The use of gabbro dust in the cold recycling of asphalt paving mixes with foamed bitumen

• Autorzy: Iwański M. , Buczyński P. , Mazurek G.

Identyfikatory

DOI

10.1515/bpasts-2016-0085

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Mineral fines are a waste product of aggregate production in quarries and asphalt mixing plants. The incorporation of mineral gabbro dust into foam bitumen causes developing of a mesh reinforcement in the recycled base mixture. This mesh reinforcement, observed in a recycled base structure, induces an increase in stiffness modulus, where its elastic part of complex modulus dominates over the imaginary part. Therefore, it is possible to create a recycled mixture with a lower susceptibility to loading time/temperature. In result, the presence of gabbro dust in recycled mixture limits the magnitude of strains induced by the traffic load. This paper presents the results of the tests carried out on the mineral dusts derived from gabbro rock. Structural and functional properties of the fines were determined to prepare their characteristics. Then, the cold recycled mixtures for the road base were designed with the 5–20% mineral fines content. The mixtures were prepared in cold recycling technology with foamed bitumen. Further tests involved determining mechanical and physical properties of the recycled mixes, including air voids content, Marshall stability, Marshall quotient (stiffness), indirect tensile strength and stiffness modulus at 20°C). The results indicated a positive influence of the gabbro dusts on the investigated parameters. With the use of ANOVA tests, the significance of the influence of the gabbro dust and foamed bitumen on these properties was evaluated. Harrington’s multicriteria method was employed to establish gabbro dust and foamed bitumen amounts, the addition of which would guarantee optimal properties of the recycled base mixture.

Słowa kluczowe

EN

gabbro dust; cold recycling technology; foamed bitumen; road base course

PL

pył; gabro; technologia recyklingu na zimno; bitumen

• Wydawca: Polska Akademia Nauk, Wydział IV Nauk Technicznych
• Czasopismo: Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 64, nr 4
• Strony: 763--773
• Opis fizyczny: Bibliogr. 38 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Iwański M.

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

autor

Buczyński P.

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

autor

Mazurek G.

