The assessment of influence of styrene-butadiene-styrene elastomer’s content on the functional properties of asphalt binders

• Autorzy: Marta Mielczarek , Mieczysław Słowik , Karol Andrzejczak

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2020.1.17

Warianty tytułu

PL

Ocena wpływu zawartości elastomeru styren-butadien-styren na właściwości funkcjonalne lepiszczy asfaltowych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

This paper discusses the issue of improving the functional properties of road asphalt pavements by modifying bituminous binder with SBS copolymer. The main purpose of the paper is to assess the resistance to permanent deformations and the temperature susceptibility of polymer-modified road asphalt binders, which are most commonly used in the upper layers of road and airport pavements. The bitumens subject to the study originate from various crude oil deposits (Russian and Venezuelan). They were modified in laboratory conditions with a concentrated additive with the known content of the SBS copolymer of 9%. The result was a asphalt binder containing the known percentage of the SBS copolymer of 1.5%, 3.0%, 4.5% and 6%. The rheological properties of the tested bitumens were determined by use of a dynamic shear rheometer (DSR), and with the application of the sinusoidal variable load, in the broad test temperature spectrum (from 40°C to 100°C). The analysis of the values of the dynamic shear modulus |G*| of all the studied bitumens shows that the increase in the content of SBS copolymer in the tested binder increases the value of |G*|, which may result in higher resistance to permanent deformations of road pavements caused by repeated traffic loads, especially in the case of pavements operated at high temperatures. The asphalt mixtures resistance to rutting is one of the basic parameters related to road pavement service-life, affecting both the safety and driving comfort of users.

PL

Tematyka pracy związana jest z zagadnieniem polepszenia właściwości funkcjonalnych drogowych nawierzchni asfaltowych poprzez modyfikację lepiszcza asfaltowego kopolimerem SBS. Głównym celem pracy jest ocena odporności na odkształcenia trwałe oraz wrażliwości na zmiany temperatury asfaltów drogowych modyfikowanych polimerami, które są najczęściej używane w wierzchnich warstwach konstrukcji nawierzchni drogowych i lotniskowych. Przedmiotem badań były asfalty pochodzące z różnych złóż ropy naftowej (rosyjskiej i wenezuelskiej). Asfalty te poddano modyfikacji w warunkach laboratoryjnych z dodatkiem koncentratu o znanej zawartości kopolimeru SBS równej 9%. Otrzymano w ten sposób lepiszcza asfaltowe o znanej zawartości kopolimeru SBS równej 1,5%; 3,0%; 4,5% oraz 6%. Właściwości reologiczne badanych asfaltów oznaczono z użyciem reometru dynamicznego ścinania DSR stosując w testach obciążenie sinusoidalnie zmienne, w szerokim zakresie temperatury pomiarowej (od 40°C do 100°C). Analizując wartości dynamicznego modułu ścinania |G*| wszystkich badanych asfaltów można stwierdzić, iż wzrost zawartości kopolimeru SBS w badanym lepiszczu zwiększa wartość |G*|, co może skutkować większą odpornością na odkształcenia trwałe nawierzchni drogowej spowodowane wielokrotnie powtarzającymi się obciążeniami ruchem pojazdów, w szczególności w przypadku nawierzchni eksploatowanej w wysokiej temperaturze Odporność mieszanek mineralno-asfaltowych (MMA) na powstawanie kolein jest jednym z podstawowych parametrów związanych z eksploatacją nawierzchni drogowych, wpływając zarówno na bezpieczeństwo, jak i komfort jazdy użytkowników.

Słowa kluczowe

EN

dynamic shear rheometer (DSR); rutting factor; copolymer SBS; bitumen; complex shear modulus

PL

reometr dynamicznego ścinania; wskaźnik odkształcalności; kopolimer SBS; asfalt; moduł ścinania dynamiczny

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 22, no. 1
• Strony: 148--153
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Marta Mielczarek

• Institute of Civil Engineering Poznan University of Technology, ul. Piotrowo 5, 60-965 Poznań, Poland

autor

Mieczysław Słowik

• Institute of Civil Engineering Poznan University of Technology, ul. Piotrowo 5, 60-965 Poznań, Poland

autor

Karol Andrzejczak

• Institute of Mathematics Poznan University of Technology, ul. Piotrowo 3A, 60-965 Poznań, Poland

