شماره ركورد
31920
پديد آورنده
مهدي زال نژاد
عنوان
تحليل رفتار عملكردي و رنگسنجي مخلوطهاي حفاظتي (اسلاريسيل و ميكروسرفيسينگ) حاوي رنگدانههاي بومي در دماهاي مياني و پايين با ارائه مدل پيشبيني رفتاري
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي عمران گرايش راه و ترابري
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1403/10/15
استاد راهنما
حسن زياري
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
مخلوطهاي آسفالتي رنگي در سالهاي اخير به دليل مزاياي ايمني، زيستمحيطي، زيبايي و محوطهسازي در مناطق شهري كاربرد فزايندهاي يافتهاند. توسعه فنون توليد آسفالت رنگي با دوام و استفاده از تكنولوژيهاي حفاظتي مانند اسلاريسيل و ميكروسرفيسينگ رنگي از جمله روشهاي مهم در اين زمينه است. براي دستيابي به مخلوطهاي باكيفيت، طراحي مناسب و عملكرد مكانيكي اهميت دارد و همچنين تجزيهوتحليل دوام رنگ اين مخلوطها از نظر توسعه و پايداري رنگ بسيار مهم است. در اين راستا، بهمنظور ساخت مخلوطهاي حفاظتي رنگي دو نوع تركيب شامل مخلوطهاي حفاظتي حاوي سنگدانه طبيعي و رنگدانه و مخلوطهاي حفاظتي رنگي حاوي سرباره فولاد در نظر گرفته شد. مطالعه حاضر، عملكرد نمونههاي آسفالتي رنگي را در سه بخش مجزا مورد بررسي قرار داده است. در بخش اول، ابتدا ويژگيهاي ميكرو ساختاري مصالح و رنگدانهها با استفاده از آزمونهاي XRF، XRD، BET، FESEM، FTIR و ميزان رطوبتپذيري مورد تحقيق واقع شد. سپس در بخش دوم، عملكرد نمونهها با استفاده از آزمونهاي چسبندگي مرطوب، بارگذاري چرخ-قيرزدگي، بارگذاري چرخ-جابجايي و حساسيت رطوبتي مطابق استانداردهاي ASTM D6372 و ASTM D3910 ارزيابي شد. در ادامه در محدوده درصد قير بهينه هر كدام از تركيبها، آزمايشهاي SFE روي ماستيكهاي رنگي و آزمايش شكست با نمونه ENDB در دماي پايين در سه مود خالص بارگذاري I، II و III انجام شد. در بخش سوم، مخلوطها براي آزمايشهاي در حوزه تحليل رنگ بر اساس مختصات رنگسنجي CIELCH و آناليز دماي سطح ساخته شده و مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج مطالعه ميكروسكوپي FESEM نشان داد كه سرباره فولاد داراي سطح ناصاف و پودرهاي رنگي داراي اشكال زاويهاي هستند. در تحليل BET مشخص گرديد ميزان سطح ويژه پودر قرمز بيشترين جذب و بيشترين سطح تماس با قير را دارد. در آناليز XRF، XRD و FTIR مشاهده گرديد كه فيلرها داراي تركيب و فازهاي مختلفي بوده كه بر خواص قير و ماستيك نهايي تأثير ميگذارند. همچنين، افزودن SBR latex تغييرات قابلتوجهي در ساختار قير ايجاد كرده و به بهبود خواص الاستيك و ويسكوزيته آن منجر ميشود. در ميان نمونههاي آسفالتي، مخلوط حاوي رنگدانه قرمز داراي مناسبترين عملكرد بوده بهطوريكه نسبت به نمونه شاهد سبب افزايش چسبندگي در مدتزمان 30 و 60 دقيقه به ترتيب به ميزان 1/8 و 6/7 درصد و كاهش حساسيت رطوبتي مخلوط به ميزان 6/27 درصد و كاهش ميزان جابجايي عمودي در برابر بارگذاري ترافيكي به ميزان 7/11 درصد گرديد. در تعيين مشخصههاي رنگي مشخص گرديد، استفاده از TiO2 در مقادير 1 تا 3 درصد بر تركيبهاي آبي و قرمز و مقدار 1 درصد براي تركيبهاي رنگي زرد مناسب است. همچنين در ميان نمونههاي حاوي سرباره فولاد، مخلوط حاوي 33 درصد سرباره فولاد داراي مناسبترين عملكرد بوده بهطوريكه نسبت به نمونه شاهد سبب افزايش چسبندگي در مدتزمان 60 دقيقه به ميزان 3/37 درصد و كاهش حساسيت رطوبتي مخلوط به ميزان 7/47 درصد و كاهش ميزان جابجايي عمودي در برابر بارگذاري ترافيكي به ميزان 8/50 درصد گرديد. در آزمايش شكست مشخص شد كه ميزان مقاومت به شكست مخلوطهاي رنگي در بارگذاري تمام مودهاي خالص با كاهش دماي آزمايش بيشتر ميشود. علاوه بر اين، KIc داراي حداكثر مقدار ضريب شدت تنش است، درحاليكه KIIIc نشاندهنده كمترين مقاومت در برابر شكست است. اين موضوع بيانگر اين واقعيت است كه پتانسيل ترك در مود خالص I كمتر از مودهاي خالص II و III است. در نتايج SFE مشخص گرديد كه ماستيكهاي ميكروسرفيسينگ زاويه تماس كمتري نسبت به نمونههاي اسلاريسيل دارند كه به معناي قابليت تر شوندگي بهتر و چسبندگي بيشتر است. همچنين، نمونههاي قرمز و فيلر طبيعي بيشترين انرژي آزاد سطحي و كار پيوستگي را نشان ميدهند كه بهبود خواص الاستيك و چسبندگي قير را تأييد ميكند. در تحليل عملكرد حرارتي مشخص گرديد آسفالتهاي رنگي نسبت به آسفالت سياه معمولي داراي بازتاب خورشيدي بيشتري هستند (پودر زرد 44%، آبي 39% و قرمز 35%). همچنين، دماي سطح آسفالتهاي رنگي بهطور متوسط 20 تا 39 درصد كمتر از آسفالت سياه است كه نشاندهنده تأثير مثبت بازتاب خورشيدي بيشتر بر كاهش دماي سطح آسفالتهاي رنگي است.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/11/01
عنوان به انگليسي
Analyzing the Performance and Colorimetric Properties of Surface Treatment Mixtures (Microsurfacing and Slurry Seal) Containing Indigenous Pigments at Medium and Low Temperatures by Providing a Behavioral Prediction Model
تاريخ بهره برداري
1/4/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
مهدي زال نژاد
چكيده به لاتين
