ارزیابی آزمایشگاهی مخلوط‌های آسفالتی داغ حاوی گیلسونایت و الیاف فورتا و تعیین منافع اقتصادی استفاده از آنها در روسازی‌های آسفالتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه رازی، کرمانشاه

2 دانش آموخته کارشناسی ارشد راه و ترابری، دانشگاه رازی، کرمانشاه

10.22075/jtie.2021.22325.1503

چکیده

رشد وسایل نقلیه در سال های اخیر در کشورهای در حال توسعه منجر به افزایش هزینه های راه سازی و نگهداری آن شده است لذا اصلاح خصوصیات قیر امری ضروری می باشد. یکی از روشهای اصلاح خصوصیات قیر و آسفالت انواع افزودنی ها می باشد. این امکان وجود دارد که مواد افزودنی هزینه های مالی را افزایش دهند و بنابراین استفاده از آنها را غیر عملی کنند اما مواد افزودنی خاصی وجود دارند که می توانند در مخلوط استفاده شوند و هزینه های اضافی ایجاد نکنند. در این مطالعه آزمایشگاهی، عملکرد افزودنیهای گیلسونایت و الیاف فورتا در قیر و مخلوط آسفالتی ارزیابی می شود. آزمایش های قیر انجام شده در این تحقیق بر اساس افزودن گیلسونایت (0 ، 3 ، 6 ، 9 ، 12 و 15% وزن قیر) است، در حالی که آزمایشات مخلوط آسفالتی بر اساس افزودن الیاف فورتا (0 ، 0.3 ، 0.6 و 0.9٪ وزن مخلوط) انجام شده است. همچنین اثر مشترک هر دو ماده افزودنی بعنوان یک افزودنی کامپوزیت بر عملکرد مخلوط های آسفالتی نیز ارزیابی شد. نمونه ها از نظر استحکام مارشال و حساسیت رطوبتی مورد آزمایش قرار گرفتند، در حالی که آزمایشات خستگی و خزش دینامیکی با استفاده از دستگاه UTM انجام شد. همچنین جنبه های اقتصادی استفاده از این دو افزودنی نیز در تحقیق ارزیابی شد. نتایج نشان داد که استفاده از گیلسونایت در قیر باعث افزایش در استحکام مارشال، مقاومت در برابر خستگی، شیارشدگی و کاهش حساسیت رطوبتی مخلوط های آسفالتی در مقایسه با الیاف فورتا به عنوان یک افزودنی در مخلوط های آسفالتی می شود. همچنین بهترین درصد مشترک گیلسونایت و الیاف فورتا در نمونه های ساخته شده به ترتیب در 15% و 9/0% اتفاق افتاده است. در آخر نتایج آنالیز اقتصادی نشان داد که افزودن 15٪ گیلسونایت به قیر از نظر اقتصادی کارآمد و در عمل قابل توجیه است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Laboratory evaluation of hot asphalt mixtures containing Gilsonite and FORTA fibers and determination of economic benefits of their use in asphalt pavements

نویسندگان [English]

  • Mohsen Zahedi 1
  • Farshad Ghotb 2
  • Seyed Shahab Hasaninasab 1
2 MSc, Department of Civil Engineering, Razi University, Kermanshah
چکیده [English]