Bibliografia

• 1. Airey G. Rheological properties of styrene butadiene styrene polymer modified road bitumens. Fuel 2003; 82: 1709-1719, https://doi.org/10.1016/S0016-2361(03)00146-7.
• 2. Ahmedzade P. The investigation and comparison effects of SBS and SBS with new reactive thermopolymer on the rheological properties of bitumen. Construction and Building Materials 2013; 38: 285-291, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.07.090.
• 3. Andriescu A, Hesp S.A.M. Time-temperature superposition in rheology and ductile failure of asphalt binders. International Journal of Pavement Engineering 2009; 10(4): 229-240, https://doi.org/10.1080/10298430802169440.
• 4. Andrzejczak K. Zmiany wzrostu wskaźnika nasycenia samochodami osobowymi. Wiadomości Statystyczne 2012; 11: 22-33.
• 5. Bai M. Investigation of low-temperature properties of recycling of aged SBS modified asphalt . Construction and Building Materials 2017; 150: 766-773, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.206.
• 6. Behnood A, Olek J. Rheological properties of asphalt binders modifies with styrene-butadiene-styrene, ground tire rubber (GTR), or polyphosphoric acid (PPA). Construction and Building Materials 2017; 151: 464 - 478, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.06.115.
• 7. Bilski M, Słowik M. Impact of aging on Gilsonite and Trinidad Epuré modified binders resistance to cracking. Bituminous Mixtures and Pavements VII 2019; I: 65-70, https://doi.org/10.1201/9781351063265-11.
• 8. Bogdański B, Słowik M. Analiza porównawcza odporności na koleinowanie mieszanek mineralno-asfaltowych z uwzględnieniem kryteriów oceny wg metody francuskiej (LCPC) i brytyjskiej (BS). Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna "Nowoczesne technologie w budownictwie drogowym" Poznań 2001: 300-309.
• 9. Cheng Z, Remenyte-Prescott R. Two probabilistic life-cycle maintenance models for the deteriorating pavement. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2018; 20(3): 394-404, https://doi.org/10.17531/ein.2018.3.7.
• 10. D'Angelo J, Kluttz R, Dongré R, Stephens K, Zanzotto L. Revision of the Superpave High Temperature Binder Specification: The Multiple Stress Creep Recovery Test. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists 2007; 76: 123-157.
• 11. Gajewski M, Sybilski D, Bańkowski W. The influence of binder rheological properties on asphalt mixture permanent deformation. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering 2015; 10(1): 54-60, https://doi.org/10.3846/bjrbe.2015.07.
• 12. Gajewski M, Sybilski D, Bańkowski W, Wróbel A, Mirski K. Ocena odporności na deformacje trwałe mieszanek mineralno-asfaltowych na podstawie zaproponowanego parametru funkcjonalnego lepiszcza. Część 1. Badania lepiszczy. Drogownictwo 2009; 9: 279-283.
• 13. Gajewski M, Wróbel A, Jemioło S, Sybilski D. Wpływ właściwości reologicznych lepiszcza na koleinowanie MMA. XIV International Conference Computer Systems Aided Science 2010: 857-866.
• 14. Judycki J, Jaskuła P. Diagnostyka i modernizacja konstrukcji nawierzchni drogowych. Diagnostyka, monitoring i modernizacja eksploatowanych obiektów budowlanych 2010; 56: 233-252.
• 15. Levulyté L, Žuraulis V, Sokolovskij E. The research of dynamic characteristics of vehicle driving over road roughness. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2014; 16(4): 518-525.
• 16. Lu X, Isacsson U. Effect of ageing on bitumen chemistry and rheology. Construction and Building Materials 2002; 16: 15-22, https://doi.org/10.1016/S0950-0618(01)00033-2.
• 17. Merijs-Meri R, Abele A, Zicans J, Haritinovs V. Development of polyolefine elastomer modified bitumen and characterization of its rheological and structural properties. Bituminous Mixtures and Pavements VII 2019; I: 51- 57, https://doi.org/10.1201/9781351063265-9.
• 18. Radziszewski P. Wpływ modyfikacji elastomerem SBS na właściwości reologiczne lepiszczy asfaltowych. Polimery 2008: 559-563, https://doi.org/10.14314/polimery.2008.559.
• 19. Sarnowski M. Rheological properties of road bitumen binders modifies with SBS polymer and polyphophosphoric acid. Roads and Bridges - Drogi i Mosty 2015; 1: 47-65.
• 20. Słowik M. Thermorheological Properties Of Styrene-Butadiene-Styrene (SBS) Copolymer Modified Road Bitumen. Procedia Engineering 2017; 208:145-150, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.11.032.
• 21. Słowik M. Wybrane zagadnienia lepkosprężystości drogowych asfaltów modyfikowanych zawierających elastomer SBS. Rozprawy series Publishing House of Poznan University of Technology 2013; 508.
• 22. Słowik M, Adamczak P. Ocena wpływu starzenia krótkoterminowego na właściwości asfaltów drogowych modyfikowanych elastomerem SBS. Roads and Bridges - Drogi i mosty 2007; 1: 41-58
• 23. Surblys V, Žuraulis V, Sokolovskij E. Estimation of road roughness from data of on-vehicle mounted sensors. Eksploatacja i Niezawodnosc - Maintenance and Reliability 2017; 19(3): 396-374, https://doi.org/10.17531/ein.2017.3.7.
• 24. Zicans J, Ivanova T, Merijs-MEri R, Berzina R, Haritonovs V. Aging behavior of bitumen and elastomer modified bitumen. Bituminous Mixtures and Pavements VII 2019; I: 46-50, https://doi.org/10.1201/9781351063265-8.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).