بررسی حساسیت رطوبتی و خصوصیات مکانیک شکست مخلوط‌‌‌های آسفالتی داغ (HMA) حاوی تراشه بتنی بازیافتی اصلاح شده

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
فعالیت صنعت ساخت و ساز، سالانه منجر به تولید مقادیر قابل توجهی نخاله و ضایعات می شود. بازیافت این نخاله‌های ساختمانی در پروژه‌های عمرانی، مزایای قابل توجهی برای محیط زیست دارند، از آن جمله می توان به کاهش استفاده از منابع سنگدانه‏ای طبیعی، کاهش تخریب معادن و زیست بوم‏ها و کاهش دفن نخاله‌ها اشاره نمود. در میان انواع نخاله‌های ساختمانی تراشه‌های بتنی بخش قابل توجهی از نخاله‌ها را تشکیل می‌دهند. به‏طورکلی تراشه‌های بازیافتی بتنی به مراتب کیفیت و مقاومت مکانیکی کمتری نسبت به سنگدانه‌های طبیعی دارند. امروزه تراشه‌های بازیافتی بتنی (RCA) کاربرد های متنوعی در صنعت ساخت پیدا کرده اند. در این مقاله نتایج حاصل از مطالعه‌ی تجربی مخلوط‌های آسفالتی داغ(HMA) حاوی سنگدانه‌های بازیافتی بتنی اصلاح شده مورد بررسی قرار گرفته است. تراشه‌های بتنی بازیافتی در دو حالت اصلاح نشده و اصلاح شده در مخلوط آسفالتی جایگزین سنگدانه‌های طبیعی شده‌اند. به منظور بهبود خواص تراشه‌های بتنی بازیافتی درشت دانه از روش اصلاح یک مرحله‌ای استفاده شد. اصلاح تراشه بتنی بازیافتی به وسیله غرقآب شدن در محلول آهک هیدراته صورت گرفت. در این روش، تراشه‌های بتنی بازیافتی به مدت 28 روز در محلول آهک هیدراته قرار گرفتند و سپس خصوصیات فیزیکی و مکانیکی آن‌ها شامل وزن مخصوص، جذب آب، مقاومت فشاری و خمشی، مقاومت به رفتار خوردگی و همچنین زمان نفوذ آب اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که غرق‌آب شدن تراشه‌های بتنی بازیافتی در محلول آهک هیدراته منجر به افزایش 6 درصد وزن مخصوص، کاهش 15 درصد جذب آب، افزایش 15 درصد مقاومت های فشاری و خمشی و افزایش حدودا 18 درصدی دوام در آن شد. به طور کلی، می‌توان نتیجه گرفت که اصلاح تراشه‌های بتنی بازیافتی می‌تواند به بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی مخلوط های تهیه شده یا آن‌ها بینجامد. از طرفی نمونه های آسفالتی متعدد با سنگدانه های بازیافتی (اصلاح شده و اصلاح نشده) ساخته شد. حساسیت رطوبتی و خصوصیات مکانیک شکست نمونه‌ها با انجام آزمایش SCB تعیین شد. نتایج نشان داد که گرچه اصلاح تراشه بتنی بازیافتی منجر به افزایش هزینه تولید شود اما مزایای چشمگیری از نظر کاهش حساسیت رطوبتی و افزایش خصوصیات مکانیکی خواهد داشت. به عبارت دیگر، نتایج نشان داد که مخلوط‌های آسفالت حاوی ۵۰٪ مصالح بازیافتی بتنی اصلاح نشده، 15 درصد مقاومت در برابر رطوبت را کاهش داده در حالی که مخلوط‌های آسفالت حاوی ۵۰٪ مصالح بازیافتی بتنی اصلاح شده با محلول آهک هیدراته، در مقایسه با مخلوط شاهد تقریبا مقاومت یکسانی در برابر رطوبت داشتند.به این ترتیب، اصلاح مصالح بازیافتی بتنی با استفاده از محلول آبی آهک هیدراته، می‌تواند بهبود مقاومت به رطوبت را نتیجه شود. همچنین نتایج حاکی از آن است که با جایگزینی مصالح سنگی خام با تراشه بتنی بازیافتی، خصوصیات مربوط به مکانیک شکست مخلوط های آسفالت بهبود می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Moisture Susceptibility and Fracture Resistance of Hot Mix Asphalt Containing Treated Recycled Concrete Aggregate

