The paper presents the correlation between the mechanical properties of the mineral-aggregate mixture with foamed bitumen (MCAS) and the mechanical properties of mortars containing hydraulic binder. A significant aspect of the presented research results was an attempt to determine whether it is possible to predict the properties of the recycled cold mix with foamed bitumen (MCAS) based on preliminary results obtained for mortars. The prediction of MCAS properties through mortar properties was limited to basic mechanical properties of mortars, namely compressive strength (RC) and flexural tensile strength (Rf). To achieve this goal, seven hydraulic binders were designed with a controlled composition using a simplex-centroid experimental plan known as the mixture design plan. The components of the hydraulic binders used in its composition were Portland cement CEM I 32.5R, hydrated lime Ca(OH)2, and by-products of cement production in powder form (UCPP). The designed and prepared hydraulic binders were then used in the composition of the mineralaggregate mixture with foamed bitumen at a quantity of 3.0% (m/m). Subsequently, in laboratory conditions, the mineralaggregate mixture with foamed bitumen was prepared, and mechanical property tests were conducted, including indirect tensile strength (ITSDRY), axial compressive strength (UCS), modulus of stiffness (Sm), fracture toughness (KIC), and the dynamic modulus |E*| determined as a function of frequency and temperature. The analysis results suggest that there is potentially the ability to predict selected mechanical properties of the MCAS mixture by analyzing the mechanical results for mortars. However, this application is limited. The research results obtained for non-destructive properties, such as the dynamic modulus |E*|, are satisfactorily described by the compressive strength results of mortars after 28 days of curing. Other analyzed characteristics did not show a significant correlation.
PL
W artykule przedstawiono korelację pomiędzy właściwościami mechanicznymi mieszanki mineralno-spoiwowej z asfaltem spienionym (MCAS) a właściwościami mechanicznymi zapraw, w których składzie zastosowano spoiwo hydrauliczne. Istotą prezentowanych wyników badań była próba wyjaśnienia, czy za pomocą wstępnych wyników badań uzyskanych dla zapraw możliwe jest prognozowanie właściwości recyklowanej mieszanki na zimno z asfaltem spienionym (MCAS). Prognozę cech MCAS przez właściwości zapraw ograniczono do podstawowych właściwości mechanicznych zapraw, tj. wytrzymałości na ściskanie (RC) oraz wytrzymałości na rozciąganie przy zginaniu (Rf). Do osiągnięcia zamierzonego celu zaprojektowano siedem spoiw hydraulicznych o składzie kontrolowanym poprzez plan eksperymentu sympleksowo-centroidowy, zwany planem mieszaniny. Składniki spoiw hydraulicznych, które zostały wykorzystane do jego kompozycji to: cement portlandzki CEM I 32,5R, wapno hydratyzowane Ca(OH)2 oraz uboczne cementowe produkty pylaste (UCPP). Zaprojektowane i przygotowane w warunkach laboratoryjnych spoiwa hydrauliczne zastosowano w składzie mieszanki mineralno-spoiwowej z asfaltem spienionym w ilości 3,0% (m/m). Następnie w warunkach laboratoryjnych przygotowano mieszankę mineralno-spoiwową z asfaltem spienionym i wykonano badania właściwości mechanicznych, tj. wytrzymałość na pośrednie rozciąganie ITSDRY, wytrzymałość na ściskanie osiowe UCS, moduł sztywności (Sm), odporność na pękanie (KIC) oraz moduł dynamiczny |E*| wyznaczony w funkcji częstotliwości i temperatury. Wyniki analiz pozwalają stwierdzić, że istnieje potencjalnie możliwość prognozowania wybranych właściwości mechanicznych mieszanki MCAS dzięki analizie wyników mechanicznych dla zapraw. Ma to jednak ograniczone zastosowanie. Wyniki badań uzyskane dla właściwości nieniszczących, tj. dla modułu dynamicznego |E*|, w sposób zadowalający zostają opisane przez wyniki wytrzymałości zapraw na ściskanie po 28 dniach pielęgnowania. Pozostałe analizowane cechy nie wykazały istotnej zależności.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Developments in reconstruction of roads of all categories – from motorways to local roads – result in production of large quantities of reclaimed asphalt pavement (RAP) material of various quality and grading. In a sustainable economy, it is necessary to recycle such materials. Currently RAP is primarily reused in recycled mixtures dedicated for road base courses. Variable quality of RAP material requires application of appropriate binding agents to optimize the performance of the obtained mixtures. There is a need for dedicated three-component hydraulic binder, consisting of CEM I 32.R cement, hydrated lime Ca(OH)2 and cement by-pass dust (CBPD), whose proportions should be adopted adequately to the intended use. The influence of hydraulic binder composition was investigated for the following parameters of the obtained mixture with foamed bitumen: air voids, indirect tensile strength, uniaxial compressive strength, resistance to water and frost (according to four different parameters) and stiffness moduli at -10°C, +13°C, +25°C and +40°C in accordance with the IT-CY method. The recommended composition of the three-component binder providing the required properties of cold-recycled mixture with hydraulic binder and foamed bitumen was determined based on the obtained test results.
