Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effect of filler type on non-linear viscoelastic characteristics of asphalt mastic

Mazurek Grzegorz

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 2

247--259

EN

This article discusses the rheological tests and analyses based on the Schapery non-linear viscoelasticity model that were performed to study asphalt mastic behaviour under high shear stresses. Seven mineral filler types were applied in this study, including a mixed filler with hydrated lime and fillers derived from dust extraction systems. Determination of basic properties of the fillers was followed by creep and recovery tests (DSR) at different levels of shear stress conducted in accordance with a modified MSCR procedure. The first stage in the analysis was the identification of linear viscoelastic region and the non-linear viscoelasticity model parameters such as the length of the loading period, the temperature and the stress level using TTSSP (Time-Temperature- Stress Superposition Principle). Subsequent numerical simulations of strain variation with respect to stress confirmed a high degree of agreement between the non-linear viscoelasticity model and mastic sample behaviour. A strong correlation was found between the non-linear viscoelasticity parameters and mastic properties. The proposed methodology is able to quickly identify and eliminate the fillers that may contribute to HMA deformations.

PL

W artykule przedstawiono badania i analizy efektów reologicznych mastyksu asfaltowego poddanego wysokim naprężeniem ścinającym wykorzystując model nieliniowej lepkosprężystości Schapery’ego. Docelowy materiał użyty w pracy, czyli mastyks jest efektywnym spoiwem mieszanki mineralno-asfaltowej (mma) będący produktem mieszania asfaltu i wypełniacza (<0,063 mm) zapewniającego właściwą kohezję pomiędzy składnikami zasadniczego szkieletu mineralnego. Relacja pomiędzy proporcjami składników (asfalt-wypełniacz) zdecydowanie wpływa na sztywność mma. Na temat wpływu rodzaju wypełniacza na właściwości mastyksu jak i również mma powstało wiele prac. Nie mniej jednak z faktu złożoności zjawisk reologicznych jakie towarzyszą odkształcalności mastyksu badania nad fenomenologią mastyks wciąż trwają. Według wymagań krajowych (WT-1/2014), jako produkt pełnowartościowy, należy uznać wypełniacz o zawartości węglanu wapnia ≥70%. Z kolei autorzy raportu NCHRP 9-45 stwierdzili, że na właściwości mechaniczne w niskiej i wysokiej temperaturze miały wpływ przede wszystkim właściwości fizyczne wypełniacza takie jak: porowatość, uziarnienie. Ponadto zaobserwowali zadawalające rezultaty jakości mastyksu można uzyskać z wypełniaczami pochodzącymi z systemów odpylania kruszyw nierzadko o odczynie kwaśnym. Z faktu występowania dużych rozbieżności opinii w analizie zostały zastosowane materiały pełnowartościowe: mączka wapienna (L), wypełniacz mieszany: 85% mączka wapienna/15% wapno hydratyzowane (0.15HL/L), wypełniacz mieszany: 70% mączka wapienna/30%wapno hydratyzowane (0.30HL/L). Do dalszej ewaluacji wykorzystano materiały niespełniające kryteria jakościowe (według WT-1/2014) takie jak: pyły pochodzenia gabrowego (G), pyły pochodzenia kwarcytowego (Q), pyły pochodzenia bazaltowego (B), pyły pochodzenia dolomitowego (D) oraz pyły granitowe (do celów walidacji). O skuteczności aplikacji danego wypełniacza świadczy również zachowanie finalnego mastyksu w punktu widzenia jego odkształcalności przy wysokich naprężeniach. Dlatego też do oceny zjawiska pełzania i powrotu sprężystego wykorzystano badania monotoniczne w próbie pełzania z odciążeniem (powrót sprężysty) z zastosowaniem zmodyfikowanej procedury MMSCR. Metoda MMSCR stanowi modyfikację tradycyjnej metody MSCR (Multi Stress Creep Recovery Test) dedykowanej ocenie pełzania asfaltów poddanych cyklicznemu naprężeniu ścinającemu. Metoda MMSCR stanowi rozwinięcie metody MSCR poprzez szerszą analizę zakresu nieliniowego lepkosprężystości o wiele bardziej racjonalnego w rzeczywistej pracy mma. W zmodyfikowanym programie MMSCR pomiar odkształcenia (sekwencja), tak samo jak w badaniu MSCR, był realizowany w czasie trwania obciążenia przez 1 s (sekwencja obciążenia) a następnie odkształcenia w czasie powrotu (sekwencja odciążenia) trwającego 9 s. Badanie zostało powtórzone w trzech temperaturach, czyli: 50°C, 60°C, 70°C aby uwzględnić zasadę superpozycji czas-temperatura (TTSP). Ponadto uwzględniono trzy poziomy naprężenia ścinającego 100Pa, 3200Pa oraz 6400Pa aby wykorzystać najbardziej zaawansowaną zasadę superpozycji TTSSP (time temperature stress superposition principle).

