ارزیابی آزمایشگاهی مخلوط‌های آسفالت گرم حاوی سرباره فولادی کوره قوس الکتریکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری راه وترابری دانشکده عمران -پردیس دانشکده های فنی-دانشگاه تهران وعضو هیا ت علمی دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشیار دانشکده عمران-پردیس دانشکده های فنی-دانشگاه تهران

10.22075/jtie.2019.18776.1420

چکیده

کاهش آلودگی محیط‏‏زیست، حفظ منابع طبیعی و بهینه­سازی مصرف انرژی، از اهداف اصلی توسعه پایدار می­باشند که بایستی در روند توسعه زیرساخت­های مختلف هر کشوری مورد توجه واقع شوند. توسعه زیرساخت­های حمل و نقلی نیز از این قاعده مستثنی نبوده و بایستی با توجه به اصول توسعه پایدار انجام گیرند. کاهش دمای پخت و استفاده از مواد زاید در فرایند تولید مخلوط­های آسفالتی از جمله مهم­ترین این پتانسیل­ها می­باشند. در همین راستا، در این پژوهش، به ارزیابی خواص مکانیکی مخلوط­های آسفالتی حاوی ساسوبیت به عنوان افزودنی آسفالت گرم و سرباره کوره قوس الکتریکی به عنوان جایگزین مصالح سنگی درشت­دانه پرداخته شد. سرباره فولادی به مقدار صفر، 25، 50 و 75 درصد جایگزین مصالح سنگی طبیعی آهکی درشت­دانه (مانده روی الک 75/4 میلی­متر) شد و از ساسوبیت نیز به مقدار 3% وزن قیر به عنوان افزودنی در تهیه مخلوط­های آسفاتی گرم استفاده گردید. پس از بررسی خصوصیات مصالح سنگی و سرباره­ای، قیر بهینه برای 8 نوع مخلوط آسفالتی شامل 4 مخلوط آسفالتی داغ و 4 مخلوط آسفالتی گرم با مقادیر مختلف سرباره به روش مارشال اندازه­گیری شد. سپس، به منظور ارزیابی خواص مکانیکی مخلوط­ها، در درصد قیر بهینه مارشال، 96  نمونه با دستگاه متراکم­کننده چرخشی روسازی ممتاز ساخته شد و آزمایش‏های مقاومت کششی غیرمستقیم، مدول برجهندگی در دو دمای °C 25 و °C 40 و خزش دینامیک در دمای °C 40 روی نمونه­ها انجام گردید. نتایج حاصل از این آزمایش‏ها نشان­دهنده بهبود معنی­دار خواص مکانیکی مخلوط­ها تحت تأثیر استفاده از افزودنی ساسوبیت و سرباره فولادی می­باشد. این تغییرات، تحت تأثیر سختی حاصل از ساسوبیت، قفل­وبست بهتر مصالح سرباره­ای و چسبندگی بهتر این مواد بازیافتی با قیر می­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory evaluation of warm mix asphalt Mixtures containing electric arc furnace steel slag

نویسندگان [English]

  • Seyed Ali Ziaee 1
  • Kambiz Behnia 2
1 PHD student of School of Civil Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran faculty member of Department of Civil Engineering, Engineering Faculty,Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran And
2 School of Civil Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