PL
Rozwój prac modernizacyjnych dróg różnych kategorii, od autostrad po drogi samorządowe, przyczynia się do powstawania dużej ilości destruktu asfaltowego (RAP) o zróżnicowanej jakości i uziarnieniu. W ramach gospodarki zrównoważonej niezbędne jest jego ponowne wykorzystanie. Obecnie w większości przeznaczony jest on do wytworzenia recyklowanych mieszanek mineralno-asfaltowych wbudowywanych w warstwę podbudowy. Zróżnicowana jakość destruktu wymaga zastosowania odpowiedniego rodzaju spoiwa, tak aby można było go wykorzystać w optymalny sposób. W związku z tym zaistniała potrzeba opracowania spoiwa hydraulicznego mieszanego, które składa się z cementu CEM I 32.R, wapna hydratyzowanego Ca(OH)2 oraz ubocznych cementowych produktów pylastych (UCPP) dobieranych w odpowiednich proporcjach. Badano wpływ składu spoiwa hydraulicznego mieszanego na następujące właściwości mieszanki wytwarzanej z zastosowaniem asfaltu spienionego: zawartość wolnych przestrzeni, wytrzymałość na pośrednie rozciąganie, wytrzymałość na osiowe ściskanie, odporność na oddziaływanie wilgoci i mrozu wg czterech różnych parametrów oraz moduł sztywności w temperaturze -10°C, +13°C, +25°C i +40°C wg metody IT-CY. Na podstawie wykonanych badań ustalono rekomendowany skład spoiwa zapewniający wymagane właściwości recyklowanej mieszanki związanej spoiwem hydraulicznym i asfaltem spienionym.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
During the recent years, the demand on more sustainable transportation infrastructure has increased considerably in the EU. In Germany the political goal is to become climate neutral by 2035. Among different solutions, recycling is an important approach to achieve circular economy for pavements as one of the main parts of transportation infrastructure. Cold recycling is a technique which needs less energy and has the potential of using higher rates of recycled material. The resulting material may not have the same characteristics as the conventional hot mix asphalt, but through an optimised mix and structural design, it is possible to construct pavements with the same or even higher durability than the conventional types but a greater potential for sustainability. In 2018 a research project on the topic of cold recycling with foamed bitumen was defined at Federal Highway Research Institute (BASt) in cooperation with the Wirtgen GmbH. The main goal of the project was to gather information and experience on the behaviour of cold recycled material with relatively low amounts of bitumen and cement, known internationally as Bitumen Stabilized Material (BSM). For this purpose, a 100-meter test section was built at the demonstration, investigation, and reference areal of BASt (duraBASt) with two different construction types (reference and cold recycled). Both sections were loaded with the Mobile Load Simulator (MLS30). This paper presents some of the results and findings from the non-destructive (FWD and rutting measurements) monitoring and tests on the extracted cores. The program proved that it is possible to design and construct pavements with the BSM and the comparable performance as conventional pavements in Germany.
PL
W ostatnich latach w UE znacznie wzrosło zapotrzebowanie na bardziej zrównoważoną infrastrukturę transportową. W Niemczech celem politycznym jest osiągnięcie neutralności klimatycznej do 2035 roku. Wśród różnych rozwiązań, recykling to ważny aspekt na drodze do osiągnięcia gospodarki o obiegu zamkniętym w odniesieniu do nawierzchni, jako jednej z głównych części infrastruktury transportowej. Recykling na zimno to technika, która wymaga mniej energii i może potencjalnie wykorzystywać większe ilości materiałów pochodzących z recyklingu. Uzyskany materiał może nie mieć takich samych właściwości jak konwencjonalna mieszanka asfaltowa na gorąco, ale dzięki zoptymalizowanej mieszance i projektowi strukturalnemu możliwe jest wykonanie nawierzchni o takiej samej lub nawet wyższej trwałości niż konwencjonalne rodzaje nawierzchni, ale o większym potencjale w zakresie zrównoważonego rozwoju. W 2018 r. w Federalnym Instytucie Badawczym Drogownictwa (BASt) we współpracy z Wirtgen GmbH zdefiniowano projekt badawczy na temat recyklingu na zimno z asfaltem spienionym. Głównym celem projektu było zebranie informacji i doświadczeń na temat zachowania zimnego materiału pochodzącego z recyklingu ze stosunkowo niewielką ilością bitumu i cementu, znanego na całym świecie jako Bitumen Stabilised Materials (BSM). W tym celu zbudowano 100-metrowy odcinek testowy na obszarze demonstracyjnym, badawczym i referencyjnym BASt (duraBASt) z dwoma różnymi typami konstrukcji (referencyjnym i z recyklingu na zimno). Oba odcinki zostały obciążone za pomocą mobilnego symulatora obciążenia (MLS30). W niniejszym artykule przedstawiono niektóre wyniki i ustalenia z nieniszczącego monitorowania (pomiary FWD i koleinowania) i badań wydobytych rdzeni. Program dowiódł, że możliwe jest zaprojektowanie i wykonanie nawierzchni z BSM o porównywalnych parametrach jak nawierzchnie konwencjonalne w Niemczech.
The paper’s objective was to present the results of predicting the stiffness modulus of a recycled mix containing a blended road binder with foamed bitumen and emulsified bitumen. The Sm (acc. to IT-CY) indirect tensile test was used at temperatures of -10°C, +5°C, +13°C and +25°C. Prediction of the stiffness modulus accounted for the effect of temperature, the type of road binders, the sampling location and the type of technology selected. All effects, except temperature, were included in the model by entangling their effects through recycled base course physical and mechanical characteristics, such as indirect tensile strength, compressive strength, creep rate, air void content and moisture resistance. As a result, it was possible to determine a regression model based on multiple regression with a coefficient of determination R2 = 0.78. Temperature and compressive strength were found to have the strongest effect on the variability of stiffness modulus. However, indirect tensile strength also significantly affected the Sm characteristic. In addition, FB-RCM (foamed bitumen) recycled mixtures proved to be more favourable than EB-RCM (emulsified bitumen) mixtures as they exhibited a lower deformation rate while retaining limited stiffness.
