اعتبار،چابکی،پاسخگویی

بررسی تأثیر الیاف پارافیبر دو جزئی بر مشخصات مکانیکی و مقاومت رطوبتی آسفالت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی عمران گرایش سازه،دانشگاه آزاد اسلامی واحد زنجان،ایران

2 دکتری مهندسی عمران گرایش سازه،دانشگاه تهران، مدرس دانشکده مهندسی و پرواز دانشگاه امام علی(ع) ، تهران، ایران

3 کارشناسی ارشد مهندسی عمران گرایش راه و ترابری، دانشگاه علم و صنعت ایران،مدرس دانشگاه امام علی(ع) ، تهران، ایران

چکیده
باندهای فرودگاهی به عنوان یکی از حیاتی‌ترین زیرساخت‌های حمل‌ونقل هوایی، همواره تحت تأثیر بارهای دینامیکی سنگین ناشی از برخاست و فرود هواپیماها و شرایط محیطی متنوع قرار دارند. تغییرات اقلیمی در سال‌های اخیر با ایجاد نوسانات شدید دمایی، افزایش بارش‌های سیل‌آسا و وقوع پدیده‌های حدی، چالش‌های جدی برای عملکرد و دوام روسازی‌های آسفالتی باندهای فرودگاهی ایجاد کرده است. در این پژوهش، تأثیر استفاده از الیاف پارافیبر دو جزئی (شامل پلیمر حل‌شونده در قیر و الیاف سلولزی) بر ویژگی‌های مکانیکی و عملکردی آسفالت ویژه باندهای فرودگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور ارزیابی دقیق رفتار مخلوط‌های آسفالتی، دستگاه تعیین مقاومت فشاری و کششی آسفالت با قابلیت نمایشگر دیجیتال طراحی و ساخته شد. دو طرح اختلاط شامل طرح شاهد بدون افزودنی و طرح با 5/1 درصد نسبت به قیر بهینه الیاف پارافیبر دو جزئی تهیه گردید و آزمایش‌های تعیین استحکام مارشال، روانی، مقاومت کششی غیرمستقیم و حساسیت رطوبتی بر روی نمونه‌ها انجام شد. نتایج نشان می‌دهد که استفاده از الیاف پارافیبر دو جزئی موجب افزایش استحکام مارشال از ۱۳۹۰ به ۱۴۲۰ کیلوگرم (افزایش حدود ۲ درصد)، کاهش روانی از ۴/۲ به ۱/۲ میلیمتر و افزایش نسبت استحکام مارشال (نسبت ۲۴ ساعت به ۳۰ دقیقه) از ۷۸ به ۸۷ درصد می‌شود. همچنین مقاومت کششی غیرمستقیم نمونه‌های حاوی الیاف در حالت خشک (۹۳۰ کیلوپاسکال) و اشباع (۷۸۵ کیلوپاسکال) در مقایسه با نمونه شاهد (به ترتیب ۸۵۰ و ۶۶۰ کیلوپاسکال) بهبود قابل‌توجهی داشته است. نسبت مقاومت کششی (TSR) برای طرح حاوی الیاف برابر ۴/۸۴ درصد و برای طرح شاهد برابر ۶/۷۷ درصد به دست آمد. ضخامت غشای قیری در مخلوط حاوی الیاف به دلیل شکستگی مناسب مصالح و پوشش یکنواخت قیر بر روی سنگدانه‌ها افزایش یافته که این امر موجب کاهش عریان‌شدگی و افزایش دوام رطوبتی می‌گردد. بر اساس یافته‌های این پژوهش، استفاده از آسفالت مسلح‌شده با الیاف پارافیبر دو جزئی می‌تواند به عنوان راهکاری مؤثر برای افزایش مقاومت و دوام باندهای فرودگاهی در برابر شرایط محیطی نامساعد و بارهای سنگین ترافیک هوایی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigating the Effect of Two-Component Parafiber on the Mechanical Properties and Moisture Resistance of Asphalt

نویسندگان English

Shahram Tabasheri 1
Shahrokh Rezaei 2
Hasan Sepahvand 3
1 PhD Candidate in Structural Engineering, Islamic Azad University, Zanjan Branch, Iran
2 PhD in Structural Engineering; University of Tehran; Lecturer, Faculty of Engineering and Flight, Imam Ali University, Tehran, Iran
3 MSc in Civil Engineering (Road and Transportation), Iran University of Science and Technology; Lecturer, Imam Ali University, Tehran, Iran
چکیده English

Airport runways, as critical aviation infrastructure, are continuously subjected to heavy dynamic loads during aircraft takeoff and landing, as well as diverse environmental conditions. In recent years, climate change has introduced severe temperature fluctuations, intense rainfall, and extreme weather events, posing serious challenges to the performance and durability of asphalt pavements on airport runways. This study investigates the effect of using two-component Parafiber (comprising a polymer soluble in bitumen and cellulose fibers) on the mechanical and performance properties of special asphalt mixtures designed for airport runways. To precisely evaluate the behavior of asphalt mixtures, a device for determining compressive and tensile strength of asphalt with a digital display was designed and manufactured. Two mix designs were prepared: a control mixture without additives and a mixture containing 1.5% two-component Parafiber. Marshall stability and flow tests, indirect tensile strength (ITS) tests, and moisture susceptibility tests (AASHTO T283) were conducted on the specimens. The results indicate that the use of two-component Parafiber increases Marshall stability from 1390 to 1420 kg (an increase of approximately 2%), reduces flow from 2.4 to 2.1 mm, and improves the Marshall stability ratio (24-hour to 30-minute immersion) from 78% to 87%. Furthermore, the indirect tensile strength of fiber-reinforced specimens in dry condition (930 kPa) and saturated condition (785 kPa) showed significant improvement compared to the control mixture (850 kPa and 660 kPa, respectively). The tensile strength ratio (TSR) for the fiber-reinforced mixture was 84.4%, compared to 77.6% for the control mixture. The bitumen film thickness in the fiber-reinforced mixture increased due to proper aggregate fracture and uniform bitumen coating, which reduced stripping and enhanced moisture resistance. Based on the findings, the use of Parafiber-reinforced asphalt can be considered an effective solution for increasing the strength and durability of airport runways against adverse environmental conditions and heavy air traffic loads

کلیدواژه‌ها English

  • Airport runway asphalt
  • Parafiber
  • Indirect tensile strength
  • Marshall stability
  • Moisture susceptibility
] Asphalt Institute, MS-2 Asphalt Mix Design Methods, 7th ed. Lexington, KY, USA: Asphalt Institute, 2014.
[ 2 ] Asphalt Institute, The Asphalt Handbook (MS-4), 7th ed. Lexington, KY, USA: Asphalt Institute, 2007.
[ 3 ] ASTM International, ASTM D6927-22, Standard Test Method for Marshall Stability and Flow of Asphalt Mixtures. West Conshohocken, PA, USA: ASTM International, 2022.
[ 4 ] ASTM International, ASTM D6931-17, Standard Test Method for Indirect Tensile (IDT) Strength of Asphalt Mixtures. West Conshohocken, PA, USA: ASTM International, 2017.
[ 5 ] AASHTO, T 283, Resistance of Compacted Asphalt Mixtures to Moisture-Induced Damage. Washington, DC, USA: AASHTO.
[ ۶ ] Federal Aviation Administration, AC 150/5320-6G, Airport Pavement Design and Evaluation. Washington, DC, USA: FAA, 2021.
[ 7 ] Federal Aviation Administration, AC 150/5370-10, Standard Specifications for Construction of Airports. Washington, DC, USA: FAA.
[ ۸ ] White, G., "State of the Art: Asphalt for Airport Pavement Surfacing," International Journal of Pavement Research and Technology, vol. 11, no. 1, pp. 77-98, 2018. doi:10.1016/j.ijprt.2017.07.008.
[ ۹ ] Huang, Y. H., Pavement Analysis and Design, 2nd ed. Upper Saddle River, NJ, USA: Pearson Prentice Hall, 2004.
[ 10 ] Roberts, F. L., Kandhal, P. S., Brown, E. R., Lee, D. Y., and Kennedy, T. W., Hot Mix Asphalt Materials, Mixture Design and Construction, 2nd ed. Lanham, MD, USA: NAPA Research and Education Foundation, 1996.
[ 11 ] Khattak, M. J. and Baladi, G. Y., "Fatigue and Permanent Deformation Models for Polymer-Modified Asphalt Mixtures," Transportation Research Record, no. 1767, pp. 140-149, 2001. doi:10.3141/1767-17.
[ 12 ] King, G., Rowe, G., and Reinke, G., "Newark Airport Runway: A Forensic Study Revisited," Transportation Research Record, no. 2372, pp. 12-21, 2013. doi:10.3141/2372-02.
[ 13 ] Sun, J., Chai, G., Oh, E., Ma, Z., Ong, D. E. L., and Bell, P., "A Systematic Review of Structural Design Methods and Nondestructive Tests for Airport Pavements," Construction and Building Materials, vol. 411, Art. no. 134543, 2024. doi:10.1016/j.conbuildmat.2023.134543.
[ 14 ] Miah, M. T., Oh, E., Chai, G., and Bell, P., "An Overview of the Airport Pavement Management Systems (APMS)," International Journal of Pavement Research and Technology, vol. 13, pp. 581-590, 2020. doi:10.1007/s42947-020-6011-8.
[ 15 ] Dzwilewski, P.-P., Espinoza, A., Peshkin, D., Trejos, C., Dunn, S., & Ashburn, R. (2022). Airport Pavement Surface Treatment: A Literature Review (Report No. DOT/FAA/TC-TN22/13). Federal Aviation Administration, Airport Technology Research and Development Branch.
  • تاریخ دریافت 03 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 07 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 07 شهریور 1405
  • تاریخ اولین انتشار 07 شهریور 1405
  • تاریخ انتشار 01 بهمن 1405