ارائه مدل بهينه پيش بيني عملكرد شيارشدگي و مقاومت خستگي قيرهاي اصلاح شده تحت تأثير پيرشدگي با استفاده از الگوريتم هاي فرا ابتكاري

دكتري تخصصي

خستگي و شيارشدگي به‌عنوان خرابي¬هاي عمده روسازي¬هاي آسفالتي، فرآيندهاي پيچيده¬اي هستند كه تابع عوامل مختلفي مي¬باشند. در بين عوامل تأثيرگذار، قير به‌عنوان عامل رفتار ويسكوالاستيك مخلوط¬هاي آسفالتي نقش مهمي بر بسياري از جنبه¬هاي عملكردي روسازي دارند. بر همين اساس، پيش¬بيني خصوصيات مخلوط¬هاي آسفالتي به كمك خصوصيات قير، موجب كاهش هزينه¬هاي سنگين آزمايشگاهي و صرفه¬جويي در زمان مي¬شود. باوجود عملكرد مناسب آزمايش¬هاي MSCR و LAS در پيش¬بيني مقاومت شيارشدگي و عمر خستگي مخلوط‌هاي آسفالتي، ولي هزينه¬هاي سنگين آزمايشگاهي و تأثيرگذاري شرايط مختلف بر رفتار مخلوط‌هاي آسفالتي همچنان به‌عنوان يكي از اساسي¬ترين چالش¬هاي حوزه روسازي مطرح مي¬باشد. هدف اين پژوهش بررسي مقاومت شيارشدگي و عمر خستگي قيرهاي اصلاح‌شده تحت تأثير عوامل مؤثر ازجمله مشخصات قير پايه، نوع و درصد مواد افزودني، دماهاي عملكردي روسازي، سطوح بارگذاري و پيرشدگي مي‌باشد. در همين راستا از سه افزودني SBS ، GTR و PPA به‌عنوان اصلاح‌كننده‌هاي قير و الگوريتم‌هاي ANN ، ANFIS ، GMDH و GP رگرسيون غيرخطي براي تعيين مدل پيش¬بيني رفتار قيرها استفاده‌شده است. نتايج آزمايش جاروب دما نشان داد باوجود عملكرد نسبتاً مشابه سه افزودني در دماهاي متوسط، ولي با افزايش دما رفتاري كاملاً متفاوت از خود بروز دادند. به‌طوري‌كه با افزايش دما قيرهاي حاوي SBS به علت داشتن پيوند پليمري مقاومت بهتري در برابر تغيير شكل‌هاي دائمي به نسبت دو افزودني ديگر از خود نشان داد. نتايج آزمايش MSCR نشان داد با افزايش سطح تنش، عملكرد مثبت شيارشدگي قير حاوي SBS با افزايش سطح تنش نسبت به دو قير ديگر، قابل‌لمس‌تر بوده است. همچنين با افزايش تنش به kPa 8/12، حساسيت قيرها نسبت به تغييرات تنش افزايش يافته و رفتار غيرخطي در قيرها آشكار شد. به‌طوري‌كه اين تأثير منفي در قيرهاي خالص و قيرهاي حاوي PPA نسبت به قيرهاي حاوي GTR و SBS مشهودتر بود. نتايج آزمايش LAS نشان داد با وجود تأثير مثبت افزودني¬ها بر رفتار خستگي قيرها در سطوح كرنش پايين، ولي با افزايش سطح كرنش تأثير مثبت افزودني بر مقاومت خستگي قيرها كاهش يافت و در سطوح كرنش بالا، تقريباً عمر خستگي قيرهاي اصلاح‌شده با قير خالص برابر شد. بررسي تأثير شدت پيرشدگي و افزايش سطح تنش بر دقت پيش‌بيني مقاومت شيارشدگي مخلوط‌هاي آسفالتي با استفاده از مقادير Jnr آزمايش MSCR نشان داد، بهترين ارتباط در سطح تنشkPa 8/12 و پيرشدگي كوتاه¬مدت مخلوط‌هاي آسفالتي قابل‌مشاهده بود. همچنين، ارزيابي رفتار خستگي نشان داد براي افزايش دقت پيش¬بيني عمر خستگي مخلوط‌هاي آسفالتي با استفاده از آزمايش LAS، لزوم اعمال پيرشدگي بلند¬مدت بر مخلوط‌هاي آسفالتي در كنار اعمال پيرشدگي PAV به قيرها كاملاً احساس مي-شود. نتايج بخش مدل¬سازي براي پيش¬بيني مقاومت شيارشدگي قيرها نشان داد مدل¬هاي توسعه‌يافته رگرسيون تعميم¬يافته، GMDH و ANFIS قدرت و مطلوبيت كافي را ندارند، درحالي‌كه مدل ANN با ارائه مقادير R2=0.993، VAF=99.3%،RMSE=27.5 وMAPE=13.7% داراي بالاترين دقت و كمترين خطا در پيش‌بيني مقادير Jnr قيرها بود و مطلوبيت بسيار خوبي در پيش‌بيني مقاومت شيارشدگي قيرهاي اصلاح‌شده از خود نشان داد. درحالي‌كه عملكرد مدل¬هاي توسعه¬يافته براي پيش¬بيني عمر خستگي قيرها نشان داد، مدل¬هاي ANN و ANFIS با ساختارهاي بهينه داراي ضرايب همبستگي بسيار بالايي بودند و هر دو مدل توانايي بسيار خوبي براي پيش‌بيني عمر خستگي قيرهاي اصلاح‌شده از خود نشان دادند. به-طوري¬كه تحليل نتايج نشان داد مدل ANN پيشنهادي با ارائه مقادير RMSE=258956، MAPE=2.57 و COV=71.37 و R2=0.994 داراي كمترين خطا و بالاترين دقت بود و توانايي بالايي در پيش‌بيني عمر خستگي قيرها تحت تأثير شرايط مختلف پيرشدگي و سطوح كرنش از خود نشان داد.

194666

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر احمد گلي

راه و ترابري

دكتر حسن زياري