文摘

矿物填料和不同聚合层次有很大影响沥青混凝土路面的力学性能。在这个研究中,非常规材料的影响所谓Belessa高岭土和元帅Superpave分级属性,水分脆弱的感情,在沥青混合料永久变形调查。Belessa高岭土的化学成分表明,二氧化硅(SiO的总含量2),铁氧化物(铁2O3)和氧化铝(2O3)为63%,24.1%,和2.84%,分别。Belessa高岭土的物理性质进行比重、和塑性指数分别为2.62和3.24,。基于研究区特点和温度、沥青等级60/70渗透被选中。热拌沥青(协会)标本准备从三个不同的Superpave层次与传统填充碎石灰尘(CSD)的不同比例(5.0,6.0,7.0%)和五个不同沥青含量(4.5 4,5 6%和5.5)。5.0%的热拌沥青CSD被选为混合控制基于埃塞俄比亚公路管理局(时代)标准规范。传统填料取代Belessa高岭土在不同置换率(0,10年,20年,30、40和50%)的基础上控制混合5%的CSD和5.1%的最佳沥青含量(OBC)。的替换率30%的Belessa高岭土提供了更好的元帅属性和抵抗水分敏感性。实验的结果表明,使用Belessa高岭土在协会完成了指定的标准规范与Superpave填充骨料级配30%替代传统的热拌沥青混凝土。填料

1。介绍

现在,自然资源已经令人印象深刻的是减少由于矿业产业的发展和增加在挖掘材料的利用率(1]。为了备用投机成本和增强沥青路面的使用寿命,利用改性沥青混合可以满足用户的需求。为了保护自然资源,大量的研究已经进行演示不同的常见和选择性的易用性等混凝土和沥青路面材料石灰、水泥、钢铁渣、废橡胶、废聚乙烯、再生混凝土,沥青和骨料以及建设和拆迁废料(2- - - - - -5]。路面表面的质量影响的内容和类型的组件材料准备的沥青混合6- - - - - -9]。热拌沥青的性能基本上是一个函数的特点它的组件:沥青、填料和聚合。填料的材料不同,其中大部分是通过0.075 mm筛,及其掺入沥青和nonbituminous绑定在聚合混合物中赋予特色,这些混合物10]。填料制备的沥青,扮演着主要角色的混合物的组成及其物理和机械性能11]。更高比例的非常好的填料可能过度强化混合,使其棘手的工作,导致crack-susceptible混合物(12]。填料影响和易性,水分敏感性,刚度,热拌沥青的老化特征。为了提高路面性能和耐用性,这是至关重要的生产很好的混合(13]。因此,了解沥青混凝土混合填料的影响是根本性的。使用本地可用的材料在道路建设是公路建设的一个关键部分14]。的一个最有前途的热拌沥青混凝土的填充材料可用的本地的观点,介绍了非传统型填料高岭土。高岭土可能是子群的粘土矿物有多种类型的特定于高岭石、地开石,珍珠陶土和变形称为埃洛石(15]。一般著名的白色和微妙的粘土,显示了多功能性与细粒度的弹性板的组成粒子。铝酸产生变化的无水硅酸盐在长石富裕岩石像一个岩石经过风化或水形式(16]。这样描述推断,高岭土是适合被用作天然火山灰火山灰材料、自然或人工的起源,含有高百分比的无定形氧化硅和高的比表面,以生成一个火山灰反应(17]。高岭土事件大部分常见的和详细的在世界上所有的陆地除了南极洲(18]。美利坚合众国是最排名的国家的高岭土矿床。日本、德国、Belgium-Luxembourg、芬兰、中国和意大利分别高岭土的最大生产商。最大的生产商在世界的其他地区是加拿大北美,埃及对非洲、南美洲阿根廷,澳大利亚,大洋洲(19]。有很多存款和出现的高岭土在不同的非洲国家。高岭土存款和出现大多数是位于非洲南部和西部,和北非的最少。在东非、厄立特里亚、埃塞俄比亚、肯尼亚和乌干达,都有至少8家店铺和高岭土的事件18]。地形工作从过去了高岭土的存在在许多地区在埃塞俄比亚。其中一些即Kombolcha、哈拉附近德勃雷他泊,Kerker, Belesa,许多发生在提格雷是值得一提的20.]。

在协会混合物,分级是聚合的基础属性需要关注由于其影响混合属性和协会混合物的性能,包括孔隙率、稳定性、刚度、耐久性、透气性,和易性,抗疲劳强度、摩擦阻力和抗水损害(21]。不同的沥青路面设计方法被引入来提高性能的道路(22]。从马歇尔Superpave混合了不同的分级系统混合设计。Superpave骨料级配的特点是引入聚合等级的限制区域。为研究进行评估的影响Superpave骨料分级面层马歇尔方法设计参数,指定的Superpave分级可以作为指南选择聚合级配马歇尔的面层混合设计没有显著的影响(23]。之一前沥青路面使用寿命的失败是由于建筑材料的质量和缺陷的组合设计。其中,填充材料的质量对人行道的失败有很大的影响。这个问题背后的原因之一是可怜的填充材料的类型和内容选择热拌沥青混凝土混合物。矿物填料的主要原因是一个增量刚度的热拌沥青砂浆混合和改善沥青路面车辙的阻力。填料类型和内容有相当影响沥青混合物使它充当更硬,从而影响协会路面性能包括其断裂行为(24]。随后,新填充材料的应用应该减少检查存在沥青混凝土马歇尔属性和表现不佳的混合。强,耐用,电阻疲劳和永久变形、环保、经济的路面施工可通过新填充材料在聚合的应用层次。因此,一个好的设计沥青混合料的研究实验室提供一个强大的路面结构,满足人民的争议的交通需求。这可以通过使用自然材料如高岭土填充材料在热拌沥青骨料混合层次。粒度分布、骨料的级配,是最关键的人物,影响沥青路面材料的充分表现。分级是一种最影响马歇尔组件热拌沥青的性质,所以它需要选择最佳的聚合等级。的最佳级配特征是适当的包装微粒之间的粗颗粒,这减少了颗粒之间的孔隙空间(25]。目前,实际使用的Belessa高岭土是非常有限的,没有被认为是一种填料在当地路面施工。同时,使用Belessa高岭土尘埃协会混合填料,尤其是不同骨料分级和百分比,不是检查。差距,因此,基于上述研究调查是由准备实验室样品用不同比例的传统填料,将取代Belessa高岭土和马歇尔稳定度、流、体积属性,和性能参数,如水分敏感性,发情的马歇尔方法评估的混合设计与传统的工程性质。因此,本研究通过实验室进行测试来评价沥青混合料的性质使用Belessa高岭土填料结合Superpave聚合层次。

2。材料和方法

2.1。所需的材料

Nonprobable立意抽样技术采用收集材料进行研究的方法。(我)碎石骨料(粗、细)(2)沥青(60/70渗透级)(3)矿物填料(碎石灰尘和Belessa高岭土尘埃)

2.2。研究设计

马歇尔混合设计和Superpave骨料分级方法被用来准备标本。马歇尔设计方法被用来研究混合物的稳定性和流值以及确定体积元帅的属性组合设计。执行的性能参数是基于英国标准(BS)。标准马歇尔标本准备通过应用75每个脸上吹根据美国检测与材料协会(6926年ASTMD)与五种不同沥青含量(4.0% - -6.0%)增加0.5%按重量总混合的和不同的传统填充内容(5.0,6.0,7.0%)。马歇尔标本,在每一个填充的内容准备15个样品,和每个人都重1200克的重量。准备的混合包含5.0,6.0,7.0%碎石灰尘填料用于确定OBC和最佳填充内容。Belessa高岭土是用来取代传统使用碎石灰尘(0)10、20、30、40岁和50%按重量的最佳填充碎石灰尘。详细的研究设计过程见图1。


