Evaluation of the effect of processed plastic additives on the properties of paving grade bitumen

• Autorzy: Gajewski Marcin , Horodecka Renata , Bańkowski Wojciech , Grzegórska Aleksandra , Kłopociński Maciej

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.023.015

Warianty tytułu

PL

Ocena wpływu dodatków z przetworzonych tworzyw sztucznych na właściwości asfaltów drogowych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Modified bituminous binders are widely used in road construction. Various types of modification are known; SBS polymer modification is considered the most advantageous and popular. The article presents the results of research focused on the possibility of modification of paving grade binders in a different manner, i.e. by using processed recycled plastics. The basic requirement in the case of this type of modification is that storage stability of the obtained material is ensured and that performance properties of the material do not deteriorate in comparison to those of the base binder. The work presents chosen test results of materials obtained by blending conventional paving grade bitumen 50/70 and 70/100 with additives produced from PP, PS, LDPE, HDPE (and their combinations). The additives were obtained in the process of pyrolysis, using different production parameters – processing temperature and time. Basic tests were performed on 56 different bitumen-additive blends in order to identify the most promising variants for further wider analysis. A method for objective selection of the best bitumen-additive blends was proposed. The proposed method is not a classic ranking method (attribution of points); it is based on an objective function composed of three component functions, which correspond to individual blend parameters and are assigned adequate weights. The method may be adjusted by selection of weights or use of different component functions. Based on the adopted method, additives with the most advantageous properties in terms of use in asphalt mixture production were identified.

PL

Asfalty modyfikowane są powszechnie stosowane w budownictwie drogowym. Znane są różne metody modyfikacji, a za najlepszą i najczęściej stosowaną uznaje się modyfikację polimerem SBS. W niniejszym artykule zaprezentowano wyniki badań nad możliwością modyfikacji zwykłych lepiszczy drogowych w inny sposób, tj. przy wykorzystaniu przetworzonych tworzyw sztucznych pochodzących z recyklingu. Warunkiem wyjściowym dla tego typu modyfikacji jest zapewnienie stabilności wytworzonego materiału oraz niepogorszenie jego właściwości funkcjonalnych w porównaniu do lepiszcza bazowego. W pracy zaprezentowane zostaną wybrane wyniki badań doświadczalnych przeprowadzonych na materiałach uzyskanych ze zmieszania konwencjonalnych asfaltów drogowych 50/70 oraz 70/100 z dodatkami wytworzonymi z PP, PS, LDPE, HDPE (oraz ich mieszankami). Dodatki te uzyskano w procesie pirolizy przy różnych technologiach wytwarzania z uwzględnieniem różnych wartości temperatury i czasu przetwarzania. Przeprowadzono badania podstawowe na 56 różnych kompozycjach asfaltu i dodatku w celu wyłonienia potencjalnie najlepszych wariantów do dalszej poszerzonej analizy. Zaproponowano metodę obiektywnego wyboru najlepszych mieszanin asfaltów z dodatkiem. Nie jest to klasyczna metoda rankingowa (przyznawanie punktów), a metoda bazująca na funkcji celu będącej sumą trzech funkcji składowych odpowiadających poszczególnym parametrom z odpowiednimi wagami. Metoda ta może być dość swobodnie kształtowana poprzez dobór wag albo odmienne propozycje funkcji składowych. Na tej podstawie wyłoniono dodatki, które mają najkorzystniejsze właściwości pod względem zastosowania do produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych.

Słowa kluczowe

EN

HDPE; LDPE; paving grade bitumen; performance properties; plastics; PP; PS; recycling

PL

asfalt drogowy; HDPE; LDPE; PP; PS; recykling; tworzywa sztuczne; właściwości funkcjonalne

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 22, no. 3
• Strony: 287--307
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gajewski Marcin

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

• https://orcid.org/0000-0002-3171-8504

autor

Horodecka Renata

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

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

autor

Bańkowski Wojciech

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

• https://orcid.org/0000-0002-2602-4014

autor

Grzegórska Aleksandra

• Green Park VI Limited Liability Company, 59 Słowackiego St., 87-700 Aleksandrów Kujawski

autor

Kłopociński Maciej

• Green Park VI Limited Liability Company, 59 Słowackiego St., 87-700 Aleksandrów Kujawski

Bibliografia

• 1. Bańkowski W., Sybilski D., Król J., Kowalski K., Radziszewski P., Skorek P.: Wykorzystanie destruktu asfaltowego – konieczność i innowacja. Budownictwo i Architektura, 15, 1, 2016, 157-167, DOI: 10.24358/Bud-Arch_16_151_17
• 2. Dołżycki B., Jaskuła P.: Review and evaluation of cold recycling with bitumen emulsion and cement for rehabilitation of old pavements, Journal of Traffic and Transportation Engineering, 6, 4, 2019, 311-323, DOI: 10.1016/j.jtte.2019.02.002
• 3. Skotnicki Ł., Kuźniewsk J., Szydło A.: Research on the properties of mineral–cement emulsion mixtures using recycled road pavement materials. Materials, 14, 3, 2021, ID article: 563, DOI: 10.3390/ma14030563
• 4. Buczyński P., Iwański M., Krasowski J.: Assessment of the impact of hydraulic binder on the properties of the cold recycled mixture with foamed bitumen and bitumen emulsion: Field tests. Buildings, 10, 12, 2020, ID article: 223, DOI: 10.3390/buildings10120223
• 5. Jaskuła P., Stienss M., Szydłowski C.: Wpływ zbrojenia polimerowymi włóknami rozproszonymi na wybrane właściwości mieszanek mineralno-asfaltowych. Drogownictwo, 72, 9, 2017, 275-280
• 6. Radziszewski P., Sarnowski M., Plewa A., Pokorski P.: Properties of Asphalt Concrete with Basalt-Polymer Fibers. Archives of Civil Engineering, 64, 4, 2018, 197–209, DOI: 10.2478/ace-2018-0052
• 7. Kukiełka J., Bańkowski W., Mirski K.: Asphalt-cement concretes with reclaimed asphalt pavement and rubber powder from recycled tire. Materials, 14, 9, 2021, ID article: 2412, DOI: 10.3390/ma14092412
• 8. Buczyński P., Iwański M., Mazurek G., Krasowski J., Krasowski M.: Effects of portland cement and polymer powder on the properties of cement-bound road base mixtures. Materials, 13, 19, 2020, ID article: 4253, DOI: 10.3390/MA13194253
• 9. Skotnicki Ł.: Application of rubber dust in modified asphalts for SMA mixtures. Przegląd Komunikacyjny, 76, 3, 2021, 15-20, DOI: 10.35117/A_ENG_21_03_02
• 10. Król J. B., Radziszewski P., Kowalski K. J., Sarnowski M., Czajkowski P.: Laboratory and Field Investigations of Polymer and Crumb Rubber Modified Bitumen. Journal of Civil Engineering and Architecture, 8, 10, 2014, 1327-1334
• 11. Thives L.P., Pais J.C., Pereira P.A.A., Palha C.A.O.F., Trichês G.: Contribution of Asphalt Rubber Mixtures to Sustainable Pavements by Reducing Pavement Thickness. Materials, 15, 23, 2022, ID article: 8592, DOI: 10.3390/ma15238592
• 12. Jia X., Huang B., Bowers B.F., Zhao S.: Infrared spectra and rheological properties of asphalt cement containing waste engine oil residues. Construction and Building Materials, 50, 2014, 683-691, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.10.012
• 13. Huang G,. Yang T, He Z., Yu L., Xiao H.: Polyurethane as a modifier for road asphalt: A literature review. Construction and Building Materials, 356, 2022, ID article: 129058, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.129058
• 14. Filonzi A., Komaragiri S., Lakshmi Roja K., Sreeram A., Bhasin A., Masad E.: A comprehensive evaluation of mixture and binder properties to explore the use of low-density polyethylene (LDPE) as an asphalt modifier and co-modifier. International Journal of Pavement Engineering, 2022, DOI: 10.1080/10298436.2022.2120988
• 15. da Silva A.J.R., de Figueiredo Lopes Lucena A.E, de Medeiros Melo Neto O., Mendonça A.M.G.D., Costa D.B., de Lima R.K.B.: Effects of using waste high-density polyethylene on the rheological, mechanical, and thermal performance of asphalt materials. Environment, Development and Sustainability, 2023, DOI: 10.1007/s10668-023-03306-w
• 16. Kakar M.R., Mikhailenko P., Piao Z., Poulikakos L.D.: High and low temperature performance of polyethylene waste plastic modified low noise asphalt mixtures. Construction and Building Materials, 348, 2022, ID article: 128633, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128633
