Analysis of fatigue life of asphalt concretes considering different types of mixtures and binders

• Autorzy: Bańkowski W.

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.018.016

Warianty tytułu

PL

Analiza trwałości zmęczeniowej betonów asfaltowych z uwzględnieniem typu mieszanki i rodzaju lepiszcza

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

EN

The research described in this paper concerns the fatigue life of base course asphalt mixtures. Two mixture types were chosen for analysis: asphalt concrete and High Modulus Asphalt Concrete. Either of them contained different bitumen types, including standard pen-grade bitumens, polymer-modified bitumens (PMB) and so-called highly-modified asphalts (HiMA). Fatigue life tests were carried out and their results were used for fatigue law determination of the mixtures under analysis. Fatigue life analyses were performed both for the analysed mixtures and for typical flexible pavements. The value of the so-called shift factor was estimated to enable application in the design of pavements of the fatigue law parameters determined in laboratory. Two fatigue parameters are proposed in this research: critical strain and fatigue life ratio. They provide a more robust comparison of fatigue life determinations on bituminous mixtures by taking into consideration also the fatigue life of the pavement structure itself. The analyses conducted as part of this research enabled assessment of the fatigue life of asphalt mixtures taking account of the type of both the mixture and the bitumen it contains.

Przedmiotem prac badawczych przedstawionych w artykule jest trwałość zmęczeniowa mieszanek mineralno-asfaltowych do warstwy podbudowy. W badaniach uwzględniono dwa rodzaje mieszanek mineralno-asfaltowych: beton asfaltowy i beton asfaltowy o wysokim module sztywności. W ramach każdej z mieszanek przygotowano warianty z różnymi asfaltami, tj. drogowymi, modyfikowanymi polimerem i tzw. wysokomodyfikowanymi. Przeprowadzono badania trwałości zmęczeniowej, na podstawie których opracowano charakterystyki zmęczeniowe mieszanek. Wykonano analizę trwałości zmęczeniowej mieszanek oraz typowych konstrukcji nawierzchni podatnych. Dokonano oszacowania tzw. współczynnika przesunięcia, który umożliwia wykorzystanie laboratoryjnych charakterystyk zmęczeniowych w projektowaniu nawierzchni. Zaproponowano definicję dwóch parametrów zmęczeniowych: odkształcenia krytycznego i wskaźnika trwałości zmęczeniowej. Pozwalają one bardziej racjonalnie porównać wyniki trwałości zmęczeniowej mieszanek mineralno-asfaltowych z uwzględnieniem trwałości konstrukcji nawierzchni. Przeprowadzone analizy pozwoliły na ocenę odporności na zmęczenie mieszanek mineralno-asfaltowych z uwzględnieniem typu mieszanki i rodzaju asfaltu.

Słowa kluczowe

PL

beton asfaltowy; beton asfaltowy o wysokim module sztywności (ACMWS); konstrukcja nawierzchni projektowanie konstrukcji nawierzchni, sztywność; trwałość zmęczeniowa; współczynnik przesunięcia

EN

asphalt concrete; fatigue; high modulus asphalt concrete (HMAC); pavement structure; pavement structure design; shift factor; stiffness

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 17, no. 4
• Strony: 253--270
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bańkowski W.