2

The assessment of the influence of styrene-butadiene-styrene copolymer on the selected rheological properties characterising durability of modified bitumens used in road pavements

Mielczarek M., Dziadosz S., Słowik M., Bilski M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2020

|

Vol. 68, nr 6

1471--1479

EN

The subject matter of the research pertains to the improvement of rheological properties of petroleum bitumens by their modification with SBS (styrene-butadiene-styrene) copolymer. The authors have determined selected rheological properties characterising the durability of modified bitumens used in road pavements. The bitumens were modified in laboratory conditions with modified bitumen concentrate of a known SBS copolymer content of 9%. The result was a binder containing the known percentage of the SBS copolymer of 3%, 4.5% and 6%. Rheological properties of the tested bitumens were determined by the use of a DSR dynamic shear rheometer (in a wide temperature range from 40°C to 100°C) and a ductilometer at 5°C. DSR was used for performing MSCR test to determine the resistance of the asphalt mixture with the SBS-modified binder to permanent deformations in the high temperature range (from 40°C to 82°C). The comparison of the values of the dynamic shear modulus |G*| of all the bitumens tested shows that with a growing content of the SBS copolymer in the tested binder the value of |G*| increases, which may indicate greater resistance to permanent deformation of the asphalt pavement. The MSCR test has shown that the increased use of the SBS copolymer addition in the bitumen translates to decreasing values of the non-recoverable creep compliance Jnr. The SBS copolymer accelerates stress relaxation in the bitumen sample, thus increasing pavement resistance to low-temperature cracks. Furthermore, modification reduces the negative impact of ageing on the properties of the binder, manifested by its stiffening and slowdown of relaxation.

3

Analysis of viscoelastic properties of binders recovered from bituminous mixtures containing addition of reclaimed asphalt pavement

Liphardt Adam, Radziszewski Piotr

Roads and Bridges - Drogi i Mosty

|

2019

|

Vol. 18, no. 1

39--50

PL

W artykule przedstawiono badania właściwości reologicznych oraz właściwości normowych lepiszczy odzyskanych z mieszanki mineralno-asfaltowej zawierającej standardową oraz zwiększoną zawartość granulatu asfaltowego. Wykonano oznaczenia penetracji, temperatury mięknienia, lepkości dynamicznej, zespolonego modułu sztywności oraz kąta przesunięcia fazowego. Przeprowadzono także badanie cyklicznego pełzania z odprężeniem. Ocenie poddano wpływ świeżego lepiszcza modyfikowanego na zmianę właściwości twardego lepiszcza z granulatu asfaltowego. Wykazano, że zwiększenie zawartości granulatu asfaltowego w mieszance mineralno-asfaltowej w istotny sposób wpływa na właściwości lepkosprężyste mieszaniny asfaltu z granulatu ze świeżym lepiszczem asfaltowym. Stwierdzono, że zwiększenie zawartości świeżego lepiszcza w postaci polimeroasfaltu wpływa na zmianę właściwości badanej mieszaniny lepiszczy zarówno w wysokich jak i w niskich temperaturach eksploatacyjnych. Wykazano również, że ze względu na starzenie technologiczne, właściwości mieszaniny lepiszczy zasadniczo różnią się od obliczonych na podstawie obowiązujących dokumentów technicznych.

EN

The paper presents tests of the rheological and standard properties of binders recovered from asphalt mixtures containing respectively a standard amount and an increased amount of reclaimed asphalt pavement (RAP). The penetration grade, the softening point, the dynamic viscosity, the complex shear modulus and the phase angle were determined. Also the multiple stress creep recovery (MSCR) test was carried out. The effect of a fresh modified binder on the properties of the hard binder recovered from RAP was assessed. It has been shown that when the RAP content in the asphalt mixture is increased, this has a significant effect on the viscoelastic properties of the mixture of the binder recovered from RAP and the fresh bituminous binder. It has been found that when the fresh polymer-modified binder content is increased, the prop- erties of the tested binder mixture change at both high and low service temperatures. It has been also shown that due to short-term ageing the properties of the binder mixture differ significantly from the ones calculated on the basis of the applicable technical documents.

4

Rheological properties of road bitumens modified by natural asphalt

Gajewski M., Horodecka R.

