هدف از این مطالعه بررسی رفتار مقاطع آسفالتی ترک خورده با استفاده از مقاطع آزمون خمش نیم دایره می باشد. بدین منظور جهت انطباق شرایط آزمایش با شرایط واقعی، از بارگذاری نیم سینوسی تکرار شونده دارای دو مدت بارگذاری متفاوت و دوره استراحت با نسبت یک در دمای ثابت 20 درجه سانتی گراد استفاده گردید. نمونه های آسفالتی مورد استفاده در این آزمایش در دو دانه بندی متفاوت با حداکثر اندازه اسمی سنگدانه 5/12 و 25 میلیمتر می باشند. جهت انجام بررسی ها میزان تغییرمکان قائم و بازشدگی ترک در هر سیکل بارگذاری ثبت و در دو مرحله بارگذاری مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که در هر دو مرحله بارگذاری، تاثیر حداکثر قطر سنگدانه ها بر تغییرمکان قائم و بازشدگی ترک وابسته به مدت زمان بارگذاری (سرعت بار عبوری) می باشد. در مدت بارگذاری کوتاه تر و مرحله اول بارگذاری، مخلوط با سنگدانه به قطر کوچکتر و در مرحله دوم بارگذاری مخلوط با قطر سنگدانه بزرگتر مقاومت بهتری از خود در برابر تغییر مکان قایم نمایش دادند. همچنین در هر دو مرحله بارگذاری، گسترش ترک سریع تر از تغییرمکان قائم می باشدکه می تواند بیانگر رشد سریعتر ترک خوردگی خستگی نسبت به شیارشدگی در مقاطع ترک خورده باشد.

1آسفالت نیمه گرم (Half-Warm Mix Asphalt) به دلیل شرایط تولید خاص خود، یکی از گزینه های جایگزینی آسفالت های مرسوم است. آسفالت نیمه گرم (H-WMA) در محدوده دمایی 100-60 درجه سانتیگراد تولید و متراکم می شود که نسبت به آسفالت داغ (HMA) دمای کمتری در مراحل تولید نیاز دارد. هدف این مطالعه بررسی تأثیرات درصدهای بالای تراشه آسفالت بازیافتی (RAP) استفاده شده در آسفالت نیمه گرم بر روی خصوصیات وزنی-حجمی و مکانیکی آنها است. در این راستا، نمونه های آسفالت نیمه گرم با درصدهای جایگزینی 70 و 100 درصد، ساخته شده و با نمونه شاهد ساخته شده با روش داغ (HMA) مقایسه شده است. درصد قیر بهینه برای تمامی مخلوط ها بدست آمد و سپس آزمایش های کشش غیرمستقیم (IDT) (در دمای 25 درجه سانتیگراد)، حساسیت رطوبتی نمونه های آسفالت داغ (HMA) و نیمه گرم و آزمایش خمش نیم دایره ای در دماهای میانی و پایین انجام شد. آزمایشات کشش غیرمستقیم نتایج قابل قبولی ارائه دادند به اینصورت که با افزایش درصد جایگزینی RAP، مقاومت IDT افزایش داشت. به دنبال این موضوع، نسبت مقاومت کششی (TSR) نمونه های آسفالتی نیمه گرم، با افزایش درصد جایگزینی RAP بهبود یافت، به این صورت که بیشتر بودن مقدار TSR مخلوط های آسفالتی حاوی RAP نسبت به مخلوط بدون RAP نشان دهنده ی مقاومت بیشتر مخلوط های حاوی RAP بود. نتایج آزمایشات (SCB) در دماهای میانی و پایین نشان داد که استفاده بیشتر از RAP موجب شکننده شدن نمونه ها می شود و این به معنی کاهش مقاومت در برابر گسترش ترک و بدتر شدن انتشار آن است، نتایج تعیین میزان انرژی شکست مخلوط های آسفالتی نشان داد که مخلوط های حاوی درصد RAP بالاتر، انرژی شکست کمتری دارند.