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

Bibliografia

• [1] U. Kołodziejczyk, M. Ćwiąkała, and A. Widuch, “Use of flay-ash for the production of hydraulic binding agents and for soil stabilization”, Mineral Resources Management 28 (4), doi: 10.2478/v10269‒012‒0036‒9, 15–28 (2012), [in Polish].
• [2] J. Pachowski, “Development of the technology of creation of power plant by-products and their description and possible uses in road construction technologies”, Roads and Bridges 1, 59–99 (2002).
• [3] D. Sybilski and C. Kraszewski, “Evaluation and testing of selected industrial wastes for use in road structures”, IBDiM, Warsaw, 2004.
• [4] M. Iwański and A. Chomicz-Kowalska, “Evaluation of the pavement performance”, Bull. Pol. Ac.: Tech 63 (1), doi: 10.1515/bpasts-2015‒0011, 97–105 (2015).
• [5] “Kruszywa do mieszanek mineralno-asfaltowych i powierzchniowych utrwaleń na drogach krajowych”, WT-1 2010. Wymagania Techniczne, GDDKiA, Warszawa, 2010, [in Polish].
• [6] “Kruszywa do mieszanek bitumicznych i powierzchniowych utrwaleń stosowanych na drogach, lotniskach i innych powierzchniach przeznaczonych do ruchu”, PN-EN 13043:2002, [in Polish].
• [7] M. Iwański, “Właściwości mieszanki mineralno-asfaltowej a rodzaj kruszywa” Drogownictwo 6, 185–195 (2004), [in Polish].
• [8] J. Piłat and P. Radziszewski, “Nawierzchnie asfaltowe”, WKŁ, Warszawa, 2007, [in Polish].
• [9] W. Grabowski, J. Wilanowicz, M. Słowik, and T. Soból, “Assessment of the stiffening properties of mineral fillers obtained from a dust extractor installed in an asphalt plant”, Proceedings of 3rd International Conference on Modern Technologies in Highway Engineering, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 299–309 (2005).
• [10] E. Vogt, D. Hołownia, “Study of hydrophobic properties of lime dust”, Mineral Resources Management 26 (2), 41–56 (2010).
• [11] M. Iwański, P. Buczyński, “Sposób głębokiego recyklingu konstrukcji nawierzchni w technologii asfaltu spienionego”, Patent No. PL A1 396497, Polska, 2013, [in Polish].
• [12] Y. Kim, H.D. Lee, “Development of a mixture design process for cold-in place rehabilitation using foamed asphalt. Final report for TR-474 phase 1”, University of Iowa, 2003
• [13] „Warunki techniczne wykonania warstwy podbudowy z mieszanki mineralno-cementowo-emulsyjnej (MCE)”, Informacje, Instrukcje I (61), IBDiM, Warszawa, 1999, [in Polish].
• [14] D. Sybilski, J. Kukiełka, “Rheological properties of mineral cement-emulsion (MCE) mixtures on the basis of the master curve”, I Polski Kongres Drogowy, Warszawa, 461–468 (2006).
• [15] M. Iwański, A. Chomicz-Kowalska, “Laboratory study on mechanical parameters of foamed bitumen mixtures in the cold recycling technology”, Proceedings of 11th International Conference on Modern Building Materials, Structure and Techniques 57, doi: 10.1016/j.proeng.2013.04.56, 433–442 (2013).
• [16] H. Gui-Ping, W. Wing Gun, “Effects of moisture on strength and permanent deformation of foamed asphalt mix incorporating RAP materials”, Construction and Building Materials 22 (1), 30–40 (2008).
• [17] W. Grabowski, “Struktura a właściwości funkcjonalne wypełniaczy mineralnych stosowanych w drogownictwie”, Poznań University of Technology Press, Poznań, 2007, [in Polish].
• [18] “Metody badania cementu. Oznaczenie stopnia zmielenia”, PN-EN 196‒6:1997, [in Polish].
• [19] “Badania geometrycznych właściwości kruszyw. Ocena zawartości drobnych cząstek. Badanie błękitem metylowym”, PN-EN 933‒9:2001, [in Polish].
• [20] “Badanie mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw. Oznaczenie pustych przestrzeni suchego, zagęszczonego wypełniacza”, PN-EN 1097‒4:2002, [in Polish].
• [21] “Badania kruszyw wypełniających stosowanych do mieszanek bitumicznych. Liczba bitumiczna”, PN-EN 13179‒2, [in Polish].
• [22] K.J. Jenkins, “Mixture design considerations for cold and half-warm bituminous mixtures with emphasis on foamed bitumen”, PhD dissertation, University of Stellenbosch, South Africa, 2000.
• [23] M. Iwański, A. Chomicz, “Przydatność do spieniania asfaltów drogowych stosowanych w Polsce”, Drogownictwo 8, 267–271 (2006), [in Polish].
• [24] “Wirtgen cold recycling manual”, Wirtgen GmbH, Windhagen, Germany, 2012.
• [25] “Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań mieszanek mineralno-asfaltowych na gorąco. Oznaczanie zawartości wolnej przestrzeni”, PN-EN 12697‒8:2005, [in Polish].
• [26] “Mieszanki mineralno-asfaltowe, Metody badań mieszanek mineralno-asfaltowych na gorąco. Badanie Marshalla”, PN-EN 12697‒34:2012, [in Polish].
• [27] “Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań mieszanek mineralno-asfaltowych na gorąco. Odporność mieszanek mineralno-asfaltowych na rozciąganie pośrednie”, PN-EN 12697‒23:2009, [in Polish].
• [28] “Bituminous mixtures. Test methods for hot mix asphalt. Stiffness: Annex C – Test applying indirect tension to cylindrical specimens (IT-CY)”, PN-EN 12697‒26: Annex C, 2012.
• [29] D.G. Montgomery, Design and Analysis of Experiments, 5th Edition, John Wiley and Sons, 2001.
• [30] M. Iwański, G. Mazurek, “Structuring role of F-T synthetic wax in bitumen”, Bull. Pol. Ac.: Tech. 62 (3), doi: 10.2478/bpasts-2014‒0057, 525–534 (2014).
• [31] L. Czarnecki, J.J. Sokołowska, “Material model and revealing the truth”, Bull. Pol. Ac.: Tech. 63 (1), doi: 10.1515/bpasts-2015‒0001, 7–14 (2015).
• [32] L. Czarnecki, P. Woyciechowski, “Modelling of concrete carbonation: is it a process unlimited in time and restricted in space?”, Bull. Pol. Ac.: Tech. 63 (1), doi: 10.1515/bpasts-2015‒0006, 43–54 (2015).
• [33] Z. Piasta, A. Lenarcik, “Applications of statistical multi-criteria optimisation in design of concretes”, in Optimization Methods for Material Design of Cement-based Composites, pp.150–166, ed. A.M. Brandt, E & FN Spon, London, 1998.
• [34] E.C. Harrington, “The desirability function”, Industrial Quality Control 21, 494–498 (1965).
• [35] L. Zivorad, Design of Experiments in Chemical Engineering, WILEY-VCH, 2004.
• [36] “ Katalog wzmocnień i remontów nawierzchni podatnych i półsztywnych”, in KTKNPiP, GDDKiA, Poland, 2012, [in Polish].
• [37] B. Dołżycki, “Instrukcja projektowania i wbudowywania mieszanek mineralno-cementowo-emulsyjnych (MCE)”, GDDKiA, Gdańsk, 2013, [in Polish].
• [38] Gonzalez, A. A. (2012). An Experimental Study of the Deformational and Performance Characteristics of Foamed Bitumen Stabilised Pavements, PhD Dissertation, University of Canterbury, New Zealand.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.