تاثیر کاربرد فریت بر رفتار قیر و عملکرد خستگی و خزش مخلوط آسفالتی

جعفری سامانی, رضا; خبیری, محمدمهدی

doi:10.22075/jtie.2023.29881.1635

تاثیر کاربرد فریت بر رفتار قیر و عملکرد خستگی و خزش مخلوط آسفالتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد

² دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه یزد

10.22075/jtie.2023.29881.1635

چکیده

در سال‌های اخیر هزینه تعمیر و نگهداری راه‌ها به‌طور چشمگیری افزایش‌یافته است؛ از طرفی امروزه دفع زباله‌های تولیدشده توسط صنایع مختلف به یک مشکل بزرگ تبدیل‌شده است. ازاین‌رو به‌کارگیری مواد ضایعاتی به‌عنوان یک ماده افزودنی برای بهبود عملکرد قیر و آسفالت حائز اهمیت است. این پژوهش به‌منظور بررسی تأثیر پسماند صنعتی فریت بر عملکرد و خواص قیر و مخلوط آسفالتی انجام شد. در این مطالعه عملکرد مکانیکی مخلوط‌های آسفالتی طی طرح اختلاط خشک و تر فریت و تأثیر آن به‌عنوان افزودنی بر عملکرد قیر موردبررسی قرار گیرد. به‌منظور تعیین پارامتر‌های قیر در ابتدا فریت به‌صورت افزودنی به قیر اضافه شد و پس‌ازآن، آزمون DSR، FTIR و همچنین عکس‌برداری SEM انجام پذیرفت. در مرحله بعدی یک‌بار با قیر اصلاح‌شده (اختلاط تر) و بار دیگر با فیلر اصلاحی (اختلاط خشک)، آزمون-های مارشال، خستگی، خزش، کشش غیرمستقیم، حساسیت رطوبتی، کانتابرو و مدول برجهندگی در دو حالت بارگذاری نیمه سینوسی و مربعی برای مخلوط آسفالتی انجام پذیرفت. در مقایسه نتایج به‌دست‌آمده می‌توان گفت بهترین عملکرد در برابر خستگی مربوط به نمونه F100 از اختلاط خشک بود که کاهش ۸۰ درصدی عمر خستگی را نسبت به نمونه شاهد منجر شد. در بقیه آزمایش‌ها ذکرشده بهترین عملکرد مربوط به نمونه C30 بود که به ترتیب بهبود %۴۸، %۹۰، %۳۸، % ۷/۱۷، %۳۹، ۶۷% و ۸۰% نتایج را نسبت به نمونه شاهد از خود نشان داد. همچنین در انجام آزمایش DSR، هرچه درصد افزودنی فریت به قیر افزایش یافت پارامتر‌های خستگی و شیار شدگی بهبود یافتند به شکلی که در نمونه هفت درصد بهترین عملکرد مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

روسازی

عنوان مقاله [English]

Effect of Ferrite Application on Bitumen Behavior and Fatigue and Creep Performance of Asphalt Mixture

نویسندگان [English]

Reza Jafari Samani ¹
Mohammad Mehdi Khabiri ²

¹ Civil Department, Yazd University

² Civil Engineering Departement,Yazd University

چکیده [English]

In recent decades, due to the high cost of road construction and environmental considerations, different waste materials have been used in asphalt mixtures. Therefore, using waste materials as an additive to improve the performance of bitumen and asphalt is important. Due to its angularity, high porosity, and surface roughness, the use of ferrite as a filler or bitumen additive is expected to increase the friction of aggregate materials and the penetration and adhesion of bitumen, thereby enhancing the physical characteristics of the asphalt mixture. This study investigates the mechanical performance of asphalt mixtures during dry and wet ferrite mixing design and its effect as an additive on bitumen performance. In order to determine the bitumen parameters, ferrite was added to the bitumen as an additive, and then DSR, FTIR, and SEM were conducted. As a next step, asphalt samples were made using modified bitumen (wet mix) and modified filler (dry mix), and Marshall, fatigue, creep, indirect tension, moisture sensitivity, Cantabro, and resilience modulus tests were conducted in two loading conditions, half-sine, and square. Adding 100% ferrite to the asphalt mixture only increased its fatigue factor to the highest value. However, compared to the control sample, the asphalt mix containing 70% ferrite and 30% cement improved the other performance factors by 48%, 90%, 38%, 17.7%, 39%, 67%, and 80%, respectively. In addition, when the percentage of ferrite added to bitumen was increased, the parameters of fatigue and rutting improved, with the seven percent sample showing the best performance.

کلیدواژه‌ها [English]

Industrial waste
wet and dry mixing
ferrite powder
asphalt mix

مراجع

Adhitya, B. B., Pataras, M., Kadarsa, E. and Nurainiyah, F. 2020. “The utilization of plastics waste in flexible pavement hot rolled sheet and asphalt concrete wearing course with Marshall immersion and Cantabro test”. J. Phys.: Conference Series, 1500(1): 012067.

Ahmed, H. Y., Othman, A. M. and Mahmoud, A. A. 2006. “Effect of using waste cement dust as a mineral filler on the mechanical properties of hot mix asphalt”. Ass. Univ. Bull. Environ. Res., 9(1): 51-60.

Almassy, K., Pusztai, G., Gáspár, L. and Lógó, J. 2019. “Optimization methods of the pavement management system of Budapest”. J. Civ. Eng. Manag., 25(8): 798-804.