نویسندگان English

A. Kavussi
M. bayzidi
F. kazemian
Tarbiat Modares University
چکیده English

The construction industry produces substantial amounts of waste materials, which contribute to negative environmental impacts when disposed of in landfills. Recycling Construction and Demolition Waste (CDW) as secondary materials is an effective approach to reducing these negative effects. Recycled Concrete Aggregates (RCA) derived from distressed pavements, buildings, and concrete structures have potential for a variety of applications, including in asphalt mixes. This paper reports experimental research on the use of treated and untreated RCAs in preparing Hot Mix Asphalt (HMA). RCA materials were added in both treated and untreated form to HMA mixes. To improve the quality of recycled mixes, RCAs were treated with lime solutions. In order to improve quality of recycled mixes, RCAs were treated with lime solutions before that the recycled mixes were subjected to various tests. The treatment was applied to coarse RCA materials. The coarse RCAs were washed thoroughly, so that all noticeable impurities, including wood chips and other similar materials, were removed. These were then dried at ambient temperature for 24 h before that the treatment was applied. In order to reduce stripping susceptibility of the recycled asphalt mixtures, hydrated lime was added as a treatment additive. The addition of hydrated lime solution was beneficial due to, its abundance the convenience of application in HMA mixes. RCAs were impregnated in a 6% solution of hydrated lime for 24h at ambient temperature. Then these were dried at ambient temperature before being used in asphalt mixes. The physical and mechanical characteristics of the treated/untreated RCAs were determined. Asphalt mixtures were prepared that contained 25% and 50% RCAs of the size ranging from 4.75 to 12.5 mm. Various asphalt mixtures containing different amounts of RCAs were prepared. Moisture susceptibility of HMA mixes were evaluated using indirect tensile strength test (ITS). Fracture properties of mixes applying Semi-Circular Bending (SCB) were determined. SCB testing was performed according to ASTM D 8044 Standard testing method. Samples were prepared containing three different notches of 25, 32, and 38 mm. SCB samples were tested using a UTM machine. The loading mode as in monotonic compression at the speed of 0.5 mm/min. J-integral suggests as a criterion for resistance of materials to cracking. Testing was performed on HMA mixes treated and untreated samples. The results indicated that although treating RCAs might require more effort in production processing, significant benefits result in reducing moisture susceptibility and increasing fracture toughness of samples. It was also found that replacing virgin aggregates with RCA, improved fracture properties of HMA mixtures. The results indicated that with using RCA instead of conventional aggregates in asphalt mixes, has positive benefits for the environment and enhanced mechanical properties of HMA mixtures. A limited percentage of RCAs can be used in asphalt mixtures without significantly affecting performance of asphalt mixtures. The treatment resulted in reduced water absorption and increased fracture energy of mixes. Asphalt mixes containing 50% untreated RCA materials showed some moisture susceptibility while asphalt mixes containing 50% treated RCA showed improved moisture resistance. In conclusion, the study demonstrated that treating RCAs with hydrated lime solution improved the moisture susceptibility and fracture resistance of recycled HMA mixtures. Furthermore, utilizing recycled construction materials as secondary materials in asphalt mixes has significant environmental benefits. Future research can explore the potential use of various waste materials, including RCAs, in asphalt mixes.

