ارزیابی خصوصیات مخلوط‌های آسفالتی بازیافتی سرد تسلیح شده با الیاف پلی ‌پروپیلن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

برخلاف مزایای قابل‌‌ توجه بازیافت سرد روسازی‌های آسفالتی، به ‌دلیل ضعف‌های عملکردی، استفاده از آن چندان متداول نیست. در این پژوهش، اثر الیاف پلی ‌پروپیلن و همچنین اثر هم‌زمان الیاف پلی ‌پروپیلن و سیمان در بهبود خصوصیات عملکردی مخلوط‌های بازیافتی سرد امولسیونی تحقیق شده ‌است. بدین منظور، مخلوط‌های بازیافتی سرد با استفاده از الیاف پلی ‌پروپیلن در دو طول و سه مقدار مختلف تسلیح شده و آزمایش‌های مقاومت کششی غیرمستقیم، شاخص تحمل ترک و خمش تیرچه‌ی نیم‌دایره‌ای برای یافتن طول و مقدار بهینه‌ی الیاف و نیز بررسی عملکرد مخلوط‌های الیافی انجام شد. همچنین اثر هم‌زمان الیاف (در درصد و طول بهینه) و سیمان بررسی شد. نتایج نشانگر آن است که اگرچه استفاده از الیاف پلی ‌پروپیلن، مقاومت تر را در بدترین حالت‌ تا 54 درصد کاهش می‌دهد، در بهترین حالت‌ مقاومت خشک را تا 39 درصد افزایش می‌دهد. نتایج همچنین نشانگر امکان افزایش قابل ‌ملاحظه‌ی شاخص‌های شکست در آزمایش‌های IDEAL-CT و SCB با استفاده از الیاف پلی ‌پروپیلن است. مقادیر شاخص‌های تحمل ترک و شاخص انعطاف‌پذیری برای مخلوط‌های دارای الیاف بهینه به ترتیب 3/5 و2/8 برابر بزرگ‌تر از مقادیر مخلوط کنترل پایه بود. همچنین مشاهده شد که استفاده‌ی هم‌زمان از الیاف و سیمان توانایی حفظ و ارتقای اثرات مثبت سیمان و جبران کاهش شاخص‌های شکست ناشی از افزودن سیمان را دارد و در عین حال حساسیت رطوبتی متاثر از الیاف را برطرف می‌کند. نتایج نشانگر این است که استفاده‌ی هم‌زمان از الیاف و سیمان می‌تواند به رویکردی اقتصادی جهت کاهش مقدار امولسیون بهینه و در عین حال ارتقای خصوصیات عملکردی مخلوط بازیافتی سرد منجر شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation on properties of cold recycled asphalt mixtures reinforced with polypropylene fibers

نویسندگان [English]

  • Mohammadreza Sabouri
  • Mohammad Sadeghi
Assistant Professor, Sharif University of Technology
چکیده [English]

Despite substantial environmental and economic benefits, cold recycling of asphalt pavements is not common due to some poor field performance reports. This study investigates the effect of fiber reinforcement on the performance of cold recycled mixtures. For this purpose, cold recycled mixtures were reinforced using polypropylene fibers at two different lengths and three different contents. Indirect tensile strength, IDEAL-CT, and semicircular bending tests were carried out to find the optimum length and content of the fiber. The effect of cement on the performance of fiber-reinforced mixtures was also evaluated. The results show that although the use of polypropylene fibers reduces the wet strength by up to 54%, it can increase the dry strength by up to 39%. The results also indicate a significant improvement in fracture indices obtained from IDEAL-CT and SCB tests in the presence of fiber. The crack tolerance index was 3.5 times and the flexibility index was 2.8 times higher at the optimum fiber content and length compared with the control mixture. It was also concluded that the addition of cement to fiber-reinforced mixture can eliminate the adverse effect of fiber on moisture sensitivity while maintaining fracture properties similar to the control mixture. The study results show that the combined use of fibers and cement can lead to an economical cold recycled mixture with reduced emulsified asphalt content and improved mechanical properties.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cold recycling
  • Fibers
  • Emulsified asphalt
  • Polypropylene
  • Cement

