Evaluation of the possibility of reduction of highly modified binders technological temperatures

• Autorzy: Pucułek Marta , Liphardt Adam , Radziszewski Piotr

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2021.136489

Warianty tytułu

PL

Ocena możliwości obniżenia temperatur technologicznych lepiszczy wysokomodyfikowanych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents results of research on the possibility of reduction of technological temperatures of highly modified binders by using as an additive a fluxing agent of plant origin, developed at the Warsaw University of Technology. The work presents the results of dynamic viscosity tests within the temperature range of 90°C to 180°C for original binders and binders aged using the RTFOT method, modified by adding a fluxing agent of plant origin. On the basis of dynamic viscosity test results, process temperatures for production and compaction of mineral-asphalt mixes with the binding agents being analyzed. Moreover, characteristics of binders were assessed, which define their behavior under high technological temperatures on the basis of multiple stress creep recovery (MSCR) tests. The research results obtained indicate that it is possible to reduce the process temperatures of mineral-asphalt mixes with highly modified binders by liquefying the binder with an additive of plant origin while retaining high resistance to permanent deformations. The MSCR test results prove that mineral-asphalt mixes containing binders highly modified with additives of plant origin can meet the requirements for extremely high traffic loads.

PL

Lepiszcza asfaltowe wysokomodyfikowane wykorzystywane budowy do warstw konstrukcyjnych podatnych nawierzchni drogowych wymagają stosowania wysokich temperatur technologicznych w trakcie procesów wytwarzania, wbudowania i zagęszczania mieszanek mineralno-asfaltowych wytworzonych z ich użyciem. Doświadczenia w stosowaniu lepiszczy wysokomodyfikowanych wskazują, że temperatury technologiczne wymagane dla tego rodzaju lepiszczy są nawet o 20°C wyższe niż dla tradycyjnych polimeroasfaltów. Stosowanie wysokich temperatur, szczególnie w trakcie procesu wytwarzania mieszanki mineralno-asfaltowej stwarza ryzyko nadmiernego postarzenia lepiszcza jak również może prowadzić do degradacji zawartego w nim polimeru. Obecnie istnieje szereg metod umożliwiających obniżenie temperatur technologicznych m.in. stosowanie dodatków chemicznych, organicznych, wosków oraz procesu spieniania. Stosowanie dodatków obniżających lepkość asfaltów w zakresie temperatur technologicznych wymaga także oceny wpływu zastosowania tych dodatków na właściwości lepiszcza w zakresie temperatur eksploatacyjnych. Wskazane jest stosowanie dodatków niepowodujących pogorszenia parametrów eksploatacyjnych lepiszcza takich jak odporność na deformacje trwałe, zmęczenie czy spękania niskotemperaturowe. W artykule przedstawiono wyniki badań nad możliwością obniżenia temperatur technologicznych lepiszcza wysokomodyfikowanego poprzez zastosowanie opracowanego w Politechnice Warszawskiej dodatku upłynniającego pochodzenia roślinnego. W pracy przedstawiono wyniki badań lepkości dynamicznej w zakresie temperatur od 90°C do 180°C dla lepiszczy oryginalnych oraz starzonych metodą RTFOT zmodyfikowanych dodatkiem upłynniającym pochodzenia roślinnego. Na podstawie wyników badania lepkości dynamicznej wyznaczone zostały temperatury technologiczne procesów wytwarzania oraz zagęszczania mieszanek mineralno-asfaltowych z analizowanymi lepiszczami. Temperatury technologiczne wyznaczono przyjmując optymalne poziomy lepkości, przy których możliwe jest prawidłowe otoczenie lepiszczem ziaren kruszywa, wynoszący 0,2 Pa·s a także prawidłowe zagęszczenie mieszanki mineralno-asfaltowej w zakresie od 2 Pa·s do 20 Pa·s. Ponad to dokonano oceny właściwości lepiszczy charakteryzujących ich zachowanie w wysokich temperaturach eksploatacyjnych na podstawie badań cyklicznego pełzania z odprężeniem (MSCR). Uzyskane wyniki badań wskazują, że jest możliwe obniżenie temperatur technologicznych mieszanek mineralnoasfaltowych z lepiszczem wysokomodyfikowanym poprzez upłynnienie lepiszcza dodatkiem pochodzenia roślinnego przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej odporności na deformacje trwałe. Wyniki badania MSCR dowodzą, że zastosowanie dodatku upłynniającego - Biofluxu, do lepiszczy wysokomodyfikowanych nie powoduje pogorszenia ich właściwości wysokotemperaturowych charakteryzowanych procentowym nawrotem r oraz modułem podatności Jnr.

Słowa kluczowe

EN

highly modified binder; asphalt binder; process temperature; dynamic viscosity; MSCR test; bio-flux

PL

lepiszcze wysokomodyfikowane; lepiszcze asfaltowe; temperatura technologiczna; lepkość dynamiczna; badanie MSCR; bio-flux

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 67, nr 1
• Strony: 557--570
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Pucułek Marta

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

autor

Liphardt Adam

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

autor

Radziszewski Piotr

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Iwański, M., Mazurek, G.: “Influence of F-T Synthetic Wax on Asphalt Concrete Permanent Deformation”, Archives of Civil Engineering, 59(3), 295-312, 2013
• 2. Airey. G, “Viscosity-Temperature Effects of Polymer Modification as Depicted by Heukelom's Bitumen Test Data Chart”. The International Journal of Pavement Engineering. 2: 223-242, 2001
• 3. Khoury I., Sargand S., Green R., et al. “Rutting Resistance of Asphalt Mixes Containing Highly Modified Asphalt (HiMA)” Conference paper: The Roles of Accelerated Pavement Testing in Pavement Sustainability Engineering, Environment, and Economics 429-439, 2016
• 4. Radziszewski Piotr, Sarnowski Michał, Król Jan [et al.] : Low-Temperature Requirements for Bitumen in Central East European Road Construction, in: Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, vol. 14, no. 2, 2019, pp. 249-270,
• 5. Grzegorz Mazurek, Marek Iwański, Relaxation Modulus of SMA with Polymer Modified and Highly Polymer Modified Bitumen, Procedia Engineering, Volume 172, 2017, Pages 731-738,
• 6. Jian-Shiuh Chen, Ta Jung Wang, Cheng-Te Lee, “Evaluation of a highly-modified asphalt binder for field performance”, Construction and Building Materials, Volume 171, 2018, Pages 539-545,
• 7. Kluttz R., Willis, J. R., Molenaar A., et al. “Fatigue Performance of Highly Modified Asphalt Mixtures in Laboratory and Field Environment”, 7th RILEM International Conference on Cracking in Pavements 687- 696, 2012
• 8. Simard, D., Olard F., Scarpas A, et al. “Long-Life Overlays by Use of Highly Modified Bituminous Mixtures” 7th RILEM International Conference on Cracking in Pavements 837-848, 2012
• 9. J. Piłat and R. Radziszewski: “Nawierzchnie asfaltowe”, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warsaw 2004.
• 10. Collective work edited by Piotr Radziszewski, “Perspektywy i kierunki rozwoju budownictwa drogowego w Polsce na podstawie badań foresightowych”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2016
• 11. Krupowicz, W., Sobolewska-Mikulska, K., & Marija, B. “Modern trends in road network development in rural areas” Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, (12 (1)), 48-56. 2017.
• 12. J. Piłat, I. Gaweł, P. Radziszewski, J. Król, M. Sarnowski, Ł. Niczke : Bitumen fluxes of vegetable origin, Polimery no. 1/2010.
• 13. J. Piłat, I. Gaweł, P. Radziszewski, Ł. Niczke, J. Król, M.Sarnowski : Asfalt fluksowany i sposób wytwarzania asfaltu fluksowanego, Patent description no. 214138.
• 14. J. Król, K. Kowalski, Ł. Niczke, P. Radziszewski: Effect of bitumen fluxing using a bio-origin additive, Construction and Building Materials 114/2016.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).