ارزیابی تاثیر کربن فعال در ترمیم القایی مخلوط‌های آسفالتی‌ پیر شده تحت امواج مایکروویو

امانی, سعید; کاوسی, امیر; محمدکریمی, محمد

doi:10.22119/jte.2020.101567

ارزیابی تاثیر کربن فعال در ترمیم القایی مخلوط‌های آسفالتی‌ پیر شده تحت امواج مایکروویو

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده عمران و محیط‌زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

² استاد، دانشکده عمران و محیط‌زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

³ استادیار، دانشکده عمران و محیط‌زیست، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

10.22119/jte.2020.101567

چکیده

پدیده‌ی پیرشدگی در عملکرد روسازی تاثیر گذاشته و مشخصات انعطاف‌پذیری آن را کاهش می‌دهد. پیرشدگی منجر به سخت شدن قیر در مخلوط آسفالتی شده و موجب افزایش بروز ترک‌خوردگی در روسازی می‌گردد. برخی از ترک‌های روسازی می‌توانند با استفاده از روش گرمایش القایی ترمیم شوند. توانایی انتشار و پر کردن ترک‌ها توسط قیر نقش غالبی را در ترمیم القایی بتن آسفالتی ایفا می‌کند. به منظور افزایش حساسیت بتن آسفالتی به میدان الکترومغناطیسی، قیر مورد نظر با کربن فعال شده اصلاح گردید. به منظور اعمال پیرشدگی، نمونه‌های بتن آسفالتی شاهد و اصلاح‌شده به مدت 5 روز در دمای C 85 در گرمخانه نگهداری شدند. چرخه‌های مکرر شکست-ترمیم با استفاده از آزمایش کشش غیرمستقیم به منظور بررسی خصوصیات ترمیم القایی بتن آسفالتی با استفاده از معیارهای نیرو و انرژی شکست انجام شد. علاوه براین، تاثیر ابعاد نمونه روی گرمایش القایی و میزان خرابی روی شاخص ترمیم القایی مخلوط‌های آسفالتی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که نرخ گرمایش القایی مخلوط‌های آسفالتی اصلاح‌شده با کربن فعال تحت گرمایش مایکروویو 55 بیشتر از نمونه‌های شاهد است. به‌طورکلی می‌توان نتیجه گرفت که پیرشدگی مخلوط آسفالتی و افزایش چرخه‌های شکست-ترمیم منجر به کاهش شاخص ترمیم القایی می‌گردد. علاوه‌براین، نتایج نشان داد که ترکیب تأثیر پیرشدگی و افزایش تعداد چرخه‌های شکست-ترمیم منجر به کاهش 48 درصدی ترمیم القایی می‌گردد. نتایج به دست آمده تائید می‌کند که کربن فعال به عنوان یک جزء رسانا توانایی بهبود گرمایش القایی، ترمیم القایی و مقاومت در برابر پیرشدگی بتن آسفالتی را دارد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086598.1399.11.3.14.2

عنوان مقاله [English]

Evaluation the Effects of Activated Carbon on Induced Healing of Laboratory Aged Mixes under Microwave Radiation

نویسندگان [English]

Saeed Amani ¹
Amir Kavussi ²
Mohammad Mohammad karimi ³

¹ M.Sc. Student, Department of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

² Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

³ Assistant Professor, Department of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Aging phenomenon affects pavement performance that results in reduced flexibility of the pavement. Aging can cause asphalt binder stiffness in asphalt mixes and increases the risk of cracking. Cracks can be healed by the induction heating method. The ability of asphalt binder in flowing and filling cracks plays a dominant role in the induced healing of asphalt mixes. With this regard, activated carbon (AC) is added to asphalt concrete in order to enhance the electromagnetic radiation absorption of mixes. In order to apply age conditioning, both the control and modified asphalt concrete samples were kept in oven for 5 days at 85℃. It was found that heating rate of activated carbon modified asphalt mixes is 55 percent greater than control mixes. From the results of this study, effects of asphalt concrete aging was determined by induced healing index. In addition, repeated breaking-healing cycles were applied through indirect tensile testing to investigate the induced healing properties of asphalt mixes. This was through peak load and fracture energy criteria. In addition, effect of sample dimensions on heating rate and damage level were investigated on induced healing index of asphalt concrete. It can be concluded that increased asphalt concrete aging and increased breaking-healing cycles resulted in decreased induced healing index. Result reveals that combination effects of aging and breaking healing cycles resulted in 48 percent reduction in healing index. In addition, testing results confirmed that AC as a conductive component has potential of induction heating healing and increasing aging resistance of asphalt mixes.

کلیدواژه‌ها [English]

Induced healing
Induction heating
Aging
Cyclic breaking-healing
Microwave radiation

مراجع

-کاووسی، ا. جلیلی قاضی‌زاده، مرتضی. حسنی، ابوالفضل. (1394) " بررسی تأثیر پیرشدگی آزمایشگاهی درازمدت بر رفتار خستگی مخلوط‌های آسفالتی حاوی سرباره‌های قوس الکتریک و کوره اکسیژنی". فصلنامه مهندسی حمل‌ونقل. دوره 7، شماره 1، ص.120-105.

-زیاری، ح. شادمان بحارینه، م. (1392). " ارائه مدل پیش‌بینی عمر خستگی آسفالت متخلخل پلیمری با رویکرد پدیده شناختی تجربی". فصلنامه مهندسی حمل‌ونقل، دوره 4، شماره 3، ص.231-221.

-مسعودی، سجاد. ابطحی، مهدی. گلی خوراسگانی، احمد. (1395). "بررسی عملکرد بلندمدت مخلوط‌های آسفالتی گرم حاوی سرباره فولاد کوره قوس الکتریکی". مهندسی زیرساخت‌های حمل‌ونقل، دوره 2، شماره 4 ، ص.42-23.

-دیواندری، ح. مدرس، ا. حسینی علی‌آباد، م. رستمی انکاس، م. (1394) " ارائه مدل شیار شدگی مخلوط‌های آسفالتی با استفاده از نتایج آزمایش مقاومت کششی غیرمستقیم و پارامترهای مارشال". مهندسی زیرساخت‌های حمل‌ونقل، دوره 1، شماره 2، ص.54-41.

-Arabzadeh, A., Ceylan, H., Kim, S., Sassani, A., Gopalakrishnan, K., & Mina, M. (2018). "Electrically conductive asphalt mastic: Temperature dependence and heating efficiency".Materials and Design, Vol. 157, pp. 303-313.

-Airey, Gordon Dan. (2003). "State of the art report on ageing test methods for bituminous pavement materials". International Journal of Pavement Engineering, Vol. 4, No. 3, pp. 165-176.

-Ayar, P., Moreno-Navarro, F., Sol-Sánchez, M., & Rubio-Gámez, M. C. (2018). "Exploring the recovery of fatigue damage in bituminous mixtures: the role of rest periods".Materials and Structures, Vol. 51, No. 1, pp. 25-39.

-Bostancioğlu, M., & Oruç, Ş. (2016). "Effect of activated carbon and furan resin on asphalt mixture performance".Road Materials and Pavement Design, Vol. 17, No. 2, pp. 512-525.

-Bueno, M., Arraigada, M., & Partl, M. N. (2016). "Damage detection and artificial healing of asphalt concrete after trafficking with a load simulator".Mechanics of Time-Dependent Materials, Vol. 20, No. 3, pp. 265-279.

-Gallego, J., del Val, M. A., Contreras, V., & Páez, A. (2013). "Heating asphalt mixtures with microwaves to promote self-healing".Construction and Building Materials, Vol. 42, pp. 1-4.

-Gao, L, Yu, J. Y, Wu, M., & Xue, L. H. (2016). "Investigation of UV Absorber Residue Improving Aging Properties of Bitumen". Materials Science Forum, Vol. 847, pp. 413--417.

-Gómez-Meijide, B., Ajam, H., Lastra-González, P. and Garcia, A. (2018) "Effect of ageing and RAP content on the induction healing properties of asphalt mixtures". Construction and Building Materials, Vol. 179, pp. 468-476.

-Islam, M. R., Hossain, M. I., & Tarefder, R. A. (2015). "A study of asphalt aging using Indirect Tensile Strength test". Construction and Building Materials, Vol. 95, pp. 218-223.

-Jahanbakhsh, H., Karimi, M. M., Jahangiri, B., & Nejad, F. M. (2018). "Induction heating and healing of carbon black modified asphalt concrete under microwave radiation". Construction and Building Materials, Vol. 174, pp. 656-666.

-Karimi, M. M., Jahanbakhsh, H., Jahangiri, B., & Nejad, F. M. (2018). "Induced heating-healing characterization of activated carbon modified asphalt concrete under microwave radiation". Construction and Building Materials, Vol. 178, pp. 254-271.

-Kim, T., Lee, J., & Lee, K. H. (2014). "Microwave heating of carbon-based solid materials". Carbon letters, Vol. 15, No. 1, pp. 15-24.

-Mohammadafzali, M., Ali, H., Musselman, J. A., Sholar, G. A., & Massahi, A. (2017). "The effect of aging on the cracking resistance of recycled asphalt". Advances in Civil Engineering, Vol. 72, pp. 53-60.

-Norambuena-Contreras, J, & Garcia, A. (2016). "Self-healing of asphalt mixture by microwave and induction heating". Materials & Design, Vol. 106, pp. 404-414.

-Pamulapati, Yashwanth, Elseifi, Mostafa A, Cooper III, Samuel B, Mohammad, Louay N &, Elbagalati, Omar. (2017) "Evaluation of self-healing of asphalt concrete through induction heating and metallic fibers". Construction and Building Materials, Vol. 146, pp. 66-75.

-Phan, T. M, Park, D. W, & Le, T. H. M. (2018). "Crack healing performance of hot mix asphalt containing steel slag by microwaves heating". Construction and Building Materials, Vol. 180, pp. 503-511.

-Rahbar-Rastegar, R, Daniel, J. S., & Dave, E.V. (2018). "Evaluation of viscoelastic and fracture properties of asphalt mixtures with long-term laboratory conditioning". Transportation Research Record, Vol. 2672, No. 28, pp. 503-513.

-Wang, Z. (2016). "Integrated computational and experimental evaluation of electromagnetic energy-induced self-healing performance of asphalt composites". Master of Science Dissertation. Michigan Technological University, Faculty of Civil Engineering, United State.

-Xu, S., García, A., Su, J., Liu, Q., Tabaković, A., & Schlangen, E. (2018). "Self‐Healing Asphalt Review: From Idea to Practice". Advanced Materials Interfaces, Vol. 5, No. 17, pp. 526-536.

-Yin, F., Martin, A. E., Arámbula-Mercado, E., & Newcomb, D. (2017). "Characterization of non-uniform field aging in asphalt pavements". Construction and Building Materials, Vol. 153, pp.607-615.