Specifications for bituminous surface dense-graded aggregate type, subclass B-2 (Machine mix) : effective May 15, 1939 ...

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Paving asphalts : reduction of oxidative hardening of asphalts by treatment with hydrated lime : a mechanistic study /

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Development of a Durability Test for Asphalts, HR-124, Progress Report No. 3., 1969

Research Project HR-124, "Development of a Laboratory Durability Test for Asphalts," was initiated in 1966 as a long range comprehensive program. Its ultimate objective was to develop a simple, rapid laboratory test that could be used by highway engineers to select paving asphalt according to quality, to identify inferior asphalts, and to reasonably predict the useful life of asphalts once they were incorporated in the pavements. This report, designated Progress Report No. 3, summarizes the work accomplished during the second year of the HR-124 extension (1967 - 1969), i. e., the period from 1 October 1968 to 31 October 1969.

Ultra Thin PCC Overlays, HR-559, Construction Report, 1995

A 11.6 km (7.2 mi.) portion of IA 21 in Iowa County from the junction of US 6 north to the junction of IA 212, was selected for the research project. The project was divided into 65 different test sections of a PCC overlay of an existing asphalt concrete (AC) surface with thicknesses of 50 mm (2 in.), 100 mm (4 in.), 150 mm (6 in.), and 200 mm (8 in.). The joint spacings for these sections were 0.6 m (2 ft.), 1.2 m (4 ft.), 1.8 m (6 ft.), 3.7 m (12 ft.), and 4.6 m (15 ft.). Joints were sealed if the thickness of the pavement was over 100 mm (4 in.), unless specified. Two types of polypropylene fibers, monofilament and fibrillated, were added to the conventional PCC mix for designated sections. Three additional sections consisted of an asphalt overlay for comparison with the concrete overlay. Three different base preparations were used on the project, consisting of: patching and scarifying, patching only, and cold-in-place recycling. Sensors were placed in various test sections to measure the temperature and strain during and after construction of the overlay. Pullout tests were also conducted at various locations. Beams cylinders were made for each of the PCC mixes and tested for flexural and compressive strengths. Evaluation of the performance will be conducted through December 31, 1999.

Validation of Gyratory Mix Design in Iowa, TR-667, 2016

The design number of gyrations (Ndesign) introduced by the Strategic Highway Research Program (SHRP) and used in the Superior Performing Asphalt Pavement (Superpave) mix design method has been commonly used in flexible pavement design throughout the US since 1996. Ndesign, also known as the compaction effort, is used to simulate field compaction during construction and has been reported to produce air voids that are unable to reach ultimate pavement density within the initial 2 to 3 years post-construction, potentially having an adverse impact on long-term performance. Other state transportation agencies have conducted studies validating the Ndesign for their specific regions, which resulted in modifications of the gyration effort for the various traffic levels. Validating this relationship for Iowa asphalt mix designs will lead to better correlations between mix design target voids, field voids, and performance. A comprehensive analysis of current Ndesign levels investigated the current levels with existing mixes and pavements and developed initial asphalt mix design recommendations that identify an optimum Ndesign through the use of performance data tests.

Comparison of the n-Alkanes and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Concentrations in the Atmosphere during the Preparation of Warm and Hot Mixtures Asphalt for Pavements

Asphalt binder is used in the production of hot mixes asphalt (HMA) for paving and, due to the high temperatures used, generates fumes thatcontainn-alkanes and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). Asphalt mixes prepared at lower temperatures, such as warm mixes asphalt (WMA), may contribute to reduce the emissions of those compounds and save energy. This paper investigatesn-alkanes and PAH in the total suspended particles during the preparation of WMA, in comparison with HMA, in laboratory. The results showed that the n-alkanes of the WMA and HMA presented C-max at n-C-26 and n-C-28, respectively; also, the total content of n-alkanes was higher for the HMA than forthe WMA. Besides, benzo[b]fluoranthene and benzo[a]anthracene were the major PAH in the WMA, while the higher temperatures of the HMA were observed to volatilize all larger PAH, demonstrating higher potential of inhalation exposure.

