ارزیابی آزمایشگاهی شاخص خودترمیمی در مخلوط های آسفالتی

آذرگهر, حسن; حسینی, سید علی; یوسفی مقدم, محمد

doi:10.22119/jte.2021.305383.2560

ارزیابی آزمایشگاهی شاخص خودترمیمی در مخلوط های آسفالتی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران

² استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شاهرود، ایران

10.22119/jte.2021.305383.2560

چکیده

دراین تحقیق به منظور ساخت مخلوط‌های آسفالتی سبز دوستدار محیط زیست از سرباره فولادی با اندازه 75/4-5/9 میلیمتر به نسبت حجمی 60 درصد مصالح سنگی و پسماند گل قرمز با نسبت های 50 و 100 درصد از فیلر به عنوان جایگزین فیلر آهکی استفاده گردیده و شاخص خودترمیمی و حساسیت رطوبتی این مخلوط‌ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. به منظور ارزیابی شاخص خودترمیمی، آزمایش خمش 3 نقطه‌ای بر روی نمونه‌های نیمه استوانه‌ای به صورت 7 سیکل ترمیم با استفاده از روش گرمادهی امواج ماکروویو انجام گرفته است. نتایج حاکی از آن بود که سرباره و 50 درصد گل قرمز در اولین سیکل ترمیم، مقدار نرخ ترمیم بهینه را نسبت به نمونه شاهد به ترتیب؛ 01/53 و 35/32 درصد افزایش داده‌اند. همچنین نتایج آزمایش حساسیت رطوبتی نشان دادکه میزان مقاومت خرابی رطوبتی در مخلوط‌های حاوی سرباره و 50 درصد گل قرمز نسبت به نمونه شاهد به ترتیب 16 و 21 درصد کاهش داشته است. استفاده از50 و 100 درصد گل کربناته به صورت جایگزین فیلر مصالح آهکی در مخلوط‌های حاوی سرباره مقاومت رطوبتی را به ترتیب 9 و 13 درصد افزایش داده است. همچنین این ضعف مقاومتی در نمونه شامل 50درصد گل قرمز به کمک استفاده از 50درصد گل کربناته جبران گردیده و مقاومت رطوبتی به میزان 12 درصد افزایش یافته است. باتوجه به نتایج بدست آمده استفاده از این مواد ضایعاتی به جای منابع طبیعی تجدیدناپذیر نظیرمصالح سنگی، علاوه بر کمک به حفظ محیط زیست باعث بهبود عملکرد ترمیم مخلوط‌های آسفالتی خواهد شد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086598.1402.14.4.3.4

عنوان مقاله [English]

Laboratory Evaluation of Self-Healing Index in Asphalt Mixtures

نویسندگان [English]

Hassan Azargohar ¹
Sayyed Ali Hosseini ²
Mohamad Yosefi mpghadam ¹

¹ Postgraduate Student, Faculty of Civil Engineering, Shahrood, Iran

² Assistant Professor at Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran

چکیده [English]

In this research, in order to construct environmentally friendly green asphalt mixtures, steel slag with a size of 9.5-4.75 mm to a volume ratio of 60% of aggregates and red mud waste with 50 and 100% ratios of filler has been used as an alternative to limestone filler, and self-healing index and moisture sensitivity of these mixtures have been evaluated. To do that, the semi-circular bending test (SCB) was performed by seven damage-healing cycles using the microwave irradiation heating method. Results indicated that the steel slag and 50% red mud waste in the first healing cycle increased the optimum healing ratio compared to the control sample, respectively; 53.01% and 32.35%. Also, the moisture susceptibility test results showed that the amount of moisture resistance in mixtures containing steel slag and 50% red mud decreased by 16% and 21%, respectively, compared to the control sample. Using 50% and 100% carbonation cake as a replacement for limestone filler in mixtures containing steel slag has increased the moisture resistance by 9% and 13%, respectively. Also, this weakness of moisture resistance in the sample containing 50% of red mud was compensated by using 50% of carbonation cake, and moisture resistance was increased by 12%. According to the obtained results, the use of these waste materials instead of non-renewable natural resources such as aggregates, in addition to preserve the non-renewable natural resources, will improve the healing performance of asphalt mixtures.

کلیدواژه‌ها [English]

Moisture sensitivity
Self-healing
Steel Slag
Red mud
Carbonation cake

مراجع

- امانی، سعید، کاووسی، امیر و محمدکریمی، محمد، (1399) "ارزیابی تأثیر کربن فعال در ترمیم القایی مخلوط‌های آسفالتی پیر شده تحت امواج ماکروویو"، فصلنامه مهندسی حمل و نقل، دوره 11، شماره 3، ص. 773-792.

- شفابخش، غلامعلی و احمدی، سعید، (1398) "بررسی تأثیر استفاده از سرباره فولاد و اندودهای سطحی مختلف بر عملکرد مقاومت برشی بین لایه‌ای روسازی مرکب"، فصلنامه مهندسی حمل و نقل، دوره 11، شماره 2، ص. 475-499.

- Amelian, S., Manian, M., Abtahi, S. M. and Goli, A. (2018) "Moisture sensitivity and mechanical performance assessment of warm mix asphalt containing by-product steel slag". Journal of Cleaner Production. Vol. 176, No., pp. 329-337.

- Ayar, P., Moreno-Navarro, F. and Rubio-Gámez, M. C. (2016) "The healing capability of asphalt pavements: a state of the art review". Journal of Cleaner Production. Vol. 113, No., pp. 28-40.

- Canestrari, F., Virgili, A., Graziani, A. and Stimilli, A. (2015) "Modeling and assessment of self-healing and thixotropy properties for modified binders". International Journal of Fatigue. Vol. 70, No., pp. 351-360.

- Chen, Z., Wu, S., Wen, J., Zhao, M., Yi, M. and Wan, J. (2015) "Utilization of gneiss coarse aggregate and steel slag fine aggregate in asphalt mixture". Construction and Building Materials. Vol. 93, No., pp. 911-918.

- Ganjei, M. A. and Aflaki, E. (2016) "Application of nano-silica and styrene-butadiene-styrene to improve asphalt mixture self healing". International Journal of Pavement Engineering. Vol. 20, No. 1, pp. 89-99.

- Hesami, S., Ameri, M., Goli, H. and Akbari, A. (2015) "Laboratory investigation of moisture susceptibility of warm-mix asphalt mixtures containing steel slag aggregates". International Journal of Pavement Engineering. Vol. 16, No. 8, pp. 745-759.

- Huang, Y., Bird, R. N. and Heidrich, O. (2007) "A review of the use of recycled solid waste materials in asphalt pavements". Resources, Conservation and Recycling. Vol. 52, No. 1, pp. 58-73.

- Karki, P., Li, R. and Bhasin, A. (2015) "Quantifying overall damage and healing behaviour of asphalt materials using continuum damage approach". International Journal of Pavement Engineering. Vol. 16, No. 4, pp. 350-362.

- Kavussi, A. and Qazizadeh, M. J. (2014) "Fatigue characterization of asphalt mixes containing electric arc furnace (EAF) steel slag subjected to long term aging". Construction and Building Materials. Vol. 72, No., pp. 158-166.

- Kumar, H. and Varma, S. (2021) "A review on utilization of steel slag in hot mix asphalt". International Journal of Pavement Research and Technology. Vol. 14, No. 2, pp. 232-242.

- Li, M., Wu, G., Fini, E. H., Yu, M. and Xu, Z. (2020) "Investigating the healing capacity of asphalt mixtures containing iron slag". Construction and Building Materials. Vol. 261, No., pp. 119446.

- Liu, Q., Li, B., Schlangen, E., Sun, Y. and Wu, S. (2017) "Research on the Mechanical, Thermal, Induction Heating and Healing Properties of Steel Slag/Steel Fibers Composite Asphalt Mixture". Applied Sciences. Vol. 7, No. 10, pp. 1088.

- Lou, B., Sha, A., Li, Y., Wang, W., Liu, Z., Jiang, W. and Cui, X. (2020) "Effect of metallic-waste aggregates on microwave self-healing performances of asphalt mixtures". Construction and Building Materials. Vol. 246, No., pp. 118510.

- Norambuena-Contreras, J. and Garcia, A. (2016) "Self-healing of asphalt mixture by microwave and induction heating". Materials & Design. Vol. 106, No., pp. 404-414.

- Norambuena-Contreras, J. and Gonzalez-Torre, I. (2017) "Influence of the Microwave Heating Time on the Self-Healing Properties of Asphalt Mixtures". Applied Sciences. Vol. 7, No. 10.

- Özdemir, A. M., Yalçin, E., Arslanoğlu, H., Yilmaz, M. and Baha, K. (2021) "Investigation of the effect of carbonation cake on rheological properties of bituminous binders". The International Journal of Materials and Engineering Technology. Vol. 4, No. 1, pp. 10-17.

- Pouranian, M. R. and Shishehbor, M. (2019). "Sustainability Assessment of Green Asphalt Mixtures: A Review". Environments. Vol. 6, No. 6, pp. 73.

- Riara, M., Tang, P., Mo, L., Hong, W., Chen, M. and Wu, S. (2018) "Evaluation of moisture and temperature effect on crack healing of asphalt mortar and mixtures using healing agents". Construction and Building Materials. Vol. 177, No., pp. 388-394.

- Riara, M., Tang, P., Mo, L., Javilla, B. and Wu, S. (2018) "Investigation into crack healing of asphalt mixtures using healing agents". Construction and Building Materials. Vol. 161, No., pp. 45-52.

- Roque, R., Simms, R., Chen, Y., Koh, C. and Lopp, G. (2012) "Development of a test method that will allow evaluation and quantification of the effects of healing on asphalt mixture", University of South Florida. College of Engineering.

- Shen, D.-H., Wu, C.-M. and Du, J.-C. (2009) "Laboratory investigation of basic oxygen furnace slag for substitution of aggregate in porous asphalt mixture". Construction and Building Materials. Vol. 23, No. 1, pp. 453-461.

- Von Quintus, H. L., Mallela, J., Jiang, J. and Buncher, M. (2007) "Expected Service Life of Hot-Mix Asphalt Pavements in Long-Term Pavement Performance Program". Transportation Research Record. Vol. 1990, No. 1, pp. 102-110.

- Yamaç, Ö. E., Yilmaz, M., Yalçın, E., Kök, B. V., Norambuena-Contreras, J. and Garcia, A. (2021) "Self-healing of asphalt mastic using capsules containing waste oils". Construction and Building Materials. Vol. 270, No., pp. 121417.

- Yao, L., Gao, W., Ma, X. and Fu, H. (2020) "Properties Analysis of Asphalt Binders Containing Bayer Red Mud". Materials. Vol. 13, No. 5, pp. 1122.

- Yıldız, K. and Atakan, M. (2020) "Improving microwave healing characteristic of asphalt concrete by using fly ash as a filler". Construction and Building Materials. Vol. 262, No., pp. 120448.

- Zhang, J., Liu, S., Yao, Z., Wu, S., Jiang, H., Liang, M. and Qiao, Y. (2018) "Environmental aspects and pavement properties of red mud waste as the replacement of mineral filler in asphalt mixture". Construction and Building Materials. Vol. 180, No., pp. 605-613.

- Zhang, J., Sun, C., Li, P., Liang, M., Jiang, H. and Yao, Z. (2019) "Experimental study on rheological properties and moisture susceptibility of asphalt mastic containing red mud waste as a filler substitute". Construction and Building Materials. Vol. 211, No., pp. 159-166.