The growth of vehicle traffic in recent years in developing countries has led to an increase in the costs of road building and maintenance. Therefore, modification of bitumen properties is necessary due to the poor quality of bitumen. In this lab study, the relative performances of Gilsonite and FORTA fibers modifiers are evaluated. The bitumen tests conducted for this research are based on the addition of Gilsonite (0, 3, 6, 9, 12 and 15 % of made bitumen specimens), while the asphalt mixture tests are based on the addition of FORTA fibers (0, 0.3, 0.6, and 0.9% by weight of aggregate). The synergistic effect of adding both the additives as a composite additive on the relative performance of asphalt mixtures is also evaluated. The samples were tested for Marshall Stability and moisture sensitivity, while fatigue and dynamic creep tests were performed using the UTM machine. The results showed that only the use of Gilsonite as a modifier in bitumen significantly increases the Marshall Stability, fatigue resistance, the flow value resulted from dynamic creep tests and decrese moisture sensitivity of the asphalt mixtures compared to the use of FORTA fibers as a modifier in the mixture.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "؛ Hot Mixed Asphalt"؛ Gilsonite"؛ FORTA Fibers"؛ Fatigue"؛
  • "؛ Rutting"
جمشیدی، س. ا. و دیواندری، ح. 1398. "ارزیابی تأثیر گیلسونایت بر بهبود خصوصیات مکانیکی مخلوط­های آسفالتی". فصلنامه مهندسی حمل و نقل، 11(1) : 145-162.
حسامی، س. و صبحی، س. 1396. "مروری بر قیر طبیعی و تأثیر آن بر روی خصوصیات قیر و مخلوط آسفالتی". فصلنامه جاده، 25(92): 19-32.
کفاش­زاده، س.، خسروی بیژائم، ز.، ایمانی، م. و معافی، ح. 1397. "ارزیابی عملکرد مقاومت الیاف فورتا در مخلوط آسفالت گرم در برابر رویه­های بتنی". فصلنامه پژوهش در علوم، مهندسی و فناوری، 10: 51-64.
Ameri, M., Mansourian, A., Ashani, S. S. and Yadollahi, G. 2011a. “Technical study on the Iranian Gilsonite as an additive for modification of asphalt binders used in pavement construction”.  Constr. Build. Mater., 25(3): 1379-1387.
Ameri, M., Mansourian, A. and Ziari, H. 2011b. “Experimental investigation of the effect of Gilsonite on performance of hot-mix asphalt”. Transport. Res., 1(1), 1.
Ameri, M., Mansourian, A. and Sheikhmotevali, A. H. 2012. “Investigating effects of ethylene vinyl acetate and Gilsonite modifiers upon performance of base bitumen using Superpave tests methodology”. Constr. Build. Mater., 36: 1001-1007.
Arabani, M., Mirabdolazimi, S. M. and Sasani, A. R. 2010. “The effect of waste tire thread mesh on the dynamic behaviour of asphalt mixtures”. Constr. Build. Mater., 24(6): 1060-1068.
AASHTO. 1993. Guide for design of pavement structures. Washington, DC: AASHTO.
ASTM. 2006. “Standard test method for resistance to degradation of small-size coarse aggregate by abrasion and impact in the Los Angeles machine”. C131-06.
ASTM. D1559. 1998. “Test Method for Resistance of Plastic Flow of Bituminous Mixtures Using Marshall Apparatus” (Withdrawn 1998).
ASTM. D4867/D4867M-09. 2014. “Standard Test Method for Effect of Moisture on Asphalt Concrete Paving Mixtures”.
Babagoli, R., Hasaninia, M. and Mohammad Namazi, N. 2015. “Laboratory evaluation of the effect of Gilsonite on the performance of stone matrix asphalt mixtures”. Road Mater. Pavement Design, 16(4): 889-906.
Bardesi, A., Brule, B., Corte, J. F., Diani, E., Gerritsen, A., Lefevre, G. and Watkins, S. 1999. “Use of modified bituminous binders, special bitumens and bitumens with additives in pavement applications”. Technical Committee Flexible Roads (C8), World Road Association (PIARC).
BS DD 226. 1996. “Method for determining resistance to permanent deformation of bituminous mixtures subject to unconfined dynamic loading”. British Standard (BSI), London, UK.
BS EN 12697-24. 2012. “Bituminous mixtures- Test methods for hot mix asphalt”. Part 24: Resistance to fatigue.
Code, I. H. A. P. 2011. No. 234.
Fazaeli, H., Samin, Y., Pirnoun, A. and Dabiri, A. S. 2016. “Laboratory and field evaluation of the warm fiber reinforced high performance asphalt mixtures (case study Karaj–Chaloos Road)”. Constr. Build. Mater., 122: 273-283.
Gopinath, P. and Kumar, C. N. 2020. “Performance evaluation of HMAC mixes produced with Gilsonite modified bitumen for heavily trafficked roads”. Materials Today: Proceedings.
HasaniNasab, S., Arast, M. and Zahedi, M. 2019. “Investigating the healing capability of asphalt modified with nano-zycotherm and Forta fibers”. Case Stud. Constr. Mater. 11: e00235.
Jahanian, H. R., Shafabakhsh, Gh. and Divandari, H. 2017. “Performance evaluation of hot mix asphalt (HMA) containing bitumen modified with Gilsonite”. Constr. Build. Mater., 131: 156-164.
