تولید منحنی جامع مدول دینامیکی و زاویه فاز ملات و مخلوط آسفالتی با استفاده از کمترین تعداد دمای آزمایش و فرکانس بارگذاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر (پلی‌‌تکنیک تهران)، تهران، ایران

چکیده

منحنی‌های جامع مدول دینامیکی و زاویه اختلاف فاز جهت بیان خواص ویسکوالاستیک مخلوط‌های آسفالتی و ملات استفاده می‌شود. این منحنی‌های جامع از طریق انتقال افقی نمودارهای مدول دینامیکی و زاویه اختلاف فاز در دماها و فرکانس‌های مختلف به کمک ضرایب انتقال مناسب ایجاد می‌شوند. در این پژوهش، تولید منحنی‌های جامع مدول دینامیکی و زاویه اختلاف فاز در دو مقیاس ملات و مخلوط آسفالتی با استفاده از کمترین تعداد آزمایش (کمترین تعداد دما و فرکانس بارگذاری) مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور آزمایش مدول دینامیکی در شش فرکانس و دما در مقیاس‌های ملات و مخلوط انجام و روش Laboratoire Central des Ponts et Chaussees  به منظور محاسبه ضرایب انتقال مناسب جهت تولید منحنی‌های جامع استفاده شد. به منظور پیش‌بینی خواص ویسکوالاستیک مقیاس‌های مذکور از برازش مدل اصلاح‌شده Christensen-Anderson-Marasteanu بر منحنی‌های جامع استفاده شد. نتایج نشان داد با کاهش تعداد فرکانس‌های آزمایش به دو فرکانس در تعداد دمای ثابت، مدل برازش‌شده مقادیری با دقت مشابه با مدل اصلی ارائه می‌دهد. از طرفی با کاهش تعداد دماها به سه دما در تعداد فرکانس‌های مختلف (سه تا شش فرکانس)، مدل‌ جدید برازش شده، مقادیر و الگوهای مشابه با مدل ساخته‌‌شده با تمامی داده‌‌های دمایی و فرکانسی ارائه می‌دهد. بنابراین با کاهش تعداد دماها و فرکانس‌های آزمایش، می‌توان بدون هدررفت زمان، هزینه و اطلاعات مفید آزمایش مدول دینامیکی، منحنی جامع با دقت بیش از 92% نسبت به مدل اصلی، جهت پیش‌بینی خصوصیات ویسکوالاستیک مخلوط و ملات آسفالتی بدست آورد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Developing Master Curves of Dynamic Modulus and Phase Angle of Asphalt Mortar and Asphalt Mixture Using the Least Number of Test Temperatures and Frequencies

نویسندگان [English]

  • masood gholami
  • Mojtaba Khodadadi
  • Pouria Hajikarimi
  • Ali Khodaii
highway and transportation engineering, department of civil and environmental engineering, amirkabir university of technology
چکیده [English]

Asphalt mortar and asphalt mixture are viscoelastic materials due to the presence of bitumen in their structures. The master curves of dynamic modulus and phase angle developed through the horizontal shifting of the results using the appropriate shift factors are commonly used to describe the viscoelastic properties of asphalt mortar and asphalt mixture. In this study, constructing master curves of dynamic modulus and phase angle of asphalt mortar and asphalt mixture using the least number of test temperatures and frequencies was investigated. The dynamic modulus test was performed on asphalt concrete and asphalt mortar samples at six temperatures and frequencies. Then, the Laboratoire Central des Ponts et Chaussees method was used to determine the shift factors for constructing master curves. Also, the modified Christensen-Anderson-Marasteanu model was fitted on the master curves to predict their viscoelastic properties at an arbitrary temperature and frequency. In addition, the master curves and the fitted models, which are created by using test results at two frequencies and six temperatures, six frequencies and three temperatures, or three frequencies and three temperatures, could provide the same predicted values and patterns as the original fitted model with more than 92% accuracy. So, as a result, it is possible to develop the master curves of the viscoelastic properties of asphalt mixture and asphalt mortar with a lower number of test results that have similar accuracy to the original master curves and reduce the time and cost of experiments up to 50%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Asphalt Concrete
  • Mortar
  • Master Curve
  • Frequency
  • Temperature

