بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مهمترین خرابیهای ایجاد شده برای جادهها، پدیده ترکخوردگی رویههای آسفالتی در شرایط دمایی پایین است. در دماهای زیر صفر به واسطهی کاهش انعطاف پذیری، آسفالت رفتار تردی داشته و در نتیجه مخلوط آسفالتی سریعتر دچار ترک خوردگی میگردد. به عبارت دیگر در دماهای پایین آسفالت روی سطح جادهها مقاومت کمتری در برابر رشد ترک از خود نشان داده و درواقع در شرایط بحرانیتری نسبت به دماهای بالا قرار میگیرد.
به همین دلیل اغلب تحقیقات آزمایشگاهی و تجربی انجام شده بر روی رفتار شکست مخلوطهای آسفالتی در دماهای پایین و زیر صفر انجام شده است. به همین منظور در این مطالعه با اصلاح آسفالت گرم با الیاف گیاهی کنف این مسئله مورد بررسی قرار گرفته است. در این آزمایش در مجموع 6 نمونه آسفالتی نیم دیسک دایرهای - نمونه استاندارد - 6&%1 گرم ساده و تقویت شده با الیاف کنف %0/5 به طول 8 میلی متر ساخته شده و در دمای تست -15 درجهی سانتیگراد ، به منظور بررسی مقاومت شکست مود کششی - , - از آزمایش خمش سه نقطه استفاده شده است . نتایج آزمایشها نشان میدهد که استفاده از الیافهای گیاهی کنف باعث بهبود عملکرد رویههای آسفالتی ، افزایش مقاومت آنها در برابر رشد ترک و افزایش چقرمگی شکست2 مود کششی خالص میباشد .
واژههای کلیدی: الیاف کنف ،آسفالت گرم - HMA3 - ، چقرمگی شکست ، نیم دیسک تقویت شده ، مود کششی
مقدمه
پدیده شکست در اجسام یکی از عمدهترین مسائلی است که انسان از زمان ساختن سادهترین ابزارها با آن مواجه بوده و به دلیل پیشرفت تکنولوژی در عصر حاضر ، این مسئله از اهمیت بیشتری نسبت به گذشته بر خوردار شده است . با توجه به اینکه از سالیان دور از بتن آسفالتی برای روسازی جادهها با توجه به خواص شبه الاستیک مناسبی که دارد استفاده میشود ، اما برخی عوامل ، موجب از بین رفتن این روسازیها میشود . امروزه هر کشوری هزینه هنگفتی صرف شبکه حمل و نقل خود در خصوص طراحی ، اجرا ، تعمیر و نگهداری روسازیهای آسفالتی میکند.
خرابی ناشی از ترک ، بخش عمدهای از این هزینهها را به خود اختصاص میدهد . به همین دلیل برای کاهش هزینههای مذکور لازم است درک صحیحی از رفتار رشد ترک در بتنهای آسفالتی ×داشته باشیم. بر اساس معیار شکست الاستیک خطی ، شکست و رشد ترک هنگامی رخ میدهد که ضرایب شدت تنش - بر حسب حالات بارگذاری یا ترکیب آنها - به یک مقدار بحرانی برسند .
این نظریه بر این فرض استوار است که ماده کاملأ الاستیک و ترد بوده و در نتیجه از اثر ناحیه پلاستیک در نوع ترک به علت کوچک بودن مقدار آن ، صرف نظر میشود . لذا لازم نیست کاری برای ایجاد و گسترش ناحیه پلاستیک انجام گیرد . در حقیقت نرخ انرژی آزاد شده برای شروع ترک ناپایدار که در نهایت به شکست منجر میگردد ، باید با انرژی سطح ترک برابر باشد . انرژی سطح در واقع مقدار انرژی لازم بر واحد سطح ، برای گسیختن تمامی پیوندهای بین دو سطح ترک است که در آستانه جدایش قرار دارند.
به طور کلی ترکها در داخل اجسام و قطعات ، در اثر شرایط بارگذاری اعمالی به چندین صورت میتوانند تغییر شکل دهند. تنشهای عمودی - نرمال - باعث باز شدن دهانه ترک میگردد . از این رو این نوع تغییر شکل به مود باز شدگی4 یا همان مود , معروف است که در آن تغییر مکان سطوح ترک ، عمود بر صفحه ترک است . ترک خوردن آسفالت در مناطق آب و هوای سردسیر به عنوان یکی از علتهای عمدهای از بین رفتن بتن آسفالتی است .
از آنجایی که بازسازی آسفالت ترک خورده و یا انجام لایه آسفالت جدید پر هزینه و وقت گیر است لذا بررسی مکانیزم ترک خوردگی بر اثر تغییرات دما امری ضروری است . در سالهای اخیر چندین محقق رفتار شکست مخلوطهای آسفالتی را مورد ×بررسی قرار دادهاند و ضرایب شدت تنش آنها را در دمای زیر صفر مورد مطالعه قرار دادهاند . الیافها برای بهبود خواص مخلوط آسفالتی در بسیاری از کشورها در سالهای گذشته مورد استفاده قرار گرفته است.
در این میان در سالهای اخیر استفاده از فیبرهای طبیعی به خاطر در دسترس بودن ، پایین بودن قیمت ، چگالی پایین ، داشتن ×مقاومت مناسب و سازگاری با محیط زیست، به عنوان جایگزینی مناسب برای فیبرهای مصنوعی مطرح شده است . اما طبق مطالعات و آزمایشات آبیاولا وهمکاران.الیاف طبیعی نظیر کتان ، جوت و... به خاطر استحکام بالا، زیست سازگار بودن و قیمت مناسب پتانسیل بالقوه برای جایگزین شدن نسبت به الیاف مصنوعی را دارند.
اما در مقالهای که توسط پیرمحمد و آیت اللهی انجام شد اثر درجه حرارت محیط و حالتهای مختلف بارگذاری مود کششی- برشی بر مقاومت شکست مخلوط آسفالتی HMA بررسی شده است. [11] آن ها در این پژوهش آزمایشها را در چند دمای ثابت انجام دادهاند. مروری بر کارهای انجام شده در قبل نشان میدهد که اثر نوسانات دمایی بر روی رفتار شکست مواد آسفالتی انجام نشده است که در این پژوهش تمرکز ما بر روی این پارامتر خواهد بود.
مطالعات یانگچاو و همکاران . [12] نشان میدهد که اضافه کردن الیاف معدنی میتواند مقاومت شکست بتنهای آسفالتی را در دماهای پایین افزایش دهد. مروری بر مطالعات انجام شده در گذشته نشان میدهد که اثر الیاف طبیعی در بهبود مقاومت شکست بتن آسفالتی گرم بررسی نشده است. در این تحقیق این موضوع بطور مفصل مورد بررسی قرار خواهد گرفت و درصد مناسب افزودنی الیاف طبیعی ارائه خواهد شد.
هدف پژوهش و چارچوب مقاله
هدف از انجام این تحقیق بررسی تاثیر دمای زیر صفر بر روی مقاومت شکست مخلوط آسفالتی گرم تقویت شده با الیاف طبیعی کنف، تحت شرایط بارگذاری مود کششی میباشد . برای این کار تعدادی نمونه نیم دیسک ترکدار،حاوی الیاف کنف برای محاسبه مقاومت شکست مخلوط آسفالتی گرم در دمای -15 درجهی سانتیگراد آماده شد و با استفاده از دستگاه تست کشش تک محوره تحت بارگذاری با یک نرخ ثابت جابجایی بر روی نمونهها اعمال و در مود کششی خالص مورد بررسی قرار گرفت .
انتخاب نمونه هندسی مناسب و آنالیز المان محدود
محققان از نمونههای تستی مختلفی برای بدست آوردن مقاومت شکست مخلوطهای آسفالتی استفاده کردند. در این مطالعه برای انجام تست شکست از نمونه 6&% استفاده شده است. دلیل اینکه محققان زیادی از این نمونه استفاده میکنند این است که نمونه 6&% به راحتی قابل آماده شدن میباشد و هندسه مناسب نمونه 6&% امکان بدست آوردن مود یک خالص،دو خالص و مودهای ترکیبی ,,/, را نیز با جابجا کردن ترک و یا فاصله دو تکیهگاه از مرکز فراهم میکند.
ضریب شدت تنش برای این نمونه با استفاده از آنالیز عددی المان محدود بوسیلهی نرمافزار $%486 تحت مود کششی خالص بارگذاری به وسیلهی روش M انتگرال مورد بررسی قرار گرفت. برای بدست آوردن مودکششی خالص، تعدادی آنالیز المان محدود، برای مشخص کردن فاصله ترک عمودی و تکیه گاهها از مرکز نمونه انجام شد.
در مدلهای تحلیل شده طول ترک - D - ، شعاع نیم دیسک - 5 - و W ضخامت نمونه به ترتیب مقادیر زیر در نظر گرفته شد: PP25،PP50،.PP15 ترک در مرکز نمونه وتکیهگاه ثابت با فاصله یکسان از دو طرف ترک قرار گرفت تا مود کششی خالص حاصل شود. ضریب هندسی مود , را با معادله میتوان محاسبه کرد. این پارامترهای بیبعد برای محاسبه مقاومت شکست نمونه 6%6 مخلوط آسفالتی +0$ زیر بار مود کششی خالص مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به معادله = 4/08 - 1 - میباشد.
