Influence of a three-component hydraulic binder on the properties of recycled base course with foamed bitumen and bituminous emulsion : a field investigation

• Autorzy: Mazurek Grzegorz , Buczyński Przemysław , Iwański Marek , Horodecka Renata

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.022.018

Warianty tytułu

PL

Wpływ trójskładnikowego spoiwa hydraulicznego na właściwości recyklowanej podbudowy z asfaltem spienionym oraz emulsją asfaltową : badania terenowe

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The article presents an investigation of the effect of the type of hydraulic and bituminous binders on the properties of the obtained cold-recycled base course. The cold-recycled mixtures included two types of binder components, i.e. bituminous binder (in the form of foamed bitumen or bituminous emulsion) and hydraulic binder: Portland cement (CEM I 32.5) or a three-component hydraulic binder. The three-component hydraulic binder was produced by mixing basic components in the following proportions: 40% of CEM-I-32.5R cement; 20% of Ca(OH)2 and 40% of CBPD (cement by-pass dust). Cold-recycled mixtures were produced at the test site under industrial conditions. Ready mixtures with bituminous emulsion (EB-RCM) and foamed bitumen (FB-RCM) were sampled from the test sections and compacted in laboratory conditions. The influence of the used technology and binder types was assessed based on physical and mechanical properties, such as: air void content, indirect tensile strength, stiffness modulus at +5°C and +25°C, compressive strength and creep rate. It was observed that usage of the three-component hydraulic binder in the composition of the recycled base course mixture provided increased cohesion and reduced stiffness at +5°C, regardless of the type of bituminous binder technology used. Moreover, the noted decrease in compressive strength of the FB-RCM mixture containing the three-component hydraulic binder did not result in an increased creep rate. Monitoring of environmental factors indicated that the recycled mixtures maintained stable moisture content.

PL

W artykule zaprezentowano wyniki badań wpływu rodzaju środków wiążących hydraulicznych i asfaltowych na właściwości recyklowanej podbudowy na zimno (RCM). W składzie recyklowanej mieszanki na zimno zastosowano dwa typy środków wiążących, tj. lepiszcze asfaltowe w postaci asfaltu spienionego lub emulsji asfaltowej oraz cement portlandzki (CEM I 32,5R) lub trójskładnikowe spoiwo hydrauliczne. Spoiwo hydrauliczne zostało wytworzone poprzez wymieszanie trzech bazowych składników w następujących proporcjach: 40% CEM-I-32,5R; 20% Ca(OH)2 oraz 40% UCPP (ubocznych cementowych produktów pylastych). Recyklowane mieszanki na zimno wytworzono w warunkach przemysłowych w ramach odcinka doświadczalnego. Gotową recyklowaną mieszankę na zimno z emulsją asfaltową (EB-RCM) oraz asfaltem spienionym (FB-RCM) pobrano z odcinka doświadczalnego i zagęszczono w warunkach laboratoryjnych. Wpływ typu technologii oraz środka wiążącego oceniono w oparciu o właściwości fizyczne i mechaniczne takie jak: zawartość wolnych przestrzeni, wytrzymałość na pośrednie rozciąganie, moduł sztywności w +5°C oraz +25°C, wytrzymałość na osiowe ściskanie oraz szybkość pełzania. Stwierdzono, że niezależnie od rodzaju zastosowanego lepiszcza asfaltowego (rodzaju technologii) zastosowanie trójskładnikowego spoiwa hydraulicznego w składzie recyklowanej podbudowy spowodowało wzrost kohezji oraz spadek sztywności w temperaturze +5°C. Ponadto spadek wytrzymałości na ściskanie mieszanki FB-RCM zawierającej trójskładnikowe spoiwo hydrauliczne nie spowodował wzrostu szybkości przyrostu deformacji. Monitoring czynników środowiskowych wskazał, że recyklowane mieszanki zachowują stałą wartość wilgotności w czasie.

Słowa kluczowe

EN

bituminous emulsions; cold-recycled mixture; contrast analysis; foamed bitumen; hydraulic road binder

PL

analiza kontrastów; asfalt spieniony; drogowe spoiwo hydrauliczne; emulsja asfaltowa; recyklowana mieszanka na zimno

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 21, no. 4
• Strony: 309--329
• Opis fizyczny: Bibliogr. 49 poz., rys., tab.

