文摘

公路建设往往侧重于使用传统材料。由于这些传统材料的损耗,这不能总是正确的。为了克服这些问题,提出了几种不同的建筑材料是可持续的解决方案。因此,本研究调查的潜在使用火山灰(VA)是一种另类的填充材料在热拌沥青。利用实验室规模和立意抽样调查样本集合的方法。火山的火山灰的塑性指数和比重是0.92%和2.44,分别。化学成分分析表明,VA是class-N火山灰材料。最大11.38 kN的稳定性得到了全面更换火山灰烬。的抗拉强度比混合全更换CSD和火山灰是82%和98%,分别。从抗疲劳强度分析,可能的失败与混合物VA可以改善路面构造从16600年到14400年。 Due to its rough surface, VA has better bonding ability with bitumen compared to CSD. The mix prepared from VA has less deformation tendency than that prepared from CSD.

1。介绍

达到高质量和延长使用寿命,热拌沥青的要求(协会)热稳定性高、低热抗裂性,和水稳定性一直稳步增长随着经济的快速增长,科学和技术(1]。大量的添加剂,包括有机和惰性,利用在沥青混合来解决这些问题2- - - - - -4]。有机添加剂有几个缺点,包括高成本、复杂的操作,和具有挑战性的制造程序,所有这些限制他们的应用程序(5]。惰性添加剂被认为是矿物填料,这影响了他们的分布在沥青和反应性filler-asphalt接口。在现实中,惰性添加剂可能增加沥青和骨料之间的束缚,从而提高沥青粘结剂的质量(6,7]。此外,含有惰性组分的改性沥青具有属性像简单的制造方法,廉价的成本,和优质的都是符合中国的规范8]。

人普遍采用粉煤灰、石灰石粉尘在道路建设为典型的无机材料。尽管石灰石在公路建设中最常用的材料,研究表明,只有作为矿物填料在沥青9,10]。Franesqui et al。11]发现沥青橡胶成分组成的多孔边际火山鹅卵石有更强的抵抗水分敏感性。由于复杂的地形和高孔隙度的火山灰,刘等人。12)发现固体packing-SBS-binder系统生成在胶粘剂可能进一步改善的机械特性styrene-butadiene-styrene (SBS)改进的混合。刘等人。13弗吉尼亚州)研究了四种类型的混合纳米矿物填料,证明可持续周期性应变图的形式是免费的从加载大小和颗粒结构。

作者在14,15)研究了道路沥青胶和发现自然VA的性能可以大大提高沥青混合料的优越的热阻和沥青胶的低热阻。此外,胡锦涛等人,库雷希et al。16,17)表明,细火山灰可能用作填料对沥青混合添加剂,大大提高协会质量和降低建设成本。香港et al。18]研究了几种混合骨料类型的影响沥青的设计增强基础混合物。混合骨料改变混合沥青混合料的体积特征,根据研究。沥青涂层基地的身体素质可以提高利用碱性粗颗粒或粗骨料与更大的表面粗糙度。

VA是火山爆发的结果,主要包含矿物质硅、铝、镁、和Ca。此外,许多重金属如铜、锰、V、锌、锆、和铁(19- - - - - -21)被发现的选民生活[VA是危险的22]。弗吉尼亚州粒子有不同的形式和微孔结构,它是在高温和高压的情况下生成火山喷发的时候(23- - - - - -25]。

根据永迪普雷的公式,指出,可以改善沥青的润湿影响大粗糙度填料的地区(26),这些特性允许更多充分润湿比传统矿物沥青粘合剂火山灰尘埃的包装。同时,由于火山灰的有害化学成分,火山灰沥青的理化吸附比的包装材料。颗粒间的和颗粒间的孔隙表面表明VA潜在高沥青吸附区域。正因为如此,火山灰反应强烈与沥青粘结剂相比,标准包装(灰尘14]。火山灰的微观或nano-porous性质使它适合与聚合物添加剂合作。其他的研究调查使用火山灰颗粒代替细骨料混合设计改进的蠕变和抗疲劳性协会(27]。

