Fatigue and Rutting Performance of Hybrid Recycled Plastic Asphalt Concrete. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Final_Dissertation_writeup.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

هناك كميات كبيرة من المواد البلاستيكية غير قابلة للتحلل يتم القاؤها يوميا في مكبات النفايات والتي بدورها تسبب مشكلة صحية وضرر بيئي كبير. حيث يتم انتاج ما يقارب من مليون وأربعمائة ألف (1.400.000) طن من البلاستيك المعاد تدويره في المملكة العربية السعودية. في حين أن الظروف المناخية القاسية في المملكة تضطر الى استخدام كميات كبيرة وأنواع باهظة الثمن لتحسين خصائص الاسفلت المحلي المستخدم في الخلطات الإسفلتية. لقد تم في هذا البحث دراسة امكانية تحسين أداء الرصفات الاسفلتية وتقليل تكلفة المواد اللازمة لإنتاجها. حيث تم التعمق في دراسة كل من ثبات التخزين الديناميكي ومؤشرات الأداء عند الحرارة العالية ومعامل المطاوعة للجزء غير المسترد بالإضافة الى نسبة استرداد المرونة وذلك باستخدام المواد البلاستيكية المعاد تدويرها والتي شملت على البولي إيثيلين عالي الكثافة، والبولي إيثيلين قليل الكثافة، والبولي بروبالين مضافة الى البولمرات المعروفة مثل البوليبلت والمطاط الصناعي. وتشير النتائج الاولية للدراسة إلى أن خاصية استعادة المرونة للرابط الاسفلتي تم تحسينها باستخدام المواد البلاستيكية المعاد تدويرها بالاضافة الى كميات قليلة من المطاط الصناعي. وعلى الرغم عدم امتلاك هذه المواد البلاستيكية خاصية استرداد المرونة إلا أنه تبين في هذه الدراسة أن دمج هذه المواد مع المطاط الصناعي قد تحسن من هذه الخاصية بشكل أفضل الإسفلت المحسن بالمطاط فقط. وتبين من فحص الرابط الاسفلتي المحسن باستخدام البولي بروبالين المعاد تدويره (بنسب أعلى من 2%) أنه غير مستقر،ونتج من هذه الفحوصات أن استخدام البلاستيك المعاد تدويره بمقاسات تتراوح بين منخل رقم 8 ورقم 40 هو الحل الأمثل في تحسين الخلطات الاسفلتية عن طريق استبدال جزء من الحصى الناعم بهذه المواد بمحتوى يصل الى 9.5% من الوزن. وبعد فحص الخلطات الاسفلتية التي تحتوي على بلاستيك معاد تدويره باستخدام ترددات منخفضة، أشارت النتائج الى قيم أعلى من المعامل الديناميكي مقارنة بالخلطات التي تحتوي على المطاط المعاد تدويره، كما تبين من النتائج انه لا يوجد إشارة إلى التدفق خلال اختبار رقم التدفق. إن وجود البلاستيك المعاد تدويره كجزء من الحصى في الخلطات الاسفلتية يزيد العمر الافتراضي المتوقع لمقاومة الجهد الى أكثر من الضعف. كما أن اعتماد المواد المعاد تدويرها كمواد مضافة في الخلطات الاسفلية في الممكلة سوف يقلل من خطر انبعاث خمسمائة ألف (500.000) مليون طن سنويا من الكربون الضار وخمسمائة (500) طن من المركبات العضوية المتطايرة التي تخلو من الميثان. وأظهرت نتائج محاكاة عشرين (20) عاماً من عمر الخلطات الاسفلتية المحسنة والتي تتعرض الى أحمال ثقيلة من المركبات باستخدام المواد البلاستيكية المعاد تدويرها تحسناً كبيراً في أداء هذه الخلطات. حيث تؤكد نتائج المحاكاة المعدة في المختبر على أن هذه المواد متفوقة على الخلطات التي تحتوي على المطاط المعاد تدويره عند درجة حرارة (76) مئوية في حالة الفترات الطويلة من تعرضها للأحمال.

English Abstract

Huge amount of globally generated non-biodegradable plastic wastes, constitute a major environmental nuisance. The annual Recycled Plastic waste (RPW) generation from Kingdom of Saudi Arabia (KSA) exceeds 1,400,000 tones. Extreme KSA climate necessitates expensive polymer modification of the local available asphalt binder. The potential of RPW in enhancing the performance and reducing the cost of asphalt concrete (AC) has been explored. Dynamic storage stability, high temperature performance, non recoverable creep compliance (Jnr), and recovery of recycled high and low density polyethylene (RHDPE & RLDPE), and recycled polypropylene (RPP) modified asphalt binders in combination with styrene-butadiene-styrene (SBS) and polybilt (PB) were presented in this study. The purely RPW modified binders lack of elastic recovery was successfully improved by incorporating minor proportion of elastomeric virgin polymer (SBS). Even though the RPWs modified binders lack sufficient strain recovering ability, RLDPE and RHDPE could be utilized along with an elastomeric SBS to achieve a higher recovery and strain resistance, than that which could be achieved if same amount of SBS alone is employed. Some of the RPP modified asphalt binder (content above 2%) were found to be unstable. A RPW size ranging between No. 8 and No. 40 was found to be the best for AC modification via aggregate substitution. An optimum RPW aggregate substitute of 9.5% by mass was established. All the ACs containing RPW-aggregate showed higher dynamic modulus than the conventional crumb rubber modified binder mix, at lower loading frequency. None of the hybrid RWP-aggregate mixture flowed within the standardized flow number (FN) test period. The presence of the RPW aggregate in the fresh+RPW mix has more than doubled the fresh AC fatigue life. Adopting recycling alternative of polymer modification in KSA alone could eliminate up to 500,000 million metric tons of carbon emission and 500 tons of non-methane volatile organic compounds every year. The 20 years simulation results of the RPW modified AC life under heavy traffic has shown an overall excellent performance of the RPW modified binder AC mixture. The simulation results further confirms inferences made from laboratory test results that most of the hybrid-RPW ACs are superior to the CRB_76 AC for higher loading time scenario.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Civil Engineering > Transportation Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Al Abdul Wahhab, H. I
Committee Members:	Hussein, I. A and Al-Gahtani, H. J and Ahmad, Shamshad and Malkawi, Reqallah H.
Depositing User:	ABUBAKAR D MUHAMMAD (g201004680)
Date Deposited:	23 Jul 2017 13:09
Last Modified:	31 Dec 2020 08:21
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140400