文摘

使用咖啡壳灰(CHA)作为矿物填料在热拌沥青在本研究调查。碎石灰尘(CSD)作为矿物填料在四个不同的系列沥青混凝土样本(5.5%,6.5%,7.5%,8%)。样品的理想沥青含量和马歇尔稳定(MS)值计算。6.5%的沥青填料系列,提供最稳定,选择,和茶代替它的利率为25%,50%,75%,100%。生产样品女士接受了一个测试,结果是评估。的影响敏感性矿物填料的沥青混凝土的水分也检查了本研究与马歇尔稳定混合物的制备和评价各种茶和沥青的水平。维护稳定测试还评估沥青混合的能力被剥夺。稳定性研究结果表明,流、含气率,浓度,体积密度,分别最佳沥青含量(5.57%)和填充率为75%替代碎石灰尘与咖啡壳灰值16.820 kN, 4.983毫米,4.435%,73.717%。茶可以使用,只要75%的CSD填充材料符合规定的最低标准埃塞俄比亚公路管理局和全球标准热拌沥青混凝土的生产。保持稳定(RS)测试结果表明,保留稳定值增加,沥青含量的增加,表明水分损失的影响随沥青含量的增加,因为沥青含量高将会有一个更厚的内容,这样可以减少水的趋势渗透到沥青混合和导致moisture-related问题。

1。介绍

废物可以用作填充剂、外加剂或生产新产品。近年来,垃圾生产等行业的商业、农业和其他领域增加了为了进一步文明。废料的产生,也会产生大量的变形量,主要是环境污染的原因。为了解决这个问题,回收使用在许多行业,如建筑和运输。填料是环境友好型粒子添加到材料如塑料、复合材料、混凝土改善混合材料的特定属性或取代需要昂贵的粘结剂的化学物质。最常用的填充剂在沥青混合石灰、石屑和水泥。混凝土砖灰、石粉、灰尘、石灰石粉尘、粉煤灰或池塘灰,大理石尘埃,稻壳灰,鸡蛋壳,和短纤石棉是额外的填充元素,可以用于沥青混合。这些物质需要比0.075 mm筛更精致。人口持续快速增长,以及增加对交通的需求,意味着路上汽车的数量越来越多,每天都是可以进行轴负载的数量。因此,需要更好的公路铺路材料。 A highway pavement’s principal purpose is to provide a safe surface for highway cars to travel on. Soil subgrade, subbase course, base course, and surface course are the components of a flexible pavement. One or more layers of the same or slightly different materials and specifications may make up the subbase course, base course, or surface course. Asphalt ingredients are used to coat the surface course. They are common on rural roadways as well as city streets with heavy traffic and poor service. Asphalt concrete is a well-graded mixture of coarse aggregate (50–65%), fine aggregate and filler (35–50%), and asphalt (5–8%) of total aggregate mass [1]。沥青混凝土的一个最重要的组件是填料。它会影响沥青混凝土的特点(2- - - - - -4]。表面一般类型的正确设计和建造可以容纳几乎无限数量的乘客,混合,或卡车流量,提供支持的合适的基础结构。这些表面的大部分预计经济生活20年或更长时间。

热拌沥青(协会)人行道建设需要大量的原始骨料和沥青粘结剂。热拌沥青混凝土(协会)是由骨料和沥青水泥。总作为路面结构的骨架,和沥青水泥作为混合物的胶水。大约90%的矿物骨料的体积协会,其中包括粗和细粒子在沥青铺路混合物。总质量影响沥青路面性能的直接和重要的方式(5]。由于其出色的服务性能提供驾驶舒适性、稳定性、耐久性、耐水,沥青混凝土路面中最广泛使用的材料(6,7]。高速公路是非常昂贵的建筑,所以在建设过程中使用的材料必须是精心设计的。柔性路面是建立持续20年。因此,发生在这些结构的载荷分布应该估计和考虑到设计过程中。目前的研究主题包括调查旨在改善道路的性能和寿命。使用各种添加剂材料,希望改善道路的性能和寿命8]。

本地可用资源包括稻壳灰,看到尘灰,甘蔗看到灰,甘蔗蔗渣灰、咖啡壳灰。这些材料是废物大米加工厂,糖厂,分别和咖啡烘焙工厂。他们将成为主要的土地和空气污染物如果不充分的控制。因此,更大的努力投入废物处理或回收利用。在乌干达,咖啡壳被提议作为能量的来源在水泥生产行业,在巴西,它是世界上最大的咖啡生产国,使用咖啡壳作为一个未经处理的吸附剂去除的亚甲蓝(BM)水的解决方案。

