Analysis of rheological phenomena of mineral-cement-emulsion mixtures based on creep testing

• Autorzy: Mackiewicz Piotr , Kuźniewski Jarosław

Identyfikatory

DOI

10.15199/33.2025.09.07

Warianty tytułu

PL

Analiza zjawisk reologicznych mieszanek mineralno-cementowo-emulsyjnych na podstawie badania pełzania

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The aim of the article is to address the issue of variability of parameters of mineral-cement-emulsion (MCE) mixtures under load, taking into account different temperatures and compositions of these mixtures. It was found that different cement and asphalt contents in MCE play a key role in the deformation properties of the material and show variability of rheological properties. Based on static creep tests, the stiffness modulus of the MCE mixture was determined. It was shown that its value depends on temperature and composition and that it shows variable characteristics during loading. For temperatures of even 5°C with extremely higher asphalt contents (6%) and simultaneously lower cement content (3%), it is crucial to include the variable value of the stiffness modulus in the numerical calculations of the pavement. Creep testing with evaluation of the deformation modulus over time allows for the optimization of MCE production processes in terms of increasing the durability of road surfaces. In the assessment of sensitivity to deformations, it is crucial to take into account the change in the stiffness modulus at the entire loading stage, which correctly interprets the rheological properties of MCE mixtures.

PL

W artykule omówiono problematykę zmienności parametrów mieszanek mineralno-cementowo-emulsyjnych (MCE) pod obciążeniem z uwzględnieniem różnej temperatury i składu tych mieszanek. Stwierdzono, że różna zawartość cementu i asfaltu w MCE ma bardzo duży wpływ na cechy odkształceniowe materiału i zmienność właściwości reologicznych. Na podstawie badań statycznych pełzania określono moduł sztywności mieszanki MCE. Wykazano, że jego wartość zależy od temperatury i składu, a także ma zmienną charakterystykę w czasie obciążenia. W przypadku temperatury nawet 5°C, przy skrajnie dużej zawartości asfaltu (6%) i jednocześnie małej cementu (3%) kluczowe jest uwzględnienie zmiennej wartości modułu sztywności w obliczeniach numerycznych nawierzchni. Badanie pełzania z oceną modułu odkształcenia w czasie umożliwia optymalizację procesów produkcji MCE pod kątem zwiększenia trwałości nawierzchni drogowych. W ocenie wrażliwości na odkształcenia ważne jest uwzględnianie, w całym etapie obciążania, zmiany modułu sztywności, który dobrze interpretuje cechy reologiczne mieszanek MCE.

Słowa kluczowe

EN

recycling material; mineral-cement-emulsion mixture; MCE; mixture composition; temperature; rheology; creep test; stiffness modulus

PL

materiał recyklingowy; mieszanka mineralno-cementowo-emulsyjna; mieszanka MCE; skład mieszanki; temperatura; reologia; badanie pełzania; moduł sztywności

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Materiały Budowlane
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 9
• Strony: 53--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Mackiewicz Piotr

• Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

• https://orcid.org/0000-0002-3363-9391

autor

Kuźniewski Jarosław

• Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

• https://orcid.org/0000-0003-4071-9207

Bibliografia

• [1] Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad: Instrukcja projektowania i wbudowania mieszanek mineralno-cementowo-emulsyjnych (MCE). Załącznik nr 9.4.2 RID, 2019.
• [2] Ouyang J., Zhao S., Yang W., Baoguo H. Effect of filler volume fraction on viscoelastic properties and interaction of cement asphalt emulsion mortar. Construction and Building Materials. 2025; https://doi.org10.1016/j.conbuildmat.2025.140337.
• [3] Lei Fang L., Zhou J., Yang Z., Yuan Q., Que Y. Interaction between cement and asphalt emulsion and its influences on asphalt emulsion demulsification, cement hydration and rheology. Construction and Building Materials. 2022; https://doi.org10.1016/j.conbuildmat.2022.127220 .
• [4] Ouyang J., Han B., Cao Y., Zhou W., Li W., Shah S.P. The role and interaction of superplasticizer and emulsifier in fresh cement asphalt emulsion paste through rheology study. Construction and Building Materials. 2016; http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.08.085.
• [5] Zhang H., Zhang Q., Tang S., Pei Y., Skoczylas F. Effects of fly ash and silica fume on the rheological properties of magnesium phosphate cement-emulsified asphalt (MPC-EA) composite repair materials. Construction and Building Materials. 2024; https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2024.136708.
• [6] Peng J., Deng D., Huang H., Yuan Q., Peng J. Influence of superplasticizer on the rheology of fresh cement asphalt paste. Construction and Building Materials. 2015; http://dx.doi.org/10.1016/j.cscm.2015.05.002.
• [7] Buczynski P., Iwanski M. Rheological properties of mineral-cement mix with foamed bitumen with the addition of redispersible polymer powder. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 471 (2019) 032013; doi:10.1088/1757-899X/471/3/032013.
• [8] Dołżycki B., Jaczewski M., Szydłowski C., Bańkowski W., Gajewski M. Analiza wybranych cech mechanicznych mieszanek mineralno-cementowo-emulsyjnych (mce). Roads and Bridges – Drogi i Mosty. 2023; DOI: 10.7409/rabdim.023.003.
• [9] Skotnicki Ł., Kuźniewski J., Szydło A. Research on the properties of mineral-cement emulsion mixtures using recycled road pavement materials. Materials. 2021; https://doi.org/10.3390/ma14030563.
• [10] Dołżycki B., Jaczewski M., Szydłowski C., Bańkowski W., Gajewski M. The long-term properties of mineral-cement-emulsion mixtures. Construction and Building Materials. 2017; DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.09.032.
• [11] Buczyński P., Iwański M. Complex modulus change within the linear viscoelastic region of the mineral-cement mixture with foamed bitumen. Construction and Building Materials. 2018; https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.03.214.
• [12] Brown S.F, Needham D. A study of cement modified bitumen emulsion mixtures. Conference: Association of Asphalt Paving Technologists. 2000; 69: pp. 92-121.
• [13] PN-EN 197-1:2012: Cement – Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku.
• [14] PN-EN 13808:2013-10: Asfalty i lepiszcza asfaltowe – Zasady klasyfikacji kationowych emulsji asfaltowych.
• [15] PN-EN 1008:2004: Woda zarobowa do betonu – Specyfikacja pobierania próbek, badanie i ocena przydatności wody zarobowej do betonu, w tym wody odzyskanej z procesów produkcji betonu.