Twórcy

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

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

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

Horodecka Renata

• Road and Bridge Research Institute, 1 Instytutowa Str., 03-302 Warsaw

• https://orcid.org/0000-0002-5933-5177

Bibliografia

• 1. Jenkins K.J.: Mix Design Considerations for Cold and Half-Warm Bituminous Mixes with Emphasis on Foamed Bitumen. PhD Dissertation, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Stellenbosch: Stellenbosch, South Africa, 2000
• 2. Chomicz-Kowalska A., Maciejewski K.: Performance and Viscoelastic Assessment of High-Recycle Rate Cold Foamed Bitumen Mixtures Produced with Different Penetration Binders for Rehabilitation of Deteriorated Pavements. Journal of Cleaner Production, 258, 2020, ID article 120517, DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.120517
• 3. Mallick R.B., Hendrix G.: Use of Foamed Asphalt in Recycling Incinerator Ash for Construction of Stabilized Base Course. Resources, Conservation and Recycling, 42, 2004, 239-248, DOI: 10.1016/j.resconrec.2004.04.007
• 4. 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, 2021, 300, DOI:10.3390/ma14020300
• 5. 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
• 6. 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
• 7. Skotnicki L., Kuźniewski J., Szydlo A.: Stiffness Identification of Foamed Asphalt Mixtures with Cement, Evaluated in Laboratory and In Situ in Road Pavements. Materials, 13, 5, 2020, 1128, DOI: 10.3390/ma13051128
• 8. Iwański M., Mazurek G., Buczyński P.: Bitumen Foaming Optimisation Process on the Basis of Rheological Properties. Materials, 11, 10, 2018, 1854, DOI: 10.3390/ma11101854
• 9. 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
• 10. Kukiełka J., Bańkowski W.: The Experimental Study of Mineral-Cement-Emulsion Mixtures with Rubber Powder Addition. Construction and Building Materials, 226, 2019, 759-766, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.07.276
• 11. Buczyński P.: Rehabilitation Reliability of the Road Pavement Structure with Recycled Base Course with Foamed Bitumen. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 356, 2018, ID article 012016, DOI: 10.1088/1757-899X/356/1/012016
• 12. Iwański M., Chomicz-Kowalska A.: Evaluation of the Pavement Performance. Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, 63, 1, 2015, 97-105, DOI: 10.1515/bpasts-2015-0011
• 13. Bocci M., Grilli A., Cardone F., Ferrotti G.: Full-Depth Reclamation for the Rehabilitation of Local Roads: A Case Study. International Journal of Pavement Engineering, 15, 3, 2014, 191-201, DOI: 10.1080/10298436.2012.657196
• 14. Dal Ben M., Jenkins K.J.: Performance of Cold Recycling Materials with Foamed Bitumen and Increasing Percentage of Reclaimed Asphalt Pavement. Road Materials and Pavement Design, 15, 2, 2014, 348-371, DOI: 10.1080/14680629.2013.872051
• 15. Bocci E., Graziani A., Bocci M.: Cold In-Place Recycling for a Base Layer of an Italian High-Traffic Highway, in: Pasetto M., Partl M.N., Tebaldi G. (eds.): Proceedings of the 5th International Symposium on Asphalt Pavements & Environment (APE) Springer International Publishing, Cham, 2020, 313-322, DOI: 10.1007/978-3-030-29779-4_31
• 16. Berthelot C., Gerbrandt R.: Cold In-Place Recycling and Full-Depth Strengthening of Clay-Till Subgrade Soils Results with Cementitious Waste Products in Northern Climates. Transportation Research Record, 1787, 1, 2002, 3-12, DOI: 10.3141/1787-01
• 17. Buczyński P., Iwański M.: Complex Modulus Change within the Linear Viscoelastic Region of the Mineral-Cement Mixture with Foamed Bitumen. Construction and Building Materials, 172, 2018, 52-62, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.03.214
• 18. Buczyński P., Iwański M.: Characteristics of the Complex Modulus of Recycled Cold Mix with Foamed Bitumen and Recycled Concrete Aggregate. MATEC Web of Conferences, 262, 2019, 05002, DOI: 10.1051/matecconf/201926205002
• 19. Wirtgen Cold Recycling Technology, Wirtgen, Windhagen, 2012
• 20. Judycki J., Jaskuła P., Pszczoła M., Alenowicz J., Dołżycki B., Jaczewski M., Ryś D., Stienss M.: Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych, GDDKiA, Warszawa, 2014
• 21. Raport z Projektu Badawczego – Nowoczesne Technologie Materiałowe TECHMATSTRATEG I „Innowacyjna technologia wykorzystująca optymalizację środka wiążącego przeznaczonego do recyklingu głębokiego na zimno konstrukcji nawierzchni zapewniająca jej trwałość eksploatacyjną” / “An innovative technology using binding agent optimization that provides long service life of recycled base courses”, (TECHMATSTRATEG1/349326/9/NCBR/2017), Politechnika Świętokrzyska, Kielce, 2017-2020
• 22. Iwański M., Chomicz-Kowalska A., Buczyński P., Mazurek G., Cholewińska M., Iwański M.M., Ramiączek P., Maciejewski K.: Procedury projektowania oraz wytyczne stosowania materiałów odpadowych i z recyklingu do technologii wytwarzania mieszanek metodą na zimno z asfaltem spienionym (MCAS), Politechnika Świętokrzyska, Kielce, 2018
• 23. Dołżycki B.: Instrukcja projektowania i wbudowania mieszanek mineralno-cementowo-emulsyjnych (MCE), 2019
• 24. Iwański M., Chomicz-Kowalska A.: Application of the Foamed Bitumen and Bitumen Emulsion to the Road Base Mixes in the Deep Cold Recycling Technology. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, 11, 4, 2016, 291-301, DOI: 10.3846/bjrbe.2016.34
• 25. Iwański M.: Podbudowa z asfaltem spienionym. Drogownictwo, 59, 3, 2006, 97-106
• 26. Iwański M., Chomicz-Kowalska A.: Właściwości recyklowanej podbudowy z asfaltem spienionym. Drogownictwo, 64, 9, 2011, 271-277
• 27. Iwański M., Chomicz-Kowalska A.: Laboratory Study on Mechanical Parameters of Foamed Bitumen Mixtures in the Cold Recycling Technology. Procedia Engineering, 57, 2013, 433-442, DOI: 10.1016/j.proeng.2013.04.056
• 28. 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, 2021, 2803, DOI: 10.3390/ma14112803
• 29. Mazurek G., Iwański M.: Optimisation of the Innovative Hydraulic Binder Composition for Its Versatile Use in Recycled Road Base Layer. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 603, 3, 2019, 032044, DOI: 10.1088/1757-899X/603/3/032044
• 30. Dołżycki B.: Spękania nawierzchni z podbudową mieszanki mineralno-cementowo-emulsyjnej na przykładzie Drogi Krajowej nr 7. Drogownictwo, 62, 12, 2009, 411-417
• 31. Baghini M.S., Ismail A., Bin Karim M.R.: Evaluation of Cement-Treated Mixtures with Slow Setting Bitumen Emulsion as Base Course Material for Road Pavements. Construction and Building Materials, 94, 2015, 323-336, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.07.057
• 32. 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
• 33. Mazurek G., Buczyński P., Iwański M., Podsiadło M.: Thermal Analysis-Based Field Validation of the Deformation of a Recycled Base Course Made with Innovative Road Binder. Materials 14, 20, 2021, 5925, DOI: 10.3390/ma14205925
• 34. 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, 2013, 1-16, DOI: 10.1080/14680629.2012.743669
• 35. Iwański M.M.: Effect of Hydrated Lime on Indirect Tensile Stiffness Modulus of Asphalt Concrete Produced in Half-Warm Mix Technology. Materials, 13, 2020, 4731, DOI:10.3390/ma13214731
• 36. Stroup-Gardinder M., Epps J.A.: Four Variables That Affect the Performance of Lime in Asphalt Aggregate Mixtures. Transportation Research Record, 1987, 12-22, http://onlinepubs.trb.org/Onlinepubs/trr/1987/1115/1115-002.pdf (22.12.2022)
• 37. PN-EN 13282-2:2015-06 Hydrauliczne spoiwa drogowe – Część 2: Hydrauliczne spoiwa drogowe normalnie wiążące – Skład, wymagania i kryteria zgodności
• 38. PN-EN 13808:2013 Bitumen and Bituminous Binders – Framework for Specifying Cationic Bituminous Emulsions
• 39. Iwański M.; Mazurek G.; Buczyński P.: Optymalizacja składu środka wiążącego o uniwersalnym charakterze zastosowania w recyklowanych podbudowach. Raport częścioiwy z Projektu Badawczego TECHMATSTRATEG I, Politechnika Świętokrzyska, Kielce, 2019
• 40. PN-EN 12697-1:2020-08 Bituminous Mixtures – Test Methods for Hot Mix Asphalt – Part 1: Soluble Binder Content
• 41. PN-EN 12697-31:2019-03 Bituminous Mixtures – Test Methods for Hot Mix Asphalt – Part 31: Specimen Preparation Gyratory Compactor
• 42. EN 12697-30:2018 Bituminous Mixtures – Test Methods – Part 30: Specimen Preparation by Impact Compactor
• 43. PN-EN 12697-23:2017 Bituminous Mixtures – Test Methods – Part 23: Determination of the Indirect Tensile Strength of Bituminous Specimens
• 44. PN-EN 12697-26:2018 Bituminous Mixtures – Test Methods – Part 26: Stiffness
• 45. PN-EN 13286-41:2021 Unbound and Hydraulically Bound Mixtures – Part 41: Test Method for Determination of the Compressive Strength of Hydraulically Bound Mixtures
• 46. PN-EN 12697-25:2016 Bituminous Mixtures – Test Methods – Part 25: Cyclic Compression Test
• 47. PN-EN 13108-20:2008 Mieszanki mineralno-asfaltowe – Wymagania – Część 20: Badanie Typu
• 48. Tanyu B.F., Ullah S., Akmaz E.: Optimizing Reclaimed Asphalt Pavement (RAP) Content in Unbound Base Aggregate. Virginia Transportation Research Council, Technical Report, 2021, DOI: 10.13140/RG.2.2.10713.85605
• 49. Montgomery D.C.: Design and Analysis of Experiments. Eighth edition, John Wiley & Sons, Hoboken, 2013

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).