PL
Mieszanki recyklowane są powszechnie wykorzystywanym materiałem do budowy podbudowy zasadniczej i pomocniczej zarówno w przebudowach jak i nowych konstrukcji drogowych. Mogą one być wykonywane w technologii asfaltu spienionego jak i również emulsji asfaltowych. Należy pamiętać, że zastosowanie materiału odpadowego lub pochodzącego z recyklingu kwalifikuje tę technologię jako rozwiązanie proekologiczne. Aplikacja spoiwa drogowego zawierającego 100% cementu jest najczęściej wykorzystywanym sposobem podnoszenia stopnia kohezji mieszanek recyklowanych. Nie mniej jednak brak poprawnie wykonanego procesu optymalizacji ilości cementu może doprowadzić do nadmiernego przesztywnienia mieszanki recyklowanej i pojawieniem się spękań. Pomimo wielu korzyści, jakie wynikają ze stosowania technologii recyklingu wciąż napotykane się ograniczenia w jej stosowaniu i popularyzacji. Główną przyczyną jest brak kompleksowej wiedzy z zakresu struktury wewnętrznej mieszanek recyklowanych oraz panujących w niej efektów reologicznych, co objawia się częstymi awariami dróg o dużym natężeniu ruchu, które zostały wykonane na podbudowie z mieszanki recyklowanej [13, 43]. W związku z tym była to jedna z przyczyn ograniczenia stosowania tej technologii w Polsce dla ruchu o natężenia pojazdów powyżej ESAL100 kN >7,3 mln osi. W związku z tym autorzy podjęli się zadania związanego z możliwością prognozowania zmiany modułu sztywności mieszanki recyklowanej, rozrzedzając swoje działania o efekty związane z: technologią recyklingu, rodzajem spoiwa oraz zjawiskami jakie mogą wystąpić w czasie realizacji odcinka doświadczalnego. W artykule zostały przedstawione rezultaty prognozowania modułu sztywności mieszanki recyklowanej zawierającej mieszane spoiwo drogowe w technologii asfaltu spienionego oraz emulsji asfaltowej. Badanie modułu sztywności wykonano metodą pośredniego rozciągania IT-CY. Moduł sztywności oznaczono w temperaturach -10°C, +5°C, +13°C oraz +25°C. Prognozowanie modułu sztywności uwzględniało efekt temperatury, rodzaj spoiw drogowego, miejsce poboru próbek oraz rodzaj technologii. Wszystkie efekty, oprócz temperatury, zostały uwzględnione w modelu poprzez uwikłanie ich oddziaływania za pomocą cech fizycznych i mechanicznych recyklowanej podbudowy takich jak: wytrzymałość na pośrednie rozciąganie, wytrzymałość na ściskanie, szybkość pełzania, zawartość wolnej przestrzeni oraz odporność na oddziaływanie wody.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The article presents an investigation of the effect of the type of hydraulic and bituminous binders on the properties of the obtained cold-recycled base course. The cold-recycled mixtures included two types of binder components, i.e. bituminous binder (in the form of foamed bitumen or bituminous emulsion) and hydraulic binder: Portland cement (CEM I 32.5) or a three-component hydraulic binder. The three-component hydraulic binder was produced by mixing basic components in the following proportions: 40% of CEM-I-32.5R cement; 20% of Ca(OH)2 and 40% of CBPD (cement by-pass dust). Cold-recycled mixtures were produced at the test site under industrial conditions. Ready mixtures with bituminous emulsion (EB-RCM) and foamed bitumen (FB-RCM) were sampled from the test sections and compacted in laboratory conditions. The influence of the used technology and binder types was assessed based on physical and mechanical properties, such as: air void content, indirect tensile strength, stiffness modulus at +5°C and +25°C, compressive strength and creep rate. It was observed that usage of the three-component hydraulic binder in the composition of the recycled base course mixture provided increased cohesion and reduced stiffness at +5°C, regardless of the type of bituminous binder technology used. Moreover, the noted decrease in compressive strength of the FB-RCM mixture containing the three-component hydraulic binder did not result in an increased creep rate. Monitoring of environmental factors indicated that the recycled mixtures maintained stable moisture content.
PL
W artykule zaprezentowano wyniki badań wpływu rodzaju środków wiążących hydraulicznych i asfaltowych na właściwości recyklowanej podbudowy na zimno (RCM). W składzie recyklowanej mieszanki na zimno zastosowano dwa typy środków wiążących, tj. lepiszcze asfaltowe w postaci asfaltu spienionego lub emulsji asfaltowej oraz cement portlandzki (CEM I 32,5R) lub trójskładnikowe spoiwo hydrauliczne. Spoiwo hydrauliczne zostało wytworzone poprzez wymieszanie trzech bazowych składników w następujących proporcjach: 40% CEM-I-32,5R; 20% Ca(OH)2 oraz 40% UCPP (ubocznych cementowych produktów pylastych). Recyklowane mieszanki na zimno wytworzono w warunkach przemysłowych w ramach odcinka doświadczalnego. Gotową recyklowaną mieszankę na zimno z emulsją asfaltową (EB-RCM) oraz asfaltem spienionym (FB-RCM) pobrano z odcinka doświadczalnego i zagęszczono w warunkach laboratoryjnych. Wpływ typu technologii oraz środka wiążącego oceniono w oparciu o właściwości fizyczne i mechaniczne takie jak: zawartość wolnych przestrzeni, wytrzymałość na pośrednie rozciąganie, moduł sztywności w +5°C oraz +25°C, wytrzymałość na osiowe ściskanie oraz szybkość pełzania. Stwierdzono, że niezależnie od rodzaju zastosowanego lepiszcza asfaltowego (rodzaju technologii) zastosowanie trójskładnikowego spoiwa hydraulicznego w składzie recyklowanej podbudowy spowodowało wzrost kohezji oraz spadek sztywności w temperaturze +5°C. Ponadto spadek wytrzymałości na ściskanie mieszanki FB-RCM zawierającej trójskładnikowe spoiwo hydrauliczne nie spowodował wzrostu szybkości przyrostu deformacji. Monitoring czynników środowiskowych wskazał, że recyklowane mieszanki zachowują stałą wartość wilgotności w czasie.
