SUPERVISOR
احمد گلی خوراسگانی (استاد راهنما) سیدمهدی ابطحی فروشانی (استاد راهنما)
STUDENT
Sajjad Masoudi marghmaleki
سجاد مسعودی مرغملکی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Investigation into the Effect of Aging on Performance of Warm Mix Asphalt Containing Steel Slag
Sustainable development, has drawn so much attention in recent decades. Considering depletion of fossil fuel resources, and also environmental issues caused by air pollution, it seems necessary to reduce the temperature demand in producing asphalt mixtures. At the same time, the increasing number of construction projects, and the limited amount of mineral aggregates, highlight the fact that mineral aggregates should be replaced by some secondary materials. Using recycled and secondary materials has many benefits, such as preserving non-renewable resources, decreasing environmental pollution, and regaining energies consumed in production of such materials. In order to reduce the pollution and to protect the environment some strategies can be implemented when manufacturing asphalt mixtures. Some of such strategies are reducing the temperature demand in production and compaction of asphalt mixtures, replacing mineral aggregates with secondary materials, utilizing different technologies to improve load carrying capacity, which in turn leads to a thinner asphalt layer. Steel slag is a by-product of steel manufacturing process and is considered as a waste material and also a pollutant element for the environment. Natural aggregates of asphalt mixtures can be substituted by steel slag due to its unique qualities. Although many studies have been conducted about warm asphalt technology in different parts of the world, the long-term performance of warm mix asphalt is still remained as one of the ambiguities of this technology. Hence, in this study, the long-term performance of warm asphalt mixtures containing steel slag is investigated. The asphalt used in the present research is PG 64-22 with 60-70 penetration grade and the aggregates are made of limestone and Electric Arc Furnace steel slag. Sasobit has also been used as an additive in manufacturing warm asphalt. Due to the use of 1.5 percent sasobit, mix and compact temperature of asphalt mixtures is decreased by 20 °C. Furthermore, in order to simulate the short-term and long-term aging, asphalt samples were put in the oven with specific temperature and for particular times based on AASHTO standard. Sasobit is mixed with asphalt by conventional mixer and high shear mixer. Traditional and SHRP tests conducted on mixtures indicated that sasobit is insensitive to mixing conditions. Performance of asphalt samples were evaluated by Marshall stability test, resilient modulus test at 25°C and 40°C, indirect tensile strength test, moisture susceptibility test and dynamic creep test. Finally, the ratio between the results of long-term and short-term aging of one parameter is introduced as aging ratio. Aging ratio of mixtures containing steel slag is increased compared to mixtures made with limestone aggregates. Likewise, the aging ratio of hot mixtures is more than that of warm mixtures. In general, aging leads to a reduction in indirect tensile strength and moisture resistance of asphalt mixtures. Moreover, aging causes the Marshall stability, Marshall quotient, resilient modulus and rutting strength to increase in asphalt mixtures. Obviously, this increase does not mean that aging will enhance the performance. In fact, the main reason of this improved performance is the increase in stiffness of mixtures. Hardening of asphalt mixtures due to aging, results in a more brittle behavior. Increased brittleness, along with reduced adhesion between asphalt pavement and material, undermines the fatigue performance of the mixture and leads to formation of early cracks in the aged asphalt mixtures. Keywords: Warm mix asphalt, steel slag, sasobit, aging
