Assessment of suitability of reclaimed asphalt pavement material for use in cement concrete pavements

• Autorzy: Iwański Mateusz Marek , Linek Małgorzata , Nita Piotr , Piotrowska Patrycja , Remišová Eva

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.023.004

Warianty tytułu

PL

Ocena przydatności destruktu asfaltowego do drogowych nawierzchni betonowychOcena przydatności destruktu asfaltowego do drogowych nawierzchni betonowych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The article presents an assessment of suitability of reclaimed asphalt pavement (RAP) material for use in cement concrete mixtures dedicated for road structures. The analysis encompassed determination and evaluation of six parameters of RAP material in terms of its usability in concrete pavement construction. Since the external conditions acting on an asphalt pavement during its service life may cause aging of the binder and changes in proportions of its chemical composition, it was necessary to analyze the parameters of the obtained RAP aggregate, with particular focus on texture, water absorption, binder properties and surface characteristics of particles covered with bituminous binder. Reuse of RAP material in cement concrete mixtures dedicated for pavement structures is proposed in the article. Basic parameters of cement concretes containing chosen RAP aggregates were determined and discussed.

PL

W artykule przedstawiono ocenę przydatności destruktu asfaltowego do zastosowania w składzie nawierzchniowej mieszanki betonowej. Omówiono wyniki parametrów 6 destruktów asfaltowych pozyskanych z nawierzchni komunikacyjnych i oceniono pod względem możliwości zastosowania do mieszanek przeznaczonych na nawierzchnie betonowe. Czynniki zewnętrzne, które w czasie użytkowania oddziaływały na nawierzchnię, mogą wpływać na starzenie spoiwa i powodować zmiany proporcji związków chemicznych w jego budowie wewnętrznej. Z uwagi na powyższe konieczne było analizowanie parametrów kruszywa pochodzącego z recyklingu nawierzchni i mieszanek mineralno-asfaltowych, szczególnie pod kątem tekstury, absorpcji wody, właściwości lepiszcza, a także charakterystyki powierzchni cząstek pokrytych lepiszczem asfaltowym. W artykule zaproponowano ponowne wykorzystanie destruktu asfaltowego pochodzącego z eksploatowanych nawierzchni komunikacyjnych w składzie mieszanek betonowych przeznaczonych do wbudowania w nawierzchnie drogowe. Omówiono wyniki podstawowych parametrów betonów z dodatkiem wytypowanych destruktów.

Słowa kluczowe

EN

concrete pavements; reclaimed asphalt pavement; road pavements

PL

destrukt asfaltowy; nawierzchnie betonowe; nawierzchnie drogowe

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 22, no. 1
• Strony: 63--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 95 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Iwański Mateusz Marek

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

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

autor

Linek Małgorzata

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

• https://orcid.org/0000-0003-1583-4377

autor

Nita Piotr

• Air Force Institute of Technology, 6 Księcia Bolesława Av., 01-494 Warsaw

• https://orcid.org/0000-0002-4779-9185

autor

Piotrowska Patrycja

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

autor

Remišová Eva

• University of Žilina, Faculty of Civil Engineering, 8215/1 Univerzitná Str., 010 26 Žilina, Slovakia

• https://orcid.org/0000-0002-0766-1069

Bibliografia

• 1. Glinicki M.A.: Inżynieria betonowych nawierzchni drogowych. PWN, Warszawa, 2019
• 2. Nita P.: Budowa i utrzymanie nawierzchni lotniskowych. WKiŁ, Warszawa, 2008
• 3. Nita P., Linek M., Wesołowski M.: Betonowe i specjalne nawierzchnie lotniskowe. Teoria i wymiarowanie konstrukcyjne. ITWL, Warszawa, 2021
• 4. Szydło A.: Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego. Teoria, wymiarowanie, realizacja, PC, Kraków, 2004
• 5. Delatte, N.J.: Concrete pavement design, Construction and performance. CRC Press, London, 2017, DOI: 10.1201/9781482288483, https://www.taylorfrancis.com/books/mono/10.1201/9781482288483/concrete-pavement-design-construction-performance-norbert-delatte (20.03.2023)
• 6. Solonenko I.: The use of cement concrete pavements for roads, depending on climatic conditions. Tehnicki Glasnik, 13, 3, 2019, 235-240, DOI: 0.31803/tg-20190518181647
• 7. Watts B., Graczyk M., Gáspár L., Wistuba M., Pospisil K., Górski M., Bueche N., de Larrad F.: Making Best Use of Long-Life Pavements in Europe Phase 3: A Guide to the use of Long-Life Rigid Pavements, 2019, https://www.researchgate.net/publication/331224543_Making_Best_Use_of_Long-Life_Pavements_in_Europe_Phase_3_A_Guide_to_the_use_of_Long-Life_Rigid_Pavements (21.03.2023)
• 8. Linek M., Nita P., Żebrowski W., Wolka P.: Assessment of granite, quartz and syenite aggregate suitability intended for the application in case of transport pavement concrete. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 471, 2019, ID article: 032076, DOI: 10.1088/1757-899X/471/3/032076
• 9. Linek M., Nita P., Wolka P., Żebrowski W.: Usefulness of porphyry and amphibolites as a component of concrete for airfield pavements. MATEC Web of Conferences, 163, 2018, ID article: 07002, DOI: 10.1051/matecconf/201816307002.
• 10. Babińska J., Bobrowicz J.: Durability of concrete in the context of alkaline reactivity of aggregates, 9th Conference Dni Betonu, Wisła, Poland, 2016, 539-552
• 11. Jóźwiak-Niedźwiedzka D., Antolik A., Dziedzic K., Glinicki M.A., Gibas K.: Resistance of selected aggregates from igneous rocks to alkali-silica reaction: verification. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 18, 1, 2019, 67-83, DOI: 10.7409/rabdim.019.005
• 12. Gruszczyński M.: Damage to concrete surfaces caused by defective aggregate quality, 8th Conference Dni Betonu, Wisła, Poland, 2014, 39-50
• 13. Giergiczny Z., Pużak T., Sokołowski M.: Selection of cement for particular exposition classes described in standard PN-EN 206-1 Concrete. Part 1: requiments, properties, production and conformity, 1-13, https://www.dnibetonu.com/wp-content/pdfs/2004/giergiczny_puzak_sokolowski.pdf (21.03.2023)
• 14. Kurdowski W.: Cement and Concrete Chemistry. Polish Cement Association, Cracow, 2010
• 15. Rudnicki T.: The influence of the type of cement on the properties of surface cement concrete. Materials, 15, 14, 2022, ID article: 4998, DOI: 10.3390/ma15144998
• 16. Gołaszewski J.: Cooperation of cements with admixtures. 15. Konferencja „Reologia w Technologii Betonu", Gliwice, 2013, 73-88, https://spchb.pl/download/files/1442.pdf (21.03.2023)
• 17. Jasiczak J., Mikołajczak P.: Technology of concrete modified with admixtures and additives. Proceedings of Poznan University of Technology, 2003
• 18. Amirov T., Aripov X., Qurbonov B., Tuxtayev M., Rakhmatov S.: Designing the composition of Road concrete with chemical additives. E3S Web of Conferences, 264, 2021, ID article: 02049, DOI: 10.1051/e3sconf/202126402049
• 19. Botsman L.N., Ageeva M.S., Botsman A.N., Shapovalov S.M.: Modified pavement cement concrete. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 327, 2018, ID article: 032011, DOI: 10.1088/1757-899X/327/3/032011
• 20. Linek M.: Airport cement concrete with ceramic dust of increased thermal resistance. Materials, 15, 10, 2022, ID article: 3673, DOI: 10.3390/ma15103673
• 21. Mishutin A.V., Zavoloka M.V., Kintia L.: Management of cement-concrete road pavement structure. Journal of Engineering Science, Architecture, Civil and Environmental Engineering, Architecture, Urbanism and Cadaster, 26, 1, 2019, 91-95, DOI: 10.5281/zen odo.2649980
• 22. Linek M., Nita P.: Neural networks in diagnostics of concrete airfield pavements. Road and Bridges - Drogi i Mosty, 21, 1, 2022, 81-97, DOI: 10.7409/rabdim.022.005
• 23. Dziennik Ustaw poz. 1923 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów
• 24. Dziennik Ustaw 2013 poz. 21, U S T AWA z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach
• 25. Rozporządzenie Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 8 listopada 2021 r. w sprawie określenia szczegółowych kryteriów stosowania warunków utraty statusu odpadów dla odpadów destruktu asfaltowego
• 26. PN-EN 13108-8: 2016-07 Mieszanki mineralno-asfaltowe – Wymagania – Część 8: Destrukt asfaltowy
• 27. 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”, 48, Warszawa 1995
• 28. Stimilli A., Ferrotti G., Graziani A., Canestrari F.: Performance evaluation of a coldrecycled mixture containing high percentage of reclaimed asphalt. Road Materials and Pavement Design, 14, 2013, 149-161, DOI: 10.1080/14680629.2013.774752
• 29. Sybilski D., Matras J., Mechowski T., Zawadzki J.: Warunki techniczne wykonywania warstw podbudowy z mieszanki mineralno cementowo-emulsyjnej (MCE). IBDiM, Seria „I”, 61, Warszawa, 1999
• 30. 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
• 31. Mazurek G., Iwański M., Buczyński P., Horodecka R.: Influence of innovative threeelement binder on permanent deformations in recycled mixtures with emulsion and foamed bitumen. Archives of Civil. Mechanical Engineering, 21, 55, 2021, DOI: 10.1007/s43452-021-00192-9
• 32. 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
• 33. Iwański M., Chomicz-Kowalska A., Maciejewski K.: Impact of additives on the foamobility of road paving bitumen. 4th World WMCAUS 2019 IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 603, 2019, ID article: 042040, DOI: 10.1088/1757-899X/603/4/042040
• 34. Wirtgen Group, Cold Recycling Technology, First edition, Wirtgen GmbH, Windhagen, 2012
• 35. Iwański M., Chomicz-Kowalska A.: Moisture and frost resistance of the recycled base rehabilitated with the foamed bitumen technology. Archives of Civil Mechanical Engineering, 58, 2, 2012, 185-198, DOI: 10.2478/v.10169-012-0011-2
• 36. 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
• 37. Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych. GDDKiA, Warszawa, 2014
• 38. Iwański M., Buczyński P., Mazurek G.: Optimization of the road binder in the layer the road construction. Construction and Building Materials, 125, 2016, 1044-1054, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.08.112
• 39. Gandi A., Carter A., Singh D.: Rheological behavior of cold recycled asphalt materials with different contents of recycled asphalt pavements. Innovative Infrastructure Solutions, 2, 45, 2017, DOI: 10.1007/s41062-017-0094-3
• 40. Kavussi A., Modarres A.: Laboratory fatigue models for recycled mixes with bitumen emulsion and cement. Construction and Building Materials, 24, 10, 2010, 1920-1927, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.04.009
• 41. 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/ma14112803
• 42. 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
• 43. 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