The paper concerns the utilization of hydrated lime and zeolites as additives in warm mix asphalt produced with foamed bitumen. The mentioned additives were added to the mixtures in exchange for specific quantities of mineral filler, which amounted to 0.4% and 1.2% of hydrated lime or 0.4% of water-modified and 1.0% of air-dry zeolites in mineral mix. The study investigated warm-produced mixtures with 4.5% and 4.8% binder content and production and compaction temperatures set at 120⁰C and 100⁰C respectively. Additionally, reference hot and warm mixtures were evaluated. The testing included: air void content, indirect tensile strength in dry state and after one freeze-thaw cycle as well as the resulting resistance to moisture and frost damage index. The mixtures incorporating hydrated lime and lower bitumen content of 4.5% exhibited increased air voids and mostly unchanged mechanical performance when compared to the reference warm mix. Increased bitumen content has resulted in significantly improved performance in moisture resistance and compactability which could be compared to that of the reference hot-produced mixture. On the other hand, the incorporation of zeolites in the foamed bitumen mixtures resulted in all cases in increased air void content in the samples. This has apparently led to decreased indirect tensile strength, in both the dry state and after the freeze-thaw cycle. Based on the results it was concluded that the production temperature of the zeolite-bearing mixtures was too low for the zeolite water to significantly improve the mix’ workability and therefore positively affect its mechanical parameters.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This article is detected to the assessment of durable deformations of recycled mixtures made of foamed bitumen (MCAS) and emulsion (MCE). In the basic part of research and analyses, attention was focused on determining the scale of three-component composition modifying rheological phenomena of recycled mixtures and other selected features considering various methods of bituminous binder proportioning. Cement, hydrated lime, and dusts from cement dust extracting system were included in the composition hydraulic binder. In this paper, the effect of graining of recycled mixture was also taken into account. One of the main scientific aims of the paper was to evaluate the degree of changes in durable deformations described in the power model depending on proportions of elements making three-element hydraulic binder. In effect, it was pointed out that the influence of hydraulic binder differently affected the durable deformation of recycled mixture depending on ways of bitumen binder implementation. There-element binder exerted the highest influence on mechanical properties of mixtures with fine-grained mixtures made according to the MCAS technology. The presence of 4 groups of mixtures with different properties was demonstrated using the classification neuron net. Based on that information, a set of the most recommended solutions from the point of view of time deformation resistance, low sensitiveness to the load level at moderate stiffness was selected. The best representative among them was the arrangement with 20% of hydrated lime, less than 40% of CBPD dusts and 40 ÷ 60% of cement.
Przedstawiono rezultaty optymalizacji składu środka wiążącego przeznaczonego do recyklingu głębokiego na zimno. W tym celu został wykorzystany plan eksperymentu sympleksowo-centroidowy (plan mieszaniny). Wykorzystano też badania mechaniczne oraz funkcjonalne mieszanki recyklowanej, jak również zapraw oraz zaczynów z trójskładnikowym spoiwem. Wykazano możliwość zastąpienia cementu w ilości do 20% bez spowodowania nadmiernego pogorszenia jakości mieszanki recyklowanej. Wykazano możliwość zastąpienia do 60% cementu dwuskładnikowym dodatkiem wapna hydratyzowanego oraz ubocznych cementowych produktów pylastych.
EN
In this article the results of optimization of the binder composition designated for deep cold recycling technology were presented. For this purpose, the simplex-centroid experiment plan (mixture plan) was used. In this work mechanical and functional tests of a recycled mixture as well as mortars and slurry of three-component hydraulic binder were utilized. The possibility of cement amount replacement up to 20% has been demonstrated without excessive reduction in recycled mixture quality. The possibility of replacing of cement up to 60% with the two-component addition of hydrated lime and dusty cement by-products was also demonstrated.
Przedmiotem zrealizowanych prac było zbadanie wpływu zastosowania innowacyjnego trójskładnikowego spoiwa do technologii recyklingu „na zimno” z asfaltem spienionym na właściwości fizyczne i mechaniczne wytworzonej mieszanki mineralno-spoiwowej z asfaltem spienionym. Mieszanki różniące się uziarnieniem oraz składem spoiwa trójskładnikowego poddano oznaczeniom wytrzymałości na jednoosiowe ściskanie, wytrzymałości w pośrednim rozciąganiu, odporności na działanie wody oraz wody i mrozu, jak również określono wartości modułów sztywności sprężystej w pośrednim rozciąganiu. Rezultaty zrealizowanych badań pozwalają stwierdzić, że odpowiedni skład spoiwa stosowanego w technologii recyklingu „na zimno” z asfaltem spienionym umożliwia ograniczenie niebezpieczeństwa powstania spękań wykonanej podbudowy z jednoczesnym zachowaniem dużej jej odporności na działanie wody i mrozu.
EN
The paper investigates the use of a novel tri-component binder in cold recycling with foamed bitumen and its effects on physical and mechanical properties of the resulting mixtures. The investigated mixtures, differing in aggregate coarseness and the composition of the novel binder, were subjected to a number of tests including assessment of uniaxial compressive strength, indirect tensile strength, moisture resistance, moisture and frost resistance and indirect tensile resilient modulus. The results have shown that the appropriate composition of the novel multicomponent binder in the cold recycled mixtures with foamed bitumen can decrease the cracking potential of the produced road base, while preserving its high resistance to moisture and frost damage.
