بررسی تأثیر پیرشدگی آزمایشگاهی دراز مدت بر رفتار خستگی مخلوطهای آسفالتی حاوی سرباره های قوس الکتریک و کوره اکسیژنی

کاووسی, امیر; جلیلی قاضی زاده, مرتضی; حسنی, ابوالفضل

بررسی تأثیر پیرشدگی آزمایشگاهی دراز مدت بر رفتار خستگی مخلوطهای آسفالتی حاوی سرباره های قوس الکتریک و کوره اکسیژنی

نویسندگان

¹ دانشیار، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس

² دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس

³ استاد، دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

استفاده از تولیدات جانبی و دورریز در صنایع تولید آهن و فولاد (شامل انواع سرباره)، در روسازی راهها جهت جلوگیری از تداوم تأمین حجم زیاد مصالح سنگی مورد نیاز از کوهها یا بستر رودخانه ها، از اهمیت ویژه ای برخورداراست. تحقیقات گذشته نشان داده است که سرباره فولاد می تواند به عنوان جایگزین مصالح سنگی در روسازی راهها استفاده و سبب بهبود برخی خصوصیات مکانیکی مخلوطهای آسفالتی شود. با این وجود، رفتار و عملکرد دراز مدت این مخلوطها کمتر مورد توجه قرارگرفته و همچنین مقایسه ای بین سرباره های مختلف، انجام نشده است. بنابراین در این پژوهش دو نوع سرباره کوره قوس الکتریک و کوره اکسیژنی با درصدهای مختلف، جایگزین مصالح سنگی آهکی گردید. به این ترتیب که بخش درشت دانه مصالح آهکی به ترتیب با 25 ، 50 ، 75 و 100 درصد سرباره های نوع کوره قوس الکتریک و کوره اکسیژنی جایگزین گردید. سپس خصوصیات مصالح سنگدانه ای آهکی و سرباره ای مورد آزمایش قرار گرفت و همچنین درصد قیر بهینه بر اساس روش طرح اختلاط مارشال برای هر سری از نمونه ها تعیین شد. با استفاده از روش پیرشدگی دراز مدت مخلوط مطابق استاندارد ( AASHTO PP2 ) و انجام آزمایش خستگی به روش خمش چهارنقطه ای در حالت تنش ثابت، رفتار خستگی مخلوطهای آسفالتی حاوی درصدهای مختلف سرباره در دوحالت پیرشده و پیرنشده، مورد آزمایش و ارزیابی قرارگرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که در حالت پیرنشده، مخلوطهای آسفالتی حاوی سرباره نوع کوره قوس الکتریک بیشترین عمرخستگی و مخلوطهای با مصالح آهکی کمترین عمرخستگی را دارد. همچنین یافته های این پژوهش در حالت پیر شده نشان داد که مخلوطهای حاوی سرباره، حساسیت کمتری نسبت به پیرشدگی در قیاس با مخلوط آهکی دارد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086598.1394.7.1.8.0

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Fatigue Behavior of Asphalt Mixes Containing Electric Arc (EAF) and Basic Oxygen Furnace (BOF) Steel Slags Subjected to Long Term Aging

نویسندگان [English]

Amir Kavussi ¹
Morteza JaliliGhazizadeh ²
Abolfazl Hassani ³

چکیده [English]

Utilization of byproducts of steel production factories in civil engineering infrastructures has progressively been increased in recent years. Increased spending on highway construction from one hand and environmental issues from the other hand also promotes application of these materials. Steel slags have similar physical properties to conventional aggregates and can be used into both surfacing and base asphalt layers. In this work fatigue behavior of asphalt mixes containing EAF and BOF steel slags were evaluated at both laboratory aged and non-aged conditions. Nine sets of laboratory mixtures were prepared. Each set was treated replacing various portions of limestone coarse aggregates (≥ 2.36 mm) with EAF and BOF steel slags. Four point bending beam fatigue testing was performed in controlled stress mode at various stress levels to characterize fatigue behavior of these asphalt mixes. Two approaches were applied to analyze the fatigue tests data, one was based on stiffness and the second one was a dissipated energy concepts. Moreover, in order to evaluate long term performance of mixes containing EAF and BOF slags, the specimens were subjected to laboratory aging condition according to AASHTO PP2 standard testing method. The results showed that the inclusion of EAF and BOF slags in mixes improved fatigue life of samples considerably. For aged specimens, the fatigue life did not change appreciably. This was as a result of greater stiffness of mixes containing low percentages of EAF slag. This finding approved the hypothesis which suggest that the greater the adhesion, the greater would be mitigation of aging in asphalt mixes.

کلیدواژه‌ها [English]

Hot mix asphalt, fatigue life, EAF
BOF, long term aging, asphalt mixes

مراجع

توسلی، حمید( 1372 ) "طرح و کنترل بتن آسفالتی گرم"، چاپ اول، انتشارات قلم.

- ستاری، محسن ( 1383 ) "فعالیت مجتمع فولاد مبارکه به منظور فرآوری و کاربرد سرباره"، اولین سمینار فرآوری و کاربردهای سرباره قوس الکتریک، پزوهشکده فولاد دانشگاه صنعتی اصفهان، ص. 19 - 24 .

- شکرچی زاده، محمد، منتظر، شبنم، عال یزاده، روح الله و چینی، مهدی ( 1383 ) "ارزیابی آزمایشگاهی مشخصات روباره های فولادی برای استفاده به عنوان سنگدانه در ساخت روسازی آسفالتی"، دومین همایش قیر و آسفالت ایران، تهران،ص. - 694 .682

- طباطبایی، نادر و بخشی طوسی، پیام ( 1383 ) "بررسی کاربرد سرباره فولاد در مخلوط های آسفالتی با استخوان بندی سنگدانه ای"، دومین همایش قیر و آسفالت ایران، 4- 2 آذر، ص. .311-302

- معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور ( 1390 ) " نشریه شماره 234 ، آیین نامه روسازی آسفالتی را ههای ایران" ، ویرایش اول.

-مقدم، محمدرضا ( 1386 ) "تاثیر کاربرد ماسه روان بر خواص مخلو طهای آسفالتی روسازی"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه فردوسی، مشهد

-مقدم نیری، محمدرضا، جلیلی قاضی زاده، مرتضی و محمدزاده مقدم، ابوالفضل ( 1386 ) "کاربرد سرباره فولاد در پروژه های راهسازی"، اولین سمینار فرآوری و کاربردهای سرباره قوس الکتریک، پزوهشکده فولاد دانشگاه صنعتی اصفهان،ص. 127 - 134 .

- یوزباشی زاده، حسین، فراهانی، محمد، ( 1386 ) "انواع سرباره و بررسی خواص و کاربرد آن ها"، اولین سمینار فرآوری و کاربردهای سرباره قوس الکتریک، پزوهشکده فولاد دانشگاه صنعتی اصفهان، ص. 1- 9.

-Ahmedzade, P. and Sengoz, B. (2008) “Evaluation of steel slag coarse aggregate in hot mix asphalt concrete”,Journal of Hazardous Materials, 165, pp.300-
305.
-Ameri, M., Ahadi, M. R., Zaree, Z. and Jahanian, H.P. (2011) “A laboratory study on the mechanical properties of hot mix asphalt using basic oxygen furnace steel slag”, 10th International Conference LJMU, Britannia Adelphi Hotel, February 16-17,
Liverpool, UK.

-Bell, C. A. (1989) “Summary report on ageing of asphalt aggregate systems. project a-003a (Performance related testing and measurement of asphaltaggregate interactions and mixtures”, Strategic Highway Research Program, National Research Centre, Washington, USA.

-Bell, C. A. and Sosnovske, D. (1994) “Ageing: binder validation”, Strategic Highway Research Program, National Research Centre, Washington, USA.

-Daniel J. S., Bisirri, W. and Kim Y. R. (2004) “Fatigue evaluation of asphalt mixtures using dissipated energy and viscoelastic continuum damage approaches” J. Assoc. Asphalt Paving Tech.,73, pp.557–83.

-Ghuzlan, K. A. and Carpenter, S. H. (2000) “Energy- derived, damage-based failure criterion for fatigue testing”. Transport Res Rec, 1723, pp.141–149.

-Ghuzlan, K. A. and Carpenter, S. H. L. (2006) “Fatigue damage analysis in asphalt concrete mixtures using the dissipated energy approach”. Canadian Journal of Civil Engineering, 33(7), pp.890–901.

-Hamzah, M. O. and Teoh, C. Y. (2008) “Effects of temperature on resilient modulus of dense asphalt mixtures incorporating steel slag subjected to short term oven ageing”, World Academy of Science, Engineering and Technology, 22.

-Kavussi, A. and Modarres, A. (2010) “Laboratory fatigue models for recycled mixes with bitumen emulsion and cement”. Construction and Building Materials; 24: pp.1920–7.

-Mamlouk, M., Souliman M. and Zeiada, W. (2012) “Optimum testing conditions to measure hma fatigue and healing using flexural bending test”, TRB Annual Meeting.

-Moreno, F. and Rubio, M. C. (2013) “Effect of aggregate nature on the fatigue-cracking behavior of asphalt mixes” Materials and Design 47; pp.61–67.

-NSA (2001) “Steel slag, a premier construction aggregate.

-Pasetto, M. and Baldo, N. (2011) “Mix design and performance analysis of asphalt concretes with electric arc furnace slag”, Construction and Building Materials, 25, pp 3458–3468.

-Pasetto, M., Baldo, N. (2010) “Experimental evaluation of high performance base course and road base asphalt concrete with electric arc furnace steel slags”, J. Hazardous Materials; 181: pp.938–48.

-Pasetto, M., Baldo, N. (2012) “Fatigue behavior characterization of bituminous mixtures made with reclaimed asphalt pavement and steel slag”, SIIV - 5th International Congress - Sustainability of Road Infrastructures, Procedia - Social and Behavioral Sciences; 53, pp.297 – 306.

-Rowe, G. M. and Bouldin, M. G. (2000) “Improved techniques to evaluate the fatigue resistance of asphaltic mixtures, Proceedings of 2nd Euroasphalt and Eurobitume Congress, Barcelona, Spain.

-Shen, S. H., Airey, G. D., Carpenter, S. H. and Huang, H. (2006) “A dissipated energy approach to fatigue evaluation”. Road Mater Pavement;7(1): pp.47–69.

-Shen S. and Carpenter, S. H. (2007) “Development of an asphalt fatigue model based on energy principles”. Journal of the Association of the Asphalt Paving Technologists (AAPT), Vol.76, pp. 525-573.

-Xie, J., Wu, S., Lin, J., Cai, J., Chen, Z. and Wei, W. (2012) “Recycling of basic oxygen furnace slag in asphalt mixture: material characterization and moisture damage investigation”, Construction and Building Materials, 36, pp 467–474.

- Yongjie, X., Shaopeng, W., Haobo, H. and Jin, Z. (2006) “Experimental investigation of basic oxygen furnaceslag used as aggregate in asphalt mixture”, Journal of Hazardous Materials, 138, pp 261–268.