Conservation of natural resources, optimization of energy use, and minimization of environmental pollution are among the core goals of sustainable development that should be duly considered in the development of national infrastructures, including roads and highways. In the case of asphalt mixtures, these goals can be achieved by the reduction of mixing temperature and the use of recycled materials instead of natural aggregates. This study investigated the mechanical properties of asphalt mixtures containing Electric Arc Furnace Slags(EAFS), which were used as partial replacement for coarse aggregates, and also Sasobit, which was used as an additive for Warm Mix Asphalt (WMA) mixtures. This replacement was performed in, 0, 25, 50, and 75% of natural Coarse limestone (>4.75 mm). In WMA specimens, Sasobit was also added at a concentration of 3% by weight of bitumen. After investigating the properties of aggregates and slags, the Marshall method was used to determine the optimum bitumen content of 8 asphalt mixtures (4 HMA+ 4 WMA) with different slag contents. The results of the Marshall Mix Design method showed that because of the high porosity of slags, slag-containing mixtures have a higher optimum bitumen content. Overall, 120 specimens with optimum bitumen content were prepared with a Superpave Gyratory Compactor (SGC). To assess mechanical properties, these specimens were subjected to Indirect Tensile Strength (ITS) test, resilient modulus test at 25°C and 40°C, and dynamic creep test at 40°C and 55°C. The results of these tests showed an improvement in the mechanical properties of the mixtures containing Sasobit and EAF slags. This improvement can be attributed to the increased stiffness resulting from the use of Sasobit, better interlocking of slags, and better adhesion of slags to bitumen.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Warm mix asphalt
  • Slag
  • Dynamic Creep
  • Resilient modulus
Ahmedzade, P. and Sengoz, B. 2009. “Evaluation of steel slag coarse aggregate in hot mix asphalt concrete”. J. Hazard. Mater., 165(1): 300-305. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2008.09.105
Ameri, M., Hesami, S. and Goli, H. 2013. “Laboratory evaluation of warm mix asphalt mixtures containing electric arc furnace (EAF) steel slag”. Constr. Build. Mater., 49: 611-617. https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat.2013.08.034
Arabani, M. and Azarhoosh, A. R. 2012. “The effect of recycled concrete aggregate and steel slag on the dynamic properties of asphalt mixtures”. Constr. Build. Mater., 35: 1-7. https://doi.org/10.1016/j. conbuildmat.2012.02.036
Asi, I. M., Qasrawi, H. Y. and Shalabi, F. I. 2007. “Use of steel slag aggregate in asphalt concrete mixes”. Can. J. Civ. Eng., 34(8): 902-911. https://doi.org/10.1139/l07-025
Australian Asphalt Pavement Association. 2001. “Warm mix asphalt– A state of the art review”. Advisory Note 17, Kew, Victoria, Australia.
Emery, J. 1982. “Slag utilization in pavement construction”. In: Extending Aggregate Resources, ASTM International.
Gandhi, T. S. and Amirkhanian, S. N. 2007. “Laboratory investigation of warm asphalt binder properties–a preliminary analysis”. The 5th International Conference on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control (MAIREPAV5), Park City, Utah, USA.
Goh, S. W. and You, Z. 2009. “A simple stepwise method to determine and evaluate the initiation of tertiary flow for asphalt mixtures under dynamic creep test”. Constr. Build. Mater., 23(11): 3398-3405. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2009.06.020
Hafeez, I. and Kamal, M. A. 2011. “Repeated load permanent deformation behavior of mixes with and wihtout modified bituments”. Mehran Univ. Res. J. Eng. Technol., 30(1).
Hesami, S., Ameri, M., Gooli, H. and Akbari, A. 2015. “Laboratory investigation of moisture susceptibility of warm-mix asphalt mixtures containing steel slag aggregates”. Int. J. Pavement Eng., 16(8): 745-759.
Hirsch, V. 2007. “Warm mix asphalt technologies”. BAST, Germany, Presentation to WMA Scan Team.
Huang, Y. H. 1993. “Pavement analysis and design”. Second Edition, Pearson.
Hunt, L. and Boyle, G. E. 2000. “Steel slag in hot mix asphalt concrete”. Final Report, State Research Project #511, Oregon Department of Transportation, Salem, Oregon.
Hurley, G. C. and Prowell, B. D. 2005. “Evaluation of Sasobit for use in warm mix asphalt”. NCAT Report, 5(6): 1-27.
Hurley, G. C. and Prowell, B. D. 2006. “Evaluation of potential processes for use in warm mix asphalt”. J. Assoc. Asphalt Paving Technol., 75: 41-90.
Jamshidi, A., Hamzah, M. O. and You, Z. 2013. “Performance of warm mix asphalt containing Sasobit®: State-of-the-art”. Constr. Build. Mater., 38: 530-553. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.08.015
Kavussi, A. and Modarres, A. 2010. “A model for resilient modulus determination of recycled mixes with bitumen emulsion and cement from ITS testing results”. Constr. Build. Mater., 24(11): 2252-2259. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.04.031
Kim, K., Haeng Jo, S., Kim, N. and Kim, H. 2018. “Characteristics of hot mix asphalt containing steel slag aggregate according to temperature and void percentage”. Constr. Build. Mater., 188: 1128-1136. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.08.172
Masoudi, S., Abtahi, S. M. and Goli, A. 2017. “Evaluation of electric arc furnace steel slag coarse aggregate in warm mix asphalt subjected to long-term aging”. Constr. Build. Mater., 135: 260-266. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.177
Niazi, Y. and Jalili, M. 2009. “Effect of Portland cement and lime additives on properties of cold in-place recycled mixtures with asphalt emulsion”. Constr. Build. Mater., 23(3): 1338-1343. https://doi. org/10.1016/j.conbuildmat.2008.07.020
Noureldin, A. S. and McDaniel, R. S. 1990. “Evaluation of surface mixtures of steel slag and asphalt”. Transport. Res. Record, 1269.
Oluwasola, E. A., Hainin, M. R. and Aziz, M. M. A. 2015. “Evaluation of asphalt mixtures incorporating electric arc furnace steel slag and copper mine tailings for road construction”. Transport. Geotech., 2: 47-55. https://doi.org/10.1016/j.trgeo.2014.09.004
Pasetto, M. and Baldo, N. 2011. “Mix design and performance analysis of asphalt concretes with electric arc furnace slag”. Constr. Build. Mater., 25(8): 3458-3468. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011. 03.037
Rubio, M. C., Martínez, G., Baena, L. and Moreno, F. 2012. “Warm mix asphalt: An overview”. J. Clean. Prod., 24: 76-84. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2011.11.053
Skaf, M., Manso, J. M., Aragón, Á., Fuente-Alonso, J. A. and Ortega-López, V. 2017. EAF slag in asphalt mixes: A brief review of its possible re-use. Resour., Conserv. Recy., 120: 176-185. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2016.12.009
Sorlini, S., Sanzeni, A. and Rondi, L. 2012. “Reuse of steel slag in bituminous paving mixtures”. J. Hazard. Mater., 209-210: 84-91. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2011.12.066
Thomas, C., Rosales, J., Polanco, J. A. and Agrela, F. 2019. “7-steel slags”. PP. 169-190. In: De Brito, J. and Agrela, F. (Eds.), New Trends in Eco-efficient and Recycled Concrete, Woodhead Publishing.
Wax, S. 2013. Website: http://www.sasolwax.com/Sasobit_Technology.html. Accessed: October.
Witczak, M. W. 2007. “Specification criteria for simple performance tests for rutting”. Transportation Research Board.
You, Z. and Goh, S. W. 2008. “Laboratory evaluation of warm mix asphalt: A preliminary study”. Int. J. Pavement Res. Technol., 1(1): 34-40.
Ziaee, S. A., Kavussi, A., Jalili Qazizadeh, M. and Mohammadzadeh Moghadam, A. 2015. “Evaluation of long term ageing of asphalt mixtures containing EAF and BOF steel slags”. Int. J. Transport. Eng., 2(3): 245-265. doi:10.22119/ijte.2015.9608