Influence of mixed hydraulic binder on the properties of recycled asphalt mixtures with foamed bitumen

• Autorzy: Iwański Marek , Mazurek Grzegorz , Chomicz-Kowalska Anna , Buczyński Przemysław , Cholewińska Małgorzata , Iwański Mateusz Marek , Maciejewski Krzysztof , Ramiączek Piotr

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.023.005

Warianty tytułu

PL

Wpływ spoiwa mieszanego na właściwości recyklowanej mieszanki mineralno-asfaltowej z asfaltem spienionym w aspekcie jej uziarnienia

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Developments in reconstruction of roads of all categories – from motorways to local roads – result in production of large quantities of reclaimed asphalt pavement (RAP) material of various quality and grading. In a sustainable economy, it is necessary to recycle such materials. Currently RAP is primarily reused in recycled mixtures dedicated for road base courses. Variable quality of RAP material requires application of appropriate binding agents to optimize the performance of the obtained mixtures. There is a need for dedicated three-component hydraulic binder, consisting of CEM I 32.R cement, hydrated lime Ca(OH)2 and cement by-pass dust (CBPD), whose proportions should be adopted adequately to the intended use. The influence of hydraulic binder composition was investigated for the following parameters of the obtained mixture with foamed bitumen: air voids, indirect tensile strength, uniaxial compressive strength, resistance to water and frost (according to four different parameters) and stiffness moduli at -10°C, +13°C, +25°C and +40°C in accordance with the IT-CY method. The recommended composition of the three-component binder providing the required properties of cold-recycled mixture with hydraulic binder and foamed bitumen was determined based on the obtained test results.

PL

Rozwój prac modernizacyjnych dróg różnych kategorii, od autostrad po drogi samorządowe, przyczynia się do powstawania dużej ilości destruktu asfaltowego (RAP) o zróżnicowanej jakości i uziarnieniu. W ramach gospodarki zrównoważonej niezbędne jest jego ponowne wykorzystanie. Obecnie w większości przeznaczony jest on do wytworzenia recyklowanych mieszanek mineralno-asfaltowych wbudowywanych w warstwę podbudowy. Zróżnicowana jakość destruktu wymaga zastosowania odpowiedniego rodzaju spoiwa, tak aby można było go wykorzystać w optymalny sposób. W związku z tym zaistniała potrzeba opracowania spoiwa hydraulicznego mieszanego, które składa się z cementu CEM I 32.R, wapna hydratyzowanego Ca(OH)2 oraz ubocznych cementowych produktów pylastych (UCPP) dobieranych w odpowiednich proporcjach. Badano wpływ składu spoiwa hydraulicznego mieszanego na następujące właściwości mieszanki wytwarzanej z zastosowaniem asfaltu spienionego: zawartość wolnych przestrzeni, wytrzymałość na pośrednie rozciąganie, wytrzymałość na osiowe ściskanie, odporność na oddziaływanie wilgoci i mrozu wg czterech różnych parametrów oraz moduł sztywności w temperaturze -10°C, +13°C, +25°C i +40°C wg metody IT-CY. Na podstawie wykonanych badań ustalono rekomendowany skład spoiwa zapewniający wymagane właściwości recyklowanej mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym i asfaltem spienionym.

Słowa kluczowe

EN

cold-recycled asphalt mixture; foamed bitumen; mixed hydraulic binder; reclaimed asphalt pavement

PL

asfalt spieniony; destrukt asfaltowy; mieszanka mineralno-asfaltowa recyklowana na zimno; spoiwo mieszane

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 22, no. 1
• Strony: 81--114
• Opis fizyczny: Bibliogr. 40 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Iwański Marek

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Department of Transportation Engineering, 7 Tysiąclecia Państwa Polskiego Av., 25-314 Kielce

• https://orcid.org/0000-0002-0414-682X

autor

Mazurek Grzegorz

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Department of Transportation Engineering, 7 Tysiąclecia Państwa Polskiego Av., 25-314 Kielce

