مقایسه گرمایش القایی و مایکروویوی در ترمیم مخلوط‌های آسفالتی حاوی مصالح رسانا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، گروه راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری راه و ترابری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

یکی از روش­های شناخته­شده در خصوص بازگشت خرابی­های مخلوط آسفالتی و در نتیجه افزایش طول عمر آن، خودترمیمی است که به­دلیل منافع متعدد آن همواره مورد توجه محققین بوده است. اِعمال انرژی حرارتی یا گرمایش مخلوط آسفالتی از طریق تسریع فرآیند ترمیم قیر به خودترمیمی مخلوط آسفالتی می­انجامد. دو شیوه اصلی گرمایش القایی و مایکروویوی در این زمینه به­کار رفته­اند. این مقاله سعی دارد که این دو روش ترمیم گرمایشی را با هم مقایسه و گزینه مناسب­تر را معرفی کند. برای این منظور، از هر دو روش گرمایش القایی و مایکروویوی برای اِعمال حرارت به اجزای تشکیل­دهنده مخلوط آسفالتی شامل قیر، فیلر و مصالح سنگی استفاده شده است. نتایج تحقیق نشان داد که نرخ گرمایش مایکروویوی ماستیک قیری حاوی مواد رسانا بیشتر از نرخ گرمایش القایی آن است؛ به­طوری که نرخ گرمایش مایکروویوی نمونه ماستیک حاوی 10 درصد وزنی پودر آهن (C/s° 100/0) بیشتر از سه برابر نرخ گرمایش القایی آن (C/s° 031/0) بوده است. بعلاوه، ماستیک قیری گرم­شده با مایکروویو دارای توزیع حرارتی یکنواخت­تری است که به خودترمیمی آن کمک می­کند. همچنین، گرمایش القایی قابلیت گرم کردن قیر فاقد افزودنی رسانا و سنگدانه­های فاقد مواد رسانا (که عمده سنگدانه­های مصرفی در این گروه­اند) را ندارد؛ در حالی که روش مایکروویوی برای گرمایش اجزای فاقد/دارای مواد رسانا قابل استفاده است. البته افزودن مواد رسانا می­تواند نرخ گرمایش مایکروویوی را افزایش دهد؛ به­طوری که افزودن 10 درصد وزنی پودر آهن به قیر توانست نرخ گرمایش مایکروویوی آن را از 083/0 به 100/0 افزایش دهد. از طرف دیگر، میزان انرژی مصرفی برای حصول نتایج یکسان در روش گرمایش القایی چندین برابر روش مایکروویوی است. از این­رو، استفاده از روش گرمایش مایکروویوی به جای گرمایش القایی برای ترمیم گرمایشی مخلوط­های آسفالتی توصیه می­شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comparison of Induction and Microwave Heating in the Healing Process of Asphalt Mixtures Containing Conductive Materials

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Ameri 1
  • Mansour Sadeghiavaz 2
1 Professor, School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology (IUST), Tehran, I. R. Iran.
2 PhD. Candidate of Raod and Transportation, School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology (IUST), Tehran, I. R. Iran.
چکیده [English]

One of the well-known methods regarding the return of asphalt mixture failures and, as a result, increasing its lifespan is self-healing, which has always been of interest to researchers due to its many benefits. Applying thermal energy or heating the asphalt mixture leads to self-healing the asphalt mixture by accelerating the bitumen healing process. Two main methods of induction heating and microwave are used in this field. This article compares these two heating-healing methods and introduces the more appropriate option. For this purpose, both induction and microwave heating methods have been used to apply heat to the components of the asphalt mixture, including bitumen, filler, and aggregates. The research results showed that the microwave heating rate of bituminous mastic containing conductive materials is higher than its induction heating rate, so the microwave heating rate of the mastic sample containing 10% by weight of iron powder (0.100 °C/s) was more than three times its induction heating rate (0.031 °C/s). Additionally, bituminous mastic heated with microwaves exhibits a more consistent thermal distribution, which enhances its self-healing properties. Unlike induction heating, which requires conductive additives and aggregates, the microwave method can heat components with or without conductive materials. However, addition of conductive materials can accelerate the microwave heating process. For instance, adding 10% by weight of iron powder to bitumen could increase its microwave heating rate from 0.083 to 0.100. In contrast, achieving the same results with the induction heating method requires several times more energy than the microwave method. Therefore, it is advisable to use the microwave heating method instead of induction heating for thermal healing of asphalt mixtures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Induction heating
  • Microwave heating
  • Asphalt mixture healing
  • Thermography

مراجع

Abdi, H. 2010. “Coefficient of variation”. Encyclopedia Res. Design, 1: 169-171.
Al-Ohaly, A. A. and Terrel, R. L. 1988. “Effect of microwave heating on adhesion and moisture damage of asphalt mixtures”. National Research Council, Transportation Research Board.
Ayar, P., Moreno-Navarro, F. and Rubio-Gámez, M. C. 2016. “The healing capability of asphalt pavements: a state of the art review”. J. Clean. Prod., 113: 28-40.
Bazin, P. and Saunier, J. 1967. “Deformability, fatigue and healing properties of asphalt mixes”. International Conference on Structutral Design and Asphalt Pavements.
Collin, R. E. 2007. “Foundations for microwave engineering”. John Wiley & Sons.
Dai, Q., Wang, Z. and Hasan, M. R. M. 2013. “Investigation of induction healing effects on electrically conductive asphalt mastic and asphalt concrete beams through fracture-healing tests”. Constr. Build. Mater., 49: 729-737.
Daniel, J. S. and Kim, Y. R. 2001. “Laboratory evaluation of fatigue damage and healing of asphalt mixtures”. J. Mater. Civ. Eng., 13(6): 434-440.
Dinis-Almeida, M. and Lopes Afonso, M. 2015. “Warm mix recycled asphalt–a sustainable solution”. J. Clean. Prod., 107: 310-316.
Fakhri, M., Bahmai, B. B., Javadi, S. and Sharafi, M. 2020. “An evaluation of the mechanical and self-healing properties of warm mix asphalt containing scrap metal additives”. J. Clean. Prod., 119963.
Fu, C., Liu, K., Liu, Q., Zhang, Z. and Oeser, M. 2022. “A sustainable inductive healing asphalt mixture for solving gradient healing behavior”. J. Clean. Prod., 370: 133327.
Gallego, J., del Val, M. A., Contreras, V. and Páez, A. 2013. “Heating asphalt mixtures with microwaves to promote self-healing”. Constr. Build. Mater., 42: 1-4.
García, Á. 2012. “Self-healing of open cracks in asphalt mastic”. Fuel, 93: 264-272.
García, Á., Schlangen, E., van de Ven, M. and van Vliet, D. 2011. “Induction heating of mastic containing conductive fibers and fillers”. Mater. Struct., 44(2): 499-508.
García, A., Bueno, M., Norambuena-Contreras, J. and Partl, M. N. 2013. “Induction healing of dense asphalt concrete”. Constr. Build. Mater., 49: 1-7.
González, A., Valderrama, J. and Norambuena-Contreras, J. 2019. “Microwave crack healing on conventional and modified asphalt mixtures with different additives: An experimental approach”. Road Mater. Pavement Design, 20: S149-S162.
Jahanbakhsh, H., Karimi, M. M., Jahangiri, B. and Moghadas Nejad, F. 2018. “Induction heating and healing of carbon black modified asphalt concrete under microwave radiation”. Constr. Build. Mater., 174: 656-666.
Jahanbakhsh, H., Moghadas Nejad, F., Khodaii, A., Karimi, M. M. and Naseri, H. 2024a. “Sustainable induction-heatable cold patching using microwave and reclaimed asphalt pavement”. J. Mater. Civ. Eng., 36(3): 04023607.
Jahanbakhsh, H., Moghadas Nejad, F., Khodaii, A. and Karimi, M. M. 2024b. “Induction heating and induced healing evaluation of the asphalt concretes incorporating conductive aggregates exposed to microwave radiation”. Constr. Build. Mater., 416: 135126.
Jian, R., Hu, X., Han, T., Wan, J., Gan, W., Chen, Z., Zhang, Y. and Cao, C. 2023. “Optimization of induction heating parameters for improving self-healing performance of asphalt mixture through partial least square model”. Constr. Build. Mater., 365: 130019.
Karimi, M. M., Jahanbakhsh, H., Jahangiri, B. and Moghadas Nejad, F. 2018. “Induced heating-healing characterization of activated carbon modified asphalt concrete under microwave radiation”. Constr. Build. Mater., 178: 254-271.
Karimi, M. M., Amani, S., Jahanbakhsh, H., Jahangiri, B. and Alavi, A. H. 2021. “Induced heating-healing of conductive asphalt concrete as a sustainable repairing technique: A review”. Clean. Eng. Tech., 4: 100188.
Liu, Q., Schlangen, E., García, A. and van de Ven, M. 2010. “Induction heating of electrically conductive porous asphalt concrete”. Constr. Build. Mater., 24(7): 1207-1213.
Liu, Q., García, Á., Schlangen, E. and van de Ven, M. 2011. “Induction healing of asphalt mastic and porous asphalt concrete”. Constr. Build. Mater., 25(9): 3746-3752.
Liu, Q., Schlangen, E., van de Ven, M., van Bochove, G. and van Montfort, J. 2012a. “Evaluation of the induction healing effect of porous asphalt concrete through four point bending fatigue test”. Constr. Build. Mater., 29: 403-409.
Liu, Q. , Schlangen, E., van de Ven, M., van Bochove, G. and van Montfort, J. 2012b. “Predicting the performance of the induction healing porous asphalt test section”. 7th RILEM International Conference on Cracking in Pavements, Springer.
Liu, K., Fu, C., Dai, D., Jin, C., Li, S. Li, W. and Xu, X. 2019. “Induction heating performance of asphalt pavements incorporating electrically conductive and magnetically absorbing layers”. Constr. Build. Mater., 229: 116805.
Menozzi, A., Garcia, A., Partl, M. N., Tebaldi, G. and Schuetz, P. 2015. “Induction healing of fatigue damage in asphalt test samples”. Constr. Build. Mater., 74: 162-168.
Norambuena-Contreras, J. and Garcia, A. 2016. “Self-healing of asphalt mixture by microwave and induction heating”. Mater. Design, 106: 404-414.
Norambuena-Contreras, J. and Gonzalez-Torre, I. 2017. “Influence of the microwave heating time on the self-healing properties of asphalt mixtures”. Appl. Sci., 7(10): 1076.
Rudnev, V., Loveless, D. and Cook, R. L. 2017. “Handbook of induction heating”. CRC Press.
Sun, Y., Wu, S., Liu, Q., Zeng, W., Chen, Z., Ye, Q. and Pan, P. 2017. “Self-healing performance of asphalt mixtures through heating fibers or aggregate”. Constr. Build. Mater., 150: 673-680.
Sybilski, D. 1993. “Non-Newtonian viscosity of polymer-modified bitumens”. Mater. Struct., 26(1): 15-23.
Ukwuoma, O. and Ademodi, B. 1999. “The effects of temperature and shear rate on the apparent viscosity of Nigerian oil sand bitumen”. Fuel Process. Tech., 60(2): 95-101.
White, S. R., Sottos, N. R., Geubelle, P. H., Moore, J. S., Kessler, M. R., Sriram, S., Brown, S. and Viswanathan, S. 2001. “Autonomic healing of polymer composites”. Nat., 409(6822): 794-797.
Xu, H., Wu, S., Chen, A. and Zou, Y. 2022. “Influence of erosion factors (time, depths and environment) on induction heating asphalt concrete and its mechanism”. J. Clean. Prod., 363: 132521.
Zhu, X., Cai, Y., Zhong, S., Zhu, J. and Zhao, H. 2017. “Self-healing efficiency of ferrite-filled asphalt mixture after microwave irradiation”. Constr. Build. Mater., 141: 12-22.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 26 اردیبهشت 1403
  • تاریخ بازنگری: 10 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش: 12 خرداد 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار