تاثیر توفال های آسفالتی بازیافت شده (RAS) بر عملکرد روکش های آسفالت
29,500 تومانشناسه فایل: 8138
چکیده
آژانس های حمل و نقل به طور فزاینده ای علاقه مند به تغییر رویه های مخلوط آسفالتی گرم (HMA) با توفال های آسفالتی بازیافت شده (RAS) شده اند، اما آن ها سوالاتی رایج در مورد تاثیر RAS بر روی عملکرد HMA دارند. در این مطالعه، عملکردهای میدانی و آزمایشگاهی مخلوط های RAS تولید شده از هفت سازمان حمل و نقل متفاوت به عنوان بخشی از صندوق حمل و نقل TPF-5(213) مورد بررسی قرار گرفته است. پروژه های بررسی میدانی نشان داده اند که جنبه های مختلف محاسبه شده RAS که شامل اندازه دانه RAS، درصد RAS، منابع RAS، RAS در ترکیب با تکنولوژی مخلوط آسفالت گرم، RAS به عنوان یک جایگزین الیاف در آسفالت ماتریس سنگ و RAS در ترکیب با لاستیک چرخ در تماس با زمین می شوند. اختلاط های میدانی از هر پروژه نمایشی، به صورت نمونه بوده و برای تغییر شکل‌های دائمی خود، ترک های ناشی از خستگی خود و عملکرد ترک های دمای پایین مورد آزمایش قرار گرفت. چسب آسفالت بهبود یافته از هر ترکیب نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. بررسی های شرایط روکش برای هر پروژه بعد از تکمیل آن انجام شده است.
مقدمه مقاله
توفال های آسفالت بازیافتی (RAS) در طول تاریخ یک زباله جامد در نظر گرفته شده و در محل‌های دفن زباله واقع شده‌اند. در ایالات متحده نه میلیون تن زباله‌های آسفالت بازیافتی در هر سال از نوسازی و ساخت و ساز سقف‌ها و یک تن دیگر از این نوع زباله در طول مراحل ساخت توفال های جدید، تولید می‌شود. در مجموع، زباله‌های تفاله آسفالت بام، تا 3% نخاله‌های ساخت و ساز و تخریب را در ایالات متحده شامل می‌شود.
یک فناوری جدید ساخت و ساز پایدار در حال ظهور در ایالات متحده، بازیافت توفال و زباله های آسفالت بام برای استفاده از روکش آسفالت است. با منحرف کردن توفال های دور ریختنی از محل دفن زباله و ترکیب آن‌ها در رویه آسفالتی، آنچه که قبلا درباره زباله‌های جامد انجام شده بود، اکنون می‌تواند به شبکه حمل و نقل برای ساخت روکش های رانندگی وارد چرخه بازیافت شود. این فناوری‌های نوآورانه اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از راهسازی را توسط کاهش مقدار مواد دست نخورده استفاده شده در مخلوط آسفالتی گرم (HMA)، کاهش می‌دهد. جایگزینی مواد دست نخورده با توفال های آسفالتی بازیافت شده موجب صرفه جویی در منابع، کاهش انرژی سوخته شده از استفاده مواد خام، کاهش فشار دفن زباله، و کاهش تقاضا برای استخراج مواد می‌شود. با استفاده از RAS در رویه‌های آسفالتی می‌تواند همچنین موجب کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای تولیدشده در طول راهسازی تا 9 الی 12 درصد بشود.
نوسانات قیمت نفت خام به طور قابل توجهی باعث افزایش قیمت در چسب (قیر) آسفالت در چند سال گذشته گشته است. این افزایش، همراه با پیشرفت تکنولوژی پردازش تفاله‌ها، شرایط بازار مطلوبی برای RAS مورد استفاده در رویه آسفالتی ایجاد کرده است. از سال 2009 تا سال 2012 مقدار برآورد شده از RAS سالانه استفاده شده در رویه آسفالتی در ایالات متحده بیش از دوبرابر بوده است، از 0.7 تن به 1.9 تن.
اجزای RAS به آن اجازه می‌دهد که کاندید خوبی به عنوان یک مواد ثانویه در مخلوط آسفالت باشد. تفاله‌های آسفالتی بازیافت شده بام حاوی بین 19 تا 31 درصد آسفالت و شامل دانه بندی با زاویه مناسب می‌باشند که می‌تواند موجب بهبود استحکام برای تغییر شکل های دائم شود. توفال ها همچنین حاوی حمایت کننده‌های پشم شیشه یا سلولزی می‌باشند که وقتی در طول فرایند بازیافت خرد می‌شوند، به ذرات الیاف مانندی شکسته می‌شوند که می‌تواند مقاومت ترک خوردگی آسفالت را بهبود بخشد. اصلاح کننده‌های الیافی مانند سلولز، پلی استر و الیاف‌های معدنی به طور گسترده‌ای در مخلوط آسفالت مورد استفاده قرار گرفته‌اند. پاتمن و امیرخانیان نشان دادند که الیاف بازیافتی بدست آمده از جریان ضایعات می‌تواند مقاومت کششی مخلوط آسفالت را افزایش دهد.