• https://orcid.org/0000-0002-9735-1725

autor

Chomicz-Kowalska Anna

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Department of Transportation Engineering, 7 Tysiąclecia Państwa Polskiego Av., 25-314 Kielce

• https://orcid.org/0000-0002-2784-8197

autor

Buczyński Przemysław

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Department of Transportation Engineering, 7 Tysiąclecia Państwa Polskiego Av., 25-314 Kielce

• https://orcid.org/0000-0003-0798-8093

autor

Cholewińska Małgorzata

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Department of Transportation Engineering, 7 Tysiąclecia Państwa Polskiego Av., 25-314 Kielce

• https://orcid.org/0000-0001-8369-3428

autor

Iwański Mateusz Marek

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Department of Transportation Engineering, 7 Tysiąclecia Państwa Polskiego Av., 25-314 Kielce

• https://orcid.org/0000-0002-3183-0141

autor

Maciejewski Krzysztof

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Department of Transportation Engineering, 7 Tysiąclecia Państwa Polskiego Av., 25-314 Kielce

• https://orcid.org/0000-0002-3002-9547

autor

Ramiączek Piotr

• Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Department of Transportation Engineering, 7 Tysiąclecia Państwa Polskiego Av., 25-314 Kielce

• https://orcid.org/0000-0002-8143-4788

Bibliografia

• 1. Sybilski D., Matras J., Mechowski T., Zawadzki J.: Warunki techniczne wykonywania warstw podbudowy z mieszanki mineralno cementowo-emulsyjnej (MCE). IBDiM, Seria „I”, 61, 1999
• 2. Jenkins K.J.: Mix Design Considerations for Cold and Half-Warm Bituminous Mixes with Emphasis on Foamed Bitumen. University of Stellenbosch, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, PhD Dissertation, 2000
• 3. Jaczewski M., Dołżycki B., Alenowicz J., Jaskuła P.: Impact of reclaimed asphalt pavement (RAP) on low-temperature properties of asphalt concrete. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 18, 4, 2019, 303-315, DOI: 10.7409/rabdim.019.020
• 4. Zawadzki J., Kłos M.: Zasady projektowania betonu asfaltowego o zwiększonej odporności na odkształcenia trwałe. Wytyczne oznaczania odkształcenia i modułu sztywności mieszanek mineralno-bitumicznych metodą pełzania pod obciążeniem statycznym. IBDiM, seria „I”, 34, 1995
• 5. Dołżycki B.: Instrukcja projektowania i wbudowania mieszanek mineralno-cementowo-emulsyjnych (MCE). Politechnika Gdańska, 2014
• 6. Iwański M.M.: Synergistic Effect of F–T Synthetic Wax and Surface-Active Agent Content on the Properties and Foaming Characteristics of Bitumen 50/70. Materials, 14, 300, 2021, DOI: 10.3390/ma14020300
• 7. Sanchez-Alonso E., Vega-Zamanillo A., Castro-Fresno D., Del Rio-Prat M.: Evaluation of compatibility and mechanical properties of bituminous mixes with warm additives. Construction and Building Materials, 25, 2011, 2304–2311
• 8. Iwański M.M., Chomicz-Kowalska A., Maciejewski K.: Impact of Additives on the Foamability of a Road Paving Bitumen. IOP Conference Series: Materials Science Engineering, 603, 2019, ID article: 042040, DOI: 10.1088/1757-899X/603/4/042040
• 9. Leng Z. Gamez A. Al-Qadi I.L.: Mechanical property characterization of warm-mix asphalt prepared with chemical additives. Journal of Materials in Civil Engineering, 26, 2, 2014, 304–311, DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000810
• 10. Technical Guideline TG2: Bitumen Stabilised Materials. A Guideline for the Design and Construction of Bitumen Emulsion and Foamed Bitumen Stabilised Materials, Asphalt Academy, 2nd ed. Pretoria, South Africa, 2009