Roads and Bridges - Drogi i Mosty

|

2018

|

Vol. 17, no. 2

93--109

EN

The paper presents comprehensive results of the performance and non-standard rheological tests of chosen paving-grade bitumens modified by adding natural asphalt. It has been demonstrated that standard performance tests give the same classification rating to bitumens that have considerably different rheological properties. In such situations it is indispensable to test visco-elastic properties (complex shear modulus test) and visco-elastic-plastic properties (using tests with repeated stress pulse, such as MSCR). Additionally, a test used for indirect determination of so-called distinct phase transitions was carried out as part of this research. Although phase transitions are not distinct in the case of bitumen binders, the temperature corresponding to the maximum value of the imaginary part of the complex stiffness modulus can be treated as an important parameter from the point of view of thermodynamics and rheology. The benefits of modification of binders by addition of natural asphalts are clearly evident in the standard binder/aggregate bond strength test. Conversely, the respective non-standard tests failed to demonstrate the advantages of paving-grade bitumens modified with natural asphalt until MSCR and phase transition tests were carried out to this effect.

PL

W pracy przedstawiono kompleksowe wyniki badań funkcjonalnych oraz niestandardowych badań reologicznych wybranych asfaltów drogowych zmodyfikowanych dodatkiem asfaltu naturalnego. Wykazano, że w przypadku normowych badań funkcjonalnych asfalty o istotnie różnych właściwościach reologicznych są klasyfikowane jednakowo. W takich sytuacjach konieczne są badania cech lepko-sprężystości (badania zespolonych modułów ścinania) oraz badania cech lepko-sprężysto-plastyczności (badania przy powtarzalnym impulsie naprężeniowym, tj. np. badanie MSCR). Dodatkowo przeprowadzono badanie, które pośrednio jest używane do wyznaczania tzw. wyraźnych przejść fazowych. W przypadku lepiszczy asfaltowych przejścia fazowe nie są wyraźne, jednak temperatura odpowiadająca maksymalnej wartości części urojonej zespolonego modułu sztywności może być traktowana jako parametr istotny z punktu widzenia termodynamiki i reologii. Zalety modyfikacji lepiszcza asfaltem naturalnym są wyraźnie widoczne w normowym badaniu przyczepności do kruszyw. Z kolei w przypadku badań niestandardowych dopiero badanie MSCR i badanie przejść fazowych pozwoliły na wykazanie zalet asfaltów drogowych modyfikowanych asfaltem naturalnym.

5

Nowe rozwiązania materiałowe i strukturalne podnoszące trwałość nawierzchni asfaltowych

Błażejowski K., Wójcik-Wiśniewska M.

Drogownictwo

|

2016

|

nr 3

83--88

PL

W artykule przedstawiono zagadnienia dotyczące trwałości nawierzchni asfaltowych. Zwrócono uwagę na podstawowe problemy, z uwzględnieniem podziału tych problemów na materiałowe – dotyczące materiałów do pojedynczych warstw oraz strukturalne – wpływające na trwałość (rzeczywistą i obliczeniową) całej konstrukcji. Zaprezentowano przykładowe sposoby podniesienia trwałości nawierzchni asfaltowych w oparciu o nowoczesne rozwiązania materiałowe i koncepcje strukturalne, które zdaniem autorów mogą w znaczący sposób wpływać na poprawę jakości budowanych dróg.

EN

Considerations durability of asphalt pavements were presented in the paper. Attention was paid to the basic problems, taking into account the divide of those problems on the materials – concerning individual layers and structural - influencing on durability (actual and computational) the whole pavement construction. In the paper was presented also examples of ways to improving of asphalt pavement durability based on modern material solutions and structural concepts, which in authors’ opinion may have a significant impact on improving the quality of roads constructed.

6

Ocena reologicznych zmian w strukturze asfaltu spowodowanych dodatkiem wosku syntetycznego F-T

Mazurek G.

Drogownictwo

|

2015

|

nr 6

200--204

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań reologicznych dotyczących wpływu dodatku wosku syntetycznego na przebieg krzywych płynięcia asfaltu. Zasadniczym celem badań było ustalenie mechanizmów wywołujących zmiany w strukturze asfaltu wzbogaconego fazą krystalitów wosku syntetycznego, wykorzystując badania z zastosowaniem metody statycznej i dynamicznej. Do badań wykorzystano dwa rodzaje asfaltu 35/50 oraz 160/220. Każdy z tych asfaltów został zmodyfikowany woskiem syntetycznym w ilości 3% oraz 6%.

EN

In the paper a test results concerning an influence of synthetic wax on characteristics of flow curves of modified bitumen were presented. The main objective of an analysis was to reveal of mechanism of changes in synthetic wax modified bitumen structure by static and dynamic load. For this purpose two kinds of bitumen such as 35/50 and 160/220 modified with wax in amount of 3% and 6% were used.

7

Hydrated lime effect on rutting resistance of SMA pavements

Iwański M., Mazurek G.

