Comprehensive temperature performance evaluation of asphalt mastics containing hydrated lime filler based on dynamic shear rheometer testing

• Autorzy: Ryś Dawid , Jaskuła Piotr , Szydłowski Cezary

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.024.017

Warianty tytułu

PL

Badania w reometrze dynamicznego ścinania jako kompleksowa metoda oceny właściwości mastyksów asfaltowych zawierających wapno hydratyzowane w szerokim zakresie temperatury

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The paper focuses on exploring the potential for effective testing of asphalt mastics in the full range of temperatures using the Dynamic Shear Rheometer (DSR) apparatus. Six various types of asphalt mastics were selected to enable the evaluation of the effects of hydrated lime and bitumen modification, both before and after aging. Different DSR tests covered the whole range of service temperatures from –20°C to 64°C. Multiple Stress Creep Recovery test indicated that in the case of mastics with mixed filler (containing hydrated lime) the non-recoverable compliance at the stress level of 3.2 kPa was lower by half indicating much higher resistance to permanent deformations. Linear Amplitude Sweep Test showed that fatigue life calculated at 2.5% strain is almost 3 times greater when adhesive agent or hydrated lime is applied. Low-temperature rheological properties of mastics were investigated based on relaxation tests and it was concluded that mastics with hydrated lime have slightly lower stress relaxation capacity than the remaining mastics with lime filler.

PL

W artykule przeanalizowano możliwości skutecznego badania właściwości mastyksów asfaltowych w pełnym zakresie wartości temperatury z zastosowaniem reometru dynamicznego ścinania (DSR). Badania przeprowadzono na sześciu różnych mastyksach asfaltowych, aby umożliwić ocenę wpływu wapna hydratyzowanego oraz modyfikacji asfaltu na właściwości mastyksu, zarówno przed starzeniem, jak i po nim. Różne badania przeprowadzone w reometrze dynamicznego ścinania dały obraz właściwości mastyksów w całym zakresie eksploatacyjnych wartości temperatury: od –20°C do 64°C. Test pełzania i nawrotu MSCR wykazał na poziomie obciążenia 3,2 kPa dwukrotnie niższą wartość nieodwracalnej podatności na pełzanie w przypadku mastyksów z wypełniaczem mieszanym (zawierającym mączkę wapienną i wapno hydratyzowane), co wskazuje na ich znacznie wyższą odporność na deformacje trwałe. Test liniowego zwiększania amplitudy LAS wykazał, że trwałość zmęczeniowa obliczona dla odkształcenia 2,5% jest niemal trzykrotnie wyższa dla mastyksów zawierających środek adhezyjny lub wapno hydratyzowane. Właściwości reologiczne mastyksów w niskich wartościach temperatury analizowano na podstawie badań relaksacji. Stwierdzono, że mastyksy z wapnem hydratyzowanym mają nieco niższą zdolność relaksacji naprężeń niż pozostałe mastyksy, zawierające wyłącznie mączkę wapienną.

Słowa kluczowe

EN

ageing; asphalt mastic; dynamic shear rheometer; hydrated lime; Linear Amplitude Sweep; Multiple Stress Creep Recovery; stress relaxation

PL

mastyks asfaltowy; relaksacja naprężeń; reometr dynamicznego ścinania DSR; test liniowego zwiększania amplitudy LAS; test pełzania i nawrotu MSCR; wapno hydratyzowane

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 23, no. 4
• Strony: 355--373
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz. rys., tab.