مراجع

[1] P. Hajikarimi, F.M. Nejad, Applications of viscoelasticity: Bituminous materials characterization and modeling, Elsevier, 2021.
[2] W. Huang, X. Zhang, Y. Yin, S. Cai, A numerical implementation of the three-dimensional viscoelastic model for asphalt mastic, International Journal of Civil Engineering, 16(5) (2018) 543-551.
[3] E. Toraldo, E. Mariani, Effects of polymer additives on bituminous mixtures, Construction and Building Materials, 65 (2014) 38-42.
[4] H.F. Brinson, L.C. Brinson, Polymer engineering science and viscoelasticity, An introduction,  (2008) 99-157.
[5] N.I.M. Yusoff, E. Chailleux, G.D. Airey, A comparative study of the influence of shift factor equations on master curve construction, International Journal of Pavement Research and Technology, 4(6) (2011) 324.
[6] Y.R. Kim, Modeling of asphalt concrete, 2008.
[7] Y. Yin, W. Huang, J. Lv, X. Ma, J. Yan, Unified construction of dynamic rheological master curve of asphalts and asphalt mixtures, International Journal of Civil Engineering, 16(9) (2018) 1057-1067.
[8] R.A. Schapery, On the characterization of nonlinear viscoelastic materials, Polymer Engineering & Science, 9(4) (1969) 295-310.
[9] W.N. Findley, J.S. Lai, K. Onaran, Creep and relaxation of nonlinear materials, Noth-Holland, Amsterdam,  (1976).
[10] Y. Wada, H. Hirose, Glass transition phenomena and rheological properties of petroleum asphalt, Journal of the Physical Society of Japan, 15(10) (1960) 1885-1894.
[11] H. Chen, D.M. Barbieri, X. Zhang, I. Hoff, Reliability of Calculation of Dynamic Modulus for Asphalt Mixtures Using Different Master Curve Models and Shift Factor Equations, Materials, 15(12) (2022) 4325.
[12] E. Chailleux, G. Ramond, C. Such, C. de La Roche, A mathematical-based master-curve construction method applied to complex modulus of bituminous materials, Road Materials and Pavement Design, 7(sup1) (2006) 75-92.
[13] S.M. Asgharzadeh, N. Tabatabaee, K. Naderi, M.N. Partl, Evaluation of rheological master curve models for bituminous binders, Materials and Structures, 48(1) (2015) 393-406.
[14] Y. Alghrafy, S. El-Badawy, E.-S.M. Abd Alla, A Comparative Study of Different Complex Shear Modulus Master Curve Techniques for Sulfur Extended Asphalt Modified with Recycled Polyethylene Waste, International Journal of Pavement Research and Technology,  (2021) 1-28.
[15] M. Khodadadi, A. Khodaii, J. Absi, F.F. Tehrani, P. Hajikarimi, An experimental length scale investigation on viscoelastic behavior of bituminous composites: Focusing on mortar scale, Construction and Building Materials, 308 (2021) 124766.
[16] G. Bazi, T.B. Assi, Asphalt concrete master curve using dynamic backcalculation, International Journal of Pavement Engineering, 23(1) (2022) 95-106.
[17] B.M. Bayane, E. Yang, Q. Yanjun, Dynamic modulus master curve construction using Christensen-Anderson-Marasteanu (CAM) model, Int. J. Eng. Res. Appl, 7(1) (2017) 53-63.
[18] Y. Zhao, H. Liu, L. Bai, Y. Tan, Characterization of linear viscoelastic behavior of asphalt concrete using complex modulus model, Journal of materials in civil engineering, 25(10) (2013) 1543-1548.
[19] Y.R. Kim, Y. Seo, M. King, M. Momen, Dynamic modulus testing of asphalt concrete in indirect tension mode, Transportation Research Record, 1891(1) (2004) 163-173.
[20] J.H. Podolsky, R.C. Williams, E. Cochran, Effect of corn and soybean oil derived additives on polymer-modified HMA and WMA master curve construction and dynamic modulus performance, International Journal of Pavement Research and Technology, 11(6) (2018) 541-552.
[21] P.M. Vestena, S.L. Schuster, P.O.B. de Almeida Jr, C. Faccin, L.P. Specht, D. da Silva Pereira, Dynamic modulus master curve construction of asphalt mixtures: Error analysis in different models and field scenarios, Construction and Building Materials, 301 (2021) 124343.
[22] H. Booij, G. Thoone, Generalization of Kramers-Kronig transforms and some approximations of relations between viscoelastic quantities, Rheologica Acta, 21(1) (1982) 15-24.
[23] D.W. Christensen, D.A. Anderson, Interpretation of dynamic mechanical test data for paving grade asphalt cements (with discussion), Journal of the Association of asphalt paving technologists, 61 (1992).
[24] M. Marasteanu, D. Anderson, Improved model for bitumen rheological characterization, in:  Eurobitume workshop on performance related properties for bituminous binders, European Bitumen Association Brussels, Belgium, 1999.
[25] M. Zeng, H.U. Bahia, H. Zhai, M.R. Anderson, P. Turner, Rheological modeling of modified asphalt binders and mixtures (with discussion), Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 70 (2001).
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 55، شماره 4
تیر 1402
صفحه 793-810

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار