اسم الباحث : علا الجواد
الكلية : كلية الهندسة
الاختصاص : هندسة البنى التحتية
سنة نشر البحث : 2018
تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث
في الوقت الحاضر تكنولوجيا الإسفلت تطورت بسرعة كبيرة وذلك لتلبية الحاجة المتزايدة لخدمات الطرق السريعة المتكاملة. الخلطات النفاذة ( OGFC) هو خليط إسفلت يتم تحديده من خلال محتوى الهواء المرتفع ويستخدم كطبقة لزيادة احتكاك فوق الطبقة التقليدية. بصورة رئيسية، توفر الخلطات النفاذة OGFC مزايا هامة مثل تصريف مياه الامطار على نحو فعال، سلامة الطرق ( مقاومة انزلاق عالية(، التحكم في تلوث الضوضاء، وتقليل درجة الحرارة. بالإضافة إلى ذلك الخلطات النفاذة تعاني من بعض العيوب مثل: انخفاض مقاومة التشوهات الدائمة ( (permanent deformation، مقاومة اعياء منخفضة ( low fatigue strength مع تجريد عالي ( high stripping) بالإضافة الى حساسية الرطوبة ( moisture .(susceptibility
في هذا البحث، تم اجراء تقييم لكفاءة استخدام الأسفلت المعدل بالبوليمر ( PMA ) المحضر في المختبر من الأسفلت المحلي مع ستايرين بوتادين ستايرين (SBS) لتحسين الخواص الريولوجية وللحد من تدهور الخلطات النفاذة OGFC .البوليمر المستخدم يحتوي على السيليكا بطبيعته، حيث تم تحسين الاسفلت مع شبكة داخلية ناتجة من تفاعل البوليمر مع الاسفلت اضافة لجسيمات السيليكا. مما يؤدي الى التحكم في انخفاض صلابة الاسفلت تحسن خواص الاسفلت بشكل ملحوظ، على سبيل المثال، إضافة 6 ٪ من البوليمر زادت اللزوجة بنسبة 377 ٪ ، والتي بدورها تؤدي إلى تقليل النزف للأسفل ( draindown) بنسبة 98 .٪
في هذا البحث تم استخدام الاسفلت المحسن لإنتاج خلطات مختلفة ، وقد تم فحص هذه الخلطات ومقارنتها
مع الخلطات التقليدية. حيث تمت المقارنة بين الخصائص الحجمية, الميكانيكية, الوظيفية, والديمومة للخلطات
المنتجة. لذلك، حيث اجريت فحوصات قياسية وغير قياسية لهذا الغرض مثل فحص الشد الغير مباشر ( ITS (،نسبة قوة الشد ( TSR (، النفاذية ( permeability (، فحص التاكل ( Cantabro (فحص الثبات و الزحف ( Marshall stability and flow ( ، فحص عمق التخدد ( wheel track test (فحص النزف للأسفل ( draindown ،( فحص مقاومة الانزلاق ( skid resistance (و فحص امتصاص الصوت ( noise reduction).
أثبتت النتائج أن استخدام البوليمر يطور بشكل عام الخصائص الحجمية، الميكانيكية والوظيفية، و الديمومة
للخلطات. على سبيل المثال، الخلطات النفاذة مع نسبة اسفلت 6 ٪ ، نفاذية الماء( permeability ( زادت من 31-54 ٪ حيث تعتمد على نسبة البوليمر بالخلطة. كما أنه يحسن مقاومة عمق التخدد ( rut depth) بنحو 86 ، ٪ بالإضافة إلى أنه يتحكم في معدل النزف للأسفل ( draindown) بنسبة 98 ٪ ، بينما تحسنت مقاومة الانزلاق ( (skid resistance بنسبة 80 ٪. بالإضافة إلى ذلك، يزيد استخدام البوليمر فحص الشد الغير مباشر( ITS ) بنسبة 30 ٪ ، كما يقلل من مقاومة حساسية الرطوبة ( moisture susceptibility ( بنسبة 19 ٪ ، ويصبح معامل امتصاص الصوت ( sound absorption coefficient ( أعلى بنسبة 14.9 ٪. نتائج الاختبارات الأخرى في هذا البحث تدعم فعالية استخدام الخلطات المحسنة، كما ستظهر من خلال أجزاء الرسالة.
من ناحية أخرى ، في هذا البحث تم دراسة خواص محددة ، والتي تعتمد على مدخلات البرنامج لغرضين ؛ التنبؤ واهمية المدخلات. حيث، تم اختيار فحص الشد الغير مباشر ( ITS) مقاومة حساسية الرطوبة ( moisture susceptibility )، و النفاذية (permeability) من الخواص الميكانيكية ، و الديمومة ، والحجمية ، على التوالي. وهي تمثل المتغيرات التابعة لكل نموذج، في حين تمثل المواد الناعمة ( CMF ، أو OPC ( ، ونسبة الاسفلت بالخلطة ، ومحتوى البوليمر من المتغيرات المستقلة لجميع النماذج. قدمت النماذج التي تم توليدها اداة حيوية قابلة للتنبؤ (على سبيل المثال R² هي 0.781،0.821 و 0.820 ، على التوالي ، لخصائص النموذج المذكور( ، كما أنها ساعدت على قياس أهمية كل متغير مستقل (على سبيل المثال ، نوع المواد الناعمة يؤثر بشكل كبير على خواص مقاومة حساسية الرطوبة ( water sensitivity ( ، حيث كان ارتباطه 0.752 .(
ومع ذلك، فإن نتائج الاختبار والنمذجة الاحصائية تؤكد اهمية استخدام الاسفلت المعدل بالبوليمر (PMA) في التغلب على المشاكل التي تواجهها الخلطات النفاذة من حيث الخصائص الحجمية والميكانيكية والمتانة من جهة النموذج الاحصائي من ناحية أخرى. وأخيراً، هذا البحث يفتح فرص جديدة من استخدام هذه التقنية في البنية التحتية المحلية للحصول على أفضل الخدمات.
CHARACTERIZING OPEN GRADED FRICTION COURSE PERFORMANCE FOR HIGHWAY PAVEMENTS
Nowadays the asphalt technology is developing steadily to satisfy the generated need for integrated highway services. Open Graded Friction Course (OGFC) is an asphalt mixture identified by elevated air voids content that is used over traditional Dense Graded pavements to gain frictional, safety and environmental benefits. Essentially, OGFC offers significant advantages like drain storm water effectively, roads safety (high skid resistance), control noise pollution, and reducing city ambient temperature. However, it has many other disadvantages like: low permanent deformation resistance, low fatigue strength, high stripping and moisture susceptibility, in general, it is not as good as the common dense graded mixtures.
In this research, the efficiency of adding Polymer Modified Asphalt (PMA) (prepared in the laboratory from local asphalt with developed Styrene Butadiene Styrene (SBS) to maximize the rheological properties and to minimize asphalt degradation for OGFC mixtures was assessed. The developed polymer includes silica inherently, so the binder upgrading was planned to be from micro network formulation after polymer setting, and further reinforcement initiated from silica particles. However, low binder stiffness was controlled and binder enhanced significantly. In this study proved that adding 6% of developed polymer increased the viscosity by 377%, and that led to decrease the draindown by 98%.
The PMA was used in different percentages with the range of binder content to produce different mixtures, these mixtures were characterized and compared with a traditional OGFC mixture. The characterization included volumetric, mechanical and durability properties of the produced mixtures, further to the main functional properties like noise and skid resistance. Therefore, variety of standardized and non-standardized test methods was conducted for this purpose; namely, Indirect Tensile Strength (ITS), moisture susceptibility, permeability, Cantabro, Marshall stability and flow, Wheel track test, draindown, skid resistance, and noise reduction tests.
Results proved that the incorporating of polymer generally upgrade the volumetric, mechanical, durability and functional properties of the produced mixtures. For OGFC mixtures have 6% binder, the permeability increased from 31 to 54% depending on polymer percentage. Also, it improved the permanent deformation resistance by about 86 %, furthermore it controlled the draindown rate by about 98 %, while skid resistance improved by 80 %. Additionally, the use of polymer increased the Indirect Tensile Strength (ITS) by 30 %, also the moisture susceptibility resistance decreased by 19%, the sound absorption coefficient became higher by 14.9%. Other complementary test results in this research support the effectiveness of (PMA) mixtures, as will be shown through the thesis parts.
On the other hand, in this research selective OGFC properties were statistically modeled, depending on mix design inputs for two purposes; prediction and mix inputs significance. Principally, ITS, water sensitivity, and permeability were selected from mechanical, durability, and volumetric properties, respectively. They represent the dependent variables for each model, while fillers as (CMF, or OPC), binder content, and polymer content represent the independent variables for all models. The generated models offered vital achievable tool for prediction (e.g., their R² are 0.781, 0.821 and 0.820, respectively, for the mentioned model’s properties). Also, it helped to scale the significance of each independent variable (e.g., filler type significantly affects water sensitivity properties, their correlation was 0.752).
However, the findings of the test results and modeling ensure the significant use of PMA to overcome the shortcoming of the traditional OGFC in terms of volumetric, mechanical and durability properties, in one hand. While models are significant tool, on other hand. Finally, these can open a new era of using this technology in local infrastructure for best services.