PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Experimental evaluation of hot mix asphalt using coal bottom ash as partial filler replacement

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Ocena doświadczalna mieszanek mineralno-asfaltowych po częściowym zastąpieniu wypełniacza popiołami dennymi z elektrowni węglowej
Języki publikacji
EN PL
Abstrakty
EN
The purpose of this study is to evaluate the performance of hot mix asphalt (HMA) prepared with coal bottom ash (CBA) as an alternative mineral filler. In this study, the effect of CBA on rutting, stiffness and fatigue resistance was experimentally evaluated. Combinations of conventional filler (stone dust) with different percentages of CBA (at 1.5%, 3%, and 4.5% by volume) were adopted. The HMA samples were prepared and tested using the Marshall mix design method. Following the Asphalt Institute MS-2 and the Pakistani National Highway Authority (NHA) General Specifications, sixty samples of HMA were compacted; stability tests at varying bitumen contents (3.5%, 4.0%, 4.5%, 5.0%, and 5.5%) were used to determine the optimum bitumen content (OBC) in the mixture for each percentage of CBA in the filler. For 0%, 1.5%, 3%, and 4.5% CBA, the optimum bitumen contents of 4.27%, 4.47%, 4.53%, and 5.0% were obtained, respectively. They were used throughout the study. Three samples with the optimum binder content were made for each of the four analysed CBA proportions. The wheel tracker test was run on 12 OBC samples, and the dynamic modulus test was run on 12 OBC samples. The Marshall stability and flow test results showed that the samples prepared with 3% CBA as filler and an OBC of 4.53% satisfied the NHA requirements for flexible pavement. It was noted that CBA greatly improves the rutting resistance and stiffness of asphalt mixtures. It also improved the fatigue life. Therefore, adding up to 3% CBA by volume to stone dust used as filler in asphalt concrete can minimize the need for stone dust and provide a suitable method of CBA disposal.
PL
Przedstawione badania miały na celu ocenę mieszanek mineralno-asfaltowych (MMA) wykonanych na gorąco i przygotowanych z zastosowaniem popiołów dennych pochodzących ze spalania węgla w roli alternatywnego dodatku do wypełniacza. Zbadano doświadczalnie, jaki wpływ na koleinowanie, sztywność i trwałość zmęczeniową mieszanek ma zawartość popiołów dennych w typowym wypełniaczu. Zastosowano kombinacje konwencjonalnego wypełniacza (mączki kamiennej) z różnymi udziałami w nim popiołu dennego: 1,5%, 3% oraz 4,5% (v/v). Mieszanki zaprojektowano i zbadano wg metody Marshalla. Zgodnie z instrukcją MS-2 Instytutu Asfaltowego oraz specyfikacjami ogólnymi pakistańskiego Zarządu Dróg Krajowych (NHA) zagęszczono sześćdziesiąt próbek mieszanek. Na podstawie oznaczeń stabilności wykonanych przy różnych zawartościach lepiszcza (3,5%, 4,0%, 4,5%, 5,0% i 5,5%) określono optymalny jego udział w przypadku każdej z rozpatrywanych zawartości popiołów dennych w wypełniaczu. Dla zawartości popiołów dennych w wypełniaczu 0%, 1,5%, 3% i 4,5% uzyskano odpowiednio optymalne udziały objętościowe lepiszcza w mieszance: 4,27%, 4,47%, 4,53% oraz 5,0%. Uzyskane w wyniku tej analizy wartości zastosowano następnie we wszystkich dalszych badaniach mieszanek. Dla każdego z czterech rozpatrywanych udziałów popiołu dennego w wypełniaczu przygotowano po trzy próbki mieszanki o optymalnej zawartości lepiszcza. Badanie odkształceń trwałych w koleinomierzu wykonano na 12 próbkach. Również badanie modułu dynamicznego przeprowadzono na 12 próbkach. W oparciu o uzyskane w badaniu metodą Marshalla parametry stabilności i osiadania wykazano, że próbki mieszanek zawierające 3% popiołów dennych w wypełniaczu przy optymalnej zawartości lepiszcza 4,53% spełniały wymogi NHA przeznaczone dla nawierzchni podatnych. Stwierdzono, że dodatek popiołów dennych w wypełniaczu znacznie poprawił odporność mieszanek na koleinowanie oraz ich sztywność. Wpłynął również na wzrost trwałości zmęczeniowej. Dodatek popiołów dennych w ilości do 3% (v/v) w stosunku do mączki kamiennej może zatem zminimalizować jej zużycie jako wypełniacza do mieszanek i jednocześnie zapewnić odpowiednią metodę wykorzystania popiołów pochodzących ze spalania węgla kamiennego.
Rocznik
Strony
167--179
Opis fizyczny
Bibliogr. 43 poz., rys., tab.
Twórcy
  • University of Engineering and Technology, Department of Civil Engineering, Peshawar, Pakistan
  • University of Engineering and Technology, Department of Civil Engineering, Peshawar, Pakistan
autor
  • Politechnika Śląska, Wydział Transportu i Inżynierii Lotniczej, Studia doktoranckie, ul. Krasińskiego 8., 40-019 Katowice
  • University Sains Malaysia (Engineering Campus), School of Civil Engineering,.14300 Nibong Tebal, Penang, Malezja
autor
  • Sarhad University of Science and Information Technology Ring Road Campus, Department of Civil Engineering, Peshawar, KPK, Pakistan
autor
  • University of Engineering and Technology, Department of Civil Engineering, Taxila, Punjab, Pakistan
Bibliografia
  • 1. Joshi R.C., Lohita R.P.: Fly Ash in Concrete: Production, Properties and Uses. Gordon and Breach, Amsterdam, 1997
  • 2. Wang N., Sun X., Zhao Q., Yang Y., Wang P.: Leachability and adverse effects of coal fly ash: A review. Journal of Hazardous Materials, 396, 2020, ID article: 122725, DOI: 10.1016/J.JHAZMAT.2020.122725
  • 3. Ahmaruzzaman M.: A review on the utilization of fly ash. Progress in Energy and Combustion Science, 36, 3, 2010, 327-363, DOI: 10.1016/J.PECS.2009.11.003
  • 4. Lior N.: Sustainable energy development: The present (2009) situation and possible paths to the future. Energy, 35, 10, 2010, 3976-3994, DOI: 10.1016/J.ENERGY.2010.03.034
  • 5. Yao Z.T., Ji X.S., Sarker P.K., Tang J.H., Ge L.Q., Xia M.S., Xi Y.Q.: A comprehensive review on the applications of coal fly ash. Earth-Science Reviews, 141, 2015, 105-121, DOI: 10.1016/J.EARSCIREV.2014.11.016
  • 6. Rafieizonooz M., Mirza J., Salim M.R., Hussin M.W., Khankhaje E.: Investigation of coal bottom ash and fly ash in concrete as replacement for sand and cement. Construction and Building Materials, 116, 2016, 15-24, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2016.04.080
  • 7. Abubakar A.U., Baharudin K.S.: Tanjung Bin Coal Bottom Ash: From Waste to Concrete Material. Advanced Materials Research, 705, 2013, 163-168, DOI: 10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/AMR.705.163
  • 8. Muthusamy K., Rasid M.H., Jokhio G.A., Mokhtar Albshir Budiea A., Hussin M.W., Mirza J.: Coal bottom ash as sand replacement in concrete: A review. Construction and Building Materials, 236, 2020, ID article: 117507, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2019.117507
  • 9. Rostami R., Klemm A.J.: Influence of superabsorbent polymers on properties of fiber reinforced mortars containing fly ashes. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 19, 2, 2020, 149-163, DOI: 10.7409/rabdim.020.010
  • 10. Singh N., Shehnazdeep Bhardwaj A.: Reviewing the role of coal bottom ash as an alternative of cement. Construction and Building Materials, 233, 2020, ID article: 117276, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117276
  • 11. Raza M.A., Khatri K.L., Memon M.A., Rafique K., Haque M.I.U., Mirjat N.H.: Exploitation of Thar coal field for power generation in Pakistan: A way forward to sustainable energy future. Energy Exploration & Exploitation, 40, 4, 2022, 1173-1196, DOI: 10.1177/01445987221082190
  • 12. Pakistan’s Thar Coal Power Generation Potential, Private Power & Infrastructure Board. NEPRA, Pakistan, 2008
  • 13. Argiz C., Sanjuán M.Á., Menéndez E.: Coal Bottom Ash for Portland Cement Production. Advances in Materials Science and Engineering, 2017, 2017, ID article: 6068286, DOI: 10.1155/2017/6068286
