Ontogeny of Sleeping in Color - Linking melanism to sleep architecture and rhythmicity variation in wild barn owl nestlings

The function of sleep remains unknown. To gain insight into the function of sleep in natural conditions, I assessed variation in sleep architecture and its link with fitness-related phenotypic traits. I considered melanin-based coloration because its underlying genetic basis is very well known giving an opportunity to examine whether some genes pleiotropically regulate both coloration and sleep. The melanocortin system is known to generate covariation between melanin-based coloration and other phenotypes like behaviour, physiology and life history traits. I investigated whether this system of genes could participate in the co-expression of coloration and sleep. I carried out a study with nestling barn owls (Tyto alba) in order to tackle the potential link between variation in color traits and the ontogeny of sleep under natural conditions. For this I established a suitable method for recording the brain activity (electroencephalogram) of owls in nature. Birds are especially interesting, because they convergently evolved sleep states similar to those exhibited by mammals. As in mammals, I found that in owlets time spent in rapid eye movement (REM) sleep declines with age, a relationship thought to eflect developmental changes in the brain. Thus this developmental trajectory appears to reflect a fundamental feature of sleep. Additionally, I discovered an association between a gene involved in melanism expressed in the feather follicles (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2) and the age-related changes in sleep in the brain. Nestlings with higher expression levels of PCSK2 showed a more precocial pattern of sleep development and a higher degree of melanin-based coloration compared to nestlings with lower PCSK2 expression. Also sleep architecture and the development of rhythmicity in brain and physical activity was related to plumage traits of the nestlings and their biological parents. This pattern during ontogeny might reflect differences in life l history strategies, antipredator behaviour and developmental pace. Therefore, differently colored individuals may differentially deal with trade-offs between the costs and benefits of sleep which in turn lead to differences in brain organization and ultimately fitness. These results should stimulate evolutionary biologists to consider sleep as a major life history trait. Résumé La fonction du sommeil reste inconnue. Afin d'acquérir une meilleur compréhension de la fonction du sommeil dans les conditions naturelles, j'ai analysé la variation dans l'architecture du sommeil et son lien avec d'autres traits phénotypiques liés au succès reproducteur (fitness). J'ai choisi et examiné la coloration mélanique, car ses bases génétiques sont bien connues et il est ainsi possible d'étudier si certains gènes, de façon pléiotropique régulent à la fois la coloration et le sommeil. J'ai exploré si ce système génétique était impliqué dans la co-expression de la coloration et du sommeil. J'ai effectué mon étude sur des poussins de chouette effraie (Tyto alba) en condition naturelle, pour rechercher ce lien potentiel entre la variation de la coloration et l'ontogenèse du sommeil. Dans ce but, j'ai établi une méthodologie permettant d'enregistrer l'activité cérébrale (électroencéphalogramme) des chouettes dans la nature. Les oiseaux sont particulièrement intéressants car ils ont développé, par évolution convergente, des phases de sommeil similaires à celles des mammifères. De manière semblable à ce qui a été montré chez les mammifères, j'ai découvert que le temps passé dans le sommeil paradoxal diminue avec l'âge des poussins. On pense que ceci est dû aux changements développementaux au niveau du cerveau. Cette trajectoire développementale semble refléter une caractéristique fondamentale du sommeil. J'ai également découvert une association entre l'un des gènes impliqué dans le mélanisme, exprimé dans les follicules plumeux (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), et les changements dans la structure du sommeil avec l'âge. Les poussins ayant un niveau d'expression génétique élevé de la PCSK2 présentent une structure du sommeil plus précoce et un taux de coloration dû à la mélanine plus élevé que des poussins avec un niveau d'expression moindre de la PCSK2. L'architecture du sommeil et le développement de la rythmicité dans le cerveau ainsi que l'activité physique sont également liés à la coloration des plumes des poussins et pourraient ainsi refléter des différences de stratégies d'histoire de vie, de comportements anti-prédateur et de vitesses développementales. Ainsi, des individus de coloration différente sembleraient traiter différemment les coûts et les bénéfices du sommeil, ce qui aurait des conséquences sur l'organisation cérébrale et pour finir, sur le succès reproducteur. Ces résultats devraient encourager les biologistes évolutionnistes à considérer le sommeil comme un important trait d'histoire de vie. Zusammenfassung Die Funktion von Schlaf ist noch unbekannt. Um mehr Einsicht in diese unter natürlichen Bedingungen zu bekommen, habe ich die Variation in der Schlafarchitektur und die Verknüpfung mit phänotypischen Merkmalen, die mit der Fitness zusammenhängen, studiert. Ich habe mir melanin-basierte Färbung angesehen, da die zugrunde liegende genetische Basis bekannt ist und somit die Möglichkeit gegeben ist, zu untersuchen, ob einige Gene beides regulieren, Färbung und Schlaf. Das melanocortin System generiert eine Kovariation zwischen melanin-basierter Färbung und anderen phänotypischer Merkmale wie Verhalten, Physiologie und Überlebensstrategien. Ich habe untersucht, ob dieses Gensystem an einer gleichzeitigen Steuerung von Färbung und Schlaf beteiligt ist. Dazu habe ich Schleiereulen (Tyto alba) studiert um einen möglichen Zusammenhang zwischen der Variation in der Pigmentierung und der Entwicklung des Schlafs unter natürlichen Bedingungen zu entdecken. Für diese Studie entwickelte ich eine Methode um die Gehirnaktivität (Elektroenzephalogramm) bei Eulen in der Natur aufzunehmen. Vögel sind besonders interessant, da sie die gleichen Schlafstadien aufweisen wie Säugetiere und diese unabhängig konvergent entwickelt haben. Genauso wie bei Säugetieren nahm die Dauer des sogenannten ,,rapid eye movement" (REM) - Schlafes mit zunehmendem Alter ab. Es wird angenommen, dass dieser Zusammenhang die Entwicklung des Gehirns widerspiegelt. Daher scheint dieses Entwicklungsmuster ein fundamentaler Aspekt von Schlaf zu sein. Zusätzlich entdeckte ich einen Zusammenhang zwischen der Aktivität eines Gens in den Federfollikeln (proprotein convertase subtilisin/kexin type 2, PCSK2), das für die Ausprägung schwarzer Punkte auf den Federn der Eulen verantwortlich ist, und den altersabhängigen Änderungen im Schlafmuster im Gehirn. Küken mit höherer Aktivität von PCSK2 zeigten eine frühreifere Schlafentwicklung und eine dunklere Färbung als Küken mit niedriger PCSK2 Aktivität. Die Architekture des Schlafes und die Entwicklung der Rhythmik im Gehirn und die der physischen Aktivität ist mit der Färbung des Gefieders von den Küken und ihren Eltern verknüpft. Dieses Muster während der Entwicklung kann Unterschiede in Überlebensstrategien, Feindabwehrverhalten und in der Entwicklungsgeschwindigkeit reflektieren. Unterschiedlich gefärbte Individuen könnten unterschiedliche Strategien haben um zwischen den Kosten und Nutzen von Schlaf zu entscheiden, was zu Unterschieden in der Gehirnstruktur führen kann und letztendlich zur Fitness. Diese Ergebnisse sollten Evolutionsbiologen stimulieren Schlaf als einen wichtigen Bestandteil des Lebens zu behandeln.