• 11. Buczyński P., Iwański M.: Inactive Mineral Filler as a Stiffness Modulus Regulator in Foamed Bitumen-Modified Recycled Base Layers. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 245, 3, 2017, 032042, DOI: 10.1088/1757-899X/245/3/032042
• 12. Mazurek G., Iwański M., Buczyński P., Horodecka R.: Influence of innovative three-element binder on permanent deformations in recycled mixtures with emulsion and foamed bitumen. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 21, 55, 2021, 236-261, DOI: 10.1007/s43452-021-00192-9
• 13. Cold Recycling Technology. Wirtgen Group, First edition, Wirtgen GmbH, Windhagen, 2012
• 14. Iwański M., Chomicz-Kowalska A.: Evaluation of the effect of using foamed bitumen and bitumen emulsion in cold recycling technology, in: Losa M., Papagiannakis T. (Eds.), Sustainability, Eco-Efficiency, and Conservation in Transportation Infrastructure Asset Management. CRC Press, 2014, 69–76, DOI: 10.1201/b16730-12
• 15. Dołżycki B.: Polish experience with cold in-place recycling. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 236, 2017, ID article: 012089, DOI: 10.1088/1757-899X/236/1/012089
• 16. Bessa I.S., Almeida L.R., Vasconcelos K.L., Bernucci L.L.B.: Design of cold recycled mixes with asphalt emulsion and portland cement. Canadian Journal of Civil Engineering, 43, 9, 2016, 773–782, DOI: 10.1139/cjce-2016-0111
• 17. Raport z projektu TECHMATSTRATEG1/349326/9/NCBR/2017 „Innowacyjna technologia wykorzystująca optymalizację środka wiążącego przeznaczonego do recyklingu głębokiego na zimno konstrukcji nawierzchni zapewniająca jej trwałość eksploatacyjną". NCBR, 2018
• 18. Jenkins K.J., de Groot J.L.A., van de Ven M.F.C., Molenaar A.: Half-warm foamed bitumen treatment, a new process. Proceedings of the 7th Conference on asphalt pavements for Southern Africa. Capsa, 1999
• 19. Kowalski K.J., Król J.B., Bańkowski W., Radziszewski P., Sarnowski M.: Thermal and Fatigue Evaluation of Asphalt Mixtures Containing RAP Treated with a Bio-Agent. Applied Sciences, 7, 3, 2017, ID article: 216, DOI: 10.3390/app7030216
• 20. Iwański M., Chomicz-Kowalska A., Maciejewski K.: The Influence of Hydrated Lime on IT-CY Stiffness Modulus of Foam-Based Asphalt Concrete Compacted at 95 °C. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 471, 2019, ID article: 032029, DOI: 10.1088/1757-899X/471/3/032029
• 21. Jamshidi A., White G.: Evaluation of Performance and Challenges of Use of Waste Materials in Pavement Construction: A Critical Review. Applied Sciences, 10, 1, 2019, ID article: 226, DOI: 10.3390/app10010226
• 22. Mallick R.B., Hendrix G.: Use of foamed asphalt in recycling incinerator ash for construction of stabilized base course. Resources, Conservation and Recycling, 42, 3, 2004, 239–248, DOI: 10.1016/j.resconrec.2004.04.007
• 23. Ramanujam J.M., Jones J.D.: Characterization of foamed-bitumen stabilisation. International Journal of Pavement Engineering, 8, 2, 2007, 111–122, DOI: 10.1080/10298430601149676
• 24. Skotnicki L., Kuźniewski J., Szydło A.: Stiffness Identification of Foamed Asphalt Mixtures with Cement, Evaluated in Laboratory and In Situ in Road Pavements. Materials, 13, 5, 2020, ID article: 1128, DOI: 10.3390/ma13051128
• 25. Lin J., Hong J., Xiao Y.: Dynamic characteristics of 100% cold recycled asphalt mixture using asphalt emulsion and cement. Journal of Cleaner Production, 156, 2017, 337–344, DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.04.065
• 26. Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych). GDDKiA, Warszawa, 2014