Colored asphalt mixtures have gained increasing application in recent years due to their safety, environmental, aesthetic, and landscaping advantages in urban areas. The development of durable colored asphalt production techniques and the use of protective technologies such as slurry seal and microsurfacing are among the important methods in this field. To achieve high-quality mixtures, proper design and mechanical performance are crucial, and analyzing the color durability of these mixtures is essential for color development and stability. In this regard, two types of protective mixtures were considered for producing colored surface treatment mixtures: surface treatment containing natural aggregates and pigments, and colored surface treatment mixtures containing steel slag. This study examined the performance of colored asphalt samples in three distinct sections. In the first section, the microstructural properties of materials and pigments were investigated using XRF, XRD, BET, FESEM, FTIR tests, and moisture absorption analysis. In the second section, sample performance was evaluated using wet cohesion test, wet track abrasion test, loaded wheel-displacement test, and loaded wheel-bleeding according to ASTM D6372 and ASTM D3910 standards. Subsequently, within the optimal bitumen content range for each composition, SFE tests were conducted on colored mastics, and fracture tests were performed on ENDB samples at low temperatures under three pure loading modes: I, II, and III. In the third section, mixtures were prepared for color analysis tests based on CIELCH colorimetric coordinates and surface temperature analysis. The FESEM microscopic study results showed that steel slag has a rough surface, while colored powders exhibit angular shapes. BET analysis revealed that red powder has the highest specific surface area, leading to maximum absorption and contact with bitumen. XRF, XRD, and FTIR analyses indicated that fillers have varying compositions and phases, affecting the properties of the final bitumen and mastic. Additionally, the addition of SBR latex significantly altered the bitumen structure, improving its elastic properties and viscosity. Among the asphalt samples, the mixture containing red pigment demonstrated optimal performance, showing an increase in adhesion by 1.8% and 6.7% after 30 and 60 minutes respectively, reducing moisture sensitivity by 27.6%, and decreasing vertical displacement under traffic loading by 11.7% compared to the control sample. In determining color characteristics, it was found that using TiO2 in quantities of 1-3% for blue and red compositions and 1% for yellow compositions is appropriate. Furthermore, among samples containing steel slag, the mixture with 33% steel slag showed the best performance, demonstrating an increase in adhesion by 37.3% after 60 minutes, reducing moisture sensitivity by 47.7%, and decreasing vertical displacement under traffic loading by 50.8% compared to the control sample. The fracture test revealed that the fracture resistance of colored mixtures in all pure loading modes increases with decreasing test temperature. Moreover, KIc has the maximum stress intensity factor, while KIIIc shows the lowest fracture resistance. This indicates that crack potential in pure mode I is lower than in pure modes II and III. SFE results showed that microsurfacing mastics have lower contact angles compared to slurry seal samples, indicating better wettability and adhesion. Additionally, red samples and natural filler exhibited the highest surface free energy and cohesion work, confirming improved elastic properties and bitumen adhesion. Thermal performance analysis revealed that colored asphalts have higher solar reflectance compared to conventional black asphalt (yellow powder 44%, blue 39%, and red 35%). Moreover, the surface temperature of colored asphalts is on average 20-39% lower than black asphalt, demonstrating the positive effect of higher solar reflectance on reducing the surface temperature of colored asphalts.
كليدواژه هاي فارسي
آسفالت حفاظتي رنگي , رنگدانههاي طبيعي , حساسيت رطوبتي , خصوصيات رنگسنجي , عملكردي حرارتي و طيف بازتاب
كليدواژه هاي لاتين
Colored surface treatments , Natural pigments , Moisture sensitivity , Colorimetric properties , Thermal performance and reflectance spectrum
Author
Mahdi Zalnezhad
SuperVisor
Hassan Ziari