Twórcy

autor

Ryś Dawid

• Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, ul. Gabriela Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0002-7252-8002

autor

Jaskuła Piotr

• Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, ul. Gabriela Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0002-1563-2778

autor

Szydłowski Cezary

• Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, ul. Gabriela Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0002-6141-9839

Bibliografia

• 1. Little D.N., Petersen J.C.: Unique Effects of Hydrated Lime Filler on the Performance-Related Properties of Asphalt Cements: Physical and Chemical Interactions Revisited. Journal of Materials in Civil Engineering, 17, 2, 2005, 207-218. DOI: 10.1061/(ASCE)0899-1561(2005)17:2(207)
• 2. Jiménez F.P., Recasens R.M., Martínez A.: Effect of Filler Nature and Content on the Behaviour of Bituminous Mastics. Road Materials and Pavement Design, 9, sup1, 2008, 417-431, DOI: 10.1080/14680629.2008.9690177
• 3. Das A.K., Singh D.: Investigation of rutting, fracture and thermal cracking behavior of asphalt mastic containing basalt and hydrated lime fillers. Construction and Building Materials, 141, 2017, 442-452. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.03.032
• 4. Das A.K., Singh D.: Effects of Basalt and Hydrated Lime Fillers on Rheological and Fracture Cracking Behavior of Polymer Modified Asphalt Mastic. Journal of Materials in Civil Engineering, 30, 3, 2018, ID article: 04018011, DOI: 10.1061/(asce)mt.1943-5533.0002196
• 5. Rahim A., Milad A., Yusoff N.I., Airey G., Thom N.: Stiffening effect of fillers based on rheology and micromechanics models. Applied Sciences, 11, 14, 2021, ID article: 6521, DOI: 10.3390/app11146521
• 6. Alfaqawi R.M., Airey G., Lo Presti D., Grenfell J.: Effects of mineral fillers on bitumen mastic chemistry and rheology. In: Transport Infrastructure and Systems, Proceedings of the AIIT International Congress on Transport Infrastructure and Systems, TIS 2017. CRC Press/Balkema, 359-364, https://iris.unipa.it/handle/10447/604136, 21.11.2024
• 7. Cheng Y., Tao J., Jiao Y., Tan G., Guo Q., Wang S., Ni P.: Influence of the properties of filler on high and medium temperature performances of asphalt mastic. Construction and Building Materials, 118, 2016, 268-275, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.05.041
• 8. Masad E., Jandhyala V.K., Dasgupta N., Somadevan N., Shashidhar N.: Characterization of air void distribution in asphalt mixes using X-ray computed tomography. Journal of Materials in Civil Engineering, 14, 2, 2002, 122-129, DOI: 10.1061/(ASCE)0899-1561(2002)14:2(122)
• 9. Lagos-Varas M., Movilla-Quesada D., Raposeiras A.C., Castro-Fresno D., Muñoz-Cáceres O., Andrés-Valeri V.C., Rodríguez-Esteban M.A.: Viscoelasticity modelling of asphalt mastics under permanent deformation through the use of fractional calculus. Construction and Building Materials 329, 2022, ID article: 127102, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127102
• 10. Steineder M., Hofko B.: Assessing the impact of filler properties, moisture, and aging regarding fatigue resistance of asphalt mastic regarding fatigue resistance of asphalt mastic. Road Materials and Pavement Design, 24, 12, 2023, 2811-2826, DOI: 10.1080/14680629.2023.2172066
• 11. Chaudhary M., Saboo N., Gupta A., Miljković M.: Contribution of mineral filler to the fatigue damage behaviour of bituminous mastic. Construction and Building Materials, 334, 2022, ID article: 127120, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127120
• 12. Ryś D., Szydłowski C.: Consideration of pseudo strain energy in determination of fatigue life and microdamage healing of asphalt mastics. International Journal of Fatigue, 181, 2024, ID article: 108164, DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2024.108164
• 13. Büchner J., Ryś D., Trifunović S., Wistuba M.P.: Development and application of asphalt binder relaxation test in different dynamic shear rheometers. Construction and Building Materials, 364, 2023, ID article: 129929, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.129929