The need to use asphalt additives along with the reduction in the temperatures of asphalt mixes results mainly from the need to ensure the durability of asphalt pavements. The use of foamed asphalt for warm mix asphalt (WMA) enables reducing the temperatures of asphalt mixes by approx. 30-40°C in relation to traditional hot mix asphalt. The article presents an analysis of the impact of a liquid chemical additive that is currently used in the WMA technology on changes in foamed asphalt properties. The assessment embraced the basic features of bitumens and the parameters of the asphalt foam manufactured based on them. The base bitumen used in the testing included road asphalt 35/50 and 50/70, whereas the modification of their properties was carried out using the WMA additive content of 0.3% to 0.6% in relation to the asphalt mass. The asphalt foam parameters were measured after foaming at 155°C and with the foaming water content (FWC) of 1.5% to 3.5% with increments of 1.0%.
EN
Potrzeba stosowania dodatków do asfaltu wraz z obniżaniem temperatur technologicznych mieszanek mineralno-asfaltowych wynika głównie z konieczności zapewnienia trwałości nawierzchni asfaltowej. Stosowanie asfaltu spienionego do technologii na ciepło (WMA) umożliwia obniżenie temperatur mieszanek mineralno-asfaltowych o około 30-40ºC względem tradycyjnej technologii na gorąco. W artykule przedstawiono analizę wpływu dodatku chemicznego w postaci płynnej, który stosowany jest obecnie do technologii WMA, na zmiany właściwości asfaltów spienionych. Ocenie poddano podstawowe cechy lepiszczy oraz parametry wyprodukowanej na ich bazie piany asfaltowej. W badaniach jako bazowe lepiszcze zastosowano asfalty drogowe 35/50 oraz 50/70, natomiast do modyfikacji ich właściwości zastosowano dodatek WMA w ilości od 0,3% do 0,6% w stosunku do masy asfaltu. Pomiar parametrów piany asfaltowej przeprowadzono przy temperaturze wyjściowej asfaltu (przed spienieniem) wynoszącej 155ºC oraz przy zawartości wody spieniającej (FWC - Foaming Water Content) w zakresie od 1,5% do 3,5% ze wzrostem co 1,0%.
W artykule przedstawiono wyniki badań podstawowych parametrów fizycznych i mechanicznych betonu asfaltowego (AC 8S) wytwarzanego w obniżonych temperaturach w technologii asfaltu spienionego, zagęszczanego w temperaturze 95ºC, rozszerzone o ocenę wrażliwości temperaturowej mieszanki mineralno-asfaltowej. W celach porównawczych zaprezentowano wyniki badań mieszanki referencyjnej, tj. produkowanej w tradycyjnej technologii „na gorąco”, zagęszczanej w temperaturze 140ºC. W referencyjnej mieszance AC 8S stosowano asfalt 50/70, natomiast w mieszane wytwarzanej w obniżonych temperaturach użyto asfaltu 50/70 modyfikowanego woskiem syntetycznym Fischera-Tropscha (FT). Na podstawie uzyskanych wyników dokonano porównania obu mieszanek w zakresie zawartości wolnych przestrzeni w próbkach, wrażliwości na oddziaływanie wody z jednym cyklem zamrażania (ITSR) zgodnie z krajowymi procedurami badawczymi zamieszczonymi w Wymaganiach Technicznych WT-2 z 2010 r. i WT-2 z 2014 r., oraz modułów sztywności (Sm) oznaczonych w schemacie pośredniego rozciągania (IT-CY) pomierzonych w temperaturze -10ºC, 0ºC, 10ºC i 25ºC. Ponadto, w ramach analiz potwierdzono zależności między zawartością wolnych przestrzeni a wybranymi parametrami mechanicznymi rozpatrywanych mieszanek mineralno-asfaltowych. Stwierdzono, że beton asfaltowy wytwarzany w innowacyjnym procesie z zastosowaniem asfaltu spienionego modyfikowanego woskiem FT, zagęszczany w 95ºC uzyskał porównywalne właściwości do tradycyjnej mieszanki mineralno-asfaltowej zagęszczanej w temperaturze o 45ºC wyższej, spełniając przy tym krajowe wymagania.
EN
The article presents the results obtained from testing of asphalt concrete with foamed bitumen produced and compacted at lowered temperatures. The basic physical characteristics along with moisture resistance and stiffness moduli performance in different testing temperatures of a total of three mixes are shown. A reference hot-mix is compared with two low temperature mixes: one based on neat 50/70 bitumen and a second based on a Fischer-Tropsch wax modified binder. The results show that it is possible to produce a low temperature mix that is performing as well as the reference mixture.
The paper presents the design process and test results of warm mix asphalt concrete produced with modified foamed bitumen and recycled synthetic fiber reinforcement. Recycling and low-temperature asphalt production techniques are now seen as the possibilities to increase the sustainability and energy effectiveness of road construction. Although low processing temperatures permit increased use of reclaimed and recycled materials in new asphalt mixes, they sometimes result in impaired service performance. The aim of this article was to present a possibility of producing a better performing asphalt concrete (in comparison to a control hot-mix) at lower temperatures. For this purpose two road paving bitumens modified with a surface active agent and a Fischer-Tropsch wax thoroughly tested for their basic, rheological characteristics and foaming performance. Selected binders were used for producing two control mixes (hot-mix and foamed warm mix with 35/50 bitumen) as well as the experimental mix with the modified 50/70 bitumen and an addition of synthetic fiber material from recycling of automotive tires. Basic properties of the mixes were tested (air void content, moisture susceptibility with one freeze-thaw cycle, wheel tracking) along with stiffness moduli and fatigue resistance. It was concluded that the control foamed warm-mix performed significantly worse than the hot-mix, while the experimental warm-mix with modified bitumen and fiber additive exhibited increased performance and resistance to fatigue and moisture.
Knowledge of the fatigue life is required to properly predict pavement structure reliability with respect to the number of loading cycles. The possibility of using foamed bitumen and bitumen emulsion as binders in the composition of road bases makes it necessary to identify the influence of the binder type on the service life of these layers through dynamic tests. Obtaining proper physical and mechanical parameters does not necessarily ensure the correct evaluation of the recycled base quality. Satisfaction of the quality-related requirements does not guarantee the provision of the required fatigue life parameters. Cold recycled bases with cement should work within the viscoelastic range due to hydraulic bonding in the structure. If this range is exceeded, a considerable rise in strains occurs as a result of brittle fracture, leading to the loss of fatigue life. The paper presents the results from the fatigue tests of recycled bases. The amount of bitumen used in both cases was 3% and 5%. For the production of the bitumen emulsion and foamed bitumen, 70/100 pen bitumen was used. Portland cement I 32,5R was applied as a binder. The binder comprised 3% of the mineral composition of the recycled base layer. Fatigue tests were performed in compliance with the requirements of enclosure E of PN-EN 12697-24 at a constant normal stress of 250 kPa, 375 kPa and 500 kPa. The results were used to compare the effects of the binder type applied to the recycled base and determine the service life in terms of the stress applied.
W artykule przedstawiono przebieg i wyniki prac badawczych i terenowych dotyczących stosowania technologii recyklingu głębokiego na zimno z asfaltem spienionym przy przebudowie istniejących konstrukcji nawierzchni obciążonych ruchem KR3-KR4. Na przykładzie zrealizowanych inwestycji drogowych w latach 2010–2011 zlokalizowanych na terenie województwa świętokrzyskiego, na których wbudowano mieszanki mineralno-cementowe z lepiszczem w postaci asfaltu spienionego, zaprezentowano procedurę projektowania składów tego rodzaju mieszanek, sprecyzowano metodykę badań oraz wymagania względem przetworzonego materiału, a także zasady wbudowywania i kontroli właściwości wykonanej warstwy. Wykazana została przydatność omawianej technologii wynikająca z możliwości przetwarzania zróżnicowanych materiałów, w celu uzyskania nośnej i trwałej konstrukcji nawierzchni. Dobry stan techniczny dróg z podbudową MCAS świadczy o skuteczności i zasadności stosowania tej technologii w krajowych warunkach klimatycznych.
EN
This paper continues the considerations regarding the use of deep cold recycling technology for reconstruction of KR3-KR4 roads. Design practices, testing methodologies and requirements for this technology are presented, based on the completed road constructions with foamed bitumen cold bases that taken place in Świętokrzyskie Voivodeship during the years 2010-2011. The obtained results are a proof that this technology is highly versatile in converting different materials into a high quality road base. Very good condition stretches with foamed bitumen cold bases show that this technology is effective in Polish climatic conditions.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artykuł prezentuje wyniki badań właściwości lepko-sprężystych mieszanek mineralno-cementowych z asfaltem spienionym (MCAS) wytwarzanych laboratoryjnie w technologii recyklingu głębokiego na zimno, z uwzględnieniem klasy penetracji użytego lepiszcza (35/50, 50/70, 70/100). Mieszanki recyklowane zawierały w swoim składzie 50% destruktu asfaltowego, 30% destruktu kamiennego oraz 20% nowego kruszywa doziarniającego. Spoiwem hydraulicznym był cement portlandzki klasy 32,5 który dozowano w ilości 2,0%, a nowe lepiszcze w formie piany asfaltowej dodawano w ilości 2,5%. Próbki walcowe zagęszczane w prasie żyratorowej do zadanej gęstości objętościowej, poddawano oddziaływaniu obciążenia cyklicznego w schemacie ściskania, zgodnie z normą AASHTO TP 62-07 (2009) w każdej z kombinacji temperatur (-10ºC, 4ºC, 21ºC, 37,4ºC) oraz częstotliwości (25 Hz, 10 Hz, 5 Hz, 1 Hz, 0,5 Hz, 0,1 Hz). Dla każdej z trzech mieszanek różniących się rodzajem użytego lepiszcza uzyskano wartości zespolonego modułu sztywności oraz odpowiadających im kątów przesunięcia fazowego. Dzięki zastosowaniu zasady superpozycji temperaturowo-czasowej możliwe było przesunięcie w domenie częstotliwości danych eksperymentalnych uzyskanych w różnych temperaturach. Dopasowanie funkcji sigmoidalnych umożliwiło stworzenie krzywych wiodących zespolonego modułu sztywności i kątów przesunięcia fazowego będących funkcją częstotliwości obciążenia. Ujęcie szerokiego spektrum danych eksperymentalnych w postaci krzywych wiodących pozwoliło porównać ze sobą właściwości lepkosprężyste badanych mieszanek MCAS. W efekcie stwierdzono niewielkie różnice między mieszankami z nowym lepiszczem o penetracji 50/70 i 70/100, mieszczące się w granicy dokładności metody, natomiast dla mieszanki z asfaltem spienionym na bazie lepiszcza 35/50 zanotowano odmienny charakter.
EN
The article presents results concerning visco-elastic properties of deep cold recycled mixes with foamed bitumen, in scope of the penetration range of the new added bitumen (in range od 35/50 to 70/100). The recycled mixes contained 50% of reclaimed asphalt and 30% of reclaimed crushed stone mase and 20% of virgin aggregates. Portland cement was used as a biding agent in amount of 2% and 2.5% of foamed bitumen was added. The samples prepared in gyratory compactor were subjected to cyclic compressive loading in accordance with AASHTO TP 62-07 (2009) in different temperatures (-10ºC, 4ºC, 21ºC, 37,4ºC) and at 6 frequency sweeps at each temperature (25 Hz, 10 Hz, 5 Hz, 1 Hz, 0,5 Hz, 0,1 Hz). For all of the three mixes the values of complex moduli and phase angles were obtained. The utilization of time-temperature superposition principle enabled to shift the experimental data in the frequency domain and to fit sigmoidal functions, resulting in a fitting of master curves for complex moduli and phase angles. The construction of master curves as a function of loading frequency made it possible to compare the visco-elastic properties of the produced mixes with foamed bitumen. No significant differences were found between the mixes containing new 50/70 and 70/100 bitumen, whereas the mix with 35/50 was different.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Dotychczas w naszym kraju wdrożono produkcję mieszanek mineralnoasfaltowych (mma) w technologii na ciepło (WMA), których temperatury wytwarzania względem klasycznej technologii na gorąco obniżono o około 20-30ºC. Jednak dopiero zastosowanie technologii na półciepło (HWMA) z asfaltem spienionym pozwala znacząco obniżyć temperatury technologiczne mma nawet o około 60ºC. W artykule zaprezentowano wyniki badań podstawowych parametrów fizycznych i mechanicznych oraz analizę wrażliwości na oddziaływanie wody i niskich temperatur betonu asfaltowego (AC 8) wytwarzanego w technologii HWMA z asfaltem spienionym. Ponadto w celach porównawczych przedstawiono właściwości referencyjnej mieszanki wytwarzanej w tradycyjnej technologii na gorąco, zagęszczanej w temperaturze 140ºC. Przedstawiono korzystny wpływ modyfikacji asfaltu 50/70 (przed procesem spieniania) woskiem syntetycznym Fischera-Tropscha (FT) w ilości 2,5% na wybrane parametry mieszanek AC 8. Ocenie porównawczej poddano zawartość wolnych przestrzeni w próbkach, wodoodporność z jednym cyklem zamrażania (ITSR) zgodnie z procedurą zamieszczoną w dokumencie aplikacyjnym WT-2 2010 oraz moduły sztywności (Sm) w schemacie pośredniego rozciągania (IT-CY) w temperaturze -10ºC, 0ºC, +10ºC i +25ºC. Stwierdzono, że beton asfaltowy zagęszczany w 95ºC z asfaltem spienionym modyfikowanym woskiem syntetycznym (FT=2.5%) uzyskał porównywalne parametry do referencyjnej mieszanki zagęszczanej w temperaturze aż o 45ºC wyższej.
EN
So far, warm mix asphalt (WMA) techniques have been utilized in Poland to reduce the production temperatures of mineral-bitumen mixtures up to 20ºC-30ºC when compared to the classic hot mix asphalt (HMA) technology. But it is only the implementation of half-warm mixes (HWMA) with foamed bitumen which enable to significantly reduce the production temperatures of asphalts, even as much as by 60ºC. The paper presents the results of some basic analyses of physical and mechanical properties, as well as the analysis of susceptibility to moisture and frost damage of AC 8 asphalt concrete mix produced in HWMA technique with foamed bitumen. A reference mixture produced in HMA technique and compacted at 140ºC was also evaluated for comparisons. It was found that the modification of 50/70 bitumen with Fischer-Tropsch synthetic wax prior to foaming (2,5%) had a positive influence on the properties of the mix. The analyzed parameters included air void content in laboratory samples, moisture susceptibility with one freeze-thaw cycle (ITSR) in accordance to the WT-2 2010 guidelines and stiffness moduli (Sm) in indirect tension (IT-CY) a different temperatures (-10ºC, 0ºC, 10ºC, 25ºC). It was concluded that the asphalt concrete with foamed bitumen modified with FT synthetic wax, compacted at 95ºC had similar properties to the reference HMA mix.
Mineral fines are a waste product of aggregate production in quarries and asphalt mixing plants. The incorporation of mineral gabbro dust into foam bitumen causes developing of a mesh reinforcement in the recycled base mixture. This mesh reinforcement, observed in a recycled base structure, induces an increase in stiffness modulus, where its elastic part of complex modulus dominates over the imaginary part. Therefore, it is possible to create a recycled mixture with a lower susceptibility to loading time/temperature. In result, the presence of gabbro dust in recycled mixture limits the magnitude of strains induced by the traffic load. This paper presents the results of the tests carried out on the mineral dusts derived from gabbro rock. Structural and functional properties of the fines were determined to prepare their characteristics. Then, the cold recycled mixtures for the road base were designed with the 5–20% mineral fines content. The mixtures were prepared in cold recycling technology with foamed bitumen. Further tests involved determining mechanical and physical properties of the recycled mixes, including air voids content, Marshall stability, Marshall quotient (stiffness), indirect tensile strength and stiffness modulus at 20°C). The results indicated a positive influence of the gabbro dusts on the investigated parameters. With the use of ANOVA tests, the significance of the influence of the gabbro dust and foamed bitumen on these properties was evaluated. Harrington’s multicriteria method was employed to establish gabbro dust and foamed bitumen amounts, the addition of which would guarantee optimal properties of the recycled base mixture.