کلیدواژه‌ها English

Recycled concrete aggregate
Fracture Energy
Moisture Susceptibility
[1] H. Al-Bayati, S. Tighe, J.A.- Resources, C. And, U. 2018‌, Influence of recycled concrete aggregate on volumetric properties of hot mix asphalt‌, Elsevier‌. (2018).
[2] A. Asgari, T. Ghorbanian, N. Yousefi, D. Dadashzadeh, F. Khalili, A. Bagheri, M. Raei, A.H. Mahvi, Quality and quantity of construction and demolition waste in Tehran, J. Environ. Heal. Sci. Eng. 15 (2017) 1–8.
[3] طاهرخانی, حسن, نوریان, فرید, بیات, بررسی ویژگی های حجمی، استقامتی و خزشی بتن آسفالتی حاوی آسفالت بازیافتی و روغن موتور ضایعاتی, فصلنامه مهندسی حمل و نقل. 12 (2021) 561–585.
[4] F. Kazemian, H. Rooholamini, A. Hassani, Mechanical and fracture properties of concrete containing treated and untreated recycled concrete aggregates, Constr. Build. Mater. 209 (2019) 690–700.
[5] طاهرخانی, حسن, عباسی, بررسی اثرات پیرشدگی بر عملکرد مخلو‌ط‌های آسفالتی گرم حاوی خرده آسفالت بازیافتی درصد بالا و روغن خوراکی ضایعاتی, پژوهشنامه حمل و نقل. 19 (2022) 67–78.
[6] J.G. Bastidas-Martínez, F.A. Reyes-Lizcano, H.A. Rondón-Quintana, Use of recycled concrete aggregates in asphalt mixtures for pavements: A review, J. Traffic Transp. Eng. (English Ed. 9 (2022) 725–741. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.jtte.2022.08.001.
[7] Y. Hou, X. Ji, J. Li, X. Li, Adhesion between asphalt and recycled concrete aggregate and its impact on the properties of asphalt mixture, Materials (Basel). 11 (2018). https://doi.org/10.3390/ma11122528.
[8] A.I. Kareem, H. Nikraz, H. Asadi, Evaluation of the double coated recycled concrete aggregates for hot mix asphalt, Constr. Build. Mater. 172 (2018) 544–552. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.158.
[9] J. Ma, D. Sun, Q. Pang, G. Sun, M. Hu, T. Lu, Potential of recycled concrete aggregate pretreated with waste cooking oil residue for hot mix asphalt, J. Clean. Prod. 221 (2019) 469–479. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.256.
[10] B. Luzana Leite, P. Fátima Maria De Souza, V. Pablo De Abreu, M.J.M. Elias, Concrete production of hot asphalt using recycled aggregates CDW, in: Mater. Sci. Forum, 2017: pp. 346–350. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.881.346.
[11] S. Fatemi, R. Imaninasab, Performance evaluation of recycled asphalt mixtures by construction and demolition waste materials, Constr. Build. Mater. 120 (2016) 450–456. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.05.117.
[12] S. Ismail, M.R.-C. and B. Materials, U. 2013‌, Engineering properties of treated recycled concrete aggregate (RCA) for structural applications‌, Elsevier‌. (2013).
[13] H. Al-Bayati, P. Das, S. Tighe, H.B.-C. and Building, U. 2016‌, Evaluation of various treatment methods for enhancing the physical and morphological properties of coarse recycled concrete aggregate‌, Elsevier‌. (2016).
[14] Y.H. Cho, T. Yun, I.T. Kim, N.R. Choi, The application of Recycled Concrete Aggregate (RCA) for Hot Mix Asphalt (HMA) base layer aggregate, KSCE J. Civ. Eng. 15 (2011) 473–478. https://doi.org/10.1007/s12205-011-1155-3.
[15] S. Wu, J. Zhong, J. Zhu, D. Wang, Influence of demolition waste used as recycled aggregate on performance of asphalt mixture, Road Mater. Pavement Des. 14 (2013) 679–688. https://doi.org/10.1080/14680629.2013.779304.
[16] J. Zhu, S. Wu, J. Zhong, D.W.-C. and B. Materials, U. 2012‌, Investigation of asphalt mixture containing demolition waste obtained from earthquake-damaged buildings‌, Elsevier‌. (2012).
[17] J. Mills-Beale, Z.Y.-C. and B. Materials, U. 2010‌, The mechanical properties of asphalt mixtures with recycled concrete aggregates‌, Elsevier‌. (2010).
[18] H.K.A. Al-Bayati, S.L. Tighe, Effect of Recycled Concrete Aggregate on Rutting and Stiffness Characteristics of Asphalt Mixtures, J. Mater. Civ. Eng. 31 (2019). https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002810.
[19] M. Chen, J. Lin, S. Wu, Potential of recycled fine aggregates powder as filler in asphalt mixture, Constr. Build. Mater. 25 (2011) 3909–3914. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.04.022.
[20] I. Pérez, M. Toledano, J. Taibo, J. Gallego, Mechanical properties of hot mix asphalt made with recycled aggregates from reclaimed construction and demolition debris, Mater. Constr. 57 (2007) 17–29.
[21] صالحی, حسن, ب. جو, برخورداری, مطالعه ی اثر خواص بتن مادر بر پارامترهای مکانیکی بتن بازیافتی, مهندسی عمران. 38 (2022) 47–57.
[22] A. Katz, Treatments for the improvement of recycled aggregate, J. Mater. Civ. Eng. 16 (2004) 597–603. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2004)16:6(597).
[23] V.W.Y. Tam, C.M. Tam, K.N. Le, Removal of cement mortar remains from recycled aggregate using pre-soaking approaches, Resour. Conserv. Recycl. 50 (2007) 82–101. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2006.05.012.
[24] V.S. Babu, A.K. Mullick, K.K. Jain, P.K. Singh, Strength and durability characteristics of high-strength concrete with recycled aggregate-influence of processing, J. Sustain. Cem. Mater. 4 (2014) 54–71. https://doi.org/10.1080/21650373.2014.976777.
[25] Y. Hou, X. Ji, X. Su, W. Zhang, L. Liu, Laboratory investigations of activated recycled concrete aggregate for asphalt treated base, Constr. Build. Mater. 65 (2014) 535–542. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.04.115.
[26] J.P. Giri, M. Panda, U.C. Sahoo, Performance of bituminous mixes containing emulsion-treated recycled concrete aggregates, J. Mater. Civ. Eng. 30 (2018). https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002239.
[27] A. Kavussi, A. Hassani, F. Kazemian, M. Taghipoor, Laboratory evaluation of treated recycled concrete aggregate in asphalt mixtures, Int. J. Pavement Res. Technol. 12 (2019) 26–32. https://doi.org/10.1007/s42947-019-0004-5.
[28] A.R. Pasandín, I. Pérez, Overview of bituminous mixtures made with recycled concrete aggregates, Constr. Build. Mater. 74 (2015) 151–161.
[29] کاووسی, آذرنیا, ت. زواره, حسن, بررسی اثر افزودنی‌های گوگردپلیمری و پودرلاستیک در مقاومت عریان‌شدگی مخلوط‌های آسفالتی, مهندسی عمران مدرس. 16 (2016) 137–146.