امروزه آزمایش خمش نیم دایره ای به عنوان یک روش مرسوم در بررسی رفتار شکست مخلوط آسفالتی مورد استفاده قرار می گیرد. این آزمایش مطابق آیین نامه ها دارای شرایط خاص آزمایشگاهی از جمله ابعاد هندسی نمونه، دمای آزمایش و نرخ بارگذاری مشخصی می باشند که در آزمایشگاه ها و مؤسسات تحقیقاتی با ایجاد شرایط یکسان رعایت می شوند. ولی در کنار فراهم سازی شرایط یکسان آزمایش، شکل و نوع تکیه گاه ها مورد استفاده در آزمایش کمتر مورد توجه قرار گرفته و دارای نوع و شکل یکپارچه ای نمی باشند که ممکن است این امر موجب تفاوت در نتایج آزمایشگاهی گردد. لذا در این پژوهش تأثیر 5 نوع تکیه گاه مختلف بر روی پارامترهای مهم مکانیک شکست مخلوط آسفالتی با در نظر گرفتن ضریب تغییرات مورد بررسی قرار گرفت. نرخ بارگذاری مورد استفاده برابر 5 میلی متر بر دقیقه در نظر گرفته شد و نمونه های آسفالتی ساخته شده تحت بارگذاری استاتیکی یکنواخت مود І خالص قرار گرفت. نتایج آزمایش نشان داد انتخاب نوع تکیه گاه تأثیر مستقیمی بر روی پارامترهای مکانیک شکست دارد و انتخاب تکیه گاه اشتباه ممکن است خطای قابل توجهی وارد نتایج آزمایش کند و همچنین وجود اصطکاک در بین نمونه و تکیه گاه موجب پراکندگی بیشتر نتایج آزمایشگاهی شده و میزان تکرارپذیری نتایج را کاهش دهد. بدین منظور پیشنهاد می شود تکیه گاه های صلب که آزادی حرکت ندارند و دارای اصطکاک زیادی با نمونه هستند، در حد امکان مورد استفاده قرار نگیرند. در این تحقیق مطابق نتایج با در نظر گرفتن شرایط آزمایشگاهی خاص (هندسی نمونه، دمای آزمایشگاهی و نرخ بارگذاری مشخص) تکیه گاه شماره 1 به عنوان مناسب ترین تکیه گاه با تکرارپذیری بالای نتایج انتخاب شد.

ترک خوردگی روسازی آسفالتی یکی از رایج ترین خرابی های روسازی است که می تواند ناشی از خستگی و پیر شدگی مخلوط های آسفالتی تحت شرایط محیطی و بار ترافیکی بوده و باعث ایجاد خرابی های دیگر در روسازی های آسفالتی گردد. به همین علت بررسی رفتار شکست و ارزیابی دقیق پارامترهای مکانیک شکست مخلوط های آسفالتی و پارامترهای موثر بر آن، می تواند مهندسان روسازی را در امر طراحی و احداث روسازی با کیفیت کمک نماید. در این تحقیق از نمونه های خمش نیم دایره ای1 ((SCB)) به منظور ارزیابی تاثیر نرخ بارگذاری آزمایش بر پارامترهای مختلف مکانیک شکست مخلوط های آسفالتی در دمای متوسط (°C25) استفاده شده است. هدف اصلی از این تحقیق، تعیین مناسب ترین نرخ بارگذاری برای آزمایش (SCB) در دمای متوسط، با در نظر گرفتن ضریب تغییرات آزمایش و با نمونه هایی به مشخصات هندسی قطر و ضخامت، 15و 3 سانتی متر و طول ترک برابر با 18میلی متر می باشد. بدین منظور نمونه های (SCB) تحت نرخ های بارگذاری 5/0، 1، 3، 5، 20 و 50 میلی متر بر دقیقه قرار گرفته و پارامترهای حداکثر بار2 برای ترک خوردگی نمونه های آسفالتی (PL)، انرژی شکست3 نمونه های آسفالتی (FE)، شاخص انعطاف پذیری4 (FI) و نشانه ی مقاومت در برابر ترک خوردگی 5(CRI) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش نرخ بارگذاری همواره مقدار PL و FE برای گسیختگی مخلوط آسفالتی افزایش می یابد ولی FI و CRI با افزایش نرخ بارگذاری روال مشخصی ندارند. بر اساس نتایج آزمایش ها و ارزیابی ضریب تغییرات6 COV)) پارامترهای ذکر شده، نرخ بارگذاری 3 و 5 میلی متر بر دقیقه برای استفاده در آزمایش(SCB) توصیه می شود.

