اثر نانومواد فلزی بر مشخصات پیوستگی و چسبندگی قیرهای خالص و سنگدانه ها با استفاده از روش انرژی آزاد سطحی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل

2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اهر

3 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه گیلان، رشت

چکیده

یکی از متداول ­ترین خرابی ­ها در مخلوط ­های آسفالتی، تأثیر تخریبی ناشی از رطوبت بر روی پیوستگی قیر و چسبندگی قیر- سنگ­دانه است که خرابی رطوبتی نامیده می­ شود. روش ­های متفاوتی برای بهبود چسبندگی و کاهش خرابی رطوبتی در مخلوط­ های آسفالتی وجود دارد که یکی از متداول ­ترین آن­ها استفاده از اصلاح قیر با افزودنی مناسب است. در این پژوهش، تأثیر دو نوع نانوماده ‌(نانواکسیدآهن و نانواکسید آلومینیوم) در دو درصد مختلف، دو نوع سنگ­دانه (گرانیت و سنگ آهک) و یک نوع قیر پایه مورد بررسی قرار گرفته است. به­ منظور بررسی تأثیر نانومواد، از روش انرژی آزاد سطحی استفاده شده است. نتایج روش انرژی آزاد سطحی نشان می ­دهد که نانومواد، انرژی آزاد پیوستگی قیر را افزایش می ­دهند، بنابراین باعث می ­شوند احتمال گسیختگی در غشای قیری کاهش یابد. بیشترین افزایش انرژی آزاد سطحی مربوط به یک درصد نانواکسید آهن است که انرژی آزاد پیوستگی قیر پایه را 17 درصد افزایش داده است. از طرفی یک درصد از نانواکسید آلومینیونم و نانو اکسید آهن، جزء بازی انرژی آزاد سطحی را به­ ترتیب 17 و 18 درصد افزایش می­ دهند. همچنین یک درصد از این نانومواد جزء اسیدی انرژی آزاد سطحی را به ­ترتیب 1 و 9 درصد کاهش می ­دهند. این موضوع باعث می­ شود تا چسبندگی قیر با سنگ­دانه‌های اسیدی که مستعد خرابی رطوبتی هستند، بهبود یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Effects of Metallic Nano Materials on the Cohesion and Adhesion Properties of Asphalt Binders and Aggregates Using Surface Free Energy Method

نویسندگان [English]

  • Babak Golchin 1
  • Ali Hekmat 2
  • Gholam Hossein Hamedi 3
1 Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
2 Department of Civil Engineering, Ahar Branch, Islamic Azad University, Ahar, Iran
3 Department of Civil Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

One of the most common damages in asphalt mixtures is due to the destructive effects of moisture on the cohesion of asphalt binder and adhesion of asphalt binder-aggregate which is called moisture damage (Xiao et al, 2010). Moisture damage can be divided into two mechanisms, adhesion and cohesion. They are related to the strength loss of asphalt mixtures (Tan and Guo, 2013). Water can penetrate between the surface of asphalt binders and the aggregates. It reduces adhesion between binders and aggregates. Also, water can be absorbed in the asphalt binder. It decreases the cohesion properties of asphalt binders. When the cohesion and adhesion properties of asphalt binder reduce, stiffness of asphalt mixtures reduces. There are several different approaches for improving adhesion and reducing moisture sensitivity in asphalt mixtures. One convenient approach is modifying the asphalt binder with a suitable agent. Most of road and transportation agencies have tried to use anti striping additives to increase adhesion at the aggregate-asphalt interface (Kakar et al, 2015). Liquid anti strip additives are chemical surfactants that decrease the aggregate’s surface tension and improve the surface coverage of aggregates. In contrast in this research, the potential of two types of metallic nano materials in two different percentages (nano AL2O3 and Fe2O3) were evaluated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Moisture damage
  • Nano materials
  • Cohesion
  • Adhesion
  • Surface free energy