Sleep and vigilance linked to melanism in wild barn owls.

Understanding the function of variation in sleep requires studies in the natural ecological conditions in which sleep evolved. Sleep has an impact on individual performance and hence may integrate the costs and benefits of investing in processes that are sensitive to sleep, such as immunity or coping with stress. Because dark and pale melanic animals differentially regulate energy homeostasis, immunity and stress hormone levels, the amount and/or organization of sleep may covary with melanin-based colour. We show here that wild, cross-fostered nestling barn owls (Tyto alba) born from mothers displaying more black spots had shorter non-REM (rapid eye movement) sleep bouts, a shorter latency until the occurrence of REM sleep after a bout of wakefulness and more wakefulness bouts. In male nestlings, the same sleep traits also correlated with their own level of spotting. Because heavily spotted male nestlings and the offspring of heavily spotted biological mothers switched sleep-wakefulness states more frequently, we propose the hypothesis that they could be also behaviourally more vigilant. Accordingly, nestlings from mothers displaying many black spots looked more often towards the nest entrance where their parents bring food and towards their sibling against whom they compete. Owlets from heavily spotted mothers might invest more in vigilance, thereby possibly increasing associated costs due to sleep fragmentation. We conclude that different strategies of the regulation of brain activity have evolved and are correlated with melanin-based coloration.

