Стаття

Отримано 04.05.2023

Доопрацьовано 20.08.2023

Прийнято 20.09.2023

Взято з Вип. 114, Ч. 1, 2023

Сторінки 106 -121

Shlyun, N. (2023). THEORETICAL MODELING OF THE NUCLEATION OF INTERNAL LATENT THERMAL DEFECTS IN A BITUMINOUS MEDIUM WITH RUBBER INCLUSIONS. Automobile Roads and Road Construction, (114.1), 106-121. https://doi.org/10.33744/0365-8171-2023-114.1-106-121

ТЕОРЕТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЗАРОДЖЕННЯ ВНУТРІШНІХ ПРИХОВАНИХ ТЕРМІЧНИХ ДЕФЕКТІВ У БІТУМНОМУ СЕРЕДОВИЩІ З ГУМОВИМИ ВКЛЮЧЕННЯМИ

Наталія Шлюнь

Сучасний стан і прогрес технології та науки, пов’язані з повторним використанням та переробкою шинної гуми в дорожній промисловості в усьому світі, змушує більш ретельно вивчати високо- та низькотемпературні характеристики дорожнього бітуму, модифікованого гумовою крихтою, що дозволяє зрозуміти вплив температури, зернистість гуми та модифікації суміші бітум-каучук на міцність і стійкість композиту. Нижче ці питання вивчаються з урахуванням особливостей термомеханічних властивостей гуми, пов'язаних з її малою жорсткістю при зміні форми, практичною нестисливістю при зміні об'єму та малим (нульовим або навіть від’ємним) коефіцієнтом лінійного температурного розширення. Метою дослідження є визначення причин, що проводять до порушення міцності асфальтобетонних матеріалів з домішками гумових крихт. Для цього аналізується вплив несумісності термомеханічних характеристик (модулів пружності, коефіцієнтів Пуассона та коефіцієнтів температурного розширення) бітуму та гуми на концентрацію додаткових внутрішніх термонапружень в системі, що викликані сезонними та добовими змінами температури. На основі співвідношень теорії термопружності побудовано математичну модель термодеформування гумової крихти в бітумному середовищі. З можливістю повного та поверхневого модифікування гуми бітумом побудовано розв'язки для трифазних середовищ, що дозволяють простежити вплив параметрів кожної фази на поля термонапружень в системі. Встановлено, що додаткові термонапруження в бітумі, зумовлені термомеханічною несумісністю фізичних параметрів фаз, концентруються в зоні контакту з поверхнею гумової крихти і можуть бути причиною виникнення в ній дефектів, а потім і викришування крихти. Розглянуто вплив ефекту модифікації гумової крихти бітумом та глибини проникнення її у крихту різних розмірів на зниження термонапружень у системі й підвищення її стійкості

асфальтобетонний матеріал, гумові включення, нестисливість гуми, концентратори термонапружень, модифікована гума
  1. Mohajerani, A., Burnett, L., Smith, J.V., Markovski, S., Rodwell, G., Rahman, M.T., Kurmus, H., Mirzbabaei, M., Arulrajah, A., & Horpibulsuk, S. (2020). Recycling waste rubber tyres in construction materials and associated environmental considerations: A review. Resources, Conservation and Recycling, 155, article number 104679. doi: 10.1016/j.resconrec.2020.104679.
  2. Delatte, N. (2008). Concrete pavement design, construction, and performance. London: Taylor & Francis.
  3. Krishnan, J.M., & Rajagopal, K.R. (2003). Review of the uses and modeling of bitumen from ancient to modern times. Applied Mechanics Reviews, 56(2), 149-214.
  4. Mashaan, N.S., Ali, A.H., Karim, M.R., & Abdelaziz, M. (2011). An overview of crumb rubber modified asphalt. International Journal of Physical Sciences, 7(2), 166-170. doi: 10.5897/IJPSX11.007.
  5. Wulandari, P.S., & Tjandra, D. (2017). Use of crumb rubber as an additive in asphalt concrete mixture. Procedia Engineering, 171, 1384-1389.
  6. Presti, D.L. (2013). Recycled tyre rubber modified bitumens for road asphalt mixtures: A literature review. Construction and Building Materials, 49, 863-881.
  7. Rokade, S. (2012). Use of waste plastic and waste rubber tyres in flexible highway pavements. In International Conference on Future Environment and Energy (IPCBEE, Vol. 28, pp. 105-108).
  8. Fiedlerova, M., Jisa, P., & Stepanek, K. (2021). Using various thermal analytical methods for bitumen characterization. International Journal of Pavement Research and Technology, 14(4), 459-465.
  9. Ma, T., Zhong, Y., Tang, T., & Huang, X. (2016). Design and evaluation of heat-resistant asphalt mixture for permafrost regions. International Journal of Civil Engineering, 14(5). doi: 10.1007/s40999-016-0039-9.
  10. Zhang, D., Huang, X., Zhao, Y., & Zhang, S. (2014). Rubberized asphalt mixture design using a theoretical model. Construction and Building Materials, 67, 265-269.
  11. Butz, T., Muller, J., & Riebesehl, G. (2012). Innovative method for producing crumb rubber modified asphalt. In 5th Eurasphalt & eurobitume congress. Istanbul.
  12. Gao, W. (2007). Study on properties of recycled tyre rubber modified asphalt mixture using dry process. Construction and Building Materials, 21, 1011-1015.
  13. Mashaan, N.S., Ali, A.H., Karim, M.R., & Abdelaziz, M. (2011). Effects of crumb rubber concentration on physical and rheological properties of rubberised bitumen binders. International Journal of Physical Sciences, 6(4), 684-690.
  14. Mirzanamadi, R., Johansson, P., & Grammaticos, S. (2018). Thermal properties of asphalt concrete: A numerical and experimental study. Construction and Building Materials, 158, 774-785.
  15. Christensen, R.M. (1979). Mechanics of composite materials. New York: Wiley.
  16. Treloar, L.R.G. (2007). The mechanics of rubber elasticity. Journal of Polymer Science: Polymer Symposia, 48(1), 107-123. doi: 10.1002/polc.5070480110.
  17. Lyon, R.E., & Farris, R.J. (1987). Thermomechanics of rubber at small strains. Polymer, 28(7), 1127-1132.
  18. Miller, W., Smith, S. W., Mackenzie, D.S., & Evans, K.E. (2009). Negative thermal expansion: A review. Journal of Materials Science, 44, 5441-5451.
  19. Takenaka, K. (2012). Negative thermal expansion materials: Technological key for control of thermal expansion. Science and Technology of Advanced Materials, 13, article number 013001.
  20. Khazanovich, L. (2008). The elastic-viscoelastic correspondence principle for non-homogeneous materials with time translation non-variant properties. International Journal of Solids and Structures, 45(15), 1-9.
  21. Paulino, G.H., & Jin, Z.-H. (2001). Correspondence principle in viscoelastic functionally graded materials. Journal of Applied Mechanics, 68, 129-132.
  22. Carlson, D.E. (1972). Thermoelasticity. In C. Truesdell (Ed.), Encyclopedia of physics. Berlin: Springer.
  23. Kovalenko, A.D. (1970). Fundamentals of thermoelasticity. Kyiv: Naukova Dumka.
  24. Noda, N., Hetnarski, R.B., & Tanigawa, Y. (2003). Thermal stresses (2nd ed.). New York: Taylor & Francis.
  25. Nowacki, W. (1986). Thermoelasticity (2nd ed.).Oxford: Pergamon Press.

https://doi.org/10.33744/0365-8171-2023-114.1-106-121