Mechanical Characterization of Quarry Fines for Road Frost Protection Layers

Formålet med dette studiet er å vurdere de mekaniske egenskapene til tilslags-finstoff, for å evaluere potensialet av å benytte materialet i frostsikringslag i veier. Tilslags-finstoff er underutnyttede overskuddsmaterialer, noe som medfører at nye anvendelser burde utvikles. Derfor ble resilient modulen til to 0/4 mm tilslagsmaterialer bestemt ved hjelp av sykliske treaksialforsøk. Deretter ble lastresponsen til ubundne og lignosulfonat stabiliserte tilslags-finstoff simulert ved numerisk modellering. 12 sykliske treaksialforsøk ble utført med multistage procedure ved lave spenningsnivå. Tilslags-finstoffet ble testet ubundet med 1 % og 7 % vanninnhold, samt med 1.2 % herdet lignosulfonat, for å vurdere effekten av stabilisering med bindemiddel. Resilient modulen i det ubundne materialet var omkring 100-300 MPa for sekvens 1 spenningsnivåer: σd på 20-120 kPa og σt = 20 kPa. Stabilisering med tilsetningsstoffer økte stivheten med en stor, men inkonsekvent margin; ettersom stabilisert resilient modul lå på 400-10000 MPa for de samme sekvens 1 spenningene. En optimalisert tilpasning til k−θ- og den universelle ocrahedral resilient modul modellen ble etablert ved hjelp av regresjonsanalyse. Den universelle modellen oppnådde R-kvadrat > 0.90 for de fleste ubundne prøvene. Derimot var spredningen i data betydelig etter bindemiddel stabilisering, noe som resulterte i R-kvadrat ε[0.15,0.73]. Lignosulfonat tilsetningen forbedret også mostand mot permanente deformasjoner i tilslags-finstoffet enormt. Spesifikt, ble observert akkumulert plastisk tøyning i treaksialtestene cirka halvert gjennom herdeprosessen. Videre viste treaksiale laststeg langt mer elastisk enn plastisk oppførsel etter stabilisering. Fra disse resultatene ble så en beste tilpasning til en tids-herdet permanent deformasjons-modell utført. Stabiliserte og ubundne tilslags-finstoff i frostsikringslag ble simulert ved flerlags lineære elastiske og elementmetode analyser, via henholdsvis ERAPave og COMSOL Multiphysics. Simuleringene tok hensyn til ikke-lineær materialoppførsel ved hjelp av de spenningsavhengige regresjonsmodellene som ble opparbeidet fra eksperimentene. Under lasten av et modulvogntog indikerer den beregnede lastresponsen i tilslags-finstoffs frostsikringslagene at de mekaniske egenskapene er tilstrekkelige for bruk av konseptet. Resultat fra simulering av permanent deformasjon støtter denne konklusjonen, og tyder på at materialet ikke vil utvikle uakseptable permanente deformasjoner ved en eksponering av middels trafikk