本研究的主要目标是研究VA填料成分在沥青混凝土的生产。马歇尔的材料进行评估属性,动态蠕变、抗疲劳强度,使用简洁的沥青和防潮性,弗吉尼亚州的填料和CSD传统填料。VA粒子特性之间的相互作用的影响VA和整洁的沥青粘结剂进一步调查研究形态、孔隙度、使用扫描电镜分析和物理性能的填充物和N2吸附/解吸实验。应该强调,弗吉尼亚州的可能使用的填充材料混合被选为主要研究课题,允许VA填料的力学特性的影响,混合充分展现出来。

2。材料和实验装置

图1显示活动进行本研究的框架。渗透等级的沥青等材料60/70,CSD,弗吉尼亚州被用于这个调查。为了清楚地表明其影响沥青混合料的体积性质和性能,火山灰被添加到混合从0 - 100 10%的差异。


图1
框架的活动。
2.1。材料的性质
2.1.1。沥青

因为它是广泛使用在埃塞俄比亚,沥青渗透年级的60/70被用作粘合剂。沥青质量控制测试完成,并展示在表结果1。

表1
沥青质量的测试结果。
2.1.2。总

因为它是广泛使用在埃塞俄比亚和广泛应用于沥青混凝土生产、碎玄武岩岩石作为粗和细骨料在这项研究中。名义上的最大总大小(NMAS)混合物准备使用19.0毫米。聚合的基本属性用于这项研究展示在表2。

表2
聚合的基本属性。
2.1.3。矿物填料

在这项研究中,CSD和火山灰被用作填充材料。CSD(控制)和火山灰(添加剂)来自埃塞俄比亚公路管理局(时代)在Woliso Jimma区和Wanchi发现,分别Oromia。这两种矿物填料在地面与磨床的粒径小于75μm。使用硅酸盐分析,火山灰的主要和微量化学物质被识别并展示在表3。进一步分析与x射线分馏(光谱仪)透露,如果主要是发现SiO的形式2,而铝、铁、钙、镁、钾、钠、锰的形式存在2O3、铁2O3曹,分别以K2啊,那2啊,和MnO,分别。如表所示,VA包含更多类型的致密金属和氧化物比矿物粉,从而增加他们的反应,与沥青粘结剂粘合。成绩的结果,塑性指数,明显比重压碎岩尘埃和火山灰展示在表4。火山灰产生的塑性指数为0.92%,小于4%,表明它是无塑性的。合并后的硅(SiO的混合物2)、铝(Al2O3),铁氧化物(铁2O3)大于70%表明材料class-N火山灰。损失点火的结果小于10%,表明该材料是不敏感的天气行动。火山的火山灰是2.21%的水分含量小于3%。因此,它表明该材料并不显著影响协会的总粒间束缚。

表3
火山灰的化学成分。
表4
矿物填料的物理性质。
2.1.4。矿物填料的特性

少量的细CSD和弗吉尼亚州被用来描述使用LPSA纹理特征。污泥孔隙度特征的打赌N-isotherm使用自动化的比表面积和微孔的分析方法。使用SEM VA的形态学检测。矿物填料标本扫描电子显微镜成像是由分散的薄层粉在导电胶带和溅射镀膜用金子包裹。扫描电子显微镜图像的填料是在二次电子场发射扫描电子显微镜模式。

2.2。实验装置
2.2.1。混合设计

尽管马歇尔配合比设计的高级路面挑战在一些发展中国家,马歇尔标准ASTM D1559应用在这项研究设备如Superpave回转压缩机在埃塞俄比亚不在。在这项研究中,火山灰被加入到碎石灰尘在10%的差异。七十五吹两边的101.6毫米标本应用后,马歇尔拥挤的交通要求。混合和压实温度为1602°C和1452°C,分别。公元前5百分比被用于每个混合设计。公元前三个样本准备在每一个百分比。准备样品受到容重和stability-flow测试。密度孔隙分析然后执行,以图形方式显示的结果。在每个火山灰,4%孔隙是派生的OBC和用于估计马歇尔稳定度、密度、bitumen-filled无效(VFB)和相应的矿物骨料空隙(VMA)。