Roads and Bridges - Drogi i Mosty

|

2013

|

Vol. 12, no. 4

361--383

PL

W pracy zestawiono wyniki badań lepiszcza odzyskanego z wbudowanej mieszanki S M A z wapnem hydratyzowanym oraz z mieszanki kontrolnej zawierającej aminę kwasu tłuszczowego zgodnie z amerykańską procedurą MSCR określającą pełzanie lepiszcza pod obciążeniem dynamicznym. Próbki pobrano po 12 latach eksploatacji jednej z ulic w Kielcach, w której warstwa ścieralna została wykonana z mieszanki SMA z dodatkiem wapna hydratyzowanego. Lepiszcze odzyskane otrzymano w wyniku ekstrakcji mieszanki SMA pobranej z warstwy ścieralnej w miejscach wystąpienia kolein oraz z miejsc bez kolein. Na pobranych próbach nawierzchni SMA wykonano badania odporności na koleinowanie, określając parametry WTSAIR oraz RDAIR. Wykorzystując test statystyczny analizy wariancji (ANOVA) dokonano oceny wpływu wapna hydratyzowanego oraz miejsca pobrania lepiszcza z nawierzchni na wyniki badań pełzania. Oceniając korelacje badań MSCR lepiszcza odzyskanego z parametrami TSAIR oraz RDAIR stwierdzono pozytywny wpływ wapna hydratyzowanego na zapewnienie odporności nawierzchni SMA na koleinowanie.

EN

The paper summarises results of examination of binder extracted from an incorporated S M A mixture with hydrated lime, and from a control mixture containing fatty acid amine, according to the American procedure MSCR defining a creep of binder under a dynamic load. Samples were taken after 12-year operation of one of the Kielce main streets, where a wearing course of SMA mixture with addition of hydrated lime was made. Sample binder was obtained through extraction of the SMA mixture sampled from the wearing course at the locations with ruts and locations without ruts. These samples of the SMA pavement were tested for rutting resistance; WTAIR and RDAIR parameters were determined. Using the statistical test of analysis of variation (ANOVA) the estimation of the influence of both the hydrated lime and the location of sampling on the creep tests results were made. By estimating the correlations between the MSCR tests of the extracted binder and WTAIR and RDAIR parameters a positive influence of hydrated lime on the rutting resistance of the SMA pavement was concluded.

8

Synthetic wax effect on the resilient stiffness modulus of asphalt concrete

Iwański M., Mazurek G.

Roads and Bridges - Drogi i Mosty

|

2012

|

Vol. 11, no. 3

233-260

EN

The paper presents results of research according to American MSCR procedures specifying the bitumen creep under dynamic loading. This method allows, on the basis of the characteristics of the binder, to predict the possibility of the forming of permanent strain in the layer at the high ambient temperatures and at low and high shear stresses. The study was performed for bitumen 35/50 and 50/70 which were subjected to modification by means of synthetic wax derived from the synthesis of Fischer-Tropsch (FT) in amounts of 1.5%, 2.5% and 3.5%. Assessment of the impact of synthetic wax on the basic properties of bitumen was enriched with quantitative analysis of the morphology by using a fluorescent microscope. The study of asphalt concrete AC 11 S was performed with modified bitumen. Asphalt concrete was compacted at temperatures of 115°C, 130C and 145C as well. Based on the analysis of results the conclusions were drawn concerning the impact of modified bitumen on the elastic stiffness modulus at temperatures of 2C and 20C.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań asfaltu według amerykańskiej procedury MSCR określającej pełzanie asfaltu pod obciążeniem dynamicznym. Pozwala ona na podstawie tej charakterystyki lepiszcza wnioskować o możliwości pojawienia się uszkodzeń trwałych nawierzchni w środowisku wysokiej temperatury otoczenia oraz przy małych i dużych naprężeniach ścinających. Badania wykonano w przypadku asfaltów 35/50 oraz 50/70 poddanych modyfikacji woskiem syntetycznym pochodzącym z syntezy Fischera-Tropscha (F-T) w ilościach 1,5%, 2,5% i 3,5%. Ocena wpływu wosku syntetycznego na podstawowe właściwości asfaltów została wzbogacona o analizę ilościową morfologii modyfikowanych asfaltów za pomocą mikroskopu fluorescencyjnego. Badania betonu asfaltowego AC 11 S wykonano z udziałem asfaltów modyfikowanych. Beton asfaltowy był zagęszczany w temperaturze 115C, 130C oraz 145°C. Na podstawie analizy wyników badań sformułowano wnioski dotyczące wpływu asfaltów modyfikowanych na wartość modułu sztywności sprężystej w temperaturze 2C oraz 20C.