Jahromi, S. G. and Khodaii, A. 2008. “Carbon fiber reinforced asphalt concrete”. Arab. J. Sci. Eng., 33(2): 355-364.
Kaloush, K. E., Biligiri, K. P., Zeiada, W. A., Rodezno, M. C. and Reed, J. X. 2010. “Evaluation of fiber-reinforced asphalt mixtures using advanced material characterization tests”. J. Test. Eval., 38(4): 400-411.
Klinsky, L. M. G., Kaloush, K. E., Faria, V. C. and Bardini, V. S. S. 2018. “Performance characteristics of fiber modified hot mix asphalt”. Constr. Build. Mater., 176: 747-752.
Li, K., Vasiliu, M., McAlpin, C. R., Yang, Y., Dixon, D. A., Voorhees, K. J., ... and Herring, A. M. 2015. “Further insights into the structure and chemistry of the Gilsonite asphaltene from a combined theoretical and experimental approach”. Fuel, 157: 16-20.
Li, Z., Zhang, X., Fa, C., Zhang, Y., Xiong, J. and Chen, H. 2020. “Investigation on characteristics and properties of bagasse fibers: Performances of asphalt mixtures with bagasse fibers”. Constr. Build. Mater., 248: 118648.
Mansourian, A., Razmi, A. and Razavi, M. 2016. “Evaluation of fracture resistance of warm mix asphalt containing jute fibers”. Constr. Build. Mater., 117: 37-46.
Mirabdolazimi, S. M. and Shafabakhsh, G. 2017. “Rutting depth prediction of hot mix asphalts modified with forta fiber using artificial neural networks and genetic programming technique”. Constr. Build. Mater., 148: 666-674.
Mirbaha, B., Abdi, A., Zarei, M. and Zarei, A. 2017. “Experimental determination of the optimum percentage of asphalt mixtures reinforced with nano-carbon black and polyester fiber industries”. Eng. Solid Mech., 5(4): 285-292.
Nasrekani, A. A., Nakhaei, M., Naderi, K., Fini, E. and Aflaki, S. 2017. “Improving moisture sensitivity of asphalt concrete using natural bitumen (Gilsonite)”. In: Proc. Transportation Research Board 96th Annual Meeting, pp. 17-05663.
Quintana, H. A. R., Noguera, J. A. H. and Bonells, C. F. U. 2016. “Behavior of Gilsonite-modified hot mix asphalt by wet and dry processes”. J. Mater. Civ. Eng., 282: 04015114.
Roman, C. and Garcia-Morales, M. 2017. “Linear rheology of bituminous mastics modified with various polyolefins: A comparative study with their source binders”. Mater. Struct., 50(1): 1-12.
Sharp, B., Berg, K., Fazio, M. and Stewart, R. 2010. “Gilsonite as an anti-stripping agent in hot mix asphalt”. Eng., ID: 107045902.
Sobhi, S., Yousefi, A. and Behnood, A. 2020. “The effects of Gilsonite and Sasobit on the mechanical properties and durability of asphalt mixtures”. Constr. Build. Mater., 238: 117676.
Suo, Z. and Wong, W. G. 2009. “Analysis of fatigue crack growth behavior in asphalt concrete material in wearing course”. Constr. Build. Mater., 23(1): 462-468.
Taherkhani, H. and Bayat, R. 2020. “Investigating the properties of asphalt concrete containing recycled brick powder as filler”. Eur. J. Environ. Civ. Eng., https://doi.org/10.1080/19648189.2020.1806932
Tanzadeh, J., Vafaeian, M. and Yusefzadeh-Fard, M. 2017. “Laboratory study on the performance of hybrid macro soil fiber reinforced mixture”. Constr. Build. Mater., 134: 50-55.
Tapkın, S. 2008. “The effect of polypropylene fibers on asphalt performance”. Build. Environ., 43(6): 1065-1071.
Timm, D. H. and Priest, A. L. 2006. “Material properties of the 2003 NCAT test track structural study”. NCAT Report 06-01, Auburn University.
Wong, C. and Ho, M. K. 1990. “The effect of Gilsonite-modified asphalt on hot mix asphaltic concrete mixes used in Distirct 12, Houston, Texas”. No. DHT-22.
Ye, Q., Wu, S. and Li, N. 2009. “Investigation of the dynamic and fatigue properties of fiber-modified asphalt mixtures”. Int. J. Fatigue, 31(10): 1598-1602.
Yilmaz, M. and Çeloğlu, M. E. 2013. “Effects of SBS and different natural asphalts on the properties of bituminous binders and mixtures”. Constr. Build. Mater., 44: 533-540.
Yilmaz, M., Kök, B. V. and Kuloğlu, N. 2012. “Investigation of mechanical properties of short-and long-term aged asphalted modified asphalt mixtures”. J. Mater. Civ. Eng., 25(5): 563-572.
Yilmaz, M., Kök, B. V. and Kuloğlu, N. 2013. “Investigating the resistance of asphaltite containing hot mix asphalts against fatigue and permanent deformation by cyclic tests”. Can. J. Civ. Eng., 40(1): 27-34.
Zarei, A., Zarei, M. and Janmohammadi, O. 2019. “Evaluation of the effect of lignin and glass fiber on the technical properties of asphalt mixtures”. Arab. J. Sci. Eng., 44(5): 4085-4094.
Zarei, M., Rahmani, Z., Zahedi, M. and Nasrollahi, M. 2020. “Technical, economic, and environmental investigation of the effects of rubber powder additive on asphalt mixtures”. J. Transport. Eng., Part B: Pavements, 146(1): 04019039.
Ziari, H., Akbari, T., Farahani, H. and Goli, A. 2016. “The effect of Lucobit polymer on bitumen performance”. Petrol. Sci. Tech., 34(6): 512-516.