industrial dyeing: Elsevier; 2011; 28-63. doi: 10.1533/9780857093974.1.28
[14] Hamedi GH. Evaluating the Rheological and Mechanical Properties of Asphalt Mixtures Modified with Nano Copper Oxide. Amirkabir Journal of Civil Engineering. 2021; 53(10): 4161-4182 doi: 10.22060/ceej.2020.18119.6773 [In Persian]
[15] Sobhkhiz Foumani R, Rajaee T, Fatehifar E. A Laboratory Study of the Effect of ZnO Nanooxide and CuO Nanooxide on the Rutting Resistance and Absorption of Pollutants in Porous Asphalt in Urban Surface Runoff. Journal of Water and Wastewater Science and Engineering. 2023; 8(3): 59-69. doi: 10.22112/jwwse.2023.367762.1329 [In Persian]
[16] Shafabakhsh G, Sajadib S. Evaluation of rheological behavior of bitumen modified with Nano Copper Oxide. International Journal of Engineering and Technology (UAE). 2018; 7(4): 13-18. doi: 10.14419/ijet.v7i4.7.20370
[17] Debbarma K, Debnath B, Sarkar PP. A comprehensive review on the usage of nanomaterials in asphalt mixes. Construction and Building Materials. 2022; 361: 129634. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.129634
[18] Tapkın S. The effect of polypropylene fibers on asphalt performance. Building and Environment. 2008; 43(6): 1065-1071. doi: 10.1016/j.buildenv.2007.02.011
[19] Rashid MF, Ahmed N, Ahmed A. The Effect of Using Polypropylene Fiber on Deformation Resistance of Asphalt Concrete. In Proceedings of the 2nd Conference on Sustainability in Civil Engineering (CSCE’20), Islamabad, Pakistan 2020 Aug 12; 1-6.
[20] Karim F. Alleviating Permanent Deformation and Moisture Damage in Hot Mix Asphalt Using Polypropylene Fibers. Technical Journal. 2024; 29: 8.
[21] Moubark S, Khodary F, Othman A. Evaluation of mechanical properties for polypropylene modified asphalt concrete mixtures. International Journal of Scientific Research and Management. 2017; 5(12): 7797-7801. doi: 10.18535/ijsrm/v5i12.28
[22] Abdullh M. Reinforcement of Asphalt Concrete Mixture Using Polypropylene Fibers. Syrian Journal for Science and Innovation. 2024; 2-2: 1-8.
[23] Management and Planning Organization of Iran. General Technical Specifications for Road Construction. Tehran. 2013; 2nd rev:   Table 1‑20, 505. [In Persian]
[24] Astm standards. International Standards Worldwide. West Conshohocken, United States. 1995.
[25] Karahancer S. Investigating the performance of cuprous oxide nano particle modified asphalt binder and hot mix asphalt. Construction and Building Materials. 2019; 212: 698-706. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.04.041
[26] Department RaH. STANDARD TEST PROCEDURES. Bangladesh: Government of the People’s Republic of Bangladesh, Ministry of Communications. 2001 May; 2001.
 
ارسال نظر در مورد این مقاله
CAPTCHA Image

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار