پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

ارزیابی مقاومت شیارشدگی قیر حاوی خاکستر پسماند زغال‌سنگ با استفاده از آزمایش رئومتر برشی دینامیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
حسن دیواندری 1
پویان نظریان 2
محمد امین یوسف تبار 3
1 گروه عمران، دانشکده مهندسی عمران و منابع زمین، واحد تهران مرکزی، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 دانشجوی‌ دکتری، گروه عمران، واحد آیت‌الله‌آملی، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران
3 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه عمران، واحد آیت‌الله‌آملی، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران
10.22034/tri.2023.389570.3138
چکیده
روسازی‌ها سرمایه ملی کشورها محسوب می‌شوند که سالیانه بخش عمده‌ای از بودجه عمرانی سازمان‌های ذی‌ربط صرف طراحی، ساخت، تعمیر و نگهداری آن‌‌ها می‌شود. شیارشدگی ازجمله خرابی‌های سازه‌ای به شمار می‌آید که به‌صورت شیار فرورفته در مسیر چرخ وسایل نقلیه دیده می‌شود. توسعه شیارافتادگی باعث ایجاد ترک، به‌ویژه ترک پوست‌سوسماری ‌می‌شود و نهایتاً به گسیختگی کلی روسازی منجر می‌شود. قیر مصرفی در مخلوط‌های آسفالتی، بایستی دارای سختی کافی جهت مقابله با پدیده شیارشدگی و از سوی دیگر انعطاف‌پذیری لازم جهت اجتناب از ترک‌های حرارتی در دماهای پایین باشد. با توجه به اینکه قیرهای معمولی قابلیت تأمین چنین خاصیتی را ندارند، استفاده از اصلاح‌کننده‌هایی جهت بهبود خواص عملکردی قیرها، الزامی است. از جمله موادی که میتوان از آن به ‌عنوان فیلر در قیر مورد استفاده و آزمایش قرارداد، خاکستر پسماند زغال‌سنگ (CWP) است که در حجم‌های زیادی در اطراف معادن زغال‌سنگ و... مشاهده می‌شود. هدف اصلی پژوهش حاضر، بررسی مقاومت شیارشدگی قیر حاوی خاکستر پسماند زغال‌سنگ با استفاده از دستگاه رئومتر برشی دینامیکی (DSR) است. در پژوهش حاضر، از قیر 70-60 به‌صورت خالص و همچنین قیر حاوی خاکستر پسماند زغال‌سنگ به میزان 3 و 6 درصد، استفاده‌ شده است و مقاومت مخلوط در برابر خرابی شیارشدگی با استفاده از دستگاه رئومتر برشی دینامیکی در دماهای (52، 58، 64 و 70 درجه سانتیگراد) و در فرکانس‌های 23/2 تا 100 هرتز مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از خاکستر پسماند زغال‌سنگ به میزان 3 و 6 درصد، سبب افزایش قابل‌توجه مقاومت قیر در برابر خرابی شیارشدگی در دماهای بالا نسبت به قیر خالص می‌شود. بدین ترتیب، با استفاده بهینه از این ماده در مخلوط آسفالتی، علاوه بر کاهش عمق شیارشدگی، از انباشته شدن این مواد ضایعاتی در محیط زیست جلوگیری می‌گردد.
کلیدواژه‌ها
خخاکستر پسماند زغال‌سنگ
رئومتر‌ برشی دینامیکی
شیارشدگی
قیر
موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation of Rutting Resistance of Bitumen Containing Coal Waste Ash Using Dynamic Shear Rheometer Test

نویسندگان English

Hassan Divandari 1
Pouyan Nazarian 2
Mohammad Amin Youseftabar 3
1 Civil Engineering Department, Faculty of Civil Engineering and Land Resource, Central Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Ph.D., Student, Department of Civil Engineering, Ayatollah Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran.
3 M.Sc.,Department of Civil Engineering, Ayatollah Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran.
چکیده English

Pavements are the national capital of countries that annually attract a bulk of the relevant organizations budgets for their designing, constructing, repairing and maintaining. The Rutting is one of the structural failures that is seen in the groove in the direction of the vehicle's wheel. The development of ruts causes cracks, especially alligator cracks, and ultimately leads to the general rupture of the pavement. The bitumen used in asphalt mixtures must have sufficient hardness to deal with the phenomenon of rutting, and on the other hand, the necessary flexibility to avoid thermal cracks at low temperatures. Considering that normal bitumens are not able to provide such properties, it is necessary to use modifiers to improve the functional properties of bitumens. Among the materials that can be used and tested as a filler in bitumen is coal waste ash, which can be seen in large quantities around coal mines. The main goal of the current research was to investigate the rutting resistance of bitumen containing coal waste ash using a dynamic shear rheometer. In this research, bitumen 60-70 was used in pure form and also contained 3% and 6% coal waste ash, and the resistance of the mixture against rutting failure was measured using a dynamic shear rheometer at temperatures of (52°C, 58°C, 64°C and 70°C), and at frequencies of 2.23 to 100 Hz were examined and tested. The results showed that the use of coal waste ash at the rate of 3 and 6% significantly increased the resistance of bitumen against rutting damage at high temperatures compared to pure bitumen. In this way, with the optimal use of this material in the asphalt mixture, in addition to reducing the depth of rutting, the accumulation of these waste materials in the environment was prevented.

کلیدواژه‌ها English

Coal Waste
Ash
Dynamic Shear Rheometer Rutting
Bitumen
-Adnan, A. M., Lü, C., Luo, X., & Wang, J. (2021). High-temperature rheological characteristics of asphalt binder incorporated with graphene oxide and predicting its rutting potential using response surface method. Journal of Materials in Civil Engineering, 33(11), 04021331.‏
-Bahuguna, S. (2004). Permanent deformation and rate effects in asphalt concrete, Constitutive modeling and numerical implementation.
-Choubdar, A., Farajollahi, A., & Ameli, A. (2022). Laboratory Evaluation of the Effect of Nano Silica on High Temperature Properties of Binder. Journal of Transportation Research, 19(1), 283-298.
doi: 10.22034/tri.2022.143259
-Farajollahi, A., Ameli, A., & Poorheydari Mamaghani, F. (2022). Experimental Evaluation of the Effect of Ethylene Vinyl Acetate-Montmorillonite Nanocomposite on Fatigue and Rutting Behavior of Asphalt Mixture. Journal of Transportation Research, 19(4), 283-295.
doi: 10.22034/tri.2022.159619
-Gao, J., Yan, K., He, W., Yang, S., & You, L. (2018). High temperature performance of asphalt modified with Sasobit and Deurex. Construction and Building Materials, 164, 783-791.
-Hassanzadeh Khabbaz,, E. (2020). Laboratory Evaluation of the Effect of Nano Clay and Polymer on Rheological Behaviour of Binder and Rutting Performance of Stone Matrix Asphalt Mixtures. Journal of Transportation Research, 17(2), 151-168.
-Hosseini, A. S., Hajikarimi, P., Gandomi, M., Nejad, F. M., & Gandomi, A. H. (2021). Genetic programming to formulate viscoelastic behavior of modified asphalt binder. Construction and Building Materials, 286, 122954.‏
Jia, Y., Wang, S., Peng, J., Gao, Y., Liu, M., & Zhou, W. (2021). Characterization of rutting on asphalt pavement in terms of transverse profile shapes based on LTPP data. Construction and Building Materials, 269, 121230.‏
-Kakade, V. B., Reddy, M. A., & Reddy, K. S. (2018). Rutting performance of hydrated lime modified bituminous mixes. Construction and Building Materials, 186, 1-10.
Kavossi, A. and Bakhtiari, J. (2012), "Laboratory investigation of the effect of hydrated lime on the liquefaction of asphalt mixtures. Proceedings of the 7th National Congress of Civil Engineering, Shahid Nikbakht Engineering College, Zahedan, Iran, 18 and 17 April.
-Li, Q., Ni, F., Gao, L., Yuan, Q., & Xiao, Y. (2014). Evaluating the rutting resistance of asphalt mixtures using an advanced repeated load permanent deformation test under field conditions. Construction and Building Materials, 61, 241-251.
-Modarres, A., & Ayar, P. (2014). Coal waste application in recycled asphalt mixtures with bitumen emulsion. Journal of cleaner production, 83, 263-272.
Modarres, A., & Rahmanzadeh, M. (2014). Application of coal waste powder as filler in hot mix asphalt. Construction and Building Materials, 66, 476-483.
-Niki Rashidi, M. (2008). Asphalt from production to distribution. Jihad Academic Publishing Organization, 31-33.
-Pardhan, M. M. (1995). Permanent deformation characteristics of asphalt-aggregate mixture using varied material and modeling procedure with Marshall method. Montana University.
-Sheng, Y., Zhang, B., Yan, Y., Chen, H., Xiong, R., & Geng, J. (2017). Effects of phosphorus slag powder and polyester fiber on performance characteristics of asphalt binders and resultant mixtures. Construction and Building Materials, 141, 289-295.
-Shyaa, A. S., & Abd Rahma, I. D. R. (2022). asphalt pavement rutting distress and affects on traffics safety. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 10, 35-39.‏
Transportation Research Institute. (2007). The use of polymer in improving the properties of bitumen and asphalt mixtures.
-Tong, J., Ma, T., Shen, K., Zhang, H., & Wu, S. (2022). A criterion of asphalt pavement rutting based on the thermal-visco-elastic-plastic model. International Journal of Pavement Engineering, 23(4), 1134-1144.‏
-Xiong, R., Wang, L., Yang, X., Yang, F., Sheng, Y., Guan, B., & Chen, H. (2018). Experimental investigation on related properties of asphalt mastic with activated coal gangue as alternative filler. International Journal of Pavement Research and Technology.
پژوهشنامه حمل و نقل
دوره 21، شماره 2 - شماره پیاپی 79
تابستان 1403
صفحه 109-126