• 44. WT-2, Technical Guidelines 2: Asphalt pavements for national roads. Part I: Asphalt mixes General Directorate for National Roads and Motorways, Warsaw, 2014
• 45. Rathore M., Haritonovs V., Zaumanis M.: Performance evaluation of warm asphalt mixtures containing chemical additive and effect of incorporating high reclaimed asphalt content. Materials, 14, 14, 2021, ID article: 3793, DOI: 10.3390/ma14143793
• 46. Bańkowski W., Król J., Gałązka K., Liphardt A., Horodecka R.: Design and verification of bituminous mixtures with the increased content of reclaimed asphalt pavement. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 356, 2018, ID article: 012009, DOI: 10.1088/1757-899X/356/1/012009
• 47. Bańkowski W.: Evaluation of fatigue life of asphalt concrete mixtures with reclaimed asphalt pavement. Applied Sciences, 8, 3, 2018, ID article: 469, DOI: 10.3390/app8030469
• 48. Szyller A., Król J., Bańkowski W.: Współczesne doświadczenia ze stosowania recyklingu na gorąco w wytwórni mieszanek mineralno-asfaltowych w Polsce. Nawierzchnie Asfaltowe, 1, 2017, 12-19
• 49. 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
• 50. Delwar M., Fahmy M., Taha R.: Use of reclaimed asphalt pavement as an aggregate in portland cement concrete. ACI Materials Journal, 94, 3, 1997, 251-256
• 51. Hassan M., Brooks K.E., Erdman J.J.: The use of reclaimed asphalt pavement aggregates in concrete. Waste Management, Series 1, 2000, 121-128, DOI: 10.1016/S0713-2743(00)80024-0
• 52. Huang B., Shu X., Li G.: Laboratory investigation of portland cement concrete containing recycled asphalt pavements. Cement and Concrete Research, 35, 10, 2005, 2008-2013, DOI: 10.1016/j.cemconres.2005.05.002
• 53. Hossiney N., Tia M., Bergin M.J.: Concrete containing RAP for use in concrete pavement. International Journal of Pavement Research and Technology, 3, 5, 2010, 251-258
• 54. Debbarma S., Selvam M., Singh S.: Can flexible pavements’ waste (RAP) be utilized in cement concrete pavements? – A critical review. Construction and Building Materials, 259, 1, 2020, ID article: 120417, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120417
• 55. Fakhri M., Amoosoltani E.: The effect of reclaimed asphalt pavement and crumb rubber on mechanical properties of roller compacted concrete pavement. Construction and Building Materials, 137, 2017, 470-484, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.01.136
• 56. Huang B., Shu X., Burdette E.G.: Mechanical properties of concrete containing recycled asphalt pavements. Magazine of Concrete Research, 58, 5, 2006, 313-320, DOI: 10.1680/macr.2006.58.5.313
• 57. Okafor F.O.: Performance of recycled asphalt pavement as coarse aggregate in concrete. Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies, 9, 17, 2010, 47-58
• 58. Shi X., Mukhopadhyay A., Liu K.W.: Mix design formulation and evaluation of portland cement concrete paving mixtures containing reclaimed asphalt pavement. Construction and Building Materials, 152, 2017, 756-768
• 59. Al-Oraimi S., Hassan H.F., Hago A.: Recycling of reclaimed asphalt pavement in Portland cement concrete. The Journal of Engineering Research, 6, 1, 2009, 37-45, DOI: 10.24200/tjer.vol6iss1pp37-45
• 60. Aurangzeb Q., Al-Qadi I. L., Ozer H., Yang R.: Hybrid life cycle assessment for asphalt mixtures with high RAP content. Resources, Conservation & Recycling, 83, 2014, 77-86, DOI: 10.1016/j.resconrec.2013.12.004
• 61. Brand A.S., Roesler J.R.: Ternary concrete with fractionated reclaimed asphalt pavement. ACI Materials Journal, 112, 1, 2015, 155-163, DOI: 10.14359/51687176
• 62. PN-EN 206+A2:2021-08 Beton – Wymagania, właściwości użytkowe, produkcja i zgodność
• 63. PN-EN 13877-1:2013-08 Nawierzchnie betonowe – Część 1: Materiały
• 64. PN-EN 13877-2:2013-08 Nawierzchnie betonowe – Część 2: Wymagania funkcjonalne dla nawierzchni betonowych