Characterization of surface functional groups present on laboratory-generated and ambient aerosol particles by means of heterogeneous titration reactions

A Knudsen flow reactor has been used to quantify surface functional groups on aerosols collected in the field. This technique is based on a heterogeneous titration reaction between a probe gas and a specific functional group on the particle surface. In the first part of this work, the reactivity of different probe gases on laboratory-generated aerosols (limonene SOA, Pb(NO3)2, Cd(NO3)2) and diesel reference soot (SRM 2975) has been studied. Five probe gases have been selected for the quantitative determination of important functional groups: N(CH3)3 (for the titration of acidic sites), NH2OH (for carbonyl functions), CF3COOH and HCl (for basic sites of different strength), and O3 (for oxidizable groups). The second part describes a field campaign that has been undertaken in several bus depots in Switzerland, where ambient fine and ultrafine particles were collected on suitable filters and quantitatively investigated using the Knudsen flow reactor. Results point to important differences in the surface reactivity of ambient particles, depending on the sampling site and season. The particle surface appears to be multi-functional, with the simultaneous presence of antagonistic functional groups which do not undergo internal chemical reactions, such as acid-base neutralization. Results also indicate that the surface of ambient particles was characterized by a high density of carbonyl functions (reactivity towards NH2OH probe in the range 0.26-6 formal molecular monolayers) and a low density of acidic sites (reactivity towards N(CH3)3 probe in the range 0.01-0.20 formal molecular monolayer). Kinetic parameters point to fast redox reactions (uptake coefficient ?0>10-3 for O3 probe) and slow acid-base reactions (?0<10-4 for N(CH3)3 probe) on the particle surface. [Authors]

Deicer Scaling Resistance of Concrete Mixtures Containing Slag Cement Phase 2: Evaluation of Different Laboratory Scaling Test Methods, TPF-5(100), 2012

With the use of supplementary cementing materials (SCMs) in concrete mixtures, salt scaling tests such as ASTM C672 have been found to be overly aggressive and do correlate well with field scaling performance. The reasons for this are thought to be because at high replacement levels, SCM mixtures can take longer to set and to develop their properties: neither of these factors is taken into account in the standard laboratory finishing and curing procedures. As a result, these variables were studied as well as a modified scaling test, based on the Quebec BNQ scaling test that had shown promise in other research. The experimental research focused on the evaluation of three scaling resistance tests, including the ASTM C672 test with normal curing as well as an accelerated curing regime used by VDOT for ASTM C1202 rapid chloride permeability tests and now included as an option in ASTM C1202. As well, several variations on the proposed draft ASTM WK9367 deicer scaling resistance test, based on the Quebec Ministry of Transportation BNQ test method, were evaluated for concretes containing varying amounts of slag cement. A total of 16 concrete mixtures were studied using both high alkali cement and low alkali cement, Grade 100 slag and Grade 120 slag with 0, 20, 35 and 50 percent slag replacement by mass of total cementing materials. Vinsol resin was used as the primary air entrainer and Micro Air® was used in two replicate mixes for comparison. Based on the results of this study, a draft alternative test method to ASTM C762 is proposed.

Laboratory and Field Testing of an Accelerated Bridge Construction Demonstration Bridge: US Highway 6 Bridge over Keg Creek, RB02-012, 2013

The US Highway 6 Bridge over Keg Creek outside of Council Bluffs, Iowa is a demonstration bridge site chosen to put into practice newly-developed Accelerated Bridge Construction (ABC) concepts. One of these new concepts is the use of prefabricated high performance concrete (HPC) bridge elements that are connected, in place, utilizing advanced material closure-pours and quick-to-install connection details. The Keg Creek Bridge is the first bridge in the US to utilize moment-resisting ultra-high performance concrete (UHPC) joints in negative moment regions over piers. Through laboratory and live load field testing, performance of these transverse joints as well as global bridge behavior is quantified and examined. The effectiveness of the structural performance of the bridge is evaluated to provide guidance for future designs of similar bridges throughout the US.

Positional therapy for obstructive sleep apnea: an objective measurement of patients' usage and efficacy at home.

BACKGROUND: Positional therapy that prevents patients from sleeping supine has been used for many years to manage positional obstructive sleep apnea (OSA). However, patients' usage at home and the long term efficacy of this therapy have never been objectively assessed. METHODS: Sixteen patients with positional OSA who refused or could not tolerate continuous positive airway pressure (CPAP) were enrolled after a test night study (T0) to test the efficacy of the positional therapy device. The patients who had a successful test night were instructed to use the device every night for three months. Nightly usage was monitored by an actigraphic recorder placed inside the positional device. A follow-up night study (T3) was performed after three months of positional therapy. RESULTS: Patients used the device on average 73.7 ± 29.3% (mean ± SD) of the nights for 8.0 ± 2.0 h/night. 10/16 patients used the device more than 80% of the nights. Compared to the baseline (diagnostic) night, mean apnea-hypopnea index (AHI) decreased from 26.7 ± 17.5 to 6.0 ± 3.4 with the positional device (p<0.0001) during T0 night. Oxygen desaturation (3%) index also fell from 18.4 ± 11.1 to 7.1 ± 5.7 (p = 0.001). Time spent supine fell from 42.8 ± 26.2% to 5.8 ± 7.2% (p < 0.0001). At three months (T3), the benefits persisted with no difference in AHI (p = 0.58) or in time spent supine (p = 0.98) compared to T0 night. The Epworth sleepiness scale showed a significant decrease from 9.4 ± 4.5 to 6.6 ± 4.7 (p = 0.02) after three months. CONCLUSIONS: Selected patients with positional OSA can be effectively treated by a positional therapy with an objective compliance of 73.7% of the nights and a persistent efficacy after three months.

Laboratory Testing of Precast Paving Notch System, RB01-005, 2008

The Iowa State University (ISU) Bridge Engineering Center (BEC) performed full-scale laboratory testing of the proposed paving notch replacement system. The objective of the testing program was to verify the structural capacity of the proposed precast paving notch system and to investigate the feasibility of the proposed solution. This report describes the laboratory testing procedure and discusses its results

Pulse wave amplitude drops during sleep are reliable surrogate markers of changes in cortical activity

