چکیده: واژههای کلیدی: نانو سیلیس عمر خستگی مدول برجهندگی مقاومت کششی غیرمستقیم بتنآسفالتی

Transcript

1 ارزیابی مقاومت خستگی بتنآسفالتی اصالحشده با نانو سیلیس معین حسنی نیا )مسئول مکاتبات( دانشجوی دکتری دانشکده مهندسي عمران دانشگاه علم و صنعت ايران تهران ايران محمود عامری استاد دانشکده مهندسي عمران دانشگاه علم و صنعت ايران تهران ايران حسن زیاری استاد دانشکده مهندسي عمران دانشگاه علم و صنعت ايران تهران ايران دریافت: 1392/10/03 پذیرش: 1393/03/01 چکیده: هدف از اين تحقيق بررسي عمرخستگي و مقاومت مخلوط آسفالتي اصالحشده با نانوسيليس در دماهاي مياني در برابر ترکهاي خستگي است. در اين تحقيق نانو سيليس به اندازه %4 و %6 درصد وزن قير به قير اضافه شده است. آزمايشهاي مدول برجهندگي کشش غيرمستقيم و تير خستگي خمشي چهار نقطهاي براي ارزيابي مقاومت عمرخستگي مخلوط آسفالتي اصالحشده انجام گرفته است. نتايج آزمايشها نشان داد که عمرخستگي و مقاومت مخلوط آسفالتي در دماهاي مياني در برابر ترکهاي خستگي بااصالح قير توسط نانوسيليس به ميزان قابلتوجهي بهبود مییابد. افزودن نانو سيليس باعث افزايش مقدار مدول برجهندگي و مقاومت کششي غيرمستقيم نيز شدهاست. نتايج آزمايش تيرخستگي 4 نقطهاي نيز نشان داد که افزودن نانو سيليس عمرخستگي را افزايش دادهاست. در مجموع افزودن نانوسيليس باعث کاهش ترکهاي خستگي مخلوط آسفالتي افزايش عمرخستگي و افزايش مقاومت مخلوط آسفالتي در دماهاي مياني شدهاست. واژههای کلیدی: نانو سیلیس عمر خستگی مدول برجهندگی مقاومت کششی غیرمستقیم بتنآسفالتی 261 مهندسی حمل و نقل / سال ششم / شماره دوم / زمستان 1393

2 زیاری حسن عامری محمود نیا حسنی معین نظری کوانتوم دانشمند فینمن ریچارد توسط پیش سال 53 حدود دانشمندان اگر گفت: او شدهاست مطرح نوبل جایزه دارنده و ترانزیستورها همین اتمیمیتوانیم علم با ما ساختهاند را ترانزیستورها.]Ramsden, بسازیم] 2009 کوچکی بسیار مقیاس با را تحقیقات پیشینه 2. عنوان به مواد نانو روی بر ای گسترده تحقیقات اخیر سالهای در پژوهشهای است. شده انجام آسفالتی مخلوط و قیر کننده اصالح قیر عملکردی خواص بهبود در نانومواد از استفاده حوزه در گذشته سطح بودن دارا علت به نانومواد که نشاندادهاست آسفالتی مخلوط و سخت باعث اغلب قیر در قوی شبکههای ایجاد و 1 باال مخصوص مدول افزایش افتادگی شیار برابر در مقاومت افزایش قیر شدگی عمرخستگی افزایش باعث موارد برخی در و آسفالت برجهندگی سالهای در که موادی نانو جمله از شدهاست. مخلوطآسفالتی و قیر اضافه آسفالتی مخلوطهای یا قیر به حکننده اصال عنوان به اخیر و 4 کربن فیبر نانو 3 هیدراته نانوآهک 2 نانورس به یتوان م شدهاست.]Fang et al. ]2013 نمود. اشاره 5 کربنی لوله نانو نوع 2 روی بر که تحقیقات این از یکی در آمده دست به نتایج آزمایشهای و گرفته صورت قیر خواص اصالح برای نانورس دست به برای که برشی دینامیک مدول و چرخشی ویسکوزیته بیانگرآن است شده انجام اصالحشده قیر فیزیکی خواص آوردن نانورس افزودن با مختلف دماهای در چرخشی ویسکوزیته که است دامنههای و مختلف دمایی دامنههای در همچنین است. یافته افزایش اول نوع نانورس حالت دو هر در دینامیکی مدول متفاوت فرکانسی.]Fang et al. ]2013 دادهشدهاست افزایش دوم نوع و اصالحکننده عنوان به نانورس اثر بررسی از پس دیگر تحقیقی در نانورس توسط پایین دماهای در خستگی برابر در مقاومت بهبود عدم برای نیز کربن ذرات نانو از.]Ven et al. ]2009 است شده نتیجه اصالحشده قیر روی بر آزمایشها نتایج استفادهشدهاست قیر اصالح مقدمه 1. نیروی خودروها محوری بار و ترافیک روزافزون افزایش با امروزه کاهش باعث که میشود اعمال روسازی سازه سیستم بر بیشتری ناشی روسازی در خرابی عمده میگردد. روسازیها مفید عمر در آسفالت ویسکوپالستیک رفتار دلیل به آسفالت شیارشدگی از در ترافیک مکرر بارگذاری از ناشی ترکهای همچنین و باال دماهای آسفالت در الزم فپذیری انعطا عدم دلیل به پایین و میانی دماهای برابر آسفالتی مخلوط یک خستگی برابر در مقاومت است.