• 14. Büchner J., Wistuba M.: Analysis of low temperature relaxation properties of asphalt binder and asphalt mastic using a dynamic shear Rheometer. In: Hoff I., Mork Helge, Saba R. (eds.): Eleventh International Conference on the Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfields, Volume 2, CRC Press, London, 2022, 508-516, DOI: 10.1201/9781003222897-47
• 15. Anderson D.A., Dukatz E.L., Claine Petersen J.: The Effect of Antistrip Additives on the Properties of Asphalt Cement. Association of Asphalt Paving Technologists Proceedings, 51, 1982, 298-317
• 16. Johansson L.S.: Influence of hydrated lime on bitumen hardening. Royal Institute of Technology, Stockholm, 1995
• 17. Kennedy T.W., Ping W.V.: An Evaluation of Effectiveness of Antistripping Additives in Protecting Asphalt Mixtures from Moisture Damage. Association of Asphalt Paving Technologists Proceedings, 60, 1991, 231-263
• 18. Little D.N., Epps J.A.: The Benefits of Hydrated Lime in Hot Mix Asphalt. National Lime Association, Nevada, USA, 2001
• 19. 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
• 20. Jaskuła P.: Analiza niszczącego oddziaływania wody i mrozu na mieszanki mineralno-asfaltowe. Praca doktorska, Politechnika Gdańska, Gdańsk, 2004
• 21. Majidzadeh K., Brovold F.: Effect of water on bitumen – aggregate mixtures. Highway Research Board, Washington, USA, 1968
• 22. Lesueur D., Little D.: Effect of Hydrated Lime on Rheology, Fracture, and Aging of Bitumen. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 1661, 1999, 93-105, DOI: 10.3141/1661-14
• 23. Iwański M., Mazurek G.: Hydrated lime as the anti-aging bitumen agent. Procedia Engineering 57, 2013, 424-432, DOI: 10.1016/j.proeng.2013.04.055
• 24. Witczak M.W., Bari J.: Development of a E* Master Curve Database for Lime Modified Asphaltic Mixtures, Arizona State University, Tempe, 2004
• 25. Sebaaly P.E., Hitti E., Weitzel D.: Effectiveness of Lime in Hot-Mix Asphalt Pavements. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 1832, 1, 2003, 34-41, DOI: 10.3141/1832-05
• 26. Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych – WT-2 2014 – część I. Mieszanki mineralno-asfaltowe. Wymagania Techniczne, Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, Warszawa, 2014
• 27. Mastoras F., Varveri A., van Tooren M., Erkens S.: Effect of mineral fillers on ageing of bituminous mastics. Construction and Building Materials, 276, 2021, ID article: 122215, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.122215
• 28. Lesueur D., Teixeira A., Lázaro M.M., Andaluz D., Ruiz A.: A simple test method in order to assess the effect of mineral fillers on bitumen ageing. Construction and Building Materials, 117, 2016, 182-189, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.05.003
• 29. Gardel V., Planche J., Dreessen S.: A new performance related test method for rutting prediction: MSCRT. In: Loizos A., Partl M.N., Scarpas T., Al-Qadi I.L. (Eds.): Advanced Testing and Characterization of Bituminous Materials, CRC Press, Boca Raton, 2009, 971-980
• 30. Hintz C., Velasquez R., Johnson C., Bahia H.: Modification and validation of linear amplitude sweep test for binder fatigue specification. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2207, 1, 2011, 99-106. DOI: 10.3141/2207-13
• 31. Hintz C., Bahia H.: Understanding mechanisms leading to asphalt binder fatigue in the dynamic shear rheometer. Road Materials and Pavement Design, 14, sup2, 2013, 231-251, DOI: 10.1080/14680629.2013.818818
• 32. Modified Asphalt Research Center, University of Wisconsin-Madison: Linear Amplitude Sweep, https://uwmarc.wisc.edu/linear-amplitude-sweep.php, 21.11.2024
• 33. Wesołowska M., Ryś D.: Analysis of the fatigue life of neat and modified bitumens using linear amplitude sweep test. Roads and Bridges – Drogi i Mosty, 17, 4, 2018, 317-336, DOI: 10.7409/rabdim.018.020
• 34. Hospodka M., Hofko B., Blab R.: Introducing a new specimen shape to assess the fatigue performance of asphalt mastic by dynamic shear rheometer testing. Materials and Structures, 51, 2018, ID article: 46, DOI: 10.1617/s11527-018-1171-6