Ameri, M., Yeganeh, S. and Valipour, P. E. 2019. “Experimental evaluation of fatigue resistance of asphalt mixtures containing waste elastomeric polymers”. Constr. Build. Mater., 198: 638-649.

Barati, M., Zarei, M., Zahedi, M. and Akbarinia, F. 2022. “Evaluating the effect of carbon nanotubes (CNTs) and recycled glass powder (RGP) on the rheological and mechanical properties of bitumen and hot mix asphalt (HMA)”. Adv. Mater. Process. Tech., 8(1): 755-773.

Chen, M. Z., Lin, J. T., Wu, S. P. and Liu, C. H. 2011a. “Utilization of recycled brick powder as alternative filler in asphalt mixture”. Constr. Build. Mater., 25: 1532-1536.

Chen, J., Zhou, L. and Hao, P. W. 2011b. “Analysis of different fillers on performance of asphalt mastic”. Proceedings of International Conference on Transportation, Mechanical, and Electrical Engineering (TMEE), pp. 2379-2382, IEEE.

Costa, L. M., Silva, H. M., Peralta, J. and Oliveira, J. R. 2019. “Using waste polymers as a reliable alternative for asphalt binder modification- performance and morphological assessment”. Constr. Build. Mater., 198: 237-244.

Eldouma, I. B. and Xiaoming, H. 2021. “Evaluation of the additives’ behaviour to determine the best modifier for improving asphalt performance at high temperature”. Adv. Civ. Eng., 2021: 1-10.

Farahmandjou, M. and Soflaee, F. 2014. “Low temperature synthesis of α-Fe2O3 nano-rods using simple chemical route”. J. NanoStruct., 4(4): 413-418,

Gil, A. 2022. “Challenges on waste-to-energy for the valorization of industrial wastes: Electricity, heat and cold, bioliquids and biofuels”. Environ. Nanotech., Monit. Manag., 17: 100615.

Janmohammadi, O., Safa, E., Zarei, M. and Zarei, A. 2020. “Simultaneous effects of ethyl vinyl acetate (EVA) and glass fiber on the properties of the hot mix asphalt (HMA)”. SN Appl. Sci., 2: 1-14.

Kordi, S. and Shafabakhsh, G. 2016. “The feasibility of the effect of nano Al2O3 on behavior of stone mastic asphalt mixtures against dynamic loads”. J. Transport. Infrastruct. Eng., 2(1): 69-84. (In Persian)

Li, J., Zhang, Z., Wang, X. and Yan, W. 2022. “Intelligent decision-making model in preventive maintenance of asphalt pavement based on PSO-GRU neural network”. Adv. Eng. Inform., 51: 101525.

Lv, S., Hu, L., Xia, C., Cabrera, M. B., Guo, Y., Liu, C. and You, L. 2021. “Recycling fish scale powder in improving the performance of asphalt: A sustainable utilization of fish scale waste in asphalt”. J. Clean. Prod., 288: 125682.

Moussa, G., Sallam, I. and Younis, H. 2021. “Performance investigation of hot-and warm-asphalt mixtures modified with superplast”. J. Eng. Sci., 49(5): 679-703.

Nabiun, N. and Khabiri, M. M. 2016. “Mechanical and moisture susceptibility properties of HMA containing ferrite for their use in magnetic asphalt”. Constr. Build. Mater., 113: 691-697.

Orea, M., ChemiConsult, C. A., Bruzual, J., Diaz, A., Lattanzio, M. and ChemiConsult, L. D. L. 2015. “Fouling phenomena in phenolic sour water stripping units during heavy oil upgrading operations: A spectroscopic characterization approach”. America, 128: 1-12.

Peksoz, A., Akay, S. K., Kaya, Y., Ovalioglu, H., Kaynak, G. and Yalciner, A. 2011. “Analytical information on the asphaltenes from a few standard characterization techniques”. Energy Sour., Part A: Recov., Util. Environ. Effects, 33(15): 1474-1481.

Rezvan, M., and Izadi, A. 2016. “Investigation of the effect of iron and aluminum nano-oxides on reduction of moisture sensitivity in hot-mix asphalt”. J. Transport. Infrastruct. Eng., 1(4): 93-102. (In Persian)

Russo, F., Veropalumbo, R., Oreto, C., Biancardo, S. A., Abbondati, F. and Viscione, N. 2021. “Verifying the mechanical performance of cold and hot asphalt mastics containing jet grouting waste as a filler”. Coatings, 11(7): 751.

Shamsaei, M., Khafajeh, R., Ghasemzadeh Tehrani, H. and Aghayan, I. 2020. “Experimental evaluation of ceramic waste as filler in hot mix asphalt”. Clean Tech. Environ. Policy, 22: 535-543.

Zarei, M., Akbarinia, F., Rahmani, Z., Zahedi, M. and Zarei, A. 2020. “Economical and technical study on the effect of carbon fiber with high strength on hot mix asphalt (HMA)”. Electr. J. Struct. Eng., 20: 6-12.

Ziari, H., Divandari, H., Hajiloo, M. and Amini, A. 2019. “Investigating the effect of amorphous carbon powder on the moisture sensitivity, fatigue performance and rutting resistance of rubberized asphalt concrete mixtures”. Constr. Build. Mater., 217: 62-72.