میزان بدون تکراری خمشی بارهای برابر در آسفالت پایداری میزان با Jahromi and است], Khodaii آسفالتی مخلوط در شکست ایجاد.]2009 خواص به زیادی وابستگی خستگی پدیده از ناشی ترکهای میکرو و نوع سنگی مصالح دانهبندی نوع و ه سنگدان نوع قیر رئولوژیکی ماده مشخصات دارد. محیط دمای و بارگذاری شرایط فیلر میزان مخلوطهای دوام و خرابی کنترل در عمدهای نقش قیری چسبنده.]Moreno and Rubio, دارد] 2013 آسفالتی و تکنیکها قیر رئولوژیکی خواص بهبود برای اخیر سالهای در روشهای از یکی است شده ارائه محققان توسط مختلفی روشهای است.تاکنون مناسب افزودنی از استفاده قیر عملکردی خواص بهبود برای واکسها و پلیمری افزودنیهای مانند رایجی افزودنیهای گرفتهاند. قرار استفاده مورد پایین و باال دماهای در قیر رفتار اصالح و قیر خصوصیات اصالح جهت مواد نانو فنآوری نانو ظهور با بکارگرفتهشدند. محققان توسط آسفالتی مخلوطهای قوی شبکهای ایجاد و باال مخصوص سطح داشتن علت به مواد نانو برابر در مقاومت افزایش قیر شدگی سخت باعث اغلب قیر در موارد برخی در و آسفالت برجهندگی مدول افزایش افتادگی شیار میشوند] Buzea آسفالتی مخلوط و قیر خستگی عمر افزایش باعث.]et al بار نخستین برای موضوع این نیست. زیادی سابقه دارای نانوفنآوری زمستان / دوم شماره / ششم سال / نقل و حمل مهندسی

3 سیلیس نانو با اصالحشده بتنآسفالتی خستگی مقاومت ارزیابی مدول 6 شکست حرارت درجه ویسکوزیته مقدار که نشاندادهاست افزایش کربن ذرات نانو از استفاده اثر در 8 االستیسیته مدول و 7 برشی داده بهبود آسفالت شدگی شیار برابر در مقاومت نتیجه در و مییابد نانو با قیر اصالح برای که نشاندادهاست نتایج همچنین میشود. شود.] ArmenN استفاده %1 از باالتر دهای درص از کربن ذرات.]et al عملکردی خواص اصالح برای نیز کربن نانوفیبر از اخیر سالهای در دو به کربن نانوفیبر است استفادهشده آسفالتی مخلوط و قیر بر آزمایش نتایج است. گردیده مخلوط قیر با تر و خشک روش باعث کربن نانوفیبرهای که دادهاست نشان اصالحشده قیر روی قیر شدگی شیار مقاومت افزایش و ویسکواالستیک خواص بهبود داشتهاست چشمگیری افزایش همه از بیشتر که خاصیتی شدهاست. Khattak et است]. al نانوفیبرکربن با حشده اصال قیر خستگی عمر.]2012 آسفالتی مخلوطهای اصالحکننده عنوان به کربنی نانوفیبرهای از متمایز نانومواد سایر از را کربن نانوفیبر آنچه استفادهشدهاست. نیز افزایش همچنین و قیر خستگی خواص چشمگیر بهبود است کرده که دادهاست نشان نتایج است. آسفالتی مخلوطهای عمرخستگی میزان به را آسفالتی مخلوط خستگی عمر نانوفیبرکربنی افزودن دینامیکی مدول و سختی مقدار همچنین و دارد بهبود قابلتوجهی فیبرهای نانو که گفت میتوان دادهاست. افزایش را آسفالتی مخلوط قیر در میکروترکها افزایش مانع باال کششی باربری دلیل به کربنی میزان به آسفالتی مخلوط و قیر چسبندگی خواص نتیجه در و گردیده.]Khattak et al. یافتهاست] 2013 بهبود چشمگیری قیر اصالح برای که هستند نانومواد دیگر از یکربنی نانولولهها و تکجداره دسته دو به کربن نانولولههای بکارگرفتهشدهاند. فرآیندی در تکجداره نانولولههای یشوند م تقسیمبندی چندجداره نتایج میشوند. تولید چندجداره نانولولههای به نسبت پیچیدهتر رد که دادهاست نشان یکربن نانولولهها با اصالحشده قیر آزمایش این که پیداکردهاست کاهش سختی باال فرکانسهای و پایین دماهای 9 خستگی عمر افزایش و قیر حرارتی ترکهای کنترل باعث خاصیت هب خستگی عمر افزایش که نشاندادهاست بررسیها شدهاست آن ماتریس در شبکهای صورت به یکربنی نانولولهها که است آن دلیل Santagata et al.