با توجه به اصل توسعهی پایدار و نگرانیهای زیستمحیطی ناشی از آلودگی هوا و نیز کاهش روزافزون منابع سوختهای فسیلی و تمایل به مصرف انرژی کمتر، کاهش دمای ساخت مخلوطهای آسفالتی امری ضروری محسوب میگردد. از طرف دیگر با توجه به گسترش روزافزون پروژههای عمرانی از یکسو و محدود بودن معادن سنگی از سوی دیگر، استفاده از مصالح جانبی به عنوان جایگزین مصالح سنگی، امری اجتنابناپذیر میباشد. در راستای توسعهی پایدار ازجمله اهداف مورد نظر در استفاده از ضایعات و محصولات جانبی میتوان کمک به حفظ و نگهداری منابع غیرقابل جایگزین، کاهش آلودگیهای زیستمحیطی و بازیابی انرژیهای صرف شده طی تولید این محصولات را نام برد.کاهش دمای ساخت و تراکم مخلوطهای آسفالتی، جایگزینی مصالح معدنی با محصولات جانبی و همچنین استفاده از تکنولوژیهای مختلف جهت بهبود ظرفیت باربری و درنتیجه کاهش ضخامت و بالتبع حجم آسفالت راهها، میتواند از راهکارهای کاهش آلایندگی و کمک به حفظ محیطزیست در تولید مخلوطهای آسفالتی به شمار آید . سربارهی فولاد محصول جانبی فرآیند تولید فولاد است که به عنوان یکی از مشکلات این صنعت و از عوامل آلودهکنندهی محیطزیست محسوب میگردد. با توجه به ویژگیهای منحصر به فرد آن، قابلیت جایگزینی با سنگدانههای طبیعی در مخلوطهای آسفالتی را داراست. با توجه به جدید بودن تکنولوژی آسفالت گرم و نوپا بودن آن، باوجود آنکه تاکنون مطالعات و تحقیقات وسیعی در این زمینه در اکثر نقاط دنیا انجامگرفته است، عملکرد بلندمدت آسفالت گرم، یکی از نقاط ابهام این تکنولوژی محسوب میگردد. لذا در این پژوهش عملکرد بلندمدت مخلوطهای آسفالتی گرم حاوی سرباره مورد بررسی قرارگرفته است. قیر مورد استفاده در این پژوهش PG 64-22 با درجهی نفوذ 70/60 و مصالح مصرفی از جنس آهکی و سربارهی فولاد کورهی قوس الکتریکی میباشند. همچنین از ساسوبیت به عنوان مادهی افزودنی ساخت آسفالت گرم استفاده شده است. بهواسطهی استفاده از 5/1 درصد ساسوبیت نسبت به وزن قیر، دمای ساخت و تراکم مخلوطهای آسفالتی 20 کاهش یافته است. همچنین جهت شبیهسازی پیرشدگی کوتاهمدت و بلندمدت، نمونههای آسفالتی بر اساس استاندارد آشتو، در مدت زمانهای مشخص درآون با دمای خاصی قرارگرفتهاند. ساسوبیت با استفاده از همزن معمولی و همزن برش بالا با قیر مخلوط شده و تستهای سنتی و شارپ انجامشده روی آنها حاکی از عدم حساسیت ساسوبیت نسبت به شرایط اختلاط میباشد. همچنین به منظور بررسی عملکرد نمونههای آسفالتی، از تستهای مقاومت مارشال، مدول برجهندگی در دو دمای 25 و 40، مقاومت کششی غیرمستقیم، حساسیت رطوبتی و خزش دینامیکی استفاده شده است. درنهایت نیز، نسبت حاصل پیرشدگی بلندمدت یک پارامتر به پیرشدگی کوتاهمدت آن، تحت عنوان نسبت پیرشدگی ارائه گردیده است. نسبت پیرشدگی در مخلوطهای حاوی سرباره در مقایسه با نمونههای ساخته شده از مصالح آهکی بیشتر میباشد. همچنین نسبت پیرشدگی در نمونههای آسفالتی داغ بیشتر از مخلوطهای آسفالتی گرم است. بهطور کلی، پیرشدگی آسفالت منجر به کاهش مقاومت کششی غیرمستقیم و مقاومت در برابر رطوبت آسفالت گردیده است. همچنین به موجب این پارامتر، مقاومت مارشال، نسبت مارشال، مدول برجهندگی و مقاومت شیارشدگی آسفالت افزایش یافته است. البته این افزایش به معنی بهتر شدن عملکرد مخلوطهای آسفالتی پس از اعمال پیرشدگی نمیباشد. زیرا گرچه برخی از خصوصیات مخلوطهای آسفالتی بهبود یافتهاند ولی علت اصلی آن، افزایش سختی آسفالت میباشد. سختتر شدن آسفالت در اثر پیرشدگی، تردتر شدن آن را در پی خواهد داشت. ترد شدن آسفالت از یک طرف و کاهش چسبندگی قیر و مصالح از طرف دیگر، منجر به تضعیف عملکرد خستگی آسفالت شده و بروز زودرس ترکها در مخلوط آسفالتی پیر شده را موجب میگردد. کلمات کلیدی: آسفالت گرم، ساسوبیت، سربارهی فولاد، پیرشدگی، مدول برجهندگی، مقاومت کششی غیرمستقیم، حساسیت رطوبتی، نسبت پیرشدگی