• 17. Mehta D., Saboo N., Mariam S., Utkarsh A.: A review on the use of waste plastics in hot mix asphalt. Mechanics of Time-Dependent Materials, 2023, DOI: 10.1007/s11043-023-09622-y
• 18. Veropalumbo R., Russo F., Oreto C., Buonocore G.G., Verdolotti L., Muiambo H., Biancardo S.A., Viscione N.: Chemical, thermal, and rheological performance of asphalt binder containing plastic waste. Sustainability, 13, 24, 2021, ID article: 13887, DOI: 10.3390/su132413887
• 19. Noor A., Rehman M.A.U.: A mini-review on the use of plastic waste as a modifier of the bituminous mix for flexible pavement. Cleaner Materials 4, 4, 2022, ID article: 100059, DOI: 10.1016/j.clema.2022.100059
• 20. Yildirim Y.: Polymer modified asphalt binders. Construction and Building Materials, 21, 1, 2007, 66-72, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2005.07.007
• 21. Bańkowski W.: Analysis of fatigue life of asphalt concretes considering different types of mixtures and binders. Roads and Bridges – Drogi i Mosty, 17, 4, 2018, 253-270, DOI: 10.7409/rabdim.018.016
• 22. Gajewski M., Bańkowski W., Pronk A.C.: Evaluation of fatigue life of high modulus asphalt concrete with use of three different definitions, International Journal of Pavement Engineering, 21, 14, 2020, 1717-1728, DOI: 10.1080/10298436.2018.1564302
• 23. Gajewski M., Langlois P.A.: Prediction of Asphalt Concrete Low-temperature Cracking Resistance on the Basis of Different Constitutive Models. Procedia Engineering, 91, 2014, 81-86, DOI: 10.1016/j.proeng.2014.12.016
• 24. Bańkowski W., Horodecka R., Gajewski M., Mirski K.: The extended assessment of warm mix asphalts durability. Roads and Bridges – Drogi i Mosty, 15, 2, 2016, 157-173, DOI: 10.7409/rabdim.016.010
• 25. White G., Hall F.: Comparing asphalt modified with recycled plastic polymers to conventional polymer modified asphalt. in: Hoff I., Mork H., Saba R. (eds.): Eleventh International Conference on the Bearing Capacity of Roads, Railways and Airfields, 1, 2021, 3-17, DOI: 10.1201/9781003222880-1
• 26. Radeef H.R., Abdul Hassan N., Abidin A.R.Z., Mahmud M.Z.H., Yusoffa N.I.M., Idham Mohd Satar M.K., Warid M.N.M.: Enhanced Dry Process Method for Modified Asphalt Containing Plastic Waste. Frontiers in Materials, 8, 2021, DOI: 10.3389/fmats.2021.700231
• 27. Pasetto M., Baliello A., Pasquini E., Poulikakos L.: Dry Addition of Recycled Waste Polyethylene in Asphalt Mixtures: A Laboratory Study. Materials, 15, 14, 2022, ID article: 4739, DOI: 10.3390/ma15144739
• 28. Lu D.X., Enfrin M., Boom Y.J., Giustozzi F.: Future recyclability of hot mix asphalt containing recycled plastics. Construction and Building Materials, 368, 1, 2023, ID artiocle: 130396, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.130396
• 29. Singh A., Gupta A., Miljković M.: Intermediate- and high-temperature damage of bitumen modified by HDPE from various sources. Road Materials and Pavement Design, 24, 2023, 640-653, DOI: 10.1080/14680629.2023.2181017
• 30. Kakar M.R., Mikhailenko P., Piao Z., Bueno M., Poulikakos L.: Analysis of waste polyethylene (PE) and its by-products in asphalt binder. Construction and Building Materials, 280, 2021, ID article: 122492, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.122492
• 31. Ren S., Liu X., Jing R., Gao Y., Lin P., Erkens S.: Investigating the rheological properties and compatibility behaviours of RET/PE and WR/CR/SBS compound-modified bitumen. Road Materials and Pavement Design, 2023, DOI: 10.1080/14680629.2023.2221347
• 32. Al-Abdul Wahhab H.I., Dalhat M.A., Habib M.A.: Storage stability and high-temperature performance of asphalt binder modified with recycled plastic. Road Materials and Pavement Design, 18, 5, 2017, 1117-1134, DOI: 10.1080/14680629.2016.1207554