  • 14. Chuanfeng Z., Yupeng F., Zhuang M., Xue Y.: Influence of mineral filler on the low-temperature cohesive strength of asphalt mortar. Cold Regions Science and Technology, 133, 2017, 1-6, DOI: 10.1016/J.COLDREGIONS.2016.10.006
  • 15. Cheng Y., Tao J., Jiao Y., Tan G., Guo Q., Wang S., Ni P.: Influence of the properties of filler on high and medium temperature performances of asphalt mastic. Construction and Building Materials, 118, 2016, 268-275, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2016.05.041
  • 16. Ramzi N.I.R., Shahidan S., Maarof M.Z., Ali N.: Physical and Chemical Properties of Coal Bottom Ash (CBA) from Tanjung Bin Power Plant. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 160, 1, 2016, ID article: 012056, DOI: 10.1088/1757-899X/160/1/012056
  • 17. Tenza-Abril A., Saval J., Cuenca A.: Using sewage-sludge ash as filler in bituminous mixes. Journal of Materials in Civil Engineering, 27, 4, 2015, DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001087
  • 18. Bajare D., Bumanis G., Upeniece L.: Coal combustion bottom ash as microfiller with pozzolanic properties for traditional concrete. Procedia Engineering, 57, 2013, 149-158, DOI: 10.1016/j.proeng.2013.04.022
  • 19. Singh M., Siddique R.: Effect of coal bottom ash as partial replacement of sand on properties of concrete. Resources, Conservation and Recycling, 72, 2013, 20-32, DOI: 10.1016/J.RESCONREC.2012.12.006
  • 20. Muniandy R., Aburkaba E.E.: The effect of type and particle size of industrial wastes filler on indirect tensile stiffness and fatigue performance of stone mastic asphalt mixtures. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 5, 11, 2011, 297-308
  • 21. Zulkati A., Diew W.Y., Delai D.S.: Effects of fillers on properties of asphalt-concrete mixture. Journal of Transportation Engineering, 138, 7, 2012, 902-910, DOI: 10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000395
  • 22. Ghaffar A., Siddiqi Z.A., Ahmed K.: Assessing Suitability of Margalla Crush for Ultra High Strength Concrete. Pakistan Journal of Engineering and Applied Sciences, 7, 2010, 38-46
  • 23. El Moudni El Alami S., Moussaoui R., Monkade M., Lahlou K., Hasheminejad N., Margaritis A., Van den Bergh W., Vuye C.: Lime Treatment of Coal Bottom Ash for Use in Road Pavements: Application to El Jadida Zone in Morocco. Materials, 12, 17, 2019, 2674, DOI: 10.3390/ma12172674
  • 24. Lokeshappa B., Dikshit A.K.: Behaviour of Metals in Coal Fly Ash Ponds. APCBEE Procedia, 1, 2012, 34-39, DOI: 10.1016/j.apcbee.2012.03.007
  • 25. Baite E., Messan A., Hannawi K., Tsobnang F., Prince W.: Physical and transfer properties of mortar containing coal bottom ash aggregates from Tefereyre (Niger). Construction and Building Materials, 125, 2016, 919-926, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.08.117
  • 26. Jarusiripot C.: Removal of reactive dye by adsorption over chemical pretreatment coal based bottom ash. Procedia Chemistry, 9, 2014, 121-130, DOI: 10.1016/j.proche.2014.05.015
  • 27. Rathnayake M., Julnipitawong P., Tangtermsirikul S., Toochinda P.: Utilization of coal fly ash and bottom ash as solid sorbents for sulfur dioxide reduction from coal fired power plant: Life cycle assessment and applications. Journal of Cleaner Production, 202, 2018, 934-945, DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.08.204