مخلوط های آسفالتی گرم (WMA) به عنوان یکی از روش های رایج تولید آسفالت در صنعت روسازی مورد توجه قرار گرفته اند. استفاده از این نوع مخلوط مزایای متعددی، از جمله منافع اقتصادی و زیست محیطی دارد. از طرفی دیگر، از جمله نگرانی های عمده ای که در رابطه با عملکرد مخلوط های آسفالت گرم وجود دارد، خرابی ترک های دمای پایین می باشد. در این پژوهش آزمایش بارگذاری خمشی نمونه های نیم دایره ای ((SCB)) که روشی بر مبنای مشخصات مکانیک شکست می باشد، مورد استفاده قرار گرفت تا رفتار این نوع از مخلوط های آسفالتی در شرایط دمای پایین بررسی و ارزیابی شود. آزمایش بارگذاری خمشی نمونه نیم دایره ای در سه دمای مختلف در شرایط دمای پایین (0، 10-و 20-درجه سانتیگراد) صورت پذیرفت. نتایج آزمایش شکست نشان داد که مخلوط های تولید شده با افزودنی های شیمیایی WMA، مقاومت شکست بالایی در مقایسه با مخلوط های گرم تولید شده با افزودنی های آلی (ارگانیک) و فن آوری کف قیری دارند. به علاوه، مخلوط WMA کف قیری، ضعیف ترین عملکرد در شرایط دمای پایین را از خود نشان داد. نهایتاً، اینگونه نتیجه گیری شد که قضاوت در مورد مقاومت مخلوط های آسفالتی گرم در شرایط دمای پایین وابستگی شدیدی به نوع فن آوری و افزودنی مورد استفاده و همچنین شرایط تولید مخلوط (دمای تهیه، میزان افزودنی مورد استفاده و شرایط آزمایشگاهی) دارد.

در تحقیقات گذشته در بررسی رفتار ترک های حرارتی در مخلوط های آسفالتی معمولاً خصوصیات قیر و یا رفتار مخلوط آسفالتی مورد توجه قرار گرفته است. در این روش ها به نقش اجزای مختلف مخلوط آسفالتی در وقوع این خرابی ها توجه نمی شود. استفاده از مفهوم انرژی آزاد سطحی به همراه مشخصات پایه ای مواد تشکیل دهنده مخلوط آسفالتی می تواند در بررسی ترک های حرارتی نیز مورد توجه قرار گیرد. در این پژوهش سعی شده است تا نقش خصوصیات پایه‏ا‏ی مواد در رخداد این ترک ها به همراه پارامتر‏های انرژی آزاد سطحی بررسی شود. بدین منظور، مؤلفه های انرژی آزاد سطحی برای چهار نوع سنگدانه و هشت نوع قیر اندازه‏گیری شده است. همچنین، سختی خزشی قیر به همراه شیب نمودار سختی خزشی از آزمایش‏ رئومتر تیرچه خمشی به دست آمده است. علاوه بر این موارد، ضخامت غشای قیر بر روی سطح سنگدانه، شاخص سنگدانه و مساحت سطح ویژه سنگدانه ها نیز تعیین شده است. به منظور بررسی پتانسیل ترک خوردگی حرارتی از آزمایش خمش نیم‏دایره روی 32 ترکیب مختلف مخلوط آسفالتی در دمای پایین استفاده شده است. سپس از روش‏های آماری برای بررسی ارتباط پارامترهای مذکور با نتایج آزمایش خمش نیم‏دایره استفاده گردیده است. تحلیل های آماری نشان می دهند که مشخصات پایه ای مواد شامل ضخامت غشای قیر روی سطح سنگدانه، شاخص سنگدانه، انرژی آزاد پیوستگی، انرژی آزاد چسبندگی، نسبت مؤلفه بازی به اسیدی انرژی آزاد سطحی و مساحت سطح ویژه سنگدانه تأثیر معنادار و مثبت بر روی شاخص های ترک خوردگی در آزمایش خمش نیم دایره شامل انرژی شکست و چقرمگی شکست دارند.

