تطوير تقنيات مختلفة في التبليط باستخدام مخلفات الزجاج

رسالة ماجستير

اسم الباحث : مصطفى اموري كاظم

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : هندسة البنى التحتية‏

سنة نشر البحث : 2018

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

في الوقت الحاضر كل شيء يتوسع بشكل سريع، ينمو ويتطور لتلبيه حاجه المجتمع، ويشمل ذلك شبكات الطرق. العدد المتزايد من السيارات مصحوبا بزيادة الاحمال المحورية للمركبات الحديثة ادى الى تعجيل تضرر التبليط. التكنلوجيا الحالية لتبليط وصيانة الطرق باستخدام الخلطة الإسفلتية الحارة قد يكون حل غير اقتصادي للمستقبل. على كل حال مثل، هذ النوع من الخلطات تمتلك العديد من العيوب والتي لا تتوافق مع متطلبات الاستدامة. الاقتصادية. والصديق للبيئة. من جانب اخر. الخلطة الإسفلتية ‎cos ball‏ او بشكل ادق خلطات المستحلب البتيوميني الباردة. تمتلك العديد من المزايا البيئية والاقتصادية مقارنة بالخلطات الاسفلتية الحارة. لاكن تبقى الخصائص الميكانيكية والحجمية متدنية في العمر المبكر إذا تركت بدون معالجة. يهدف هذا البحث الى انتاج خطلة اسفلتية مستدامة من خلال تضمين مخلفات النفايات الصلبة بالاستفادة من التعريض الواطئ للحرارة للخلطة الاسفلتية ذات المستحلب البتوميني البارد.

      في هذه الدراسة. جرت محاوله لتطوير الخصائص الميكانيكية والحجمية للخلطات المستحلب البتوميني الباردة بإجراء معالجة مزدوجة. تضمن الطور الاول للمعالجة تحسين الخصائص الميكانيكية للخلطات الباردة من خلال تعويض المادة المالئة التقليدية بالسمنت البورتلاندي الاعتيادي بثلاث نسب (100% ,0,50). بدلالة الخواص الميكانيكية والديمومة بينت الدراسة ان اضافه %7 من الاسمنت البورتلاندي الاعتيادي من وزن اركام للخلطة CBEM ادى الى تطوير الخصائص المذكورة. حيث ان الخلطة CBEM-100%OPC تحسنت بمقدار 2.15 2.1, 2.28, 13.13, 1.74 4.88, و2.1 مره مقارنة بالخلطة CBEM-CMF بدلالة ثبوتية وانسياب مارشال M-S M-F, مقاومة التخدد، DS الثبوتية الديناميكية، مقاومة الزحف CS، مقاومة الشد الغير مباشر IDT، والقوة المتبقية لثبات مارشال RMS على ‎ التوالي

     بعد ذلك تم استخدام مخلفات البلدية الصلبة (مخلفات الزجاج) كركام ناعم بخمسه نسب (%100,75,50,25) محل الركام الناعم بوجود %7 من الاسمنت البورتلاندي الاعتيادي، وباستخدام طرق فحص مختلفة للخصائص الميكانيكية والديمومة كمؤشر للتغاير الحاصل في خصائص الخلطات الباردة نتيجة مثل هكذا تعويض. هذه الفحوصات هي: ثبوتيه وانسياب مارشال. مقاومة الشد الغير مباشرة: الزحف. مقاومة التخدد. الصلادة الديناميكية. وتأثير الماء باستخدام نسبه الشد الغير مباشر. بدلالة الخصائص الميكانيكية والديمومة. اوضحت الدراسة ان استبدال %100 من ركام الزجاج الناعم بوجود %7 من السمنت البورتلاندي الاعتيادي كمادة مالئه، كان له خواص ميكانيكية وخواص ديمومة مقبولة وضمن المواصفات، لكن تبقى بعد التحسين حاوية على نسب فراغات هوائية عالية.

     تم اقتراح المرحلة الثانية من المعالجة (الطور الثاني) للحصول على المستوى الامثل للفراغات الهوائية باستخدام التسخين اللاحق. الخلطة المطورة تم تسميتها بمزيج المستحلب البتوميني النصف دافئ HWBEM، كون تم تحضريها بدرجه حرارة المختبر ورصها في درجه حرارة 91 درجه مئوية. اظهرت الخلطة الجديدة البتومينية النصف دافئة خصائص تفوق خواص الخلطة الحارة. حيث ان الخلطة المذكورة HWBEM تطورت بمقدار 2.2، 8: 9.7 1.3: 2.9 مره مقارنة بالخلطة الحارة من ناحية M-S، مقاومة التخدد ،الثبوتية الديناميكية .مقاومة الشد الغير مباشر . والقوه المتبقية لثبات لمارشال. وكانت نسبة الفراغات ضمن المواصفة العرقية 05-3

    اما بالنسبة لخلطات المستحلب البتوميني النصف دافئة HWBEM الحاوية على 75% من زجاج الركام الناعم بوجود التسخين المسبق اعطت خصائص ميكانيكية وديمومة وحجمية مبتكرة. تفوق (وفي بعض الاحيان مكافئة) للخلطات الحارة، وتفي بمتطلبات مواصفات الهيئة العامة للطرق والجسور العراقية GSRB الخاصة بالطبقة الاسفلتية السطحية. والحجوم المرورية العالية. وبناءً ‏على ذلك، تم تحقيق الهدف الرئيسي، ويمكن أن يكون خليط الأسفلت المستديم الجديد مقارنا للخلطة الاسفلتية الحارة المعروفة.

     إن الغرض من هذا العمل البحثي هو توصيف الخصائص الميكانيكية والحجمية للخلطات المذكورة، ومن الجدير بالذكر أن الخلطة الاسفلتية المستحدثة فعالة من حيث التكلفة وصديقة للبيئة لأنها تتوافق مع مبدئين اساسيين في الاستدامة هما: الكلفة الواطئة وتوفير استهلاك الطاقة.

MODIFICATION IN DIFFERENT PAVEMENT TECHNIQUES USING WASTE GLASS MATERIALS

      Nowadays everything expands rapidly, grows, and develops to meet the demand of communities, including roads networks. The increasing number of cars, with increasing axle loads for modern automobiles, led to accelerating pavement deterioration. The current technology for paving and maintaining roads with Hot Mix Asphalt (HMA) could be the uneconomic solution for future. However, such technology has several disadvantages which are disagreed with sustainable, economics, and eco-friendly to environmental aspects. On the other hand, Cold Mix Asphalt (CMA), or more specifically Cold Bituminous Emulsion Mixture (CBEM) has several environmental and economic advantages over traditional HMA. However, it still has inferior mechanical and volumetric properties at early life compared to HMA if left without treatment. Therefore, the main aim of this study is to offer a new sustainable approach in asphalt technology, by characterizing CBEM with waste material and low energy preparation technique (Microwave technique).

     In this study, a trail has been made to develop the mechanical and volumetric properties of CBEM by double enhancement process. The first stage of the development included the developing of CBEM mechanical properties by replacing the Conventional Mineral Filler (CMF) with Ordinary Portland Cement (OPC) with three percentages are, 0, 50, and 100% from filler total weight in the mix. Then utilizing municipal solid waste material (crushed glass was selected) as fine aggregate (FGA) which was incorporated in 5 percentages; namely 0, 25, 50 75, and 100% as a replacement of virgin fine aggregates.

      Different mechanical and durability testing methods were performed to identify the variations in CBEM characteristics due to such incorporations; such as Marshall stability (M-S) and flow (M-F), indirect tensile strength (IDT), creep compliance (CC), wheel track (WTT), dynamic stability (DS), and Retained Marshall Stability (RMS).

     In terms of mechanical and durability properties, addition of 7%OPC filler to CBEM led to improve overall mix properties significantly. Where CBEM-100%OPC improved by about 2.15, 2.1, 9.28, 13.13, 1.74, 4.88, and 2.1 times of CBEM-CMF in terms of M-S, M-F, rutting resistance, DS, CS, IDT, and RMS, respectively.

    While the process of incorporation crushed waste glass (FGA) showed that incorporation of 100% FGA in addition to 7% OPC from aggregates total weight has made a significant improvement in mixture mechanical and durability properties, but mixture still contains high air voids.

    Thus, the second treatment stage was suggested to optimize air voids content in CBEM mixture utilizing low energy post-heating. The new mix of Half Warm Bituminous Emulsion Mixture (HWBEM) showed a novel properties compared to HMA. The HWBEM mix was improved by about 2.2, 8, 9.7, 1.3, and 2.9 times of HMA in terms of M-S, rutting resistance, DS, IDT, and RMS, respectively.

     Further, HWBEM incorporated 75%FGA showed a novel mechanical, durable, and volumetric properties, superior (and sometimes comparable) to HMA, and within the requirements of the Iraqi GSRB specification for surface layer, and for heavily traffic conditions. The developed mix called Half Warm Bituminous Emulsion Mixture (HWBEM) since it has prepared at 91 °C temperature.

    Accordingly, the main aim was achieved, and the newly sustainable asphalt mixture could be comparative to the well-known HMA. Although, this research work is deal with mechanical and volumetric properties characterization, but it worth to say that the new developed mix is cost effective and environmental friendly as it bases on low cost and low energy treatment.