Examination of the properties of asphalt mixtures consisting of reclaimed asphalt pavement with polymer modified binder and highly modified asphalt binder

• Autorzy: Szołtysik Joanna , Sorociak Wojciech , Kwiecień Sławomir

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.024.002

Warianty tytułu

PL

Badanie właściwości mieszanek mineralno-asfaltowych wykonanych z destruktu zawierającego asfalt modyfikowany i wysokomodyfikowany

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The article presents an investigation of properties of asphalt mixtures produced from two types of reclaimed asphalt pavement material – one containing typical modified binder and one containing highly modified binder. Both types of reclaimed asphalt pavement material were obtained in field from real asphalt layers. The new test mixtures in which they were used contained no rejuvenators. The mixtures were heated to compaction temperature according to the national requirements; moreover, they were subjected to additional aging processes, including temperatures that exceed the degradation temperature of the SBS polymer used in their structure (200°C). Measure- ments of air voids and resistance to water and frost ITSR, which were performed after conditioning in compaction temperature conforming with national requirements, indicated that the mixture consisting of reclaimed asphalt pavement material with highly modified asphalt binder displayed more advantageous properties (ITSR in the range 87-90%) than the mixture consisting of reclaimed asphalt pavement material with typical polymer modified binder. Conditioning at 200°C demonstrated considerable differences between the tested mixtures. While the asphalt mixture containing typical polymer modified bitumen enabled placement and compaction, the mixture with highly modified binder lost its workability and compactibility, rendering it impossible to produce test specimens.

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań właściwości mieszanek mineralno-asfaltowych wyprodukowanych z dwóch rodzajów destruktu, zawierających asfalt modyfikowany oraz wysokomodyfikowany. Oba rodzaje destruktu pozyskano w warunkach rzeczywistych, a wyprodukowane z nich mieszanki nie zawierały dodatku środków odmładzających. Mieszanki doprowadzono do temperatury zagęszczenia wg wymagań krajowych, a tak- że poddano dodatkowym procesom starzenia w tym w temperaturze przekraczającej temperaturę degradacji obecnego w ich strukturze polimeru SBS (200°C). Wyniki badań zawartości wolnych przestrzeni oraz odporności na działanie wody i mrozu ITSR wykonanych po kondycjonowaniu w temperaturze zagęszczenia zgodnej z wymaganiami krajowymi wykazały korzystniejsze właściwości mieszanki zawierającej destrukt z asfaltem wysokomodyfikowanym (wartości ITSR w zakresie 87-90%) w porównaniu do mieszanki zawierającej destrukt z asfaltem modyfikowanym. Kondycjonowanie w 200°C ujawniło znaczące różnice w zachowaniu mieszanek. Mieszanka zawierająca asfalt modyfikowany umożliwiała rozkładanie i zagęszczanie, podczas gdy mieszanka zawierająca asfalt wysokomodyfikowany utraciła urabialność oraz możliwość zagęszczenia, uniemożliwiając uzyskanie próbek do badań.

Słowa kluczowe

EN

asphalt mixture; binder; highly modified asphalt binder; reclaimed asphalt pavement; recycling

PL

asfalt; asfalt wysokomodyfikowany; destrukt asfaltowy; mieszanka mineralno-asfaltowa; recykling

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 23, no. 1
• Strony: 29--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szołtysik Joanna

• Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa, Katedra Geotechniki i Dróg, ul. Akademicka 5, 44-100 Gliwice

autor

Sorociak Wojciech

• Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa, Katedra Geotechniki i Dróg, ul. Akademicka 5, 44-100 Gliwice

autor

Kwiecień Sławomir

• Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa, Katedra Geotechniki i Dróg, ul. Akademicka 5, 44-100 Gliwice

Bibliografia

• 1. European Asphalt Pavement Association: Asphalt in Figures 2021, eapa.org/asphalt-in-figures, 19.07.2023
• 2. Ajanovic A., Dahl C., Schipper L.: Modelling transport (energy) demand and policies – an introduction. Energy Policy, 41, 2012, III-XIV, DOI: 10.1016/j.enpol.2011.12.033
• 3. Gruber M.R., Hofko B.: Life cycle assessment of greenhouse gas emissions from recycled asphalt pavement production. Sustainability, 15, 5, 2023, ID article: 4629, DOI: 10.3390/SU15054629
• 4. Wymagania Techniczne WT-2 – część I. Mieszanki mineralno-asfaltowe. Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, Warszawa, 2014
• 5. Wang D., Riccardi C., Jafari B., Cannone Falchetto A., Wistuba M.P.: Investigation on the effect of high amount of Re-recycled RAP with Warm mix asphalt (WMA) technology. Construction and Building Materials, 312, 2021, ID article: 125395, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.125395
• 6. Sabahfar N.: Effect of fractionation of reclaimed asphalt pavement on properties of Superpave mixtures with reclaimed asphalt pavement. advances in civil engineering materials, 4, 1, 2015, 47-60, DOI: 10.1520/ACEM20140036
• 7. Abdel-Jaber M., Al-shamayleh R.A., Ibrahim R., Alkhrissat T., Alqatamin A.: Mechanical properties evaluation of asphalt mixtures with variable contents of Reclaimed Asphalt Pavement (RAP). Results in Engineering, 14, 2022, ID article: 100463, DOI: 10.1016/J.RINENG.2022.100463
• 8. Guo M., Liang M., Sreeram A., Bhasin A., Luo D.: Characterisation of rejuvenation of various modified asphalt binders based on simplified chromatographic techniques. International Journal of Pavement Engineering, 12, 23, 2021, 4333-4343, DOI: 10.1080/10298436.2021.1943743
• 9. Behnood A.: Application of rejuvenators to improve the rheological and mechanical properties of asphalt binders and mixtures: A review. Journal of Cleaner Production, 231, 2019, 171-182, DOI: 10.1016/J.JCLEPRO.2019.05.209
• 10. Corbett L.W.: Composition of asphalt based on generic fractionation, using solvent deasphaltening, elution-adsorption chromatography, and densimetric characterization. Analytical Chemistry, 41, 4, 1969, 576-579, DOI: 10.1021/AC60273A004
• 11. Wang Y., Wang W., Wang L.: Understanding the relationships between rheology and chemistry of asphalt binders: a review. Construction and Building Materials, 329, 2022, ID article: 127161, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2022.127161
• 12. Dai Z., Shen J., Shi P., Zhu H., Li X.: Nano-sized morphology of asphalt components separated from weathered asphalt binders. Construction and Building Materials, 182, 2018, 588-596, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2018.06.127
• 13. Islam M.R., Hossain M.I., Tarefder R.A.: A study of asphalt aging using Indirect Tensile Strength test. Construction and Building Materials, 95, 2015, 218-223, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2015.07.159
• 14. Xia W., Xu T., Wang H., Pan Y.: Combustion kinetics of asphalt binder components and the release processes of gaseous products. Combustion and Flame, 206, 2019, 322-333, DOI: 10.1016/J.COMBUSTFLAME.2019.05.009
• 15. Lesueur D.: The colloidal structure of bitumen: Consequences on the rheology and on the mechanisms of bitumen modification. Advances in Colloid and Interface Science, 145, 1-2, 2009, 42-82, DOI: 10.1016/J.CIS.2008.08.011
• 16. Rodriguez F., Cohen C., Ober C.K., Archer L.A.: Principles of polymer systems, CRC Press, Boca Raton, 2015
• 17. Gupta A., Lastra-Gonzalez P., Rodriguez-Hernandez J., González González M., Castro-Fresno D.: Critical assessment of new polymer-modified bitumen for porous asphalt mixtures. Construction and Building Materials, 307, 2021, ID article: 124957, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.124957
• 18. Camargo I.G.N., Hofko B., Mirwald J., Grothe H.: Effect of thermal and oxidative aging on asphalt binders rheology and chemical composition. Materials, 13, 19, 2020, 4438, DOI: 10.3390/MA13194438
• 19. Aurilio M., Tavassoti P., Elwardany M., Baaj H.: Impact of Styrene-Butadiene-Styrene (SBS) content on asphalt Binder’s fatigue resistance at various aging levels using Viscoelastic Continuum Damage and fracture mechanics. Construction and Building Materials, 305, 2021, 124627, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.124627