图1
研究设计的流程图。

3所示。结果和讨论

3.1。矿物填料

填料的影响在热拌沥青混合料的力学性能是例外,因为它是一个协会的关键成分混合物。填料、组件在一个协会的混合物,起到至关重要的作用在决定协会混合的性能和特性,特别是其联锁和绑定的影响(26,27]。在这项研究中,被灰尘和Belessa高岭土200号,通过筛分粒度被用作矿物填料的制备协会混合物。物理性质,预计将影响协会组合的关键属性,如塑性指数和比重,在实验室进行了测试。在这项研究中,碎石灰尘和Belessa高岭土作为填充材料的表观比重是2.67和2.62,分别,填料100%通过200号筛。碎石骨料的物理性质(CSD)和Belessa高岭土表中所示1。

表1
碎石骨料的物理性质(CSD)和Belessa高岭土。
3.2。Belessa高岭土的化学性质

化学成分对高岭土进行表所示2和图2。结果表明存在重要的替代和合适的氧化成分。合并后的百分比组成2O3、SiO2,和菲2O3是70%以上。这是足以满足ASTM C618火山灰材料标准的要求作为填料使用。

表2
Belessa高岭土的化学成分。

图2
XRD Belessa高岭土的模式。
3.3。骨料物理性能

材料质量检验是非常热拌沥青的要求设计的关键。骨料的物理性质测试结果必须满足最低要求的时代2013柔性路面规范限制(28]。详细的使用的骨料物理性能如表所示3。

表3
骨料的物理性质。
3.4。矿物骨料的物理性质

本研究中使用的矿物骨料非传统(Belessa高岭土)和常规填料(CSD)。不同实验室检测已经通过测试确定其适用性进行分级等参数,塑性指数,明显的比重。碎石粉尘的物理性质一般无塑性的。表4说明了每种类型的填料的物理性质根据astmd - 854使用水比重瓶法。

表4
物理性质的CSD和Belessa高岭土填料。

粒度分布的关键因素在评估高岭土协会应用程序。因此,粒度分布表明,高岭土富含粘土的体积分数(55% < 2μ米),而淤泥和沙子不太丰富。的粒子大小Belessa高岭土还包含可接受的临界点的协议规范,如图3。


图3
Belessa高岭土粒度分布。
3.5。沥青结合料的性质

大量的测试包括比重、延性、渗透,flash,燃点,软化点的基本特征进行了penetration-grade沥青的性质。测试结果讨论了表5,符合时代的要求的标准规范。

表5
沥青粘结剂质量测试。
3.6。总混合和混合设计的层次

总混合和等级是最重要的参数制备的热拌沥青混合物。Superpave等级被用来准备马歇尔混合设计。Superpave骨料级配与传统不同骨料级配的禁区和控制点的作者设定的29日]。在这项研究中,三个在限制区域(青铜)层次选择因为粒度分布,通过以下禁区通常提供了最有效的材料为道路交通拥挤和严重的网站由海外路注意19 [30.]。此外,等级下面提供的禁区具有更好的抗粗骨料骨架。在这项研究中,三个试验与不同的填料混合比例。聚合或使用材料,粗骨料(9-25毫米),中间总(4.75 9毫米),细骨料(0 - 4.75毫米)和填料组合为了确定适当的等级在允许的范围内根据ASTM规范使用数学试验方法。聚合的每个大小的百分比比例是确定和比较规范的限制。表6显示了混合类型和混合的比例不同的总大小产生所需的组合层次对不同沥青结合料的填充内容。通常情况下,在这个研究中,等级通过下面一个禁区或相对粗级配骨料级配的名义上的最大总大小19毫米被选为沥青研究所推荐的规范(31日]。采用总混合比例的三个层次提出了表7。混合骨料等级定为BRZ5, BRZ6, BRZ7,描述低于Superpave骨料分级的禁区5,6,填料比例7%。

表6
骨料混合比例。
表7
采用Superpave骨料级配的沥青混合19毫米公称尺寸。

上面的表说明了最终每个聚合材料在沥青粘结剂的比例,和提议的骨料级配混合Superpave骨料分级的要求。使用这些层次,沥青混合料是准备和评估采用马歇尔设计方法。数据4来6表明,三种类型的Superpave总层次基于三个不同百分比的填料(5、6和7%)与19 mm最大总大小的设计通过百分比。


图4
Superpave分级使用0.45功率图5% CSD填料。

图5
Superpave分级使用0.45功率图6% CSD填料。

图6
Superpave分级使用0.45功率图7% CSD填料。
3.7。整理测试结果

元帅组合设计方法被用来确定最佳沥青含量和在实验室评估混合物的稳定性。元帅测试标本的准备与不同数量的传统填料在5、6和7%的碎石灰尘的填充重量总有不同的沥青内容(4,4.5,5、5.5和6%)。表8表明混合物的性质在不同沥青含量与不同的传统填料混合内容(CSD)。它认为填料5%,稳定大于6%和7%两种填料。同时,流动中发现几乎5%填料所需的规范。这使得比其他等级级配以5%优惠。

表8
马歇尔试验结果为不同比例的CSD VIM填料为4%。
3.8。部分替代Belessa高岭土对协会的影响

协会上的Belessa高岭土混合的效果评估通过马歇尔混合设计和性能测量参数。取决于选择的最佳沥青含量,以5%的最佳填充内容和设计层次,石粉填充部分取代Belessa高岭土填料与五种不同比例的替换率10、20、30、40、总质量的50%,传统填充内容如表所示9。

表9
属性在不同比例的元帅Belessa高岭土和CSD。
3.8.1。部分替代Belessa高岭土对元帅的影响稳定

马歇尔稳定度的试样所需的最大负载产生失败标本预热到规定的温度时放置在一个特别的测试头和负载应用以恒定的压力。因此,Belessa高岭土对稳定性的影响如图7与不同比例的传统和非传统填充内容,满足规范要求。然而,其马歇尔稳定成为减少10%的替代,开始增加在20%和30%的Belessa高岭土替换。同样,在40%和50%,它开始下降。基于CSD的结果替换Belessa高岭土,它展示了一个增量为20%和30%。尽管其他替代的百分比低于控制混合,所有满足要求按时代2013柔性路面规范28]。因此,更换Belessa高岭土在30%显著影响混合物。


图7
关系稳定和Belessa高岭土在OBC的替换率。
3.8.2。部分替代Belessa高岭土对流动的影响

马歇尔流垂直变形标本的失败点。显然图所示8和马歇尔流值从laboratory-prepared获得混合使用所有Belessa高岭土百分比达到元帅标准(2.0 mm - 3.5 mm)除了50%的替代。混合准备使用0,10,20,和30%的Belessa高岭土替代率、流动值获得相对相同的。更高的流量值也获得了混合物准备使用Belessa高岭土替换率40%。替换率50%,流动不符合要求按照埃塞俄比亚公路管理局规范。


图8
流之间的关系和替换的比例Belessa OBC高岭土。
3.8.3。部分替代Belessa高岭土对孔隙率的影响的混合

空洞的总混合参考总量之间的小口袋里的空气涂层在压实摊铺混合骨料颗粒。基于图9,每个组合并不遵循一般模式。根据测试结果,所有协会混合物准备与部分替代Belessa高岭土填料空隙内容提供3% - -5%的范围内按照指定的时代,2013柔性路面手册28),以及沥青研究所规范(31日]。图9表明在30% Belessa高岭土填充内容,孔隙率的百分比为4.16%,这是至少空隙和最近的孔隙率值控制组合的4.10%。因此,替代30%相比提供了一个更好的结果与其他混合百分比。


图9
孔隙率之间的关系(VIM)和替代比例的Belessa OBC高岭土。
3.8.4。部分替代效应Belessa空虚充斥着柏油路上高岭土(VFA)

空虚填满沥青的比例来衡量VMAs系统从事沥青粘结剂。不同替代百分比的影响Belessa高岭土在孔隙充满了沥青混合物的属性显示在图10。更换所有的混合,除了50%,遵循一个总体趋势,越来越替换率的Belessa高岭土,VFA的总混合增加。根据实验结果,VFA值增加替代率增加Belessa高岭土填充,直到它替代率达到40%。然后,它开始下降时替换率达到50%。根据路面设计时代,手工VFA值在热拌沥青混合料在65% - -75%范围内。因此,如图10,所有的混合物与Belessa高岭土结合Superpave层次满足要求。


图10
浓度之间的关系和替换在OBC Belessa高岭土的比例。
3.8.5。部分替代效应Belessa高岭土在矿物骨料空隙(VMA)

矿物骨料的空隙之间的粒间孔隙空间体积的骨料颗粒压实摊铺混合物。不同百分比的影响Belessa高岭土填料的影响沥青摊铺混合显示在图11。图的一般模式是随着Belessa高岭土的替换率增加,铺平混合物的影响规律也增加。基于实验室结果,VMA值增加替代率增加Belessa高岭土填料。表示,VMA的热拌沥青混合料在容许范围内指定的时代2013柔性路面手册28]。根据路面设计时代,手工VMA值在热拌沥青混合料必须大于13%。因此,如图11,所有的混合物与Belessa高岭土结合Superpave层次满足要求。


图11
VMA和替代的比例关系Belessa OBC高岭土。
3.8.6。部分替代Belessa高岭土对体积密度的影响

单位重量的组合不受数量的影响显著Belessa高岭土。每个混合使用不同的单位重量的替换率Belessa高岭土是范围内的要求。图12表明,体积密度增加而增加Belessa高岭土,直到达到30%的Belessa高岭土填充内容。然后,体积密度开始减少随着置换率的增加。根据调查结果,30%的替换率的Belessa高岭土提供更大的体积密度相比与其他替代率。预计体积密度增加的金额比例(百分比)Belessa高岭土混合30%的增长,然后则减。这是因为Belessa高岭土的含量的增加会增加罚款的金额,和大量的微粒会推动更大的粒子,这些更大的粒子之间充当润滑球轴承随后降低体积密度。


图12
体积密度和替代率之间的关系在OBC Belessa高岭土。
3.9。部分替代Belessa高岭土对水分敏感性的影响
3.9.1。抗拉强度比(TSR)的测试结果

无条件的间接抗拉强度(其)和条件样本决心在这项研究中。TSR值表示为习惯于无条件之比的百分比值。不同百分比的影响Belessa高岭土填料湿度敏感性的沥青摊铺混合显示在图13。基于实验室结果,抗拉强度比增加而增加Belessa高岭土,直到达到30%的Belessa高岭土填充内容。然后,TSR开始减少随着置换率的增加。根据美国州国家公路运输官员协会(AASHTO)路面设计手册32),热拌沥青混合物的TSR值最低为80%。因此,如表中所示10,所有的混合物与Belessa高岭土结合Superpave层次满足要求除了替换率50%。根据调查结果,30%的替换率的Belessa高岭土提供更大的湿度敏感性相比与其他替代率。这次调查显示,间接抗拉强度(其)值随增加Belessa高岭土内容;因为Belessa高岭土填料量的增加,降低联锁和内部骨料颗粒之间的摩擦导致混合了穷人内部抵抗外部负载。


图13
车辙试验结果的控制混合和30% Belessa高岭土。
表10
不同比例的TSR结果Belessa高岭土和CSD。
3.10。选择最佳Belessa高岭土填充内容

控制混合0%的Belessa高岭土是引用作为确定最优控制填料比例。马歇尔和水分敏感性属性用于寻找最优混合填充内容产生一个协会的最佳性能。沥青混合料的最佳填充内容满足下列条件:最大稳定、最大容积密度、孔隙率和抗拉强度比在允许范围内的规范。表11显示所有协会的稳定值为不同比例的混合物Belessa高岭土填料满足当地和国际规范的内容。然而,最大稳定值被发现从相对应的混合物Belessa高岭土填充比例相对于其他的30%。同时,相应的孔隙率和容积密度值的结果分别是4.16%和2.319通用/厘米3分别是几乎一样的控制。30%的湿度敏感性Belessa高岭土,是82.38%,是最大的从每个混合结果。这表明Belessa高岭土与这个比例提高了CSD混合气体的湿度敏感性为100%。因此,替代率为30%的碎石灰尘Belessa高岭土比其他混合率提供了一个更好的结果。

表11
比较最优替代比例的Belessa高岭土与规范。

表11表明,协会与部分替代混合物准备Belessa高岭土填料在30%替代率与一个混合below-restricted Superpave分级区满足当地和国际规范限制的要求对所有测试热拌沥青参数。稳定和提高水分控制组合的敏感性为30% Belessa高岭土替代碎石灰尘的重量。然而,其他的替换率满足所需的规范;30%的Belessa高岭土内容选择最佳的填充材料替代比例在此基础上研究。