埃塞俄比亚每年生产400万袋咖啡,使其成为主要的非洲咖啡出口国和世界上十大出口国,咖啡是消费市场上的主要产品之一。咖啡生产会产生大量的废物,如外壳。因此,重用为其处理这个渣是一个可行的选择。

咖啡壳一直被用作肥料、动物饲料和咖啡干燥过程中热源(9]。水稻在埃塞俄比亚咖啡生产增加了在过去十年里。单位面积上的种植和产量增加导致更快的生产。

咖啡是第二个最大宗商品交易后石油和世界上使用最广泛的饮料之一。因为对该产品的需求高,咖啡行业产生大量的有害残留,导致严重的环境问题。最常见的咖啡工业副产品是白银的皮肤和浪费咖啡渣,期间得到的烤豆子和制备分别为“速溶咖啡”。这些残留物最近尝试采用生产砖,陶瓷,和迫击炮,以及增值化合物,为了减少毒性,为其增值(10]。咖啡,仅次于石油在全球货币贸易方面,其主要的经济是至关重要的生产者,包括巴西、越南、哥伦比亚、埃塞俄比亚、印度、印度尼西亚和墨西哥(11]。咖啡皮通常被视为农业垃圾;然而,随着它的体积增加,咖啡皮管理将成为一个环境问题12]。

根据文献[13),他们评价沥青混合料的性能包含稻壳灰(RHA)和木看见灰(SA)作为生物填料。为此,马歇尔稳定度、间接抗拉强度、水分的敏感性,和弹性模量进行了测试。生物填料拍摄的x射线衍射以了解更多关于生物质颗粒和有一个更好的分析测试结果。测试结果显示,25%的混合火山灰和75%石灰展现最佳的抗拉性能,而25%稻壳灰和75%石灰会导致更大的马歇尔稳定和减少水分的敏感性。

研究人员已经开始将农业废弃物纳入沥青路面,以减轻处理问题,节约自然资源,促进循环,提高路面性能。大量农业废弃物的花生壳通常是燃烧提供电力或处理方法。文献[14)检查的效果使用花生壳灰(GSA)作为沥青粘结剂改性剂在热拌沥青的性质(协会)。

的沥青粘结剂的总重量,GSA添加粘结剂在不同浓度的5、10、15种,占20%。改性沥青结合料的性质评估使用各种测试,如传统的沥青路面测试,高温贮存稳定性、旋转粘度(RV)、动态剪切流变仪(域)和弯曲梁流变仪(BBR)测试14]。

根据文献[15的影响),用废料粉煤灰和稻壳灰熟石灰,通常用作填料的热拌沥青(协会),首先,密实级配沥青碎石(DBM)混合标本中创建实验室使用不同数量的霍奇金淋巴瘤,RHA,足总,从2%到8%不等,依照设计混合使用马歇尔方法,创建和结果比较的控制混合使用2%创建霍奇金淋巴瘤。通过马歇尔商、间接抗拉强度和抗拉强度比,研究了上述混合的表演。协会的调查结果指出改进性能的RHA FA,以及其经济可行性的证据,因为最佳沥青含量下降了7.5%的控制混合添加时填充率为4%。此外,RHA沥青表现出更强的亲和力,导致沥青砂胶滴的最强的加强效果相比其他填料使用,和优越的兼容性在微观层面通过满足必要的标准。虽然很多作品进行使用RHA在许多地区工作,没有工作在文献中提到的关于RHA在沥青混凝土的使用。

这项研究在文献[16)评估使用粉煤灰作为热拌沥青混凝土混凝土细骨料替代混合物,并获得的Soma热电厂。粉煤灰是添加到沥青混凝土混合物的5%,6%,7%,和8%的总总。样品受到马歇尔测试稳定,大部分比重,空洞、流和空洞的矿物骨料最佳。研究结果表明,用粉煤灰混合稳定性评级比用填料组合。混合物含有5%粉煤灰稳定值,最高16.30 kN理想条件下。根据文献[17),实验结果表明,该标本采用非传统的马歇尔属性填充物(如矿渣和稻壳灰)几乎相同的常规填料(如石粉)。渣和石屑都有相同的最佳沥青含量(5.5%),但稻壳灰(5.83%)有更高的价值。根据文献[18),7个工业废料的影响作为矿物填料在沥青混合物中。稻壳灰(RHA)、粉煤灰(FA)、砖粉(BD),大理石灰尘(BD),石灰石粉尘(LSD)和硅灰(SF)是用于创建沥青混合物(MD)。实验结果对比与普通硅酸盐水泥(OPC),一个典型的矿物填料。填料是评估物理、化学和形态工业废料是否可以代替OPC。密度、强度和耐久性的改变沥青混合物被检查,以评估他们的表现。的影响敏感性矿物填料的沥青混凝土的水分也检查了本研究与马歇尔稳定混合物的制备和评价各种茶和沥青的水平。咖啡的有效性壳灰浪费矿物填料对沥青混凝土的性能检查使用一个集成的实验技术。四种填充率的物质特性做了实验研究的一部分。沥青混合料的力学性能与各种填充内容比例已被评估。这个研究的三个主要部分阐述如下。 In Section2的表征沥青、骨料和工业废料矿物填料以及具体的实验策略。实验研究的综合研究和分析报告部分3在细节。节4,以及未来研究的重点信息,结果得出的结论和讨论详细提到。

2。材料和方法

2.1。材料

在本节中,在当前使用的各种材料的特性研究提供。理解沥青混凝土的成分如何行为,沥青、骨料,矿物填料都彻底定义的物理和化学。在这项研究中,使用废料作为填料的可行性在沥青混合物是检查。废料作为矿物填料的影响重负荷需求已经在埃塞俄比亚建立评估,考虑到人行道上。

2.1.1。聚合

组件材料在热拌沥青的质量必须满足最小规格为了物质满意地工作。总协会是最重要的组成部分,其质量和身体素质对混合性能产生重大影响。骨料的质量对公路路面结构的性能产生重大影响和长期的经济。总量还承担大部分道路的负荷和承受表面磨损。合并后的总毕业选择近似的工作组合限制提供的毕业AASHTO T27和T3719]密度分级为混合物的表面粗糙。在这项研究中,天然骨料从石头破碎机在艾迪斯Zemen采石场遗址,获得独特的南贡德尔。不同大小的总量,即20毫米,10毫米,6毫米和碎石灰尘的替代咖啡壳灰(填充材料)被用于沥青混合料的制备。混合成分和骨料筛分析报告在表1根据时代- 2013 (20.]。骨料的物理要求应该满足所需的规范所指定的美国和英国标准(21- - - - - -27),表中给出2。

2.1.2。碎石灰尘(CSD)和咖啡壳灰(CHA)

沥青路面工程性质的混合物由填料影响很大。8号筛使用沥青研究所(TAI)来区分好材料的填料。矿物材料,通过200号筛称为填料。本研究使用的填料是咖啡壳灰来自埃塞俄比亚的Sidama区,这是暴露在太阳表面去除水分,然后在一个封闭的空间来减少焚烧灰吹在各种温度和时间。埃塞俄比亚咖啡加工企业创造大量的咖啡每年皮和果肉。尽管如此,这些材料被使用和保存不当或被丢弃在环境中,包括水体,或任其腐烂或燃烧在开放区域。无论如何,这些活动导致,增加空气,环境和水污染。在这个实验中,在CH被烧死在550摄氏度碳酸盐炉三个小时,比重2.720。咖啡壳灰燃烧后产生咖啡皮认为高反应活性和火山灰性质。使用填充材料的化学和物理性质(28- - - - - -30.)如表所示3和4。

2.1.3。沥青

本研究中使用的沥青是获得的85/100级沥青公路工程实验室,德勃雷他泊大学。获得的值进行比较与标准规范按时代。沥青的物理性质描述按美国标准(31日- - - - - -34]给出了表5表和组合应满足要求6按照规范中给出的时代。

2.2。混合料配合比设计

马歇尔设计技术是由布鲁斯·马歇尔前密西西比公路部门工程师,提高了美国陆军工程兵团。ASTM标准马歇尔测试协议和发行ASTM D1559 [35]。为每种类型的填料,沥青混凝土混合物样品是根据ASTM D1559在不同沥青含量。合适的毕业骨料完全干燥,加热的初始步骤方法。准备好足够的混合物在每个沥青水平。