所有混合物进行了测试使用各种测试来评估他们的最佳沥青含量等现场表演马歇尔稳定度、密度、被斯图加特和影响规律。传统考试过程不是足够认真检查为混合物。因此,补充先进的实现铺平混合实验检查有用的混合性能至关重要。它包含水分敏感性、抗疲劳强度和抗蠕变性。因此,这个实验的结果是有用的进一步测试标准。在弗吉尼亚州的每个阶段,足够的标本进行了评估前面描述的特征。

3所示。结果与讨论

3.1。矿物填料的物理性质

介绍了矿物填料的物理性质表5。确定孔隙度使用N的吸附等温线如图2。作为确认表5,大部分比表面积和大规模CSD的比表面积比我们的小得多,说明我们有一个更大的表面积,可以湿比CSD沥青。因为原料磨磨床,矿物填料有统一的尺寸。执政的粒子直径2.169 CSD和弗吉尼亚州μm和1.886μm,分别。

表5
物理性质的CSD和弗吉尼亚州。
(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图2
N的吸附等温式(a) CSD,弗吉尼亚州(b)和(c)他们的孔隙大小。

N经典吸附等温式是用来确定材料是否四种等温线或两种等温线(28]。基于吸附等温线的分析,本研究发现VA型四个等温线和CSD二型等温线如图2(一个)和2 (b),分别。两个等温线类型最多次获得吸附发生在无孔粒子或粒子大小大于直径的微孔隙。四个等温线类型主要发生在多孔吸附剂与毛孔1.5×10之间−3和0.1μm。

3.2。扫描电子显微镜的火山灰

如图3,VA的粒子都有一个不规则的块状形状由扫描电子显微镜。弗吉尼亚州的碗形状粒子是由磨粗颗粒的多孔部分如图3 (b)。小球形结节盖顶部的弗吉尼亚州和一些细分散嵌入式集合。VA表面上的结节可能是由于相对大量的微孔隙,这有助于他们与沥青相互作用分子链。此外,VA结节比CSD更小更分散,表明弗吉尼亚州有更高的特定区域,如表所示5。

(一)
(一)
(b)
(b)
图3
火山灰的SEM图像粒度分布。
3.3。火山灰对单位重量的影响

VA矿物填料的影响内容样本单位重量如图4。自热拌沥青的密度样品含有火山灰矿物是由唯一CSD小于,看来火山灰的比重小的CSD相比。


图4
VA对协会的密度的影响。
3.4。火山灰在VMA和对的影响

因为它显示了所需空间容纳净容积的沥青混合物和AVs的体积,计算VMA势在必行。最小VMA需要达到足够的沥青膜在骨料颗粒,从而导致弹性柔性路面。如果总层次的密度高,然后VMA发现过低导致沥青薄膜,使nonresilient混合。因此,储蓄在沥青内容通过减少VMA适得其反,对路面质量(沥青研究所,2001)。在这个研究中,弗吉尼亚州除了在VMA的影响评估和价值观呈现在图5。结果表明,随着VA含量的增加,VMA也增加。这种影响可能归因于囊泡在弗吉尼亚州粒子的存在。这些囊泡暴露增加VMA的混合。弗吉尼亚州之间的关系和对组合如图6。如图表所示,弗吉尼亚州的数量增加时,对减少。原因减少的影响也可能归因于这样一个事实:弗吉尼亚州的数量增加CSD的比这更大的速度。