Comparison of the n-alkanes and polycyclic aromatic hydrocarbons concentrations in the atmosphere during the preparation of warm and hot mixtures asphalt for pavements

O asfalto é utilizado na produção de misturas asfálticas a quente (HMA) para a pavimentação e, devido às altas temperaturas empregadas, gera fumos que contêm n-alcanos e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs). As misturas asfálticas preparadas em temperaturas mais baixas, como as misturas asfálticas mornas (WMA), podem contribuir na redução das emissões daqueles compostos e economizar energia. Este trabalho investiga os n-alcanos e os HPAs nas partículas totais em suspensão durante a preparação de uma WMA, em comparação com uma HMA, em laboratório. Os resultados mostraram que os n-alcanos da WMA e da HMA apresentaram Cmáx no n-C26 e n-C28, respectivamente, e o teor de n-alcanos total foi maior na HMA do que na WMA. Ademais, verificou-se que o benzo[b]fluoranteno e benzo[a]antraceno constituíam os maiores HPAs na WMA, enquanto as temperaturas mais altas da HMA volatilizaram todos seus grandes HPAs, demonstrando maior potencial de exposição por inalação.

Performance evaluation of asphalt pavements using the Incremental-Recursive procedure of the Mechanistic-Empirical design software CalME

Il concetto di “sostenibilità” si riferisce allo sviluppo dei sistemi umani attraverso il più piccolo impatto possibile sul sistema ambientale. Le opere che si inseriscono bene nel contesto ambientale circostante e le pratiche che rispettano le risorse in maniera tale da permettere una crescita e uno sviluppo a lungo termine senza impattare sull’ambiente sono indispensabili in una società moderna. I progressi passati, presenti e futuri che hanno reso i conglomerati bituminosi materiali sostenibili dal punto di vista ambientale sono particolarmente importanti data la grande quantità di conglomerato usato annualmente in Europa e negli Stati Uniti. I produttori di bitume e di conglomerato bituminoso stanno sviluppando tecniche innovative per ridurre l’impatto ambientale senza compromettere le prestazioni meccaniche finali. Un conglomerato bituminoso ad “alta lavorabilità” (WMA), pur sviluppando le stesse caratteristiche meccaniche, richiede un temperatura di produzione minore rispetto a quella di un tradizionale conglomerato bituminoso a caldo (HMA). L’abbassamento della temperature di produzione riduce le emissioni nocive. Questo migliora le condizioni dei lavoratori ed è orientato verso uno sviluppo sostenibile. L’obbiettivo principale di questa tesi di laurea è quello di dimostrare il duplice valore sia dal punto di vista dell’eco-compatibilità sia dal punto di vista meccanico di questi conglomerati bituminosi ad “alta lavorabilità”. In particolare in questa tesi di laurea è stato studiato uno SMA ad “alta lavorabilità” (PGGWMA). L’uso di materiali a basso impatto ambientale è la prima fase verso un progetto ecocompatibile ma non può che essere il punto di partenza. L’approccio ecocompatibile deve essere esteso anche ai metodi di progetto e alla caratterizzazione di laboratorio dei materiali perché solo in questo modo è possibile ricavare le massime potenzialità dai materiali usati. Un’appropriata caratterizzazione del conglomerato bituminoso è fondamentale e necessaria per una realistica previsione delle performance di una pavimentazione stradale. La caratterizzazione volumetrica (Mix Design) e meccanica (Deformazioni Permanenti e Comportamento a fatica) di un conglomerato bituminoso è una fase importante. Inoltre, al fine di utilizzare correttamente i materiali, un metodo di progetto avanzato ed efficiente, come quello rappresentato da un approccio Empirico-Meccanicistico (ME), deve essere utilizzato. Una procedura di progetto Empirico-Meccanicistica consiste di un modello strutturale capace di prevedere gli stati di tensione e deformazione all’interno della pavimentazione sotto l’azione del traffico e in funzione delle condizioni atmosferiche e di modelli empirici, calibrati sul comportamento dei materiali, che collegano la risposta strutturale alle performance della pavimentazione. Nel 1996 in California, per poter effettivamente sfruttare i benefici dei continui progressi nel campo delle pavimentazioni stradali, fu iniziato un estensivo progetto di ricerca mirato allo sviluppo dei metodi di progetto Empirico - Meccanicistici per le pavimentazioni stradali. Il risultato finale fu la prima versione del software CalME che fornisce all’utente tre approcci diversi di l’analisi e progetto: un approccio Empirico, uno Empirico - Meccanicistico classico e un approccio Empirico - Meccanicistico Incrementale - Ricorsivo. Questo tesi di laurea si concentra sulla procedura Incrementale - Ricorsiva del software CalME, basata su modelli di danno per quanto riguarda la fatica e l’accumulo di deformazioni di taglio dai quali dipendono rispettivamente la fessurazione superficiale e le deformazioni permanenti nella pavimentazione. Tale procedura funziona per incrementi temporali successivi e, usando i risultati di ogni incremento temporale, ricorsivamente, come input dell’incremento temporale successivo, prevede le condizioni di una pavimentazione stradale per quanto riguarda il modulo complesso dei diversi strati, le fessurazioni superficiali dovute alla fatica, le deformazioni permanenti e la rugosità superficiale. Al fine di verificare le propreità meccaniche del PGGWMA e le reciproche relazioni in termini di danno a fatica e deformazioni permanenti tra strato superficiale e struttura della pavimentazione per fissate condizioni ambientali e di traffico, è stata usata la procedura Incrementale – Ricorsiva del software CalME. Il conglomerato bituminoso studiato (PGGWMA) è stato usato in una pavimentazione stradale come strato superficiale di 60 mm di spessore. Le performance della pavimentazione sono state confrontate a quelle della stessa pavimentazione in cui altri tipi di conglomerato bituminoso sono stati usati come strato superficiale. I tre tipi di conglomerato bituminoso usati come termini di paragone sono stati: un conglomerato bituminoso ad “alta lavorabilità” con granulometria “chiusa” non modificato (DGWMA), un conglomerato bituminoso modificato con polverino di gomma con granulometria “aperta” (GGRAC) e un conglomerato bituminoso non modificato con granulometria “chiusa” (DGAC). Nel Capitolo I è stato introdotto il problema del progetto ecocompatibile delle pavimentazioni stradali. I materiali a basso impatto ambientale come i conglomerati bituminosi ad “alta lavorabilità” e i conglomerati bituminosi modificati con polverino di gomma sono stati descritti in dettaglio. Inoltre è stata discussa l’importanza della caratterizzazione di laboratorio dei materiali e il valore di un metodo razionale di progetto delle pavimentazioni stradali. Nel Capitolo II sono stati descritti i diversi approcci progettuali utilizzabili con il CalME e in particolare è stata spiegata la procedura Incrementale – Ricorsiva. Nel Capitolo III sono state studiate le proprietà volumetriche e meccaniche del PGGWMA. Test di Fatica e di Deformazioni Permanenti, eseguiti rispettivamente con la macchina a fatica per flessione su quattro punti e il Simple Shear Test device (macchina di taglio semplice), sono stati effettuati su provini di conglomerato bituminoso e i risultati dei test sono stati riassunti. Attraverso questi dati di laboratorio, i parametri dei modelli della Master Curve, del danno a fatica e dell’accumulo di deformazioni di taglio usati nella procedura Incrementale – Ricorsiva del CalME sono stati valutati. Infine, nel Capitolo IV, sono stati presentati i risultati delle simulazioni di pavimentazioni stradali con diversi strati superficiali. Per ogni pavimentazione sono stati analizzati la fessurazione superficiale complessiva, le deformazioni permanenti complessive, il danno a fatica e la profondità delle deformazioni in ognuno degli stati legati.