Rapport de synthèseLe syndrome d'apnées obstructives du sommeil (SAOS) est une pathologie respiratoire fréquente. Sa prévalence est estimée entre 2 et 5% de la population adulte générale. Ses conséquences sont importantes. Notamment, une somnolence diurne, des troubles de la concentration, des troubles de la mémoire et une augmentation du risque d'accident de la route et du travail. Il représente également un facteur de risque cardiovasculaire indépendant.Ce syndrome est caractérisé par la survenue durant le sommeil d'obstructions répétées des voies aériennes supérieures. L'arrêt ou la diminution d'apport en oxygène vers les poumons entraîne des épisodes de diminution de la saturation en oxygène de l'hémoglobine. Les efforts ventilatoires visant à lever l'obstacle présent sur les voies aériennes causent de fréquents réveils à l'origine d'une fragmentation du sommeil.La polysomnographie (PSG) représente le moyen diagnostic de choix. Il consiste en l'enregistrement dans un laboratoire du sommeil et en présence d'un technicien diplômé, du tracé électroencéphalographique (EEG), de l'électrooculogramme (EOG), de l'électromyogramme mentonnier (EMG), du flux respiratoire nasal, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de l'électrocardiogramme (ECG), des mouvements thoraciques et abdominaux, de la position du corps et des mouvements des jambes. L'examen est filmé par caméra infrarouge et les sons sont enregistrés.Cet examen permet entre autres mesures, de déterminer les événements respiratoires obstructifs nécessaires au diagnostic de syndrome d'apnée du sommeil. On définit une apnée lors d'arrêt complet du débit aérien durant au moins 10 secondes et une hypopnée en cas, soit de diminution franche de l'amplitude du flux respiratoire supérieure à 50% durant au moins 10 secondes, soit de diminution significative (20%) de l'amplitude du flux respiratoire pendant au minimum 10 secondes associée à un micro-éveil ou à une désaturation d'au moins 3% par rapport à la ligne de base. La détection des micro-éveils se fait en utilisant les dérivations électroencéphalographiques, électromyographiques et électrooculographiques. Il existe des critères visuels de reconnaissance de ces éveils transitoire: apparition de rythme alpha (8.1 à 12.0 Hz) ou beta (16 à 30 Hz) d'une durée supérieure à 3 secondes [20-21].Le diagnostic de S AOS est retenu si l'on retrouve plus de 5 événements respiratoires obstructifs par heure de sommeil associés soit à une somnolence diurne évaluée selon le score d'Epworth ou à au moins 2 symptômes parmi les suivants: sommeil non réparateur, étouffements nocturne, éveils multiples, fatigue, troubles de la concentration. Le S AOS est gradué en fonction du nombre d'événements obstructifs par heure de sommeil en léger (5 à 15), modéré (15 à 30) et sévère (>30).La polysomnographie (PSG) comporte plusieurs inconvénients pratiques. En effet, elle doit être réalisée dans un laboratoire du sommeil avec la présence permanente d'un technicien, limitant ainsi son accessibilité et entraînant des délais diagnostiques et thérapeutiques. Pour ces mêmes raisons, il s'agit d'un examen onéreux.La polygraphie respiratoire (PG) représente l'alternative diagnostique au gold standard qu'est l'examen polysomnographique. Cet examen consiste en l'enregistrement en ambulatoire, à savoir au domicile du patient, du flux nasalrespiratoire, de l'oxymétrie de pouls, de la fréquence cardiaque, de la position du corps et du ronflement (par mesure de pression).En raison de sa sensibilité et sa spécificité moindre, la PG reste recommandée uniquement en cas de forte probabilité de SAOS. Il existe deux raisons principales à l'origine de la moindre sensibilité de l'examen polygraphique. D'une part, du fait que l'état de veille ou de sommeil n'est pas déterminé avec précision, il y a dilution des événements respiratoires sur l'ensemble de l'enregistrement et non sur la période de sommeil uniquement. D'autre part, en l'absence de tracé EEG, la quantification des micro-éveils est impossible. Il n'est donc pas possible dans l'examen poly graphique, de reconnaître une hypopnée en cas de diminution de flux respiratoire de 20 à 50% non associée à un épisode de désaturation de l'hémoglobine de 3% au moins. Alors que dans l'examen polysomnographique, une telle diminution du flux respiratoire pourrait être associée à un micro-éveil et ainsi comptabilisée en tant qu'hypopnée.De ce constat est né la volonté de trouver un équivalent de micro-éveil en polygraphie, en utilisant les signaux à disposition, afin d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique.Or plusieurs études ont démontrés que les micro-éveils sont associés à des réactions du système nerveux autonome. Lors des micro-éveils, on met en évidence la survenue d'une vasoconstriction périphérique. La variation du tonus sympathique associée aux micro-éveils peut être mesurée par différentes méthodes. Les variations de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie représentant un marqueur fiable de la vasoconstriction périphérique associée aux micro-réveils, il paraît donc opportun d'utiliser ce marqueur autonomique disponible sur le tracé des polygraphies ambulatoires afin de renforcer la sensibilité de cet examen.Le but de l'étude est d'évaluer la sensibilité des variations de l'amplitude