[ شدهاند قیر شدن مسلح باعث و قرارگرفته قیر.]2012 قیر اصالح برای جداره تک نانولولههای از دیگر تحقیقی در تکجداره ههای نانولول که دادهاند ن نشا آزمایشها استفادهشدهاست. جز افزایش و باال دماهای در شده اصالح قیر خواص بهبود باعث.]Larisa et al. شدهاند.] 2011 قیر برشی مدول االستیک این در استفادهشدهاست. قیر اصالحکننده عنوان به نیز نانوسیلیس از تمرکز نانوسیلیس با اصالحشده قیر خواص روی بر بیشتر پژوهش پلیمر حاوی قیر به درصد و 6 4 درصدهای با نانوسیلیس شدهاست. دادهاست نشان قیر روی بر آزمایشها نتایج افزودهشدهاست. SBR و میدهد کاهش باال دمای در را ویسکوزیته مقدار نانوسیلیس که سیلیس نانو مجموع در میشود. متمایز نانوها سایر از جهت این از قیر خستگی از ناشی ترکهای و شیارشدگی خواص بهبود باعث.]Yao et al. شدهاست] 2012 و داروسازی پزشکی صنعت در گستردهای کاربرد سیلیس نانو موادی معروفترین از یکی سیلیس بتن صنعت در دارد. مهندسی باال عملکرد با بتن پرکنندگی و چسبندگی مهمیدر نقش که است هزینه و عملکردی خواص داشتن نانوسیلیس مزایای از میکند. ایفا که است معدنی جدید مواد جمله از نانوسیلیس است. تولید پایین پراکندگی توانایی باال ویژه سطح مانند بالقوه مفید خواص دارای است] Yao باال خلوص درصد و زیاد پایداری قوی جذب خوب.]et al هنوز و بوده قیر خواص روی بر مزبور یادشده مطالعات بیشتر نگرفته انجام آسفالتی مخلوط روی بر همهجانبهای و کامل مطالعات آسفالتی مخلوط اصالح برای سیلیس نانو تحقیق این در است زمستان / دوم شماره / ششم سال / نقل و حمل مهندسی 263

4 زیاری حسن عامری محمود نیا حسنی معین برجهندگی مدول آزمایشهای پژوهش این در بردهشدهاست. بکار خستگی عمر مقاومت ارزیابی برای خستگی تیر و غیرمستقیم کشش است. شده انجام اصالحشده آسفالتی مخلوط انتظار است باال ویژه سطح دارای پژوهش این در استفادهشده برابر در آسفالتی مخلوط مقاومت سیلیس نانو افزودن با که میرود داشتهباشد. افزایش خستگی مطالعه هدف 3. مقاومت بر نانوسیلیس اثر بررسی پژوهش این انجام از هدف خستگی ترکهای برابر در میانی دماهای در آسفالتی مخلوطهای اختالط و آزمایش مواد 4. مصرفی مصالح و مواد مشخصات 1-4 واحد پاسارگاد نفت شرکت از پژوهش این در استفاده مورد 60/70 قیر 1 شماره جدول در استفادهشده قیر مشخصات تهیهشدهاست. تهران نانوسیلیس که جا آن از است آسفالتی مخلوط خستگی عمر و استفادهشده قیر مشخصات 1. جدول شده اندازهگیری مشخصات )g/cm 3 ( C25 دمای در مخصوص وزن )mm )0/1 25 C دمای در نفوذ درجه نرمی) C ( نقطه استوکس( )سانتی 120 C دمای در ویسکوزیته استوکس( )سانتی 135 C دمای در ویسکوزیته استوکس( )سانتی 160 C دمای در ویسکوزیته 25 C دمای در انعطافپذیری آزمایش استاندارد AASHTO T228 AASHTO T49 AASHTO T53 AASHTO T201 AASHTO T201 AASHTO T201 AASHTO T51 شده اندازهگیری مقدار 1/ >100 سنگی مصالح مشخصات 2. جدول شده اندازهگیری مشخصات آزمایش استاندارد نیاز مورد مقدار اندازه درشتدانه سنگی مصالح مشخصات بیشینه AASHTO T96 لسآنجلس سایش درصد 0/8 5 بیشینه AASHTO T85 آب جذب درصد کمینه ASTM D5821 وجه یک در شکستگی درصد 2/654 AASHTO T85 )g/cm 3 ( ظاهری مخصوص چگالی کمینه ASTM D5821 وجه دو در شکستگی درصد ریزدانه مصالح مشخصات 2/617 AASHTO T84 )g/cm 3 ( ظاهری مخصوص چگالی 1.4 AASHTO T84 آب جذب درصد فیلر مشخصات 2/702 AASHTO T84 )g/cm 3 ظاهری) مخصوص چگالی آسفالتی مخلوط دانهبندی مشخصات 3. جدول 200 شماره 50 شماره 8 شماره 4 شماره الک اندازه اینچ 075/0 3/0 36/2 75/4 5/12 19 میلیمتر عبوری درصد زمستان / دوم شماره / ششم سال / نقل و حمل مهندسی

5 سیلیس نانو با اصالحشده بتنآسفالتی خستگی مقاومت ارزیابی اسبچران معدن از نمونهها ساخت برای الزم مصالح است. آمده به پودرسنگ از شدهاست. تهیه تهران شمال در واقع رودهن در مصالح مشخصات استفادهشدهاست. هها نمون ساخت در فیلر عنوان دانهبندی 3 شماره جدول دادهشدهاست. نشان 2 شماره جدول در در بکاررفته نانوسیلیس میدهد. نشان را مطالعه این در استفاده مورد ذرات قطر حداکثر است. %99 از بیشتر خلوص دارای مطالعه این ظاهری چگالی است. m 2 /gr 600 ویژه سطح دارای و nm10 آن است. gr/cm3 4/2 آن واقعی چگالی و gr/cm31/0 از کمتر آن اتم چهار و چهارضلعی مرکز در Si اتم موارد اغلب نانوسیلیس در.]Yao et al. دارند.] 2012 قرار آن اطراف در اکسیژن نمونهها سازی آماده و کردن مخلوط 2-4 باال برشی تنش با اختالط دستگاه از نانوسیلیس با قیر اصالح برای وزنی درصد 6 و 4 درصدهای با سیلیس نانو است. استفادهشده ]Yao et al. ]2012 پژوهش به توجه با اضافهشدهاست. قیر به قیر دور 4000 با باال برشی تنش با اختالط دستگاه وسیله به نانوسیلیس با سانتیگراد درجه 135 دمای در و ساعت 2 مدت برای دقیقه در شدهاست. مخلوط قیر آسفالتی مخلوط بهینه قیر کردن مشخص برای مارشال روش از قیر و نانوسیلیس درصد 6 و 4 برای استفادهشدهاست. گرم قیر درصد آوردن دست به برای نمونه 12 )اصالحنشده( خالص 3 حداقل قیر درصدهای از یک هر برای ساختهشدهاست. بهینه با آسفالتی مخلوط بهینه قیر درصد ساختهشدهاست. آسفالتی نمونه است: شده حاصل زیر قیر درصد سه از میانگینگیری آسفالتی مخلوط )مقاومت( پایداری حداکثر با متناظر قیر درصد 1- آسفالتی مخلوط مخصوص وزن حداکثر با متناظر قیر درصد 2- تمام برای هوا درصد محدودیتهای میانگین با متناظر قیر درصد 3- آسفالتی مخلوط مخلوط برای درصد 5/5 اصالحنشده مخلوط برای بهینه قیر مقدار درصد 5 و 2/5 با برابر ترتیب به و %6 %4 سیلیس نانو با اصالحشده مارشال نمونههای کردن متراکم جهت مارشال چکش از است. مدول آزمایشهای برای استفادهشدهاست. بهینه قیر محاسبه برای کننده متراکم دستگاه با نمونهها غیرمستقیم کشش و جهندگی بر یافتهاند. تراکم چرخشیاتاتاتعنت دستگاه از نقطهای چهار خستگی آزمایش نمونههای ساخت برای اب بهینه قیر در نمونهها تمام استفادهشدهاست. مالشی کننده متراکم نمونه سطح در که ازآنجا ساختهشدهاند. %4 خالی فضای درصد نمونه طرف هر از mm10 است زیاد خالی فضای ساختهشده AASHTO 321T آییننامه به توجه با نهایت در میشود. زده مهیا mm 5/63 mm mm ابعاد با نمونههای شدهاست. انجامشده آزمایشهای شرح 5. برجهندگی مدول 1-5 طراحی سازوکار در مهم پارامترهای از یکی برجهندگی مدول زیر روسازی پاسخ شکل به پارامتر این اندازهگیری است. روسازی برجهندگی مدول مقدار است. بار این متناظر کرنش و دینامیکی بار اصول شدهاست. اندازهگیری ASTM D آییننامه براساس مخلوطهای که میدانیم اما است االستیک تئوری پایه بر آزمایش این بارگذاری هر از بعد و نمیکنند عمل االستیک صورت به آسفالتی مقایسه در بارگذاری مقدار اگر اما دارند. ماندگار تغییرشکل مقداری آنگاه باشد زیاد بارگذاری تکرارهای تعداد و کم مواد مقاومت با تغییرشکلهای با برابر تقریبا بارگذاری هر زیر شکلهای تغییر ماده آن رفتار یتوان م نتیجه در هستند بارگذاری هر در برگشتپذیر آزمون در.]Huang, گرفت] 2004 نظر در االستیک صورت به را تغییرشکل مجموع با است برابر کلی تغییرشکل برجهندگی مدول نشاندهنده ترتیب به که برگشتپذیر شکل تغییر عالوه به آنی Brown and[ است ماده آن ویسکواالستیک و االستیک خواص.]Kee, زمستان / دوم شماره / ششم سال / نقل و حمل مهندسی 265

6 زیاری حسن عامری محمود نیا حسنی معین بارگذاری تعداد حداقل مخلوط نوع و دما بارگذاری فرکانس به بسته های گون به باید بارگذاری تعداد حداقل است. دفعه 200 تا 50 بین Brown and[ باشند ثابتی مقدار فپذیر انعطا تغییرشکلهای که باشد.]Kee, 1989 گرفتهاست انجام آزمایش درجه 25 و 5 دماهای برای آزمایش این در گرفتهشدهاست. نظر در 100 بارگذاری تعداد حداقل و غیرمستقیم کششی مقاومت 2-5 آسفالتی مخلوطهای کششی مقاومت ارزیابی برای آزمایش این نشاندهنده نسبی طور به آزمایش این خروجی میشود. استفاده اب آسفالتی مخلوطهای است. ساختهشده ههای نمون کیفیت مقدار ترکهای با مقابله در باالتری مقاومت دارای بیشتر کششی مقاومت به آزمایش این در.]Huang et al. هستند] 2003 دمایی و خستگی امتداد در ثابت نرخ یک با قائم تغییرشکل فشاری بار اعمال وسیله بین نمونه آزمایش این در میشود. اعمال استوانهای نمونههای قطر در کششی یکنواخت تنش اینکه تا یگیرد م قرار بارگذاری نوار دو امتداد در نمونه معموال بیاید. وجود به نمونه قائم قطری صفحه از آسفالتی مخلوطهای کششی مقاومت میشود. شکسته بارگذاری ]AASHTO,T283 میشود] 2003 محاسبه زیر معادله )1( )kpa( نمونه هر غیرمستقیم کششی مقاومت مقدار ITS آن در که D شود) KN ( شکسته نمونه تا است نیاز که باری بیشترین P ult هستند. نمونه) mm ( ضخامت mm) نمونه) t قطر شکست انرژی و 10 کل شکست انرژی مانند دیگری خروجیهای کرد. استخراج آزمایش این از یتوان م نیرو( )اوج را تسلیم نقطه تا سطح مقدار به ترک یک ایجاد برای انجامشده کار به شکست انرژی زیر مساحت با است برابر این که یشود م گفته نمونه یک در واحد را بار مقدار بیشترین که نقطهای تا تغییرشکل برحسب بار منحنی بر بار نمودار زیر مساحت تمام کل شکست انرژی و میکند تحمل هر برای شکست انرژی مقدار و میشود تعریف شکل تغییر حسب.]Ziari et al. ]2013 میشود محاسبه زیر رابطه از نمونه )2( )J/m 2 تسلیم) نقطه تا شکست انرژی کل با است برابر F آن در که E نمونه) mm ( ضخامت H شکل) mm ( تغییر δ ( نیرو) N مقدار P است. نمونه) mm ( قطر D نمونه 3 متغیر هر برای غیرمستقیم کششی مقاومت آزمایش در دمای در و ساختهشدهاست AASHTO T 283 آییننامه مطابق 3 این بین میانگینگیری از نهایی نتیجه و شدهاند آزمایش C25 شدهاست. حاصل نمونه نقطهای( 4 خستگی آسفالتی)تیر مخلوطهای خستگی 3-5 تیر آزمایش از آسفالتی مخلوطهای خستگی عمر اندازهگیری برای هایاستفادهشدهاست.عموما آزمایشتیرخمشیچهار خمشیچهارنقط یهای ویژگ بیان جهت آزمایشها مناسبترین از یکی عنوان به های نقط آزمایش این در هاست. قرارگرفت پذیرش مورد آسفالتی مخلوطهای ننامه آیی با مطابق mm 5/63 mm mm ابعاد در هها نمون خستگی تیر آزمایش انجام برای هشدهاند. تهی AASHTO T321 هها نمون همه استفادهشدهاست. IPC شرکت دستگاه از های نقط چهار مورد سینوسی )مود( صورت به میکرواسترین 800 ثابت کرنش در و است HZ10 برابر نمونه بارگذاری فرکانس هاند. قرارگرفت آزمایش شده محاسبه آزمایش شروع از اول سیکل 50 در اولیه سختی مقدار هاند. قرارگرفت آزمایش مورد محیط 25 C دمای در هها نمون تمام است. با های محفظ در ساعت 4 مدت به آزمایش انجام از قبل هها نمون این به خمشی سختی که زمانی تا آزمایش این هاند. قرارگرفت دمای 25 C مقدار و یکند م پیدا ادامه برسد اولیه خمشی سختی درصد 50 مقدار گزارش آسفالتی مخلوط خستگی عمر عنوان به بارگذاری سیکلهای خروجی پارامترهای محاسبه برای که روابطی 7 تا 3 روابط یشوند. م.]AASHTOT321 یدهد] 2003 م نشان را شدهاست استفاده زمستان / دوم شماره / ششم سال / نقل و حمل مهندسی