图5
影响VA含量对马歇尔VMA的协会。

图6
VA含量对马歇尔VFB协会的影响。
3.5。火山灰对稳定性和流动的影响

正如预测的那样,火山灰填料的加入影响了协会的性能。马歇尔稳定度和火山灰含量之间的关系如图7。总的趋势表明,随着VA的数量增加,那么稳定。这可能由于VA的孔隙特性表明,它有较低的CSD的力量相比。虽然稳定的VA量的增加而增加,稳定的混合含有100% VA填料是马歇尔的限制范围内交通拥挤的标准。如图8,协会与越来越多的火山灰密度增加,主要是由于沥青含量的增加,灰分含量增加。虽然流VA量的增加而增加,流在每一个增加VA水平也是交通拥挤马歇尔的标准范围内的2 - 3.5毫米。


图7
协会的VA含量对马歇尔稳定的影响。

图8
VA含量对马歇尔协会流的影响。
3.6。水分敏感性的协会

无条件的湿度敏感性和条件标本图所示9。本研究证明了抗拉强度(TS)财产的条件低于无条件的混合物。水的存在会导致减少沥青和骨料之间的互动,与车辆减少沥青混合料的抗负载。此外,VA包含混合物的抗拉强度降低由于水分的存在并不显著高于石粉填充混合物。结果表明,火山灰的混合物准备给更高的抗拉强度比相比,传统的碎石。弗吉尼亚州加强沥青和骨料之间的束缚,防止水从排斥沥青骨料的表面。图10显示了抗拉强度比(TSR)在不同数量的实验。它还表示,VA显著提高收益率的条件和非条件标本,导致水分敏感性抗性较强。TSR包含VA的混合物的结果是相对大于80%。因此,弗吉尼亚州添加到混合填料导致一个优秀的临时避难所,这意味着我们可以避免由于水分路面失败的可能性。


图9
协会的VA含量对拉伸强度的影响。

图10
VA含量对拉伸强度的影响比协会。
3.7。抗疲劳强度

疲劳是关键的失败的挑战在熟悉复发的柔性路面交通负荷。沥青混凝土结构的抗疲劳强度是能够承受这反复加载没有骨折。在沥青混凝土路面疲劳开始底部的层和路面的表面传播。如图11弗吉尼亚州,不断加强疲劳寿命其全部替换为CSD的相比。背后的原因的改善疲劳寿命与混合包含VA的存在可能是由于囊泡在弗吉尼亚州的粒子。


图11
火山灰对混合的失败的影响下的重复加载。
3.8。蠕变变形

负载重复和应变之间的相关性的混合物VA如图12。这个数字显示,随着VA的混合的数量增加,强度降低。VA积极影响协会的蠕变特性,这可能发生由于粗糙度的VA粒子增强了粘结能力的混合29日]。此外,蠕变刚度结果表明,蠕变刚度的增加增加。蠕变刚度之间的比率是压力和轴向应变表示的协会的抗蠕变。


图12
火山灰含量对蠕变的影响。

4所示。结论

这项研究的结果表明,塑性指数和火山灰的比重分别为0.92%和2.44,分别。根据化学分析,合并后的硅,铝和铁的氧化物是81.51%。研究说明,观察到的损失由于点火和水分在火山灰是5.24%和2.21%,分别。根据化学测试的结果,火山灰被列为class-N火山灰。协会作为填料的添加火山灰已积极改进混合物的体积特性的性能。单独使用火山灰作为填料在热沥青混合料的生产增加的最大稳定11.38 kN的混合物。只有火山灰作为填料的使用允许沥青混合料具有更高的抗湿性时产生的最佳沥青含量。CSD相比,它还表明,沥青混凝土混合含有玄武岩骨料和火山灰填充物会更好的蠕变/滑移,疲劳和耐剥离。

数据可用性

使用的数据来支持这个研究的发现包括在本文中。

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

作者表达最深的感谢Jimma理工学院,Jimma大学和埃塞俄比亚公路管理局的所有帮助延长期间进行的研究工作。同时,他们想给他们特别感谢Jimma大学图书馆数字资源库共享完整的论文研究可以作为补充材料https://repository.ju.edu.et//handle/123456789/6659