روسازی های آسفالتی به مرور زمان دچار پیرشدگی می شوند که این امر موجب کاهش سطح خدمت دهی و انعطاف پذیری این روسازی ها می گردد. ترک خوردگی در اثر پیرشدگی یکی از شایع ترین علل خرابی در روسازی های آسفالتی است. عدم ترمیم به موقع روسازی های ترک خورده می تواند باعث گسترش ترک و ایجاد سایر خرابی ها در روسازی گردد. برخی از ترک ها می توانند با استفاده از اعمال گرمایش به روش تابش امواج الکترومغناطیس ترمیم شوند. استفاده از روش گرمایش به روش تابش امواج الکترومغناطیس یکی از روش های نوین در ترمیم ترک ها در روسازی ها است. القای گرمایش از طریق امواج الکترومغناطیس موجب افزایش دمای قیر درون مخلوط های آسفالتی شده و موجب حرکت کردن قیر و پر کردن ترک ها می شود. در این تحقیق، تاثیر سطوح مختلف پیرشدگی مخلوط های آسفالتی روی گرمایش و ترمیم القایی روسازی مورد ارزیابی قرار گرفته است. به منظور اعمال شرایط پیرشدگی، مخلوط های آسفالتی به مدت های 3، 5، 7 و 9 روز در گرمخانه در دمای °, C85 نگهداری شدند. در این تحقیق، قیر خالص با استفاده از کربن فعال اصلاح شد. علاوه براین، تاثیر کربن فعال در خصوصیات مکانیکی و نرخ گرمایش آن به روش تابش امواج الکترومغناطیس در مخلوط های آسفالتی مورد بررسی قرار گرفت. برای بررسی تاثیر سطوح مختلف پیرشدگی در نرخ ترمیم القایی، آزمایش خمش نیم دایره ای در دماهای میانی و پایین انجام شد. نتایج آزمایش ها نشان داد که افزودن کربن فعال به قیر نه تنها موجب کاهش مقاومت آن نمی شود، بلکه می تواند موجب افزایش مقاومت نمونه ها در برابر ترک خوردگی نیز شود. نتایج بدست آمده نشان داد که افزایش سطح پیرشدگی موجب کاهش نرخ گرمایش نمونه های آسفالتی به روش تابش امواج الکترومغناطیس می شود. علاوه براین نتیجه گردید که، افزایش سطح پیرشدگی در مخلوط آسفالتی و افزایش طول شیار در نمونه های خمش نیم دایره ای موجب کاهش نرخ ترمیم القایی می گردد. علاوه براین، نتایج نشان داد که میزان ترمیم القایی در مخلوط های آسفالتی ترک خورده در دماهای پایین بیشتر از مخلوط های آسفالتی می باشد که در دماهای میانی ترک خورده اند.