7 ارزیابی مقاومت خستگی بتنآسفالتی اصالحشده با نانو سیلیس در شبکه قیر پخش و باعث مسلح شدن قیر شدهاند که تغییرات در شبکه قیر م یتواند باعث افزایش مقاومت مخلوط آسفالتی در برابر تغییر شکلهای االستیک و افزایش مدول برجهندگی مخلوط آسفالتی شود. مدول برجهندگی یکی از پارامترهای مهم در سازوکار طراحی روسازی است افزایش مدول برجهندگی میتواند باعث کنترل ترکهای ناشی از بارگذاری در دماهای میانی شود و همچنین از آنجا که مدول برجهندگی در تعیین ضخامت آسفالت تأثیر مستقیم دارد میتوان با افزایش مدول برجهندگی از ضخامت آسفالت کاست. )3( )4( )5( که در آن S سختی خمشی بر حسب )Pa( تنش کششی) Pa ( کرنش کششی P بار اعمالشده ميانگين عرض نمونه )m( ميانگين ارتفاع نمونه )m( δ تغيير شکل حداکثر در وسط تير )m( L فاصله بين تکیهگاهها )معموال 357/0 متر( و a فاصله بين گیرههای بارگذاري است. انرژي تلفشده 11 در هر سيکل از رابطه زیر محاسبه میشود. )6( که در آن D انرژی تلفشده در هر سیکل) f )J/m 3 فرکانس بارگذاري )هرتز( زمان بين حداکثر کرنش )ثانيه( است. )7( D i انرژی تلفشده در که W انرژی تلفشده تجمعی ( 3 )J/m سیکل i ام است. 6. شرح و بحث نتایج 1-6 مدول برجهندگی مقادیر مدول برجهندگی مخلوطهای آسفالتی در شکل 1 نشان دادهشدهاست. در شکل 1 مقادیر مدول برجهندگی در دمای 25 و 5 درجه C نشان دادهشدهاست. نتایج نشان م یدهد که در دمای 25 درجه افزودن نانوسیلیس به مقدار 4 و 6 درصد مقدار مدول برجهندگی را به ترتیب به مقدار 20 و 31 درصد افزایش میدهد و همچنین در دمای 5 درجه با افزایش نانوسیلیس مقدار مدول برجهندگی افزایش مییابد. از آنجا که نانو سیلیس مورد استفاده در این پژوهش دارای سطح ویژه بسیار زیاد است ذرات نانوسیلیس شکل 1. نتایج مدول بر جهندگی در دماهای 25 و 5 درجه سانتیگراد 2-6 مقاومت کششی غیرمستقیم مقادیر مقاومت کششی غیرمستقیم مخلوطهای آسفالتی حاوی درصدهای مختلف نانو سیلیس در شکل 2 نشان دادهشدهاست. مشاهده میشود که با افزودن نانوسیلیس مقاومت کششی غیرمستقیم افزایش مییابد و همچنین با افزایش درصد مقدار نانوسیلیس نرخ افزایش مقدار مقاومت کششی غیرمستقیم به صورت صعودی افزایش پیدا میکند. نتایج نشان میدهد که با افزایش نانوسیلیس با درصدهای 4 و 6 درصد به ترتیب مقدار مقاومت کششی غیرمستقیم 16 و 29 درصد افزایش مییابد. در شکل 3 نشان داده م یشود که افزودن نانوسیلیس مقدار انرژی شکست کل و انرژی شکست تا نقطه تسلیم را افزایش داده است.از آنجا که مخلوطهای آسفالتی با انرژی شکست بیشتر مقاومت باالتری در برابر با ترکهای خستگی و دمایی دارند در نتیجه م یتوان گفت که افزودن نانوسیلیس باعث 267 مهندسی حمل و نقل / سال ششم / شماره دوم / زمستان 1393

8 معین حسنی نیا محمود عامری حسن زیاری افزایش مقاومت مخلوط آسفالتی در برابر ترکهای خستگی می شود. پیدا کرده است این درحالی است که با افزودن %4 نانو سیلیس با افزودن %4 نانو سیلیس مقدار انرژی شکست کل به میزان 12% عمرخستگی نسبت به نمونه شاهد به میزان 36 درصد افزایش پیدا افزایش پیداکرده است. نتایج در شکل 3 نشان می دهد که با افزودن کرده است. میزان انرژی تلف شده مخلوط آسفالتی با افزودن 4 و 6 6% نانوسیلیس انرژی شکست کل و انرژی شکست تسلیم افزایش درصد نانوسیلیس به میزان 31 و 52 درصد افزایش یافته است در قابل توجهی نسبت به %4 نانوسیلیس نکرده است به نحوی که نتیجه می توان گفت افزودن نانوسیلیس باعث افزایش عمر خستگی مقدار انرژی شکست کل برای 4 و 6 درصد نانوسیلیس تقریبا برابر در دماهای میانی می شود که این افزایش عمر خستگی می تواند به است. دلیل بسیار باال بودن سطح ویژه نانوسیلیس باشد که با قرارگرفتن در شبکه قیر باعث مسلح شدن شبکه قیر و افزایش مقاومت مخلوط آسفالتی در برابر بارگذاریهای متناوب می شود. شکل.2 نتایج ITS مخلوط آسفالتی شکل.4 نتایج انرژی تلف شده تجمعی مخلوط آسفالتی شکل.3 نتایج انرژی شکست تسلیم و انرژی شکست کل مخلوط آسفالتی 3-6 خستگی مخلوط های آسفالتی(تیر خستگی 4 نقطه ای) نتایج این آزمایش در شکل 4 و 5 نشان داده شده است. با توجه به این نتایج افزودن نانوسیلیس باعث افزایش عمرخستگی مخلوط آسفالتی و افزایش انرژی تلف شده تجمعی مخلوط آسفالتی شده است. با افزودن 4 درصد نانوسیلیس عمر خستگی به میزان 36 درصد افزوده شده است. با افزودن درصدهای بیشتر نانوسیلیس نرخ افزایش عمر خستگی کاهش می یابد بهطوری که با افزودن 6 درصد نانوسیلیس تنها 14 درصد عمر خستگی نسبت به 4 درصد نانوسیلیس افزایش مهندسی حمل و نقل / سال ششم / شماره دوم / زمستان شکل.5 نتایج عمر خستگی مخلوط آسفالتی.7 نتیجه گیری در این مقاله اثر نانوسیلیس به عنوان اصالح کننده قیر در دماهای میانی بر مقاومت مخلوطهای آسفالتی در برابر ترک های خستگی مورد بررسی قرار گرفته است. برای ارزیابی مخلوط آسفالتی اصالح شده با نانوسیلیس آزمایش های متنوعی بر روی مخلوط آسفالتی انجام پذیرفته و نتایج زیر به دست آمده است :

9 ارزیابی مقاومت خستگی بتنآسفالتی اصالحشده با نانو سیلیس 8- Elastic modulus 9- Fatigue life 10- Total fracture energy 11- Dissipated energy 9. مراجع - AASHTO T283 (2003) "Resistance of compacted hot-mix asphalt (HMA) to moisture-induced damage", AASHTO, USA -AASHTO T321 (2003) "Standard method of test for determining the fatigue life of compacted hot-mix asphalt (HMA) subjected to repeated flexural bending", AASHTO, USA -AmirKhanian, Armen N., Xiao, Feipeng and AmirKhanian, Sergi, N.(2011) Characterization of unaged Asphalt binder modified with carbon nano particles, International Journal of Pavement Research and Technology Vol.4, pp با توجه به نتایج به دست آمده از آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم و مدول برجهندگی میتوان گفت که افزودن نانوسیلیس باعث بهبود مقاومت مخلوط آسفالتی در دماهای میانی میشود. در آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم و مدول برجهندگی مشاهده میشود که به ترتیب افزودن نانوسیلیس به میزان 6 درصد باعث افزایش مقاومت کششی غیرمستقیم به میزان 29 درصد و افزایش مدول برجهندگی به میزان 31 درصد نسبت به نمونه شاهد داشته است. م یتوان نتیجه گرفت که افزودن نانوسیلیس به قیر به دلیل سطح مخصوص باالی نانوسیلیس باعث مسلح شدن قیر و در نتیجه افزایش مقاومت مخلوط آسفالتی در برابر ترکهای خستگی میشود. 2- نتایج آزمایش تیرخستگی نشان داد که افزودن نانو سیلیس باعث افزایش عمر خستگی مخلوط آسفالتی به میزان قابلتوجهی میشود. نتایج نشان میدهند که با افزودن نانوسیلیس به مقدار 6 درصد عمرخستگی مخلوط آسفالتی و انرژی تلفشده تجمعی به میزان 50 درصد افزایش مییابد در نتیجه میتوان گفت افزودن نانوسیلیس باعث افزایش عمرخستگی در دماهای میانی م یشود که این افزایش عمرخستگی میتواند به دلیل بسیار باال بودن سطح ویژه نانوسیلیس باشد که با قرارگرفتن در شبکه قیر باعث مسلح شدن شبکه قیر و افزایش مقاومت مخلوط آسفالتی در برابر بارگذاریهای متناوب میشود. - Brown, E. R. and Kee, Y. Foo (1989) Evaluation of variability in resilient modulus test result (ASTM D 4123), NCAT Report No Buzea, C., Pacheco, I. & Robbie, K. (2007) Nanomaterials and nanoparticles: Sources and toxicity, Biointerphases, Vol.2, pp.mr17-mr /12/01 1- Huge surface area 2- Nanoclay 3- Nano lime 4- Carbon nanofiber 5- Carbon nanotube 6- Failure temperature 7- Complex modulus 8. پی نوشت ها 269 مهندسی حمل و نقل / سال ششم / شماره دوم / زمستان 1393

10 معین حسنی نیا محمود عامری حسن زیاری Materials and New Innovations in Pavement Engineering, Vol.223, pp Fang, C.,Yu, R., Liu, S. and Li, Y. (2013) Nanomaterials applied in asphalt modification: A review, Journal of Materials Science & Technology, Vol.29, pp Moreno, F. and Rubio, M. C. (2013) Effect of aggregate nature on the fatigue-cracking behavior of asphalt mixes, Materials & Design, Vol.47, pp Huang, B., Li, G. and Mohammad, L. N. (2003) Analytical modeling and experimental study of tensile strength of asphalt concrete composite at low temperatures, -Ramsden, J. (2009) Essentials of nanotechnology, Composites Part B: Engineering, Vol.34, pp Free Books. net, Ramoden and ventus publishing. -Huang, Y. H. (2004) Pavement analysis and design, -Santagata, E., Baglieri, O., Tsantilis, L. and Dalmazzo, Singapore: Pearson Education Limited D. (2012) Rheological characterization of bituminous binders modified with carbon nanotubes, Procedia - Social and Behavioral Sciences, Vol.53, pp Jahromi, S. G. and Khodaii, A. (2009) Effects of nanoclay on rheological properties of bitumen binder, Construction and Building Materials, Vol.23, pp Ven, M. F. C. van de., Molenaar, A. A. A. and Besamusca, J. (2009) Nanoclay for binder modification of asphalt mixtures, Advanced Testing and Characterization of Bitumen Materials,2009, pp Khattak, Mohannad Jamal, Khattab, Ahmad and Rizvi, Hashem R. (2013) Characterization of carbon nanofiber modified hot mix asphalt mixtures, Construction and Building Materials, Vol.40, pp Yao, H.,You, Z.,Li, L.Lee, C.,Wingard, D.,Yap, Y.,Shi, X. and Goh, S. (2012) Properties and chemical bonding of asphalt and asphalt mixtures modified with nanosilica. Journal of Materials in Civil Engineering, Vol.0, pp.null -Khattak, Mohammad Jamal, Khattab, Ahmad, Rizvi, Hashem.R. and Zhang, P. (2012) The impact of carbon nano-fiber modification on asphalt binder rheology. Construction and Building Materials, Vol.30, pp Ziari, H., Behbahani, H., Izadi, A. and Nasr, D. (2013) Long term performance of warm mix asphalt versus hot mix asphalt, Journal of Central South University, Vol.20, pp Larisa, S., Alexey, S., Natalia, S. and Natoliy, L. (2011) Effects of nanocomposites on the high temperature rheological properties of a PG58 asphalt-binder, Road 270 مهندسی حمل و نقل / سال ششم / شماره دوم / زمستان 1393