تحديد خصائص المزيج الاسفلت الماستكي المحسنه بالالياف الصناعيه

رسالة ماجستير

اسم الباحث : ايات حميد جبار

اسم المشرف : شاكر فالح شاكر

الكلمات المفتاحية : Recycled low density polyethylene,waste paper,stone matrix asphalte,modified asphalt binder

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة المدنية

سنة نشر البحث : 2021

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

تعتبر شبكة الطرق في أي بلد أمرًا بالغ الأهمية للتنمية الاقتصادية والتكامل الاجتماعي والتجارة.
تتوافق الزيادة في تكاليف الصيانة مع زيادة حجم حركة المرور ، مما يستلزم الحاجة الملحة لبناء طرق أفضل وأكثر دواما وفعالية تمنع أو تقلل من مشاكل الرصيف المرن. دفع الطلب المتزايد على الأرصفة عالية الجودة الباحثين إلى تطوير طرق وتصميمات جديدة لتطوير الأداء وعمر الخدمة الفعال للخلطات الاسفلتية. الأسفلت المصطكي الحجري هو تقنية تستخدم لتحسين أداء خلطات الإسفلت. الإسفلت المصطكي الحجري SMAعبارة عن خليط صلب ومستقر ومقاوم للتشقق يعتمد على ملامسة الحجر الصخري للقوة ورابط الملاط الغني من أجل المتانة. يقابل الزيادة المقدرة في التكلفة بنسبة 20٪ إلى 25٪ زيادة في متوسط العمر المتوقع للمزيج ، ويرجع ذلك أساسًا إلى انخفاض التشققات وزيادة المتانة. يعتبر الأسفلت المصطكي الحجري مزيجًا ممتازًا للاستخدام في المناطق ذات الكثافة المرورية العالية وحيث تكون الصيانة المتكررة مكلفة.
من ناحية أخرى ، يستخدم مفهوم الاستدامة الآن على نطاق واسع في العديد من جوانب الحياة ، بما في ذلك صناعة الرصف. يوفر استخدام النفايات في خليط الأسفلت فرصة رائعة لإدارة هذه النفايات بشكل مستدام. يساهم خفض التكلفة وحماية البيئة وتقليل استهلاك الطاقة في الاستدامة. نتيجة لذلك ، فإن الغرض من هذا البحث هو دراسة تأثير المواد المدورة على أداء خليط الأسفلت المصطكي الحجري. لتعديل رابط الأسفلت ، تم استخدام نوعين من المواد المدورة: البولي إيثيلين منخفض الكثافة المعاد تدويره والألياف الورقية المهدورة. ثم تم تحسين SMA على مرحلتين. تضمنت المرحلة الأولى تطوير رابط الأسفلت باستخدام نسب تثبيت من البولي إيثيلين منخفض الكثافة المعاد تدويره (3٪) والألياف الورقية المهدورة بثلاث نسب مختلفة 0.3٪ ، 0.5٪ ، و 0.7٪من وزن الرابط الاسفلتي.
وشملت المرحلة الثانية استخدام المواد المذكورة مجتمعة بنسب مختلفة (3 + 0.3)٪ ، (3 + 0.5)٪ ، و (3 + 0.7)٪ كجزء من الوزن الكلي للاسفلت الرابط. تم استخدام الاختبارات التقليدية مثل الاختراق ونقطة التليين والليونة ومؤشر الاختراق واللزوجة الدورانية لتوصيف رابط الأسفلت. تم استخدام اختبار فرن الغشاء الرقيق للتحقق من تأثير التقادم. علاوة على ذلك ، من أجل تحديد تأثير استخدام هذه المواد على خصائص خليط الأسفلت المصطكي الحجري ، تتضمن خطة الاختبار خصائص الحجم (على سبيل المثال ، الكثافة الظاهرية ، الفراغ الهوائي ، الفراغ في الركام المعدني ، الفراغ المملوء بالإسفلت ، والصرف) ، الميكانيكية الخصائص (على سبيل المثال ، استقرار وتدفق مارشال ، امتثال الزحف ، قوة الشد غير المباشرة ، فقدان تآكل كانتابرو ، مقاومة الانزلاق و التخدد) والمتانة (فقدان تآكل كانتابرو بعد التقادم ونسبة قوة الشد), يحسن استخدام إضافات المواد المدورة الخواص الفيزيائية للرابط الأسفلتي. حيث تم تقليل عمق الاختراق ، والليونة ، وحساسية درجة الحرارة للرابط الاسفلتي ، بينما تمت زيادة نقطة التليين ، واللزوجة ، ومقاومة التقادم. أظهر استخدام البولي إيثيلين منخفض الكثافة المعاد تدويره الأداء الإيجابي لخليط الإسفلت المصطكي الحجري في جميع الاختبارات (التجفيف ، ثبات وتدفق مارشال ، مقاومة الشد غير المباشرة ، مقاومة الانزلاق ، الامتثال للزحف ، الختم ، وفقدان كانتابرو). أدى استخدام نفايات الألياف الورقية إلى تعديل جميع الخصائص المذكورة تقريبًا ، حيث أظهرت إضافة 0.7٪ تحسنًا ملحوظًا مقارنة بالنسب المنخفضة الأخرى ، باستثناء 0.3٪ ، والتي أظهرت تحسنًا ملحوظًا في مقاومة الشد غير المباشرة و مقاومة فقدان التآكل. نتج عن الخلطات الممزوجة مع الأسفلت أفضل أداء للخليط ، مع إضافة 3.7٪ لتوفير أفضل أداء للأسفلت المصطكي الحجري في التصريف ، ومقاومة الانزلاق ، ومسار العجلة ، وتصلب الزحف ، وإضافة 3.5٪ مما يوفر أفضل النتائج في تحسين قوة الشد غير المباشرة.
خلصت الدراسة إلى أن استخدام المواد المدورة محليا كمحسنات للربط الأسفلتي يمكن أن يساهم في تحسين أداء الخلطات الاسفلنية بشكل فعال. لذا فإن استخدام النفايات يساهم في تعزيز مبدأ الاستدامة.

Characterizing Stone Mastic Asphalt Mixture (SMA) Incorporating Hybrid Fiber Modified Binder

Abstract

Any national road network is critical to its economic development, social integration, and trade. The increase in maintenance costs corresponds to an increase in traffic volumes, necessitating the urgent need to build better, more durable, and more efficient roads that prevent or reduce bituminous pavement problems. The growing demand for high-quality pavements has encourage researchers to develop a new design procedure to improve the performance and prolong the life_span of asphalt pavements. Stone mastic asphalt (SMA) represents a technology used to improve the performance of asphalt mixtures. As well, these mixtures are characterized by their hardness, good stability and crack resistance that relies on the contact of rock stone for strength and the bond of a rich slurry for durability. The estimated cost increase of 20% to 25% is offset by an increase in the mix’s life expectancy, primarily due to decreased cracks and increased durability. SMA is an excellent combination to use in areas with high traffic volumes, and where frequent maintenance is costly.
On other hand, nowadays the concept of sustainability is a necessity (not a wish) in many aspects of life, including the pavements industry. The incorporation of waste materials into asphalt mixtures provides an excellent opportunity to manage waste sustainably. Cost reduction, environmental protection, and energy consumption reduction, all are contributed to sustainability. Accordingly, this research aims to investigate the impact of some local waste materials on the performance of the SMA asphalt mixture. Therefore, for neat asphalt binder modification, two types of waste materials were suggested: Recycled Low-Density Polyethylene (R-LDPE) and Waste Paper Fiber (W-PF). SMA was then improved using developed asphalt binders via R-LDPE at fixing dosages of (3%), and W-PF incorporated at three different dosages, namley0.3%, 0.5%, and 0.7% of binder weight, individually or collectively. Traditional tests such as penetration, softening point, ductility, penetration index, and rotational viscosity were used to characterize the modified asphalt binders. Moreover, the thin film oven test was used to verify the effect of aging. Furthermore, to determine the impact of using these materials on SMA mixture characteristics, the testing plan included volumetric properties (e.g., bulk density, air void, void in the mineral aggregate, void filled with asphalt, and draindown), mechanical properties (e.g., Marshall stability and flow, Creep Compliance, Indirect Tensile Strength, Cantabro abrasion loss, Skid Resistance and Wheel track), and durability (Cantabro abrasion loss after aging, and tensile strength ratio) properties.
Noticeably, the use of waste additives improves the physical properties of asphalt binder, i.e., the penetration, ductility, and temperature sensitivity of bitumen were reduced, while the softening point, viscosity, and aging resistance of bitumen were increased. Simultaneously, the incorporating of R-LDPE positively enhances the SMA mixture performance. Additionally, using W-PF individually, lead to enhance almost all stated characteristics, whereas 0.7% showed a significant improvement in comparison to other low ratios, except for 0.3 %, which showed a significant improvement in indirect tensile strength. Where the increase reached 33% and resistance to abrasion loss only where the increase in mixture resistance to abrasion reached 28% and 22% for unaged and aged conditions, respectively. The R-LDPE and W-PF blends resulted in additional SMA enhancement, with 3.7 % providing the best performance in the drain down, reaching 0.08 % and 0.15 % at 165°C and 180°C, respectively. Skid with a reduction of 28%, wheel track with a reduction of 28% Whereas the reduction in creep stiffness is greater than 60%, Where obtained that the higher enhancement reached 71 % in comparison to B0 mixture and the addition of 3.5 % providing the best results in improving the indirect tensile strength where the resistance of the mixture to cracking that by approximately 27 %. The study concluded that using local waste materials as modifiers for asphalt binder can improve sustainably the performance of SMA mixtures.