3.11。最佳Belessa高岭土对永久变形(车辙)

在这项研究中,抗车辙的控制混合Belessa高岭土(0%)和混合最优Belessa高岭土Belessa高岭土(30%)进行了比较。所有的结果在轮轨测试满足UNE-EN限值的要求(33对于这个测试。基于表12和图13,样本有100%的碎石灰尘有3.17毫米的意思是车辙深度而样本30%的Belessa高岭土填料达到了3.09毫米的意思是车辙深度(RD)。同时,车轮跟踪斜坡(WTS)为每个测试样本每1000次调查。控制混合和30%的轮卡车测试Belessa高岭土是0.112和0.11,分别。比例车辙深度(PRD)为每个测试样本在不同周期的百分比也检查了。平均混合比例的车辙深度控制和30% Belessa高岭土是5.89和5.86,分别。这是确认类似的研究(8竹纤维(BF)和甘蔗蔗渣纤维(SCBF)作为添加剂显著减少车辙深度,即。,the BF has decreased the rutting depth from 2.165 mm to 1.82 mm while SCBF decreases the rutting depth from 2.165 mm to 2.025 mm as compared to control.

表12
轮车测试结果的总结最佳Belessa高岭土和控制混合。

4所示。结论

(我)的物理和化学性质Belessa高岭土进行调查,发现适合更换填料。比重、塑性指数和Belessa高岭土粒度分布满足规范中指定的要求。此外,Belessa高岭土满足最低要求的天然火山灰材料作为矿物掺合料由ASTM在指定的化学成分比例主要氧化物(SiO2+基地2O3+铁2O3遇到满意的)89.94%的热拌沥青填充材料。(2)所有混合属性元帅混合物从不同填料比例为5%,6%,7%三种不同below-restricted区域的Superpave骨料级配满足当地和国际规范。(3)CSD填料含量增加时,OBC增加。这是由于这样的事实,当填料含量越来越高,聚合和的总体表面积填料的吸收率增加。这意味着更高的沥青内容需要满足马歇尔财产要求。(iv)元帅稳定增加30% Belessa高岭土替代然后开始减少。稳定的增加可能是由于Belessa高岭土的罚款也有较高的孔隙率和比表面积。因此,这些填料的结合提供了更高的加劲乳香,进而产生较高的混合马歇尔。(v)间接抗拉强度值替换率增加了30%。这个结果是由于Belessa高岭土细的填充材料有较高的孔隙率和表面积的细胞结构倾向于分配均匀的混合料配合比设计增加了asphalt-aggregate粘连。(vi)为50%,Belessa高岭土混合防潮性较低较规范。这可能是由于大量的硅和铁极度增加,降低了水分的敏感性在沥青混合和降解asphalt-aggregate结合在水的存在。(七)最佳的车辙深度Belessa CSD的高岭土大于。这可能是由于Belessa高岭土细度大于填充物。细填料有一个倾向于均匀分布在沥青混合料中沥青的整体刚度增加。(八)基于元帅参数和水分敏感性结果,Belessa高岭土的最佳替代比例在30%和70%的CSD的填充内容,满足控制规范有最大体积密度、最大稳定,VIM规范允许范围内。(第九)整个发情行为的混合准备30% Belessa高岭土几乎是类似于将准备与控制混合。两种混合物实现按规范要求。这证明使用Belessa高岭土作为更换填料在沥青混合料的最佳内容提供了更好的性能作为一个混合CSD填料为100%。从这项研究中,测试结果从混合Belessa高岭土有一个相对类似的趋势,用碎石填充剂,这向我们表明,Belessa高岭土填料可以作为备选填料类型在沥青混合物中广泛使用的碎石。

数据可用性

所有数据用于支持这项研究的结果中包括在手稿。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关这篇文章的出版。

确认

作者想表达自己的感激之情Jimma大学理工学院图书馆数字资源库,分享完整的论文作为研究的补充材料https://repository.ju.edu.et/handle/123456789/6421。