W referacie przedstawiono rezultaty badań recyklowanej podbudowy wykonanej w technologii recyklingu głębokiego na zimno z asfaltem spienionym oraz spoiwem mieszanym. W badaniach szczególną uwagę zwrócono na jej wodoodporność. Indywidualne projektowanie składu spoiwa pozwala na precyzyjne dostosowanie jego oddziaływania do warunków terenowych oraz wymaganych parametrów recyklowanej podbudowy. Projekt recyklowanej podbudowy z asfaltem spienionym symulował proces recyklingu głębokiego na zimno. Zastosowane składniki mineralne tj. destrukt asfaltowy, kruszywo 0/31,5 mm oraz kruszywo doziarniające 0/4 stanowiły materiał odpadowy z istniejącej konstrukcji. W składzie recyklowanej podbudowy zastosowano spoiwa drogowe, które wytworzono w warunkach laboratoryjnych z wymieszania trzech bazowych składników. Udział procentowy poszczególnych spoiw drogowych określono zgodnych z planem eksperymentu sympleksowo-centroidowego. Na podstawie uzyskanych wyników badań stwierdzono różnorodny wpływ analizowanych składników spoiw drogowych na właściwości mechaniczne oraz wodoodporność recyklowanej podbudowy. W oparciu o zastosowany plan eksperymentu możliwe było określenie składu spoiwa drogowego, które zapewni uzyskanie recyklowanej podbudowy odpornej na działanie wody.
EN
The paper describes research results of recycled base which was performed in a cold deep recycling technology with foamed bitumen and different type of hydraulic mixed binder in the aspect of water resistance. An individual design of a composition of a binder enables to achieve a precise adjustment of a binder’s impact to local conditions and required parameters of a recycled base. The design a recycled base with foamed bitumen simulated a cold deep recycling process with materials from existing crushed bituminous pavement layers ("technology in-situ"). To produce the foamed bitumen a road bitumen of penetration grade 50/70 was used. Moreover, the following mineral components were categorised as a waste material: reclaimed asphalt pavement, 0/31,5 mm aggregate and aggregates for soil gradation improvement 0/4. A composition of the recycled base consisted of the binders prepared in the laboratory as a result of a mix of three basic components. The percentage of individual road binders was determined in line with the plan of the simlex-centroid experiment. For the purpose of determining an influence of such a hydraulic road binder on the water resistance in recycled base, the following tests were carried out: void contents Vm, tensile strength ratio TSR (water resistance). Additionally, an evaluation of increase of indirect tensile modulus (IT-CY) was conducted. On the basis of the test results, a varied impacts of tested hydraulic road binders on mechanical properties and water resistence of recycled base with foamed bitumen were observed. On the basis of the plan of the experiment, it was possible to determine the recommended road binder composition that enabled to obtain the water resistance in the recycled base with foamed bitumen.
In order to protect the environment, reduce greenhouse gas emission and improve the energy efficiency of the asphalt mixtures manufacturing process new technologies have been used. One of them is the Half Warm Mix Asphalt (HWMA) technology, wherein the foamed bitumen is used. The use of reclaimed asphalt pavement in the mineral mixture was also an important factor. In studies performed in order to improve the foaming characteristics of the bitumen (ER - maximum expansion, the t1/2 - half-life of asphalt foam) the modification of bitumen with 2.5% synthetic Fisher-Tropsh (FT) wax was used. Asphalt concrete produced from this type of binder at temperatures up to 1000C was characterized by compared values of parameters (voids content, resistance to water ITSR, resistance to permanent deformation and PRDAIR WTSAIR) to the asphalt concrete produced in the traditional technology at temperature of 1600C.
PL
W celu ochrony środowiska, zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych a zawłaszcza CO2 oraz poprawy energooszczędności procesu wytwarzania mieszanek mineralno-asfaltowych stosuje się nowe technologie. Jedną z nich jest technologia Half Warm Mix Asphalt (HWMA), w której wykorzystuje się asfalt spieniony. Istotnym elementem było również zastosowanie destruktu asfaltowego w składzie mieszanki mineralnej. W wykonanych badaniach w celu poprawy charakterystyk spieniania asfaltu (ER – maksymalnej ekspansji, t1/2 – czas połowicznego rozpadu piany asfaltowej) zastosowano wcześniej jego modyfikację za pomocą 2,5% wosku syntetycznego Fishera-Tropsha (FT). Wytworzony z tego rodzaju lepiszczem beton asfaltowy w temperaturze do 1000C charakteryzował się porównywanymi parametrami (zawartość wolnych przestrzeni, odporność na oddziaływanie wody ITSR, odporność na deformacje trwałe WTSAIR i PRDAIR) z betonem asfaltowym wytwarzanym w tradycyjnej technologii w temperaturze 1600C.
W artykule opisano polskie doświadczenia w zakresie zastosowania asfaltu spienionego do wykonywania podbudowy w technologii recyklingu na miejscu metodą na zimno. Przedstawiono specyfikę technologii asfaltu spienionego i przybliżono parametry piany asfaltowej wytworzonej z ponaftowych asfaltów drogowych, jak również czynniki je kształtujące. Zaprezentowano ponadto polskie i zagraniczne wymagania dotyczące mieszanek z asfaltem spienionym oraz wykonanej warstwy podbudowy. Opisano wybrane realizacje z wykonawstwa podbudowy z mieszanki MCAS w województwie świętokrzyskim i potwierdzono użyteczność prezentowanej technologii podczas wzmocnień dróg obciążonych ruchem KR1-KR4 w polskich warunkach klimatycznych.
EN
The paper describes Polish experience in use of foamed bitumen for producing cold in-place recycled base courses. The specifics of foamed bitumen technology are shown along with the most important bitumen foam parameters and the factors influencing them. A range of domestic bitumen binders were analyzed for their use in this field with a description of the research methodology. Additionally, Polish and foreign requirements and guidelines are presented regarding the performance of cold mixes with foamed bitumen. Finally, selected realizations of base course with foamed bitumen carried out in the Świętokrzyskie Voivodeship and usefulness of the presented technology for carrying out reinforcements of KR1-KR4 trafficked roads in Polish conditions has been confirmed.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.