de l'onde de pouls pour détecter des micro-réveils corticaux afin de trouver un moyen d'augmenter la sensibilité de l'examen polygraphique et de renforcer ainsi sont pouvoir diagnostic.L'objectif est de démontrer qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde pouls est concomitante à une activation corticale correspondant à un micro¬réveil. Cette constatation pourrait permettre de déterminer une hypopnée, en polygraphie, par une diminution de 20 à 50% du flux respiratoire sans désaturation de 3% mais associée à une baisse significative de l'amplitude de pouls en postulant que l'événement respiratoire a entraîné un micro-réveil. On retrouve par cette méthode les mêmes critères de scoring d'événements respiratoires en polygraphie et en polysomnographie, et l'on renforce la sensibilité de la polygraphie par rapport au gold standard polysomnographique.La méthode consiste à montrer en polysomnographie qu'une diminution significative de l'amplitude de l'onde de pouls mesurée par pulsoxymétrie est associée à une activation du signal électroencéphalographique, en réalisant une analyse spectrale du tracé EEG lors des baisses d'amplitude du signal d'onde de pouls.Pour ce faire nous avons réalisé une étude rétrospective sur plus de 1000 diminutions de l'amplitude de l'onde de pouls sur les tracés de 10 sujets choisis de manière aléatoire parmi les patients référés dans notre centre du sommeil (CIRS) pour suspicion de trouble respiratoire du sommeil avec somnolence ou symptomatologie diurne.Les enregistrements nocturnes ont été effectués de manière standard dans des chambres individuelles en utilisant le système d'acquisition Embla avec l'ensemble des capteurs habituels. Les données ont été par la suite visuellement analysées et mesurées en utilisant le software Somnologica version 5.1, qui fournit un signal de l'amplitude de l'onde de pouls (puise wave amplitude - PWA).Dans un premier temps, un technicien du sommeil a réalisé une analyse visuelle du tracé EEG, en l'absence des données du signal d'amplitude d'onde de pouls. Il a déterminé les phases d'éveil et de sommeil, les stades du sommeil et les micro¬éveils selon les critères standards. Les micro-éveils sont définis lors d'un changement abrupt dans la fréquence de l'EEG avec un pattern d'ondes thêta-alpha et/ou une fréquence supérieure à 16 Hz (en l'absence de fuseau) d'une durée d'au minimum trois secondes. Si cette durée excède quinze secondes, l'événement correspond à un réveil.Puis, deux investigateurs ont analysé le signal d'amplitude d'onde de pouls, en masquant les données du tracé EEG qui inclut les micro-éveils. L'amplitude d'onde de pouls est calculée comme la différence de valeur entre le zénith et le nadir de l'onde pour chaque cycle cardiaque. Pour chaque baisse de l'amplitude d'onde de pouls, la plus grande et la plus petite amplitude sont déterminées et le pourcentage de baisse est calculé comme le rapport entre ces deux amplitudes. On retient de manière arbitraire une baisse d'au moins 20% comme étant significative. Cette limite a été choisie pour des raisons pratiques et cliniques, dès lors qu'elle représentait, à notre sens, la baisse minimale identifiable à l'inspection visuelle. Chaque baisse de PWA retenue est divisée en 5 périodes contiguës de cinq secondes chacune. Deux avant, une pendant et deux après la baisse de PWA.Pour chaque période de cinq secondes, on a pratiqué une analyse spectrale du tracé EEG correspondant. Le canal EEG C4-A1 est analysé en utilisant la transformée rapide de Fourier (FFT) pour chaque baisse de PWA et pour chaque période de cinq secondes avec une résolution de 0.2 Hz. La distribution spectrale est catégorisée dans chaque bande de fréquence: delta (0.5 à 4.0 Hz); thêta (4.1 à 8.0Hz); alpha (8.1 à 12.0 Hz); sigma (12.1 à 16 Hz) et beta (16.1 à 30.0 Hz). La densité de puissance (power density, en μΥ2 ) pour chaque bande de fréquence a été calculée et normalisée en tant que pourcentage de la puissance totale. On a déterminé, ensuite, la différence de densité de puissance entre les 5 périodes par ANOVA on the rank. Un test post hoc Tukey est été utilisé pour déterminer si les différences de densité de puissance étaient significatives. Les calculs ont été effectués à l'aide du software Sigmastat version 3.0 (Systat Software San Jose, California, USA).Le principal résultat obtenu dans cette étude est d'avoir montré une augmentation significative de la densité de puissance de l'EEG pour toutes les bandes de fréquence durant la baisse de l'amplitude de l'onde de pouls par rapport à la période avant et après la baisse. Cette augmentation est par ailleurs retrouvée dans la plupart des bande de fréquence en l'absence de micro-réveil visuellement identifié.Ce résultat témoigné donc d'une activation corticale significative associée à la diminution de l'onde de pouls. Ce résulat pourrait permettre d'utiliser les variations de l'onde de pouls dans les tracés de polygraphie comme marqueur d'une activation corticale. Cependant on peut dire que ce marqueur est plus sensible que l'analyse visuelle du tracé EEG par un technicien puisque qu'on notait une augmentation de lactivité corticale y compris en l'absence de micro-réveil visuellement identifié. L'application pratique de ces résultats nécessite donc une étude prospective complémentaire.

