بررسي رفتار شكست و گسترش ترك مخلوط هاي آسفالتي اصلاح شده با پلي‌‌فسفريك اسيد (PPA) بر اساس آزمايش خمش ديسك نيم استوانه (SCB)

Investigation of Fracture and Crack Propagation Characteristics of Asphalt Mixtures Modified with Polyphosphoric Acid Based on Semi-Circular Bending (SCB) Test

يكي از روش­هاي رايج جهت بهبود عملكرد قير و متعاقب آن مخلوط‌هاي آسفالتي، استفاده از افزودني­هاي پليمري و معدني مي­باشد. پلي‌فسفريك اسيد يكي از افزودني­هاي اصلاح­كننده ويژگي­هاي قير است كه كاربرد آن طي دو دهه اخير مورد توجه محققين قرار گرفته است. به منظور بررسي تأثير اين ماده بر رفتار شكست و گسترش ترك مخلوط‌هاي آسفالتي، نمونه‌هاي مخلوط آسفالتي با قيرهاي اصلاح شده با سه درصد مختلف (0/5، 1/0 و1/5 درصد) پلي‌فسفريك اسيد تهيه و در پنج دما (10-، صفر، 10، 25 و 40 درجه ‌سلسيوس) تحت آزمايش خمش ديسك نيم­استوانه قرار گرفتند. مهمترين خروجي اين آزمايش، نمودار نيرو ـ تغيير‌مكان بود كه به كمك آن بيشينه نيروي قابل تحمل، شكل‌پذيري، انرژي شكست و چقرمگي براي نمونه­ ها به­دست آمد. در هنگام آزمايش، به صورت همزمان و به وسيله عكس‌برداري، ميزان بازشدگي دهانه ترك اندازه‌گيري شد. در انتها، به‌منظور مقايسه مخلوط‌هاي آسفالتي، حاصل تقسيم انرژي شكست بر بازشدگي دهانه ترك بررسي شد. به اين صورت كه در دماي ثابت هرچه ميزان اين پارامتر بزرگ‌تر باشد، نشان­دهنده عملكرد بهتر مخلوط آسفالتي در برابر بارگذاري مي‌باشد: انرژي جذب شده بيشتر با بازشدگي دهانه كمتر. نتايج نشان داد كه افزودن پلي‌فسفريك اسيد در دماي كم براي بهبود رفتار شكست مخلوط آسفالتي سودمند نمي‌باشد. اما با افزايش دما، تأثير اين افزودني بر بهبود عملكرد مخلوط آسفالتي بهتر بود. ميزان بهينه استفاده از افزودني پلي‌فسفريك اسيد در دماهاي مياني و زياد، 0/5 تا 1/0 درصد برآورد گرديده است.

One of the most common methods to enhance performance of asphalt binder and mixtures is using polymeric and mineral additives. The polyphosphoric acid (PPA) is one of additives used to modify asphalt binder's characteristics during last two decades. In this research, to investigate the effect of this additive on fracture and crack propagation characteristics of asphalt mixtures, asphalt mixture specimens were fabricated by implementing with asphalt binder modified with three different dosages of PPA: 0.5, 1 and 1.5% by weight of asphalt binder. The semi-circular bending (SCB) test was performed on these specimens at five different test temperatures including -10, 0, 10, 25 and 40 degree of centigrade. The major output of this test was force-displacement curve. The Maximum force, fragility, fracture energy and toughness were determined for all specimens based on force-displacement curve. Also, notch mouth opening displacement was measured by using pictures captured during the SCB test. To compare asphalt mixture behavior, an index was presented in this research as fracture energy divided by noth mouth opening displacement. At a constant temperature, the greater index shows better performance of asphalt mixture. The results have shown that adding PPA at low temperatures is not useful but at moderate temperatures it can increase fracture properties of asphalt mixture. The optimum content of PPA at the moderate temperatures is determined between 0.5 to 1%.