Short-term guidelines to improve crumb rubber modified asphalt concrete pavements. Final report.

Texas Department of Transportation, Austin

Response of asphalt concrete pavements to dynamic truck loads. Final report.

California Department of Transportation, Sacramento

Accommodating energy price volatility in life cycle cost analysis of asphalt pavements

Energy price is related to more than half of the total life cycle cost of asphalt pavements. Furthermore, the fluctuation related to price of energy has been much higher than the general inflation and interest rate. This makes the energy price inflation an important variable that should be addressed when performing life cycle cost (LCC) studies re- garding asphalt pavements. The present value of future costs is highly sensitive to the selected discount rate. Therefore, the choice of the discount rate is the most critical element in LCC analysis during the life time of a project. The objective of the paper is to present a discount rate for asphalt pavement projects as a function of interest rate, general inflation and energy price inflation. The discount rate is defined based on the portion of the energy related costs during the life time of the pavement. Consequently, it can reflect the financial risks related to the energy price in asphalt pavement projects. It is suggested that a discount rate sensitivity analysis for asphalt pavements in Sweden should range between –20 and 30%.

Implementation of pseudo J-integral based Paris’ law for fatigue cracking in asphalt mixtures and pavements

Pavement analysis and design for fatigue cracking involves a number of practical problems like material assessment/screening and performance prediction. A mechanics-aided method can answer these questions with satisfactory accuracy in a convenient way when it is appropriately implemented. This paper presents two techniques to implement the pseudo J-integral based Paris’ law to evaluate and predict fatigue cracking in asphalt mixtures and pavements. The first technique, quasi-elastic simulation, provides a rational and appropriate reference modulus for the pseudo analysis (i.e., viscoelastic to elastic conversion) by making use of the widely used material property: dynamic modulus. The physical significance of the quasi-elastic simulation is clarified. Introduction of this technique facilitates the implementation of the fracture mechanics models as well as continuum damage mechanics models to characterize fatigue cracking in asphalt pavements. The second technique about modeling fracture coefficients of the pseudo J-integral based Paris’ law simplifies the prediction of fatigue cracking without performing fatigue tests. The developed prediction models for the fracture coefficients rely on readily available mixture design properties that directly affect the fatigue performance, including the relaxation modulus, air void content, asphalt binder content, and aggregate gradation. Sufficient data are collected to develop such prediction models and the R2 values are around 0.9. The presented case studies serve as examples to illustrate how the pseudo J-integral based Paris’ law predicts fatigue resistance of asphalt mixtures and assesses fatigue performance of asphalt pavements. Future applications include the estimation of fatigue life of asphalt mixtures/pavements through a distinct criterion that defines fatigue failure by its physical significance.

Physical and Chemical Performance Testing of Ontario Asphalt Pavements

Thermal and fatigue cracking are the two of the major pavement distress phenomena that contribute significantly towards increased premature pavement failures in Ontario. This in turn puts a massive burden on the provincial budgets as the government spends huge sums of money on the repair and rehabilitation of roads every year. Governments therefore need to rethink and re-evaluate their current measures in order to prevent it in future. The main objectives of this study include: the investigation of fatigue distress of 11 contract samples at 10oC, 15oC, 20oC and 25oC and the use of crack-tip-opening-displacement (CTOD) requirements at temperatures other than 15oC; investigation of thermal and fatigue distress of the comparative analysis of 8 Ministry of Transportation (MTO) recovered and straight asphalt samples through double-edge-notched-tension test (DENT) and extended bending beam rheometry (EBBR); chemical testing of all samples though X-ray Fluorescence (XRF) and Fourier transform infrared analysis (FTIR); Dynamic Shear Rheometer (DSR) higher and intermediate temperature grading; and the case study of a local Kingston road. Majority of 11 contract samples showed satisfactory performance at all temperatures except one sample. Study of CTOD at various temperatures found a strong correlation between the two variables. All recovered samples showed poor performance in terms of their ability to resist thermal and fatigue distress relative to their corresponding straight asphalt as evident in DENT test and EBBR results. XRF and FTIR testing of all samples showed the addition of waste engine oil (WEO) to be the root cause of pavement failures. DSR high temperature grading showed superior performance of recovered binders relative to straight asphalt. The local Kingston road showed extensive signs of damage due to thermal and fatigue distress as evident from DENT test, EBBR results and pictures taken in the field. In the light of these facts, the use of waste engine oil and recycled asphalt in pavements should be avoided as these have been shown to cause premature failure in pavements. The DENT test existing CTOD requirements should be implemented at other temperatures in order to prevent the occurrences of premature pavement failures in future.

Rutting performance of asphalt pavements

Cold in-place recycling (CIR) and cold central plant recycling (CCPR) of asphalt concrete (AC) and/or full-depth reclamation (FDR) of AC and aggregate base are faster and less costly rehabilitation alternatives to conventional reconstruction for structurally distressed pavements. This study examines 26 different rehabilitation projects across the USA and Canada. Field cores from these projects were tested for dynamic modulus and repeated load permanent deformation. These structural characteristics are compared to reference values for hot mix asphalt (HMA). A rutting sensitivity analysis was performed on two rehabilitation scenarios with recycled and conventional HMA structural overlays in different climatic conditions using the Mechanistic Empirical Pavement Design (MEPDG). The cold-recycled scenarios exhibited performance similar to that of HMA overlays for most cases. The exceptions were the cases with thin HMA wearing courses and/or very poor cold-recycled material quality. The overall conclusion is that properly designed CIR/FDR/CCPR cold-recycled materials are a viable alternative to virgin HMA materials.