ترک خوردگی حرارتی و حساسیت رطوبتی دو مورد از مهمترین خرابی هایی هستند که در دوره بهره برداری، روسازی آسفالتی را با تهدیدات جدی مواجه می کنند. در این پژوهش به ارزیابی آزمایشگاهی تاثیر افزودنی های نانو اکسید کلسیم و نانو کربنات کلسیم به مخلوط های آسفالتی HMA به منظور بهبود عملکرد آنها در برابر ترک خوردگی و حساسیت رطوبتی پرداخته شده است. جهت دستیابی به اهداف این تحقیق ابتدا قیر با 9/0 درصد از نانو کربنات کلسیم و 5/1 درصد نانو اکسید کلسیم ترکیب شده است و برای ارزیابی خصوصیات عملکردی نمونه های آسفالتی HMA حاوی افزودنی نانویی، آزمایشات خمش نیم دایره ((SCB)) در سه دمای 5- ، 10- و 15- درجه سانتی گراد، و کشش غیرمستقیم (لاتمن اصلاح شده) در دو دمای 10 و 20 درجه سانتی گراد انجام پذیرفت. بر اساس نتایج آزمایش خمش نیم دایره و کشش غیر مستقیم بهترین عملکرد و بیشترین مقاومت مربوط به نمونه حاوی Nano CaO5/1% می باشد که مقدار مقاومت آن در برابر ترک های حرارتی حدود 22 درصد بیشتر و حساسیت رطوبتی آن حدود 6 درصد کمتر از نمونه کنترل می باشد. براساس نتایج آزمایش (SCB) می توان دریافت که با افزایش Me از صفر تا حدود 4/0 – 6/0 که بارگذاری بصورت ترکیب کششی – برشی می باشد مقدار چقرمگی شکست کاهش و پس از آن که بارگذاری به سمت کشش خالص می رود افزایشی خواهد بود. بگونه ای که بیشترین مقاومت در برابر ترک خوردگی در حالت کشش خالص اتفاق می افتد.

در اکثر پژوهش های موجود به منظور بررسی پیرشدگی بر عملکرد مخلوط آسفالتی از نتایج آزمایش های مکانیکی به منظور بررسی پتانسیل ترک خوردگی حرارتی یک مخلوط آسفالتی استفاده می شود و به خصوصیات پایه ای مصالح که در رخداد ترک خوردگی دماپایین مهم هستند، کمتر توجه می شود. بر این اساس، مطالعه حاضر به بررسی تاثیر پیرشدگی بر ترک خوردگی دماپایین 12 ترکیب مختلف مخلوط آسفالتی از طریق روش های مکانیکی و انرژی آزاد سطحی، که بر پایه خصوصیات اصلی مواد است، پرداخته است. ارزیابی ترک خوردگی حرارتی مخلوط های آسفالتی از طریق انجام آزمایش مکانیکی خمش نیم دایره ای و آزمایش های ترمودینامیکی از طریق تعیین مولفه های انرژی آزاد سطحی قیر و سنگدانه انجام شده است. نتایج به دست آمده نشان دادند که پارامترهای انرژی شکست و چقرمگی شکست که به عنوان شاخص تعیین حساسیت مخلوط آسفالتی در برابر ترک خوردگی دمایی شناخته می شوند، برای مخلوط های آسفالتی پیرشده به ترتیب بین 3/6 تا 7/13 درصد و بین 5/6 تا 7/10 درصد کمتر از مخلوط های کنترل می باشد. نتایج آزمایش های انرژی آزاد سطحی نشان می دهد پیرشدگی باعث افزایش در مولفه غیرقطبی بین 1/3-1/5 درصد و کاهش در مولفه های اسیدی و بازی انرژی آزاد سطحی قیر به ترتیب بین 2/41-4/53 درصد و بین 2/334-6/349 درصد می شود. این نتایج باعث شده است تا مقدار انرژی آزاد پیوستگی از 63/0 تا 03/1 (ergs/cm2) افزایش یابد. همچنین، پیرشدگی باعث کاهش در انرژی آزاد چسبندگی قیر-سنگدانه می شود که مقدار حداکثر کاهش 61/2 (ergs/cm2) بوده است. این بدان معناست که پیرشدگی باعث کاهش پوشش پذیری قیر بر روی سطح سنگدانه و مقاومت در برابر گسیختگی در سطح تماس قیر-سنگدانه می شود.