• 65. D-05.03.04 Warunki wykonania i odbioru robót budowlanych – Nawierzchnie z betonu cementowego
• 66. PN-EN 12620+A1:2010 Kruszywa do betonu
• 67. PN-EN 13043:2004 Kruszywa do mieszanek bitumicznych i powierzchniowych utrwaleń stosowanych na drogach, lotniskach i innych powierzchniach przeznaczonych do ruchu
• 68. PN-EN 933-1:2012 Badania geometrycznych właściwości kruszyw – Część 1: Oznaczanie składu ziarnowego – Metoda przesiewania
• 69. PN-EN 1744-1+A1:2013-05 Badania chemicznych właści- wości kruszyw – Część 1: Analiza chemiczna
• 70. PN-EN 933-3:2012 Badania geometrycznych właściwości kruszyw – Część 3: Oznaczanie kształtu ziarn za pomocą wskaźnika płaskości
• 71. PN-EN 933-4:2008 Badania geometrycznych właściwości kruszyw – Część 4: Oznaczanie kształtu ziarn – Wskaźnik kształtu
• 72. PN-EN 1097-2:2020-09 Badania mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw – Część 2: Metody oznaczania odporności na rozdrabnianie
• 73. PN-EN 1097-8:2020-09 Badania mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw – Część 8: Oznaczanie polerowalności kamienia
• 74. PN-EN 1367-1:2007 Badania właściwości cieplnych i odporności kruszyw na działanie czynników atmosferycznych – Część 1: Oznaczanie mrozoodporności
• 75. PN-EN 1367-6:2008 Badania właściwości cieplnych i odporności kruszyw na działanie czynników atmosferycznych – Część 6: Mrozoodporność w obecności soli
• 76. Procedura Badawcza GDDKiA PB/1/18 – Instrukcja badania reaktywności kruszyw metodą przyspieszoną w 1M roztworze NaOH w temperaturze 80°C
• 77. Procedura Badawcza GDDKiA PB/2/18 – Instrukcja badania reaktywności kruszyw w temperaturze 38°C według ASTM C1293/RILEM AAR-3
• 78. PN-EN 13108-8: 2016-07 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Wymagania – Część 8: Destrukt asfaltowy
• 79. PN-EN 12697-2+A1: 2019-12 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań – Część 2: Oznaczenie uziarnienia
• 80. PN-EN 12697-42: 2021-06 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań – Część 42: Zawartość części obcych w destrukcie asfaltowym
• 81. PN-EN 12697-5: 2019-01 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań – Część 5: Oznaczenie gęstości
• 82. PN-EN 1426:2015-08 Asfalty i lepiszcza asfaltowe: Oznaczenie penetracji igłą
• 83. PN-EN 1427:2015-08 Asfalty i lepiszcza asfaltowe: Oznaczenie temperatury pięknienia – Metoda Pierścień i Kula
• 84. PN-EN 13398: 2017-12 Asfalty i lepiszcza asfaltowe: Oznaczenie nawrotu sprężystego asfaltów modyfikowanych
• 85. PN-EN 13589: 2018-08 Asfalty i lepiszcza asfaltowe: Oznaczenie siły rozciągania asfaltów modyfikowanych, metoda z duktylometrem
• 86. PN-EN 12697-1: 2020-08 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań – Część 1: Zawartość lepiszcza rozpuszczonego
• 87. PN-EN 12697-3+A1:2019-01 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań – Część 3: Odzyskiwanie asfaltu: wyparka obrotowa
• 88. PN-EN 12350-7: 2019-08 Badania mieszanki betonowej – Część 7: Badanie zawartości powietrza – Metody ciśnieniowe
• 89. PN-EN 12350-6: 2019-08 Badania mieszanki betonowej – Część 6: Gęstość
• 90. PN-EN 12350-2: 2019-07 Badania mieszanki betonowej – Część 2: Badanie konsystencji metodą opadu stożka
• 91. PN-EN 12390-3: 2019-07 Badania betonu – Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań
• 92. PN-EN 12390-5:2019-08 Badania betonu – Część 5: Wytrzymałość na zginanie próbek do badań
• 93. PN 88-B-06250 Beton zwykły
• 94. PN-EN 12390-1: 2021-12 Badania betonu – Część 1: Kształt, wymiary i inne wymagania dotyczące próbek do badań i form
• 95. PN-EN 12504-3: 2006 Badania betonu w konstrukcjach – Część 3: Oznaczanie siły wyrywającej

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).