总共需要1200通用的混合物为每个标本。然后加热沥青和骨料的分开之前的总和。然后注入模具,泥浆用抹子人工搅拌,然后压实。共有32个样本准备不同沥青含量为4%,5%,5.25%,5.5%,5.75%,6%,7%,8%为不同填充率(5.5%,6.5%,7.5%,8.0%)。样品被检测按ASTM稳定使用马歇尔稳定的机器D6926 - 10 (36)和体积属性如散比重(通用),理论最大比重(Gt)、孔隙百分比(Vv),沥青体积百分比(Vb),矿物骨料孔隙百分比(VMA),孔隙百分比满沥青(VFB),马歇尔稳定kN,流在毫米。准备马歇尔样品如图1。

2.3。实验方法

本研究的目的是调查使用的咖啡壳灰热拌沥青作为填充材料。替代热拌沥青CSD的百分比是0%,25%,50%,75%,和100%的各种沥青含量水平的4%,5%,5.25%,5.5%,5.75%,6%,7%,8%。这些实验是进行沥青混凝土(BC)与填料混合率为5.5%,6.5%,7.5%,8%,曾经被认为是。最佳沥青含量是决定使用“马歇尔稳定”的方法对不同填充率,然后根据最大估计马歇尔稳定。图2显示了实验工作过程的步骤。混合的体积性质确定,随后计算不同粘结剂含量。这些测试是在公路工程中执行德勃雷他泊大学的测试实验室。为了执行实验室工作,马歇尔标本准备依照ASTM和测试D6926 - 10 (36]。

2.3.1。骨料的级配

骨料级配的混合料配合比设计的主要性能参数工作。基于层次,只有空洞得到粗骨料是由细骨料。

2.3.2。马歇尔稳定度试验(MST)

根据ASTM D1559,马歇尔混合方法用来确定最佳粘结剂混合内容(OBC)控制(CM)和咖啡壳灰沥青混合物。马歇尔样本在所有组合使用不同的绑定创建内容。OBC沥青的粘结剂含量计算内容日中值对应的孔隙,相对应的沥青含量最高的体积密度,和沥青内容对应的最大稳定。马歇尔OBC,额外的参数,包括稳定性、流、空洞填充粘合剂(VFB),空洞在矿物骨料(VMA)和单位重量(UW),与时代的标准评估和对比标准。

2.3.3。保留稳定性试验(RST)

保持稳定(RS)是一种方法确定moisture-sensitive沥青混合料。对于每个混合场景,八马歇尔样本。一组条件和无条件的这些样品是分开的。在测试之前,在60°C条件样品治愈24小时。马歇尔标本的空气空间(OBC)生产时保存样品保留创建稳定性试验。所有样品测试使用马歇尔仪的加载速率505毫米。实验研究的流程图总结如图2。

3所示。结果与讨论

3.1。聚合

骨料的物理性能进行测试之前,将它们投入使用,结果表明,骨料BC - 2013规范符合时代要求。发现本研究使用的骨料在容许范围内所有符合时代路面设计手册中指定的规格。获得的结果在表7。

3.2。级配的沥青混合

本研究中使用的分级为沥青混凝土混合(BC)根据时代规范被发现之间的上下等级限制,如图3。

3.3。沥青

在埃塞俄比亚,85/100 PG沥青被广泛使用,适合温度和天气条件。渗透试验中获取的值,软化试验、和延性试验比较与特定的值按时代和被发现来满足指定的要求。在下面的表中给出了结果8。

3.4。马歇尔稳定度试验(MST)

马歇尔混合方法用于确定沥青混合料的最佳粘结剂含量(OBC)。马歇尔通过表中列出的参数9- - - - - -12对各种混合物。马歇尔填充内容和属性之间的关系有混合的女士改变碎石灰尘的比例为25%,50%,75%,和100%,研究结果进行评估。CSD的最佳沥青含量填充率为5.5%,6.5%,7.5%,和8.0%确定为5.08%,5.57%,5.55%,和5.35%,分别。这个实验的结果,马歇尔样品含有6.5%碎石灰尘沥青混凝土混合物的稳定性较高,流动,和其他体积属性在一个时代规范限制。用咖啡壳灰的影响(CHA)不同比例的填充率的马歇尔稳定度、流和课程标准的粘结剂沥青混凝土的体积特性研究。碎石灰尘填料代替了CHA填料在四个增量的25%,50%,75%,和100%的重量,所表13基于建立最佳沥青含量的5.57%的数量和最佳填充率的6.5%。

图4说明随着沥青量提高,马歇尔稳定混合值爬,直到达到最大24.20 kN咖啡皮灰分含量的75%。它开始恶化超出这一点。对于高流量,流量值限制必须至少2毫米,最多4毫米时代- 2013 (20.]。75%的流动CHA CHA CSD(1.625%和4.875%)填充率值是4.983毫米。这意味着替代率,时代的值范围内的路面设计手册标准。

图4描绘了咖啡壳灰浓度之间的关系和洞矿物骨料。矿物总量减少的差距增加咖啡壳灰分,直到他们达到一个最小值,之后他们提高。在沥青样品准备使用CHA CSD的1.625%和4.875%,最小VMA值是16.263%。空洞的价值矿物骨料完全是时代路面设计手册规范允许的范围内。根据埃塞俄比亚公路管理局(时代)19),马歇尔的结果参数值2.309通用/ cc, 73.72%, 4.98毫米,4.435%,16.82 kN, 16.87%是单位重量,VFB,流值,含气率,稳定,和空洞矿物骨料,分别如图4。他们符合标准规范的限制。马歇尔稳定度、流值和体积性能的沥青混凝土混合填充率为5.5%,6.5%,7.5%,8.0%,沥青含量如表所示9- - - - - -12,分别。

3.5。最佳沥青含量(OBC)

全国沥青路面协会(NAPA)用于本研究计算最佳沥青含量(OAC)。因为这种方法需要绘制曲线的准备,情节都是在此基础上,如图4。最佳沥青含量是决定从以下图绘制在图4:(我)沥青内容对应于最大的稳定性(2)沥青内容对应于最大容积密度(3)设计沥青内容对应的均值极限孔隙百分比(Vv)总混合

从图4,相对应的沥青含量最大稳定、沥青含量对应最大容积密度,和沥青内容对应于日中值的含气率和5.75%,5.50%,和5.46%,分别。因此,最佳沥青含量(OBC)的平均值(即三个沥青内容。(5.75 + 5.50 + 5.46)/ 3 = 5.57%))。马歇尔稳定度、流值、体积性质的协会OBC和最佳流量是总结表14和图所示4。

3.6。水分敏感性测试

保持稳定(RS)测试是用于本研究评估水分敏感性。确定沥青混合料的水分敏感属性,埃塞俄比亚需求(时代- 2013)呼吁保持稳定性试验。

3.6.1。保留稳定性试验

沥青混合的能力被剥夺是由聘请的稳定性试验。这个测试进行符合时代- 2013规范和标准测试程序手册。保留不同沥青含量的稳定值列在下表中15,保留的湿度敏感性价值稳定值如图5。

图5显示的维护稳定几个混合物为沥青含量为4%,5%,5.25%,5.5%,5.75%,6%,7%,8%,检测马歇尔稳定无条件和制约条件。保持稳定(RS)测试结果表明,保留稳定值增加,沥青含量的增加。这意味着水分损失的影响随沥青含量的增加,因为沥青含量高将会有一个更厚的内容,这样可以减少水的趋势渗透到沥青混合,从而导致moisture-related问题。

4所示。结论

从研究中可以得出以下结论:(1)最佳沥青含量5.57% (OBC)被发现,它可以产生一个持久的沥青混凝土混合物。流值是4.983毫米,OBC的VFB为73.717% 5.57%。沥青混凝土(BC)混合,所有这些品质满足时代的标准。(2)根据测试结果,混合,CHA含有75%和25%的CSD FR CSD (CHA对应FR 4.875%和1.625%)有最好的女士当测量的MS.The女士女士表明显,爬到一定值点然后后点在图4。(3)混合显示最大稳定、最大容积密度,弗吉尼亚州在允许范围内的标准规范与咖啡壳灰碎石灰尘替换后为75%。因此,对于交通拥挤的地区,咖啡壳的百分比含量为75%的体重碎石灰尘(CSD)填料或含有4.875%的体重总可以最有效的。(4)保留稳定性测试(RST)显示,保留稳定值增加沥青含量的增加,表明水分损失的影响随沥青含量的增加,因为沥青含量高将会有一个更厚的内容,这样可以减少水的趋势渗透到沥青混合并有可能引起moisture-related问题。

本研究需要扩大通过执行发情和疲劳分析为了雇佣这些填料在未来的研究领域。间接抗拉强度试验和抗拉强度比试验(TSR)可以执行和建议为了理解该领域行为,因为所有的研究一直在进行实验室的大小。

数据可用性

的数据支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢单位的公路工程实验室助理德勃雷他泊大学CHA Sidama咖啡生产行业的合作与支持材料成功地完成这项研究。