مطالعه آزمایشگاهی تاثیر نانو اکسید روی و نانو اکسید مس بر مقاومت شیار‌شدگی و جذب آلایندگی در آسفالت متخلخل در رواناب سطحی شهری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران.

2 استاد گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران.

3 استاد گروه مهندسی محیط‌زیست، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند، سهند، ایران.

چکیده

استفاده از آسفالت متخلخل در طول دهه گذشته موضوع بسیاری از ابداعات و نوآوری‌ها بوده است. بارزترین خصوصیات این آسفالت، قابلیت زهکشی آن است که به‌دلیل وجود درصد بالایی از فضای خالی و تخلخل­ها و ارتباطات بین این تخلخل­ها صورت می­گیرد. لذا توجه به مسائل محیط‌زیستی نظیر کاهش آلاینده­های موجود در محیط­های متخلخل نظیر آسفالت از اهمیت زیادی برخوردار است و لذا هدف پژوهش بررسی تاثیر درصد غلظت مختلف نانوموادهایی نظیر نانو اکسید مس(CuO) و نانو اکسید روی (ZnO) بر مقاومت و جاذب آلاینده در آسفالت متخلخل بوده است. در این مطالعه روسازی آسفالتی متخلخل با دوام و با قابلیت جذب آلاینده‌ها از آب معرفی و برای آزمایش خزش دینامیکی در آزمایشگاه آسفالت ساخته شد و بررسی وضعیت آلاینده­ها در آزمایشگاه شیمی انجام شد. نتایج آزمایش خزش دینامیکی نشان‌داد که افزودن نانو اکسید CuO به مخلوط­های آسفالتی متخلخل باعث افزایش قابل‌توجه ظرفیت باربری و عدد روانی (FN) شد که برای مقاومت در برابر شیارشدگی مفید بود. مقادیر FN مخلوط‌های آسفالتی متخلخل در تمام بارها به‌طور متوسط 15 درصد افزایش­‌یافته و در کل بارها، نمونه­های آسفالتی اصلاح شده با نانو 6 درصد نانو اکسید مس دارای مقادیر FN بالاتری بود. اما در نمونه­های آسفالتی حاوی نانو اکسید ZnO تغییرات ناچیزی مشاهده شد. هم‌چنین مقایسه نتایج کیفی در خصوص نفش نانو مواد اکسید روی و مس در کاهش آلایندگی نشان‌داد که نانو اکسید روی (ZnO) در تمامی پارامترهای کیفی نقش کاهنده آلاینده را به‌عهده داشته که بیشترین کاهش در فسفات، TSS و سولفات بوده است. درنهایت در بخش آزمایش مکانیکی، نمونه آسفالتی حاوی نانو اکسید مس با غلظت 6% و در بخش محیط‌زیستی، نمونه آسفالتی حاوی نانو اکسید روی با غلظت 8% بهترین عملکرد داشتند.