• 27. Kavussi A., Modarres A.: Laboratory fatigue models for recycled mixes with bitumen emulsion and cement. Construction and Building Materials, 24, 10, 2021, 1920–1927, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.04.009
• 28. Niazi Y., Jalili M.: Effect of Portland cement and lime additives on properties of cold in-place recycled mixtures with asphalt emulsion. Construction and Building Materials, 23, 3, 2009, 1338–1343, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2008.07.020
• 29. Mazurek G., Buczyński P., Iwański M., Horodecka R.: Influence of a three-component hydraulic binder on the properties of recycled base course with foamed bitumen and bituminous emulsion: a field investigation. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 21, 4, 2022, 309-329, DOI: 10.7409/rabdim.022.018
• 30. Iwański M.M.: Effect of Hydrated Lime on Indirect Tensile Stiffness Modulus of Asphalt Concrete Produced in Half-Warm Mix Technology. Materials, 13, 21, 2020, ID article: 4731, DOI: 10.3390/ma13214731
• 31. Judycki J., Jaskuła P.: Badania odporności betonu asfaltowego zawierającego wapno hydratyzowane na działanie wody i mrozu. Materiały konferencyjne V Międzynarodowej Konferencji „Trwałe i Bezpieczne Nawierzchnie Drogowe", 5 maja 1999, Kielce, 111–118
• 32. Luxemburk G.F.: Lime Hydrate as an Additive to Improve the Adhesion of Bitumen to the Aggregates. Proceedings of the II International Conference "Durable and Save Road Pavements", 15-16 May, Kielce, 1996, 296–302
• 33. Lesueur D., Petit J., Ritter, H.J.: The mechanisms of hydrated lime modification of asphalt mixtures: A state-of-the-art review. Road Materials and Pavement Design, 14, 1, 2013, 1-16, DOI: 10.1080/14680629.2012.743669
• 34. Stroup-Gardiner M. Epps J.A.: Four variables that affect the performance of lime in asphalt aggregate mixtures. Transportation Research Record, 1115, 1987, 12–22
• 35. Iwański M., Mazurek G., Buczyński P., Iwański M.M.: Effects of hydraulic binder composition on the rheological characteristics of recycled mixtures with foamed bitumen for full depth reclamation, Construction and Building Materials, 330, 2022, ID article: 127274, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127274
• 36. Czapik P., Zapała-Sławeta J., Owsiak Z., Stępień P.: Hydration of cement by-pass dust. Construction and Building Materials, 231, 2020, ID article: 117139, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117139
• 37. Owsiak Z., Czapik P., Zapała-Sławeta J.: Properties of a Three-Component Mineral Road Binder for Deep-Cold Recycling Technology. Materials, 13, 16, 2020, ID article: 3585, DOI: 10.3390/ma13163585
• 38. Iwański M., Chomicz-Kowalska A., Mazurek G., Buczyński P., Cholewińska M., Iwański M.M., Maciejewski K., Ramiączek P.: Effects of the Water-Based Foaming Process on the Basic and Rheological Properties of Bitumen 70/100. Materials, 14, 11, 2021, ID article: 2803, DOI: 10.3390/ma13163585
• 39. Lazić Ž.R.: Design of experiments in chemical engineering: a practical guide. Wiley-VCH, Weinheim, 2004
• 40. STATISTICA 13.3. Statsoft. Available online: www.statsoft.com (20.08.2019)

Uwagi

Article co-edited by Prof. Wojciech Bañkowski and Prof. Jorge Pais, from the series of works under the common title: “Use of RAP in Road Engineering” as part of the Ministry of Education and Science project No. RCN/SP/0569/2021/1 (artykuł współredagowany przez dr. hab. inż. Wojciecha Bańkowskiego, prof. IBDiM, oraz dr. inż. Jorge Paisa, prof. Uniwersytetu w Minho, z cyklu prac pod wspólnym tytułem „Wykorzystanie destruktu asfaltowego w budownictwie drogowym” w ramach projektu MEiN Nr RCN/SP/0569/2021/1).