A Laboratory Evaluation of Asphaltic Concrete Containing Asphadur, MLR-78-2, 1978

This report describes a laboratory evaluation of three asphaltic concrete, plant produced mixtures containing Asphadur. The mixtures represent a type A asphaltic concrete and two type B asphaltic concretes. The type A and one of the type B mixtures were used in pavements and will be evaluated later for durability and serviceability. The second type B mixture was made only for laboratory testing. In each instance, control batches of the same mixtures but without Asphadur were made for comparison. Type A is a high type asphaltic concrete, requires a minimum of 65 percent crushed particles and is generally used for higher traffic volume roads. Type B is used for intermediate or lower traffic volumes and requires a minimum of 30 percent crushed particles.

Laboratory Evaluation of Asphalt-Rubber in Asphalt Paving Mixture, MLR-89-15, 1990

Interest in the use of ground rubber from used tires as a hot asphalt mix binder has been increasing due to the magnitude of the disposal problem posed by the annual addition of millions of waste tires to the refuse stream. This study evaluates, through laboratory means, the performance of asphalt-rubber as a hot mix binder as compared to conventional asphalt. The results indicate that asphalt-rubber outperforms its base asphalt in mixes of identical gradation and comparable void content on tests that are heavily dependent on binder characteristics (resilient modulus and indirect tension). An appreciable increase in rut resistance due to the use of asphalt-rubber is not indicated.

Laboratory Evaluation of Polymer and Multi-Grade Asphalt Binders, MLR-90-5, 1992

A number of claims have been made that polymer modified asphalt cements, multi-grade asphalt cements, and other modifications of the liquid asphalt will prevent rutting and other deterioration of asphalt mixes, thereby, extending the service life of asphalt pavements. This laboratory study evaluates regular AC-20 asphalt cement, PAC-30 polymer modified asphalt cement and AC-10-30 multi-grade asphalt cement. PAC-30 was also evaluated with 15% Gilsonite and 15% Witcurb in a 75% crushed stone - 25% sand mix. These mixtures were evaluated for all Marshall properties along with indirect tensile, resilient modulus, and creep resistance.

Field Demonstration and Laboratory Evaluation of Foamed Asphalts - Muscatine County, HR-233, 1985

In view of the energy, environmental, and economic advantages of the foamed asphalt process using local aggregates in cold mixes and the promising results from Research Project HR-212, a 4.2-mile section of county road in Muscatine County was built with foamed asphalt and local aggregates during August-September 1983. Extensive laboratory evaluation was carried out on five plant mixes representing foamed mixes used in the nine test sections, a laboratory prepared foamed mix, and a laboratory prepared hot mix similar to Plant Mix 1. The foamed mixes were compacted, cured under 15 curing conditions and tested for bulk specific gravity, Marshall stability at 77° F and at 140° F, cured moisture content, resilient modulus and effects of moisture damage due to freeze-thaw cycles, water soaking, and vacuum saturation. In addition, four sets of 83 core samples were taken at 1 to 15 months and tested for moisture content, specific gravity, Marshall stability, and resilient modulus. In summary, the test road has performed satisfactorily for almost two years. The few early construction problems encountered were to be expected for experimental projects dealing with new materials and technologies. Overall results to date are encouraging and foamed asphalt mixes have proved to have the potential as a viable base material in areas where marginal aggregates are available. It is hoped and expected that performance evaluation of the test sections will be continued and that more foamed asphalt trial projects will be constructed and monitored so that experiences and findings from this project can be verified and mix design criteria can be gradually established. For future foamed asphalt projects it is recommended that anti-stripping additives, such as hydrated lime, be added in view of the potential moisture susceptibility of foamed mixes observed in the laboratory evaluation.

Laboratory Study of Slurry Seal Coats, HR-185, Revised, 1978

Extensive programmed laboratory tests involving some 400 asphalt emulsion slurry seals (AESS) were conducted. Thirteen aggregates including nine Iowa sources, a quartzite, a synthetic aggregate (Haydite), a limestone stone from Nebraska, and a Chat aggregate from Kansas were tested in combination with four emulsions and two mineral fillers, resulting in a total of 40 material combinations. A number of meetings were held with the Iowa DOT engineers and 12 state highway departments that have had successful slurry seal experiences and records, and several slurry seal contractors and material and equipment suppliers were contacted. Asphalt emulsion slurry seal development, uses, characteristics, tests, and design methods were thoroughly reviewed in conjunction with Iowa's experiences through these meetings and discussions and through a literature search (covering some 140 articles and 12 state highway department specifications). It was found that, while asphalt emulsion slurry seals (when properly designed and constructed) can economically improve the quality and extend the life of existing pavement surface, experiences with them had been mixed due to the many material, slurry, and construction variables that affect their design, construction, and performance. The report discusses those variables identified during the course of the project and makes recommendations concerning design procedures, design criteria, specifications and the means of evaluating them.