با این مزایا در ذهن، سازمان‌های بزرگراه دولتی بیشتری شروع به مشاهده تاثیرات بالقوه‌ای که RAS می‌تواند در کاهش هزینه‌های روکش داشته باشد، کردند. با این حال، اطلاعات اندکی درباره عملکرد طولانی مدت رویه با RAS وجود دارد به دلیل این که این یک ماده جدیدی است که سازمان‌ها شروع به استفاده از آن کرده‌اند. چالشی که سازمان‌ها در جایگزینی استفاده از مواد RAS دارند، بهبود مشخصات سازه‌ای برای مخلوط RAS می‌باشد که یک محصول با کیفیت و عملکرد مشابه نسبت به مخلوط‌های غیر RAS را تضمین کند. جنبه‌های مختلف درباره منابع و مراحل RAS، آن را برای سازمان‌ها مهم می‌سازد که بتوانند درک کنند که کدام عوامل در رابطه با RAS، بر روی خواص مواد ضروری برای عملکرد عالی رویه تاثیر گذار است. این امر منجر به ایجاد صندوق مشترک حمل و نقل TPF-5(213) گشته است، یک مشارکت از چند سازمان دولتی در ایالات متحده با هدف تحقیق اثرات RAS در عملکرد برنامه‌های کاربردی آسفالت‌های مختلف. به عنوان بخشی از برنامه‌های تحقیقاتی صندوق مشارکت، پروژه‌های ظاهری (نمایشی) دولتی متعدد برای ارائه نتایج آزمایشگاهی و میدانی کافی به منظور پاسخ دهی جامع به سوالات زیست محیطی، عملکردی و طراحی در رابطه با آسفالت‌های رویه حاوی RAS، انجام شده است.
پروژه‌های عملیاتی بر روی فاکتورهای مختلف RAS برای محاسبه چگونگی تاثیر آن‌ها بر عملکرد رویه، تمرکز می‌کند. فاکتورهای RAS مخاطب در پروژه‌های عملیاتی مختلف شامل محاسبات سایز دانه بندی RAS، درصد RAS در مخلوط آسفالت گرم (HMA)، منابع RAS (پیش- مصرف کننده در مقابل پیش-تولیدکننده)، RAS در ترکیب با تکنولوژی مخلوط آسفالت گرم، RAS به عنوان جایگزین الیاف برای رویه آسفالت ماتریس سنگ (SMA)، و RAS در ترکیب با لاستیک چرخ در تماس با زمین (GTR) است. پروژه‌های عملیاتی متعددی نیز شامل بخش‌های کنترلی برای مقایسه با طرح‌های اختلاط سنتی حاوی روکش آسفالت بازیافت شده (RAP) تنها و یا محصولات غیر بازیافتی برای طرح‌های اختلاط حاوی RAS می‌باشند.
ABSTRACT Performance testing of asphalt pavements with recycled asphalt shingles from multiple field trials
Transportation agencies have become increasingly interested in modifying hot mix asphalt (HMA) pavements with recycled asphalt shingles (RAS), yet they share common questions about the effect of RAS on the performance of HMA. In this study, the field and laboratory performance of RAS mixes produced from seven different transportation agencies are investigated as part of Transportation Pooled Fund TPF-5(213). Field demonstration projects were conducted that evaluated multiple aspects of RAS that include RAS grind size, RAS percentage, RAS source, RAS in combination with warm mix asphalt technology, RAS as a fiber replacement for stone matrix asphalt, and RAS in combination with ground tire rubber. Field mixes from each demonstration project were sampled and tested for their permanent deformation, fatigue cracking, and low temperature cracking performance. Recovered asphalt binder from each mix was also evaluated. Pavement condition surveys were conducted for each project after completion.
Introduction
Waste asphalt shingles have historically been considered a solid waste and placed in landfills. In the United States (US), nine million metric tons (Mt) of asphalt shingle waste are generated each year from the renovation and construction of roofs, and another 1 Mt of waste are produced during the manufacturing process of new shingles [1]. In total, asphalt roofing shingle waste represents up to 3% of all construction and demolition debris in the US [2].
A new sustainable construction technology emerging in the US is the recycling of asphalt roofing shingles for use in asphalt pavements. By diverting waste shingles from landfills and incorporating them into asphalt pavements, what was previously considered a solid waste can now be upcycled into the transportation network for constructing driving surfaces. This innovative technology reduces the environmental impacts resulting from road construction by reducing the amount of virgin materials used in hot mix asphalt (HMA) [3]. Replacing virgin materials with recycled asphalt shingles (RAS) saves resources, reduces the energy burned from using raw materials, eases landfill pressures, and reduces the demand of extraction [4,5]. Using RAS in asphalt pavements can also reduce greenhouse gas emissions produced during road construction by 9–12% [6].
Fluctuations in crude petroleum prices have considerably raised the cost of asphalt binder in the past several years. This increase, coupled with the advancement of shingle processing technology, has created favorable market conditions for RAS to be used in asphalt pavements [7,8]. From 2009 to 2012, the estimated amount of RAS annually used in asphalt pavements in the United States more than doubled, from 0.7 million tons to 1.9 tons [9].
The components of RAS allow it to be a good candidate as a secondary (recycled) material in asphalt mixtures. Recycled roofing shingles contain between 19% and 31% asphalt and include fine angular granules which can improve the resistance to permanent deformation. Shingles also contain fiberglass or cellulose backing, that when crushed during the recycling process, break down into fiber-like particles that may improve the cracking resistance of asphalt [10]. Various fiber modifiers, such as cellulose, polyester, and mineral fibers, have been widely used in asphalt mixtures [11]. Putman and Amirkhanian [12] demonstrated that recycled fibers obtained from waste streams can increase the tensile strength of asphalt mixtures.
With these benefits in mind, more state highway agencies are beginning to see the potential impact RAS could have in lowering the costs of pavements. However, little information about the long-term performance of pavements with RAS is known because it is a new material that agencies are beginning to use. The challenge agencies have when implanting the use of RAS materials, is developing a construction specification for RAS mixtures that ensures a product with similar qualities and performance to nonRAS mixtures. Several aspects about the sourcing and processing of RAS make it important for agencies to understand which factors about RAS affect the material properties essential for good pavement performance. This led to the creation of Transportation Pooled Fund TPF-5(213), a partnership of several state agencies in the United States with the goal of researching the effects of RAS on the performance of varied asphalt applications. As part of the pooled fund research program, multiple state demonstration projects were conducted to provide adequate laboratory and field test results to comprehensively answer design, performance, and environmental questions about asphalt pavements containing RAS.
The demonstration projects focused on evaluating different factors of RAS to determine how they influence the performance of pavements. RAS factors addressed in the different demonstration projects included the evaluation of RAS grind size, percentage of RAS in hot mix asphalt (HMA), RAS source (post-consumer versus post-manufacturer), RAS in combination with warm mix asphalt technology, RAS as a fiber replacement for stone matrix asphalt (SMA) pavements, and RAS in combination with ground tire rubber (GTR). Several of the demonstration projects also included control sections to compare traditional mix designs containing either recycled asphalt pavement (RAP) only or no recycled product to mix designs containing RAS.
- مقاله درمورد تاثیر توفال های آسفالتی بازیافت شده (RAS) بر عملکرد روکش های آسفالت
- تاثیرات RAS بر روی عملکرد HMA
- تست عملکرد پیاده روهای آسفالت با تکه های آسفالت بازیافت شده از آزمایشات متعدد میدان
- پروژه دانشجویی تاثیر توفال های آسفالتی بازیافت شده (RAS) بر عملکرد روکش های آسفالت
- آزمایش کارایی روکش آسفالتی با تفاله های آسفالت بازیافت شده
- پایان نامه در مورد تاثیر توفال های آسفالتی بازیافت شده (RAS) بر عملکرد روکش های آسفالت
- تحقیق درباره تاثیر توفال های آسفالتی بازیافت شده (RAS) بر عملکرد روکش های آسفالت
- مقاله دانشجویی تاثیر توفال های آسفالتی بازیافت شده (RAS) بر عملکرد روکش های آسفالت
- تاثیر توفال های آسفالتی بازیافت شده (RAS) بر عملکرد روکش های آسفالت در قالب پايان‌نامه
- پروپوزال در مورد تاثیر توفال های آسفالتی بازیافت شده (RAS) بر عملکرد روکش های آسفالت
- گزارش سمینار در مورد تاثیر توفال های آسفالتی بازیافت شده (RAS) بر عملکرد روکش های آسفالت
- گزارش کارورزی درباره تاثیر توفال های آسفالتی بازیافت شده (RAS) بر عملکرد روکش های آسفالت