  • 28. Colonna P., Berloco N., Ranieri V., Shuler S.T.: Application of Bottom Ash for Pavement Binder Course. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 53, 2012, 961-971, DOI: 10.1016/j.sbspro.2012.09.945
  • 29. Khitab A., Bukhari S., Tayyab S.: Effect of Partial Replacement of Sand by Coal Bottom Ash in Concrete. Southern Journal of Research, 2, 2, 2022, 102-106, DOI: 10.20021/sjr.v2i2.56
  • 30. MS-2 Asphalt Mix Design Methods. Asphalt Institute, Pakistan, 2014
  • 31. AASHTO T 245 Standard Method of Test for Resistance to Plastic Flow of Asphalt Mixtures Using Marshall Apparatus. American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), Washington, 2022
  • 32. NHA General Specification. National Highway Authority (NHA), Government of Pakistan, 1998
  • 33. Luo H., Chen S., Lin D.F., Cai X.: Use of incinerator bottom ash in open-graded asphalt concrete. Construction and Building Materials, 149, 2017, 497-506, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.05.164
  • 34. ASTM D6927 Standard Test Method for Marshall Stability and Flow of Asphalt Mixtures. American Society of Testing and Materials (ASTM), Washington, 2015
  • 35. Ameli A., Babagoli R., Norouzi N., Jalali F., Poorheydari Mamaghani F.: Laboratory evaluation of the effect of coal waste ash (CWA) and rice husk ash (RHA) on performance of asphalt mastics and Stone matrix asphalt (SMA) mixture. Construction and Building Materials, 236, 2020, ID article: 117557, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117557
  • 36. AASHTO T 324 Standard Method of Test for Hamburg Wheel-Track Testing of Compacted Asphalt Mixtures. American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), Washington, 2019
  • 37. AASHTO T 342 Standard Method of Test for Determining Dynamic Modulus of Hot Mix Asphalt (HMA). American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), Washington, 2019
  • 38. Tang F., Ma T., Zhang J., Guan Y., Chen L.: Integrating three-dimensional road design and pavement structure analysis based on BIM. Automation in construction, 113, 2020, ID article: 103152, DOI: 10.1016/J.AUTCON.2020.103152
  • 39. Yang J., Li Z., Xu X.: Preparation and evaluation of cooling asphalt concrete modified with SBS and tourmaline anion powder. Journal of Cleaner Production, 289, 2021, ID article: 125135, DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.125135
  • 40. Zhang W., Shen S., Faheem A., Basak P., Wu S., Muhammad L.: Predictive quality of the pavement ME design program for field performance of warm mix asphalt pavements. Construction and Building Materials, 131, 2017, 400-410, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.11.086
  • 41. AASHTO T321 Standard Method of Test for Determining the Fatigue Life of Compacted Hot-Mix Asphalt (HMA) Subjected to Repeated Flexural Bending. American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), Washington, 2007
  • 42. Shen S., Zhang W., Shen L., Huang H.: A statistical based framework for predicting field cracking performance of asphalt pavements: Application to top-down cracking prediction. Construction and Building Materials, 116, 2016, 226-234, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.04.148
  • 43. Shen S., Zhang W., Wang H., Huang H.: Numerical evaluation of surface-initiated cracking in flexible pavement overlays with field observations. Road Materials and Pavement Design, 18, 1, 2017, 221-234, DOI: 10.1080/14680629.2016.1138879
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-f290dd75-9efa-49b2-a37d-683775b067e2
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.