مراجع

Abdullah NH, Hamzah, MO, Golchin B, Hasan MRM, “An alternative protocol to artificially simulate short-term ageing of binders for selected regional condition”, Construction and Building Materials, 161, 2018, 654-664.
Apeagyei AK, Grenfell JR, Airey GD, “Observation of reversible moisture damage in asphalt mixtures”, Construction and Building Materials, 2014, 60, 73-80.
Arabani M, Hamedi GH, “Using the surface free energy method to evaluate the effects of liquid antistrip additives on moisture sensitivity in hot mix asphalt”, International Journal of Pavement Engineering, 2014, 15 (1), 66-78.
Galooyak SS, Dabir B, Nazarbeygi AE, Moeini A, “Rheological properties and storage stability of bitumen/SBS/montmorillonite composites”, Construction and Building Materials, 2010, 24 (3), 300-307.
Golchin B, Hamzah MO, Valentin J, “Effects of Combined Environmental Factors on Stiffness and Rutting Properties of Warm Mix Asphalt”, International Journal of Transportation Engineering, 2021.
Hamedi GH, “Moisture damage modeling based on surface free energy theory”, Department of Civil and Environmental Engineering, Amir kabir University, Iran. 2015.
Hamzah, MO, Golchin B, Woodward D, “A quick approach for rheological evaluation of warm asphalt binders using response surface method”, Journal of Civil Engineering and Management, 2017, 23 (4), 475-486.
Jahromi SG, Khodaii A, “Effects of nanoclay on rheological properties of bitumen binder”, Construction and Building Materials, 2009, 23 (8), 2894-2904.
Karahancer S, “Effect of aluminum oxide nano particle on modified bitumen and hot mix asphalt”, Petroleum Science and Technology, 2020, 38 (13), 773-784.
Kelsall RW, Hamley IW, Geoghegan M, “Nanoscale science and technology”, 2005, Wiley Online Library.
Omranian SR, Ghanizadeh AR, Golchin B, Hamzah MO, Van Den Bergh W, “Application of Conventional Mathematical and Soft Computing Models for Determining the Effects of Extended Aging on Rutting Properties of Asphalt Mixtures”, International Journal of Transportation Engineering, 2021, 8 (3), 247-260.
Nejad FM, Azarhoosh AR, Hamedi GH, Azarhoosh MJ, “Influence of using nonmaterial to reduce the moisture susceptibility of hot mix asphalt”, Construction and Building Materials, 2012, 31, 384-388.
Nejad FM, Hamedi GH, Azarhoosh A, “The Use of Surface Free Energy Method to Evaluate the Mechanism of the Effect of Hydrate Lime on Moisture Damage of Hot Mix Asphalt”, Journal of Materials in Civil Engineering, 2012.
Rajasekar R, Heinrich G, Das A, Das, CK, “Development of SBR-nanoclay composites with epoxidized natural rubber as compatibilizer”, Journal of Nanotechnology, 2009.
Sadiq Bhat F, Shafi Mir M, “A study investigating the influence of nano Al₂O₃ on the performance of SBS modified asphalt binder”, Construction and Building Materials, 2021, 271.
Shafabakhsh G, Sadeghnejad M, Ebrahimnia R, “Fracture resistance of asphalt mixtures under mixed-mode I/II loading at low-temperature: Without and with nano SiO2”, Construction and Building Materials, 2021, 266, 120954.
Wang R, Yue M, Xiong Y, Yue J, “Experimental study on mechanism, aging, rheology and fatigue performance of carbon nanomaterial/SBS-modified asphalt binders”, Construction and Building Materials”, 2021, 268, 121189.
Wang J, “Nanomaterial-based electrochemical biosensors. Analyst”, 2005, 130 (4), 421-426.
Yao H, Dai Q, You Z, “Chemo-physical analysis and molecular dynamics (MD) simulation of moisture susceptibility of nano hydrated lime modified asphalt mixtures”, Construction and Building Materials, 2015, 101, 536-547.
Yusoff NIM, Breem AAS, Alattug HN, Hamim A, Ahmad J, “The effects of moisture susceptibility and ageing conditions on nano-silica/polymer-modified asphalt mixtures. Construction and Building Materials”, 2014, 72, 139-147.
Zollinger CJ, “Application of surface energy measurements to evaluate moisture susceptibility of asphalt and aggregates”, Texas A&M University, US, 2005.
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 52.3، شماره 108 - شماره پیاپی 108
پاییز 1401
آذر 1401
صفحه 117-126

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار