خواص طبقة الخرسانة الاسفلتية ذات التدرج المفتوح باستخدام اسفلت معدل بألياف هجينة

رسالة ماجستير

اسم الباحث : نشوان علي عودة

اسم المشرف : أ.د. شاكر فالح شاكر

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة المدنية هندسة البنى التحتية‏

سنة نشر البحث : 2022

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

يشهد العالم اليوم تطورا كبيرا في الخلطات الاسفلتية بما يتناسب مع خدمات الطرق ولتلافي المشاكل, ولتجنب بعض المشاكل التي تحدث فيها. لذلك ، فإن استخدام OFGC مهم جدًا اليوم لتقديم خدمات عالية الجودة للطرق. يتميز هذا النوع من خليط الأسفلت بتدرجه الخشن وقلة المواد التاعمة ، مما يوفر نسبة عالية من الفراغات لبنية الخليط. و يمكن تلخيص نتائج البحوث العملية للاستفادة من هذه الطبقة بالخو اص الاتية: استنزاف مياه الأمطار بشكل فعال , السلامة على الطريق (مقاومة الانزلاق العالية) , تقليل التلوث الضوضائي, خفض درجة الحرارة ضمن المنطقة الحضرية. مع ذلك تحتوي هذه الطبقة أيضًا على عيوب معينة ، بما في ذلك: انخفاض المقاومة للتشوه الدائم, قوة إجهاد منخفضة, تجريد عالي, القابلية الضعيفة للرطوبة. بالإضافة إلى ذلك ، قد يترافق هذا النوع من المزيج مع حدوث ظاهرة “draidown” نتيجة نسب التصميم العالية للإسفلت ، لذلك يلجأ الباحثون إلى استخدام الأسفلت المحسن لغرض تحسين أداء هذا النوع من الخلطات وزيادة عمر الخدمة

يهدف هذا البحث الى دراسة تأثيرمواد النفايات على أداء خليط الاسفلت ذات التدرج المفتوح . في الوقت الحالي ، يتزايد استخدام المواد المعدلة التي يجب أن تفي بمفهوم الاستدامه ، من حيث التكلفة الرخيصة،
الحفاظ على الموارد الطبيعية وتقليل المخاوف البيئية. تضمنت الخطوة الأولى في هذا البحث اختيار خليط ذات التدرج المفتوح مع المحتوى الاسفلتي الأمثل الذي يمثل الخلطة المرجعية في البحث بأكمله والذي قيمته 6.5 % .
ثم تم تحسين الخلطة من خلال ثلاث مراحل. تضمنت المرحلتان الأولى والثانية تطوير رابط الأسفلت باستخدام الألياف الورقية والبولي الاثلين المنخفض الكثافة بشكل فردي ، بأربع جرعات منخفضة (0.3 %،0.5%،0.7%) و3% على التوالي بشكل اجمالي كجزء من إجمالي وزن البيتومين .
أما المرحلة الثالثة فقد تضمنت استخدام المواد المذكورة مجتمعة بنسب مختلفة. وهي (0.3 + 3)٪ ، (0.5 + 3)٪ و (0.7 + 3)٪ كجزء من إجمالي وزن البيتومين. تم تحديد خواص جميع أنواع الأسفلت المعدلة باستخدام الخصائص الفيزيائية المتاحة (مثل الاختراق ونقطة التليين والليونة ومؤشر الاختراق وفقدان الحرارة).
تم تحديد خواص الخلطات المحسنة باستخدام مجموعة من الخصائص الحجمية (مثل الكثافة الظاهرية ، الفراغات الهوائية ، المسامية ، الفراغات في الركام المعدني ، الفراغات المملوءة بالإسفلت ، وdraidown) ، الخصائص الوظيفية والميكانيكية (أي النفاذية ، قوة الشد غير المباشرة ، الامتثال الزحف ، مقاومة الانزلاق ، كانتابرو ، ومسار العجلات) , و خصائص الديمومة ( نسبة قوة الشد, و نسبة فحص كانتابرو للخليط المعتق/ غير المعتق).
يُظهر استخدام مواد التعديل تحسينًا في الخصائص الفيزيائية لرابط الأسفلت. حيث أدت جميع المواد إلى تقليل عمق الاختراق ، والليونة ، وحساسية درجة الحرارة للبيتومين ، وزيادة كل من نقطة التليين ، واللزوجة ، ومقاومة البيتومين للشيخوخة. وبالتالي ، أظهر استخدام المواد المعدلة تأثيرًا إيجابيًا على أداء الخليط . أظهر استخدام البولي الاثلين أفضل أداء للخليط خاصة في النفاذية ، وقوة الشد الغير مباشرة ، ،وفقدان التآكل تليها الخلطات الممزوجة . في الوقت نفسة ، أظهر أستخدام الورق التحسين الأقل.
على سبيل المثال ،مقدار التحسن في أداء الخليط يصل الى 18%، 37% ، 35% ،30% للنفاذية ، ومقاومة الشد ، وفقدان التآكل ، وعمق الشق ، على التوالي عندما تم تعديل الاسفلت بواسطة بولي أثلين .بالاضافة الى التحسينات في الخصائص الأخرى ومع ذلك فقد فرضت النتائج أهمية دمج مواد النفايات في تعديل رابط الاسفلت لمزيج الخلطات ذات التدرج المفتوح . وبعبارة أخرى ، يمكن استنتاج ان الطبقة المستدامة ذات التدرج المفتوح يمكن ان تحقق باستخدام هذه المواد .

CHARACTERIZING OPEN GRADED FRICTION COURSE LAYER INCORPORATING HYBRID FIBER MODIFIED BINDER

Abstract

In the current era, the world is witnessing a great development in asphalt mixtures, commensurate with road services to avoid the issues had occurred. Therefore, the use of modified Open Graded Friction Coarse (OGFC) is very important to provide high quality road services and to avoid some problems. This type of asphalt mixture is characterized by its coarse gradation and few fine materials, which provides a high percentage of voids for the structure of a mixture. The most important findings of practical research to benefit from OGFC layer can be summarized as: effectively draining rainwater, road safety (high slip resistance), reduce noise pollution, reduce the urban heat, etc. Nevertheless, this layer also contains certain disadvantages, including: decreased resistance to permanent deformation, low fatigue strength, high stripping, and moisture susceptibility. In addition, this type of mixture may be accompanied by the occurrence of the “draindown” phenomenon as a result of the high design percentages of asphalt, so researchers resort to the use of improved asphalt binder for the purpose of improving the performance of this type of mixture and increase its service life.
This research focuses on studying the effect of waste materials on the performance of OGFC asphalt mixture. Currently, the use of modified materials that must meet the sustainability concept is increasing; in terms of low cost, conservation of natural resources, and reduction of environmental concerns. First step in this research included the selection of the OGFC mixture with the optimal asphalt content (OAC) representing the control mixture (CM) in the whole research which was valued at 6.5%. Then, the OGFC was improved through three phases. First and second stages included the development of asphalt binder using Waste Paper Fiber (W-PF) and Recycled-Low Density Polyethylene (r-LDPE) individually, at four different dosages W-PF 0.3%, 0.5%, 0.7%, while r-LDPE 3% as a part of total bitumen weight. The third stage included the usage of
vii
mentioned materials collectively in different ratios; namely, (0.3+3) %, (0.5+3) % and (0.7+3) % as a part of total bitumen weight. All modified asphalt types were characterized using common physical properties (i.e. penetration, softening point, ductility, penetration index and loss on heat). The developed mixtures were characterized using a set of volumetric properties (i.e., bulk density, air voids, porosity, voids in mineral aggregates, voids filled with asphalt, and draindown), functional and mechanical properties (i.e., permeability, indirect tensile strength, creep compliance, skid resistance, Cantabro, and wheel track), and durability properties (tensile strength ratio, and Cantabro aged/unaged ratio).
The use of modification materials displays an enhancement in the physical properties of asphalt binder. Where all materials resulted in reduce penetration depth, ductility, and temperature sensitivity of bitumen, and increase each of softening point, viscosity, and aging resistance of bitumen. The use of modified materials, consequently, showed a positive effect on the OGFC mixture performance. The use of r-LDPE showed the best performance of OGFC mixture especially in the case of permeability, indirect tensile strength, rutting, and Cantabro loss, followed by mixtures with Mixed Dosage MD. Meanwhile the usage of W-PF displayed the lower enhancement. For example, the amount of improvement in the mixture performance attain 18%, 37%, 35% and 30% for permeability, resistance to tensile cracking, abrasion loss, and rut depth, respectively, when asphalt was modified by r-LDPE, in addition to the enhancements of other properties. However, results enforced the significant of incorporating the waste materials in modifying asphalt binder for OGFC mixture; In the other words, it can be concluded that sustainable OGFC can introduce using such waste materials.