• Instytut Badawczy Dróg i Mostów, ul. Instytutowa 1, 03-302 Warszawa

Bibliografia

• Bańkowski W., Gajewski M., Sybilski D.: Analysis of Fatigue Damage on Test Sections Submitted to HVS Loading. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, 8, 4, 2013, 255-262, DOI: 10.3846/bjrbe.2013.33
• Sybilski D., Bańkowski W.: Asphalt pavement design using results of laboratory fatigue tests of asphalt mixtures. International Journal of Road Materials and Pavement Design, 3, 2, 2002, 183-194
• Brennan M.J., Clancy F.: A new initiative in measuring the fatigue performance of bituminous materials. Proceeding of the 7International Conference on the Structural Design of Asphalt Pavements, Nottingham, 1992, 32-47
• Baaj H., Di Benedetto H., Chaverot P.: Fatigue of mixes: an intrinsic damage approach. 6th RILEM Symposium PTEBM, Zurich, 2003, 394-400
• Błażejowski K., Olszacki J., Peciakowski H.: Asfalty wysokomodyfikowane. Orlen Asfalt, 2015
• Timm D.H., Robbins M.M., Willis J.R., Tran N., Taylor A.J.: Field and laboratory study of high-polymer mixtures at the NCAT test track: Final Report NCAT Report 13-03, Auburn, Alabama, 2013
• Willis J.R., Taylor A., Tran N.H., Kluttz B., Timm D.H.: Laboratory evaluation of high polymer plant-produced mixtures.Road Materials and Pavement Design, 13, S1, 2012, 260-280, DOI: 10.1080/14680629.2012.657077
• Kluttz R.Q., Molenaar A.A.A., van de Ver M.F.C., Poot M.R., Liu X., Scarpas A., Scholten E.J.: Modified base courses for reduced pavement thickness and increased longevity. Proceedings of the International Conference on Perpetual Pavement, 2009, Columbus, Ohio, 1-16
• 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
• Król J.B., Niczke Ł., Kowalski K.J.: Towards understanding polymerization process in bitumen bio-fluxes. Materials, 10, 9, 2017, DOI: 10.3390/ma10091058
• Pszczoła M., Ryś D., Jaskuła P.: Analysis of climatic zones in Poland with regard to asphalt performance grading. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 16, 4, 2017, 245-264, DOI: 10.7409/rabdim.017.016
• Judycki J., Jaskuła P., Dołżycki P., Pszczoła M., Jaczewski M., Ryś D., Stienss M.: The Impact of Homogeneity of High Modulus Asphalt Concrete Layer on Low-Temperature Cracking. The 8th RILEM International Conference on Mechanisms of Cracking and De-bonding in Pavements, Springer Netherlands, vol. 13, part V, 2016, 319-326, DOI: 10.1007/978-94-024-0867-6_45
• Błażejowski K., Dołżycki B.: The relationships between asphalt mix rutting resistance and MSCR test results, in: Design, analysis and asphalt material characterization for road and airfield pavements. Proceedings of International Conference on Sustainable Civil Infrastructure “Geo-Hubei 2014”, 20-22 July 2014, Yichang, Hubei, China, 202-209, DOI: 10.1061/9780784478462
• Pronk A.C., Bańkowski W., Gajewski M.: Processing of four point bending test results for visco-elasticity and fatigue models. International Journal of Pavement Engineering, published online 2017, DOI: 10.1080/10298436.2017.1398549
• Buczyński P., Iwański M.: Fatigue life comparison of cold recycled bases with foamed bitumen and with bitumen emulsion. The 12 th International Conference “Modern Building Materials, Structures and Techniques”, 26-27 May 2016, Vilinius, Lithuania. Procedia Engineering, vol. 172, 2017, 135-142
• Gauthier G., Le Hir Y., Planche J.P.: Fatigue of bituminous binders and mixes: analysis and correlations using a new intrinsic approach. Proceedings of The 3rd Euroasphalt and Eurobitume Congress, Wienna, Vol. 2, 2004, 1842-1853
• Pronk A.C., Hopman P.C.: Energy dissipation: the leading factor of fatigue. Proceedings of Conference of The United States Strategic Highway Research Program: Sharing the Benefits, Ice Publishing, London, 1990, 255-267
• Pronk A.C.: Fatigue lives of asphalt beams in 2 and 4 point bending tests based on a “new” fatigue life definition using the “Dissipated energy Concept”, Phase II: DAB 0/8; Controlled Displacement Mode. Report W-DWW-98-001, Delft, 1998
• Sybilski D., Bańkowski W.: Comparison of the conventional and energetic fatigue failure criterion for bituminous mixes. Proceedings of The International ISAP Symposium “Asphalt Pavements and Environment”, 18-20 August 2008, Zurich, Switzerland, 110-120
• Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych. GDDKiA, Politechnika Gdańska, 2014
• Judycki J., Jaskuła P., Pszczoła M., Ryś D., Jaczewski M., Alenowicz J., Dołżycki B., Stienss M.: The new Polish catalogue of typical flexible and semi-rigid pavements. Proceedings of The 11th International Road Safety Seminar GAMBIT 2016, Gdańsk, Poland, MATEC Web of Conferences, Vol. 122, 2017, 1-8 DOI: 10.1051/matecconf/201712204002
• Judycki J., i inni.: Analiza i projektowanie konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych. WKŁ, 2014
• WT-2 2014 Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych, część I - Mieszanki mineralno-asfaltowe - Wymagania techniczne. GDDKiA, Warszawa, 2014
• Hopman P.C., Kunst P.A.J.C., Pronk A.C.: A renewed interpretation method for fatigue measurements - verification of Miner’s rule. Proceedings of The 4th Eurobitume Symposium, Madrid, 1989, 557-561
• Rowe G.M., Bouldin M.G.: Improved techniques to evaluate the fatigue resistance of asphalt mixtures. Proceedings of The 2nd Eurasphalt and Eurobitume Congress, Barcelona, 2000, 754-763

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).