• 20. Zhang Q., Wang T., Fan W., Ying Y., Wu Y.: Evaluation of the properties of bitumen modified by SBS copolymers with different styrene-butadiene structure. Journal of Applied Polymer Science, 131, 12, 2014, ID article: 40398, DOI: 10.1002/APP.40398
• 21. Wang Y., Yi H., Liang P., Chai C., Yan C., Zhou S.: Investigation on preparation method of SBS-modified asphalt based on MSCR, LAS, and fluorescence microscopy. Applied Sciences, 12, 14, 2022, ID article: 7304, DOI: 10.3390/APP12147304
• 22. Petersen R.C.: Reactive Secondary Sequence Oxidative Pathology Polymer Model and Antioxidant Tests. International Research Journal of Pure and Applied Chemistry, 2, 4, 2012, 247-285, DOI: 10.9734/IRJPAC/2012/2104
• 23. Romero-Sánchez M.D., Mercedes Pastor-Blas M., Martín-Martínez J.M., Walzak M.J.: Addition of ozone in the UV radiation treatment of a synthetic styrene-butadiene-styrene (SBS) rubber. International Journal of Adhesion and Adhesives, 25, 4, 2005, 358-370, DOI: 10.1016/J.IJADHADH.2004.12.001
• 24. Yu H., Yao D., Qian G., Cai J., Gong X., Cheng L.: Effect of ultraviolet aging on dynamic mechanical properties of SBS modified asphalt mortar. Construction and Building Materials, 281, 2021, ID article: 122328, DOI: 10.1016/J.CONBUILDMAT.2021.122328
• 25. Wang H., Zhu Y., Zhang W., Shen S., Wu S., Mohammad L.N., She X.: Effects of field aging on material properties and rutting performance of asphalt pavement. Materials, 16, 1, 2023, 225, DOI: 10.3390/MA16010225
• 26. Cháves-Pabón S.B., Rondón-Quintana H.A., Bastidas- Martínez J.G.: Aging of asphalt binders and asphalt mixtures. Summary Part I: Effect on physical-chemical properties. International Journal of Civil Engineering and Technology, 10, 12, 2019, 259-273
• 27. Von Quintus H.L., Scherocman J.A., Hughes C.S., Kennedy T.W.: Asphalt-aggregate mixture analysis system (AAMAS). NCHRP Report 338, Transportation Research Board, Washington, 1991
• 28. Hugener M., Pittet M.: Extraction and recovery of polymer modified bitumen, 6th Eurasphalt & Eurobitume Congress, Prague, 2016
• 29. Yan C., Huang W., Ma J., Xu J., Lv Q., Lin P.: Characterizing the SBS polymer degradation within high content polymer modified asphalt using ATR-FTIR. Construction and Building Materials, 233, 2020, ID article: 117708, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117708
• 30. Chen Z., Huang W., Wu K., Nie G., Zheng Y., Song J., Cai X., Wu J., Huang J.: Performance degradation of styrene-butadiene-styrene modified asphalt binder at ultra-high temperature: Process of construction in fluid mastic asphalt. Case Studies in Construction Materials, 19, 2023, ID article: e02490, DOI: 10.1016/J.CSCM.2023.E02490
• 31. Thakur S.C., Han J., Chong W.K., Parsons R.L.: Laboratory evaluation of physical and mechanical properties of recycled asphalt pavement. In: Huang B., Tutumluer E., Al-Qadi I.L., Prozzi J., Shu X. (eds.): Paving materials and pavement analysis. American Society of Civil Engineers, 2010, 255-263, DOI: 10.1061/41104(377)31
• 32. Bell C.A., Abwahab Y., Cristi M.E., Sosnovske D.: Selection of Laboratory Aging Procedures for Asphalt-Aggregate Mixtures, Strategic Highway Research Program, Washington, 1994
• 33. PN-EN 12697-30:2019-01. Mieszanki mineralno-asfaltowe – Metody badań. Część 30: Przygotowanie próbek zagęszczonych przez ubijanie
• 34. PN-EN 12697-8:2019-01. Mieszanki mineralno-asfaltowe – Metody badań – Część 8: Oznaczanie zawartości wolnej przestrzeni
• 35. PN-EN 12697-5:2019-01. Mieszanki mineralno-asfaltowe – Metody badań – Część 5: Oznaczanie gęstości
• 36. PN-EN 12697-6:2020-07. Mieszanki mineralno-asfaltowe – Metody badań – Część 6: Oznaczanie gęstości objętościowej próbek mieszanki mineralno-asfaltowej
• 37. PN-EN 12697-12:2018-08. Mieszanki mineralno-asfaltowe – Metody badań. Część 12: Określenie wrażliwości na wodę próbek mineralno-asfaltowych
• 38. PN-EN 12697-23:2017-12. Mieszanki mineralno-asfaltowe – Metody badań. Część 23: Oznaczanie wytrzymałości mieszanki mineralno-asfaltowej na rozciąganie pośrednie
• 39. Sorociak W., Grzesik B., Bzówka J., Mieczkowski P.: Asphalt concrete produced from rejuvenated reclaimed asphalt pavement (RAP). Archives of Civil Engineering, 66, 2, 2020, 321-337, DOI: 10.24425/ACE.2020.131812