کلیدواژه‌ها


 
پروین‌نیا، م.، رخشنده‌رو، غ.، و منجمی، پ.، (1387)، "بررسی کیفیت و احیای سیلاب­های شهری در شهر شیراز"، دومین همایش و نمایشگاه تخصصی مهندسی محیط‌زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
موسوی‌راد، س.، عامری، م.، و کامبوزیا، ن.، (1400)، "امکان‌سنجی بهبود هم‌زمان قابلیت جذب آلاینده‌ها  از رواناب سطحی و عملکرد مکانیکی روسازی‌ها با کاربرد مخلوط آسفالتی متخلخل اصلاح‌شده با نانو‌مواد فوتوکاتالیست"، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.
نیک‌نژاد، د.، (1392)، "آلودگی منابع آب و خاک و محیط‌زیست بر اثر باران اسیدی"، اولین همایش ملی توسعه پایدار کشاورزی با کاربرد الگوی زراعی، همدان، ایران.
ASTM D5116-17, (2017), Standard guide for small-scale environmental chamber determinations of organic emissions from indoor materials/products, ASTM International, West Conshohocken, USA.
Anand, R., Raina, A., Haq, M., Mir, M., Gulzar, G., and Wani, M., (2021), “Synergism of TiO2 and graphene as nano-additives in bio-based cutting fluid, An experimental investigation”, Journal of Tribology Transactions, 64(2), 350-366, https://doi.org/10.1080/10402004.2020.1842953.
Badroodi, S.K., Keymanesh, M.R., and Shafabakhsh, G., (2020), “Experimental investigation of the fatigue phenomenon in nano silica-modified warm mix asphalt containing recycled asphalt considering self-healing behavior”, Journal of Construction and Building Materials, 246, 117558, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117558.
Kafi, M., Gasperi, J., Moilleron, R., Gromaire, M.C., and Chebbo, G., (2008). “Spatial variability of the characteristics of combined wet weather pollutant loads in Paris”, Journal of Water Research, 42(3), 539-549, https://doi.org/10.1016/j.watres.2007.08.008.
Kamboozia, N. Mousavi Rad, S., and Saed, S., (2022), “Laboratory Investigation of the effect of nano-znO on the fracture and rutting resistance of porous asphalt mixture under the aging condition and freeze–thaw cycle”, Journal of Materials in Civil Engineering, 34(5), 04022052, https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0004187.
Klenzedrof, B., Eck, B., Charbeneau, J., and Barrbeet, M., (2012), “Quantifying the behavior of porous asphalt overlays with respect to drainage hydraulics and runoff water quality, Journal of Environmental & Engineering Geoscience, 10(1), 99-111, https://doi.org/10.2113/gseegeosci.18.1.99.
Li, R., Xiao, F., Amirkhanian, S., You, Z., and Huang, J., (2017), “Developments of nano materials and technologies on asphalt materials-A review”, Journal of Construction and Building Materials, 143(1), 633-648, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.03.158.
Lopes Afonso, M., Almeida, M., and Sena Fael, C., (2017), “Study of the porous asphalt performance with cellulosic fibers”, Journal of Construction and Building Materials, 135, 104-111, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.12.222.
Masri, Kh., Zali, N., Jaya, R., and Hasan, M., (2022), “The influence of nano titanium as bitumen modifier in stone mastic asphalt”, Journal of Advances in Materials Science and Engineering, 22(1), 1-19, https://doi.org/10.1155/2022/4021618.
Roseen, R., Ballestero, T., Houle, J., Briggs, J., and Houle, K., (2012), “Water quality and hydrologic performance of a porous asphalt pavement as a storm-water treatment strategy in a cold climate”, Journal of Environmental Engineering, 138(1), 81-89, https://doi.org/10.1061/(ASCE)EE.1943-7870.0000459.
Sambito, M., Severino, A., Freni, G., and Neduzha, L.A., (2021), “Systematic review of the hydrological, environmental and durability performance of permeable pavement systems”, Journal of Sustainability, 13(8), 4509, https://doi.org/10.3390/su13084509.
Shafabakhsh, Gh., Jafari Ani, O., and Mirabdolazimi, S.M., (2021), “Rehabilitation of asphalt pavement to improvement the mechanical and environmental properties of asphalt concrete by using of nano particles”, Journal of Rehabilitation in Civil Engineering, 9(2), 1-20, https://doi.org/10.22075/JRCE.2019.17407.1326.
Standards Australia, (1995), Methods of sampling and testing asphalt determination of the permanent compressive strain characteristics of asphalt, Dynamic Creep Test, AS 2891.12.1, Sydney, Australia
Tanzadeh, J., Tanzadeh, R., Nazari, H., and Kamvar, N., (2017), “Fatigue evaluation of hot mix asphalt (HMA) mixtures modified by optimum percent of Tio nanoparticles”, Journal of Advanced Engineering Forum, 24(1), 55-62, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AEF.24.55.
Thomas, B.B., Mark, H.S., Janelle, A., Brian, B., (2008), “Potential for localized groundwater contamination in a porous pavement parking lot setting in Thode Island”, Journal of Environmental Geology, 55(3), 571-582, https://doi.org/10.1007/s00254-007-1008-z.
Wang, Z. Leng, H., Yu, M., Hūben, J., and Kollmann, M., (2017), “Durability of epoxy-bonded tior-modified aggregate as a photocatalytic coating layer for asphalt pavement under vehicle tire polishing”, Journal of Wear, 382(1), 1-7, https://doi.org/10.1016/j.wear.2017.04.004.
Winter, M., and Breitsamter, Ch., (2016), “Efficient unsteady aerodynamic loads prediction based on nonlinear system identification and proper orthogonal decomposition”, Journal of Fluids and Structures, 67(1), 1-21, https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2016.08.009.