مراجع

[1] F. Xiao, S. Yao, J. Wang, X. Li, S. Amirkhanian, A literature review on cold recycling technology of asphalt pavement, Construction and Building Materials, 180 (2018) 579-604.
[2] A.E. Alkins, B. Lane, T. Kazmierowski, Sustainable pavements: environmental, economic, and social benefits of in situ pavement recycling, Transportation research record, 2084(1) (2008) 100-103.
[3] P. Ayar, Effects of additives on the mechanical performance in recycled mixtures with bitumen emulsion: an overview, Construction and Building Materials, 178 (2018) 551-561.
[4] F. Gu, W. Ma, R.C. West, A.J. Taylor, Y. Zhang, Structural performance and sustainability assessment of cold central-plant and in-place recycled asphalt pavements: A case study, Journal of cleaner production, 208 (2019) 1513-1523.
[5] G. Thenoux, A. Gonzalez, R. Dowling, Energy consumption comparison for different asphalt pavements rehabilitation techniques used in Chile, Resources, Conservation and Recycling, 49(4) (2007) 325-339.
[6] C. Ling, A. Hanz, H. Bahia, Evaluating moisture susceptibility of cold-mix asphalt, Transportation Research Record, 2446(1) (2014) 60-69.
[7] A. Modarres, M. Rahimzadeh, M. Zarrabi, Field investigation of pavement rehabilitation utilizing cold in-place recycling, Resources, Conservation and Recycling, 83 (2014) 112-120.
[8] I. Thanaya, S. Zoorob, J. Forth, A laboratory study on cold-mix, cold-lay emulsion mixtures, in:  Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Transport, Thomas Telford Ltd, 2009, pp. 47-55.
[9] S.A. Cross, Evaluation of Cold In Place Recycled Mixtures on US-283 (1999).
[10] X. Fang, A. Garcia-Hernandez, P. Lura, Overview on cold cement bitumen emulsion asphalt, RILEM Technical Letters, 1 (2016) 116-121.
[11] E.A. Taziani, E. Toraldo, F. Giustozzi, M. Crispino, Investigation on the combined effect of fibers and cement on the mechanical performance of foamed bitumen mixtures containing 100% RAP, Advances in Materials Science and Engineering (2016)
[12] J. Yan, Z. Leng, F. Li, H. Zhu, S. Bao, Early-age strength and long-term performance of asphalt emulsion cold recycled mixes with various cement contents, Construction and Building Materials, 137 (2017) 153-159.
[13] A. Kavussi, A. Modarres, Laboratory fatigue models for recycled mixes with bitumen emulsion and cement, Construction and Building Materials, 24(10) (2010) 1920-1927.
[14] E. Gartner, Industrially interesting approaches to “low-CO2” cements, Cement and Concrete research, 34(9) (2004) 1489-1498.
[15] H.K. Shanbara, F. Ruddock, W. Atherton, A laboratory study of high-performance cold mix asphalt mixtures reinforced with natural and synthetic fibres, Construction and Building Materials, 172 (2018) 166-175.
[16] S.M. Abtahi, M. Sheikhzadeh, S.M. Hejazi, Fiber-reinforced asphalt-concrete–a review, Construction and Building Materials, 24(6) (2010) 871-877.
[17] L.R. Hoyos, A.J. Puppala, C.A. Ordonez, Characterization of cement-fiber-treated reclaimed asphalt pavement aggregates: preliminary investigation, Journal of Materials in Civil Engineering, 23(7) (2011) 977-989.
[18] G. Ferrotti, E. Pasquini, F. Canestrari, Experimental characterization of high-performance fiber-reinforced cold mix asphalt mixtures, Construction and Building Materials, 57 (2014) 117-125.
[19] R.S. McDaniel, Fiber additives in asphalt mixtures, 2015.
[20] C.J. Slebi-Acevedo, P. Lastra-González, P. Pascual-Muñoz, D. Castro-Fresno, Mechanical performance of fibers in hot mix asphalt: a review, Construction and Building Materials, 200 (2019) 756-769.
[21] B. de S. Bueno, W.R. Da Silva, D.C. de Lima, E. Minete, Engineering properties of fiber reinforced cold asphalt mixes, Journal of Environmental Engineering, 129(10) (2003) 952-955.
[22] Y. Kim, T.-S. Park, Reinforcement of recycled foamed asphalt using short polypropylene fibers, Advances in Materials Science and Engineering (2013)
[23] G. Martinez-Arguelles, F. Giustozzi, M. Crispino, G.W. Flintsch, Laboratory investigation on mechanical performance of cold foamed bitumen mixes: bitumen source, foaming additive, fiber-reinforcement and cement effect, Construction and Building Materials, 93 (2015) 241-248.
[24] A.J. Puppala, S. Saride, A. Potturi, L.R. Hoyos, Resilient Behavior of Cement-Fiber Treated Reclaimed Asphalt Pavement Aggregates, in:  Contemporary Topics in Ground Modification, Problem Soils, and Geo-Support, 2009, pp. 433-440.
[25] H. Nikfarjam, "Performance Evaluation of Cold-Recycled Mixtures (In Farsi)," M.Sc. Thesis, Civil Engineering Department, Sharif University of Technology, Iran, Sharif Digital Repository, 53093 (09), 2020. [Online]. Available: http://repository.sharif.edu/resource/479269/ 
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 55، شماره 3
خرداد 1402
صفحه 583-602

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار