Classification of recycled sands and their applications as fine aggregates for concrete and bituminous mixtures

As a result of the drive towards waste-poor world and reserving the non-renewable materials, recycling the construction and demolition materials become very essential. Now reuse of the recycled concrete aggregate more than 4 mm in producing new concrete is allowed but with natural sand a fine aggregate while. While the sand portion that represent about 30\% to 60\% of the crushed demolition materials is disposed off. To perform this research, recycled concrete sand was produced in the laboratory while nine recycled sands produced from construction and demolitions materials and two sands from natural crushed limestone were delivered from three plants. Ten concrete mix designs representing the concrete exposition classes XC1, XC2, XF3 and XF4 according to European standard EN 206 were produced with partial and full replacement of natural sand by the different recycled sands. Bituminous mixtures achieving the requirements of base courses according to Germany standards and both base and binder courses according to Egyptian standards were produced with the recycled sands as a substitution to the natural sands. The mechanical properties and durability of concrete produced with the different recycled sands were investigated and analyzed. Also the volumetric analysis and Marshall test were performed hot bituminous mixtures produced with the recycled sands. According to the effect of replacement the natural sand by the different recycled sands on the concrete compressive strength and durability, the recycled sands were classified into three groups. The maximum allowable recycled sand that can be used in the different concrete exposition class was determined for each group. For the asphalt concrete mixes all the investigated recycled sands can be used in mixes for base and binder courses up to 21\% of the total aggregate mass.

Density, absorption and specific gravity tests of aggregates, bituminous mixtures and surfaces.

Mode of access: Internet.

Influência da temperatura e da energia de compactação nos parâmetros obtidos em ensaios no âmbito na marcação CE de misturas betuminosas

Em Portugal, grande parte da rede rodoviária é constituída por pavimentos flexíveis a quente, os quais têm vindo a ser alvo de um estudo exaustivo devido ao elevado aumento do tráfego registado nos últimos anos. Todos os estudos realizados em misturas betuminosas, após 1 de Março de 2008, utilizam as normativas da marcação CE, estabelecidas pela União Europeia no Âmbito da Directiva Comunitária nº 93/465/CEE e têm como objectivo garantir aos utentes que os materiais utilizados foram produzidos de forma controlada, de acordo com os requisitos definidos. Este trabalho teve como principal objectivo avaliar a influência da temperatura e da energia de compactação nas Misturas Betuminosas. Nesse intuito, estudaram‐se diferentes formulações das Misturas Betuminosas, nas quais se fez variar a temperatura e a energia de compactação. Neste trabalho apresentam‐se as formulações propostas, os ensaios realizados segundo a Marcação CE e a análise dos resultados obtidos. Executou‐se, também, o ensaio Marshall de forma a estudar e avaliar o desempenho da mistura. Pressupõe‐se que a variação da temperatura numa mistura betuminosa é bastante importante por ser responsável pelo comportamento dos betumes, o qual se reflecte na mistura originando variações no respectivo comportamento mecânico que serão tanto maiores quanto maior for a percentagem de betume da mesma. A energia de compactação tem como objectivo reduzir o índice de vazios da mistura através do rearranjo das partículas, originando desse modo uma diminuição da camada da mistura betuminosa, responsável pela melhoria do comportamento mecânico e funcional da camada.

Asphalt rubber mixtures in Portugal: fatigue resistance

This paper presents a study concerning the fatigue behaviour of asphalt mixtures with bitumen modified with high content of crumb rubber used in Portugal. For assessing the fatigue behaviour of this type of mixtures, four asphalt mixtures with high content of crumb rubber were used: two field bituminous mixtures – an open-graded and a gap-graded – both with granite aggregates; and two laboratory manufactured bituminous mixtures – an open-graded mixture with granite aggregates and a gap-graded mixture with crushed gravel aggregates. Since this type of mixtures are mainly applied in wearing courses, the effect of ageing in the fatigue behaviour of one of the studied asphalt rubber mixtures was also assessed through laboratory testing. The paper presents the main results achieved so far concerning the fatigue resistance and it could be concluded that all the materials have exhibited a good behaviour, in agreement with others previous studies. In the case of the aged gap-graded material, it was observed a slight reduction on the fatigue life comparatively to the un-aged one.

Recycled asphalt mixtures with foamed bitumen: an alternative to build ecofriendly road pavements

Nowadays, recycling has become a very important objective for the society in the scope of a closed loop product life cycle. In recent years, new recycling techniques have been developed in the area of road pavements that allow the incorporation of high percentages of reclaimed asphalt (RA) materials in recycled asphalt mixtures. The use of foamed bitumen for production of recycled asphalt mixtures is one of those techniques, which also allows the reduction of the mixing temperatures (warm mix technology). However, it is important to evaluate if this solution can maintain or improve the performance of the resulting mixtures. Thus, the main aim of the present study is to assess the performance of warm recycled asphalt mixtures incorporating foamed bitumen as the new binder and 50% RA, in comparison with a control mixture using conventional bitumen. Four mixtures have been produced with 50% RA, one of them at typical high mixing temperatures with a conventional bitumen (control mixture) and the other three with foamed bitumen at different production temperatures. These four mixtures were tested to evaluate their compactability and water sensitivity. The laboratory test results showed that the production of recycled mixtures with foamed bitumen can be reduced by 40ºC without changing the performance of the resulting mixtures.

Evaluation of foamed bitumen efficiency in warm asphalt mixtures recycling

The recycling of pavements is nowadays a very important question to the road paving industry. With the objective of incorporating higher percentages of reclaimed asphalt (RA) materials in recycled asphalt mixtures, new techniques have been developed in the last years. The use of foamed bitumen is normally associated with the production of cold asphalt mixtures, which usually show lower quality standards. However, the objective of the work presented in this paper is to assess the use of foamed bitumen as the binder of warm asphalt mixtures incorporating 30% RA, which have quality standards similar to those of conventional mixtures. Thus, five mixtures have been produced with 30% RA, one of them with a conventional bitumen (control mix) and the others with foamed bitumen at different production temperatures. The mixtures were tested for compactability and water sensitivity and the results show a possible reduction of 25 ºC in the production temperatures, while the water sensitivity test results were kept close to 90 %.

A mechanical analysis of asphalt recycled mixtures produced with high recycling rates

In this work four asphalt mixtures were compared in terms of mechanical characteristics. One of the mixtures (control mixture) was used as a reference to the study of three mixtures produced with reclaimed asphalt pavement (RAP). One of the recycled mixtures incorporated 30% of RAP and the other two were produced with 50% of RAP. The effect of using a rejuvenator additive (3% rejuvenator) was also evaluated in one of the mixtures with 50% of RAP.

Foamed Bitumen: an alternative way of producing asphalt mixtures

With the constant need to improve and make the production of asphalt mixtures more sustainable, new production techniques have been developed, the implementation of which implies the correct knowledge of their performance. One of the most promising asphalt production techniques is the use of foamed bitumen. However, it is essential to understand how this binder will behave when subject to the expansion process. The loss of volume of the foamed bitumen could be translated by a decay curve, which allows to determine the ideal temperature and water content added to the bitumen in order to assure adequate conditions to the mix the bitumen with the aggregates. On the present study, a conventional 160/220 pen grade bitumen was tested by using different temperatures and water contents, and it was concluded that the optimum temperature for the production of foamed bitumen (with the studied bitumen) is 150 ºC, which corresponds to a viscosity of 0.1 Pa.s. The water content mostly influence the half-life of the bitumen foam, resulting in quicker volume reductions for higher water contents.

PREDICTING DIFFUSIVITIES IN DENSE FLUIDS

In this work the Weeks-Chandler-Andersen (WCA) perturbation theory coupled with the Enskog’s solution of the Boltzmann equation for dense hard-sphere fluids is employed for estimating diffusion coefficients in compressed pure liquids and fluids and dense fluid mixtures. The effect of density correction on the estimation of diffusivities is analyzed using the Carnahan-Starling pair correlation function and the correlation of Speedy and Harris which have been proposed as models of self-diffusion coefficient of hard-sphere fluids. The approach presented here is based on the smooth hard-sphere theory without any binary adjustable parameters and can be readily used for estimating diffusivities in multicomponent fluid mixtures. It is shown that the correlated and the predicted diffusivities are in good agreement with the experimental data and much better than estimates of Wilke-Chang equation.

Influence of additives on the charactaristics of stone matrix asphalt

The increase in traffic growth and maintenance expenditures demands the urgent need for building better, long-lasting, and more efficient roads preventing or minimizing bituminous pavement distresses. Many of the principal distresses in pavements initiate or increase in severity due to the presence of water. In Kerala highways, where traditional dense graded mixtures are used for the surface courses, major distress is due to moisture induced damages. The Stone Matrix Asphalt (SMA) mixtures provide a durable surface course. Proven field performance of test track at Delhi recommends Stone Matrix Asphalt as a right choice to sustain severe climatic and heavy traffic conditions. But the concept of SMA in India is not so popularized and its application is very limited mainly due to the lack of proper specifications. This research is an attempt to study the influence of additives on the characteristics of SMA mixtures and to propose an ideal surface course for the pavements. The additives used for this investigation are coir, sisal, banana fibres (natural fibres), waste plastics (waste material) and polypropylene (polymer). A preliminary investigation is conducted to characterize the materials used in this study. Marshall test is conducted for optimizing the SMA mixtures (Control mixture-without additives and Stabilized mixtures with additives). Indirect tensile strength tests, compression strength tests, triaxial strength tests and drain down sensitivity tests are conducted to study the engineering properties of stabilized mixtures. The comparison of the performance of all stabilized mixtures with the control mixture and among themselves are carried out. A statistical analysis (SPSS package Ver.16) is performed to establish the findings of this study

Influence Of Additives On The Drain Down Characteristics Of Stone Matrix Asphalt Mixtures

In Kerala highways, where traditional dense graded mixtures are used for the surface courses, major distress is due to moisture induced damages. Development of stabilized Stone Matrix Asphalt (SMA) mixtures for improved pavement performance has been the focus of research all over the world for the past few decades. Many successful attempts are made to stabilize SMA mixtures with synthetic fibres and polymers. India, being an agricultural economy produces fairly huge quantity of natural fibres such as coconut, sisal, banana, sugar cane, jute etc.. Now- a -days the disposal of waste plastics is a major concern for an eco- friendly sustainable environment. This paper focuses on the influence of additives like coir, sisal, banana fibres (natural fibres), waste plastics (waste material) and polypropylene (polymer) on the drain down characteristics of SMA mixtures. A preliminary investigation is conducted to characterize the materials used in this study. Drain down sensitivity tests are conducted to study the bleeding phenomena and drain down of SMA mixtures. Based on the drain down characteristics of the various stabilized mixtures it is inferred that the optimum fibre content is 0.3% by weight of mixture for all fibre mixtures irrespective of the type of fibre. For waste plastics and polypropylene stabilized SMA mixtures, the optimum additive contents are respectively 7% and 5% by weight of mixture. Due to the absorptive nature of fibres, fibre stabilizers are found to be more effective in reducing the drain down of the SMA mixture. The drain values for the waste plastics mix is within the required specification range. The coir fibre additive is the best among the fibres investigated. Sisal and banana fibre mixtures showed almost the same characteristics on stabilization.

Caracterização mecânica de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes

A maioria das infra-estruturas de transportes, nomeadamente os pavimentos rodoviários e aeroportuários, são constituídas por misturas betuminosas, o que permite um bom desempenho e uma adequada durabilidade, nas condições usuais de serviço. As misturas betuminosas são ainda amplamente utilizadas na construção de zonas de estacionamento de veículos, tendo-se verificado recentemente a sua aplicação também em infra-estruturas ferroviárias. Face à necessidade de melhorar o desempenho das vias-férreas, permitindo uma concepção mais durável de linhas de alta velocidade e uma redução dos custos da sua manutenção, tem-se vindo a desenvolver diversos estudos para promover a utilização de novos materiais, principalmente através da incorporação de misturas betuminosas. O presente trabalho tem como objectivo a caracterização do comportamento mecânico de misturas betuminosas a aplicar em infra-estruturas de transportes. Como metodologia para o estudo do comportamento mecânico das misturas betuminosas foram realizados em laboratório ensaios de cargas repetidas, nomeadamente, ensaios de flexão em quatro pontos para determinação da rigidez e da resistência à fadiga e ensaios de compressão triaxiais cíclicos para avaliação do comportamento à deformação permanente. A resistência à fadiga das misturas betuminosas em estudo foi avaliada através do ensaio de flexão em quatro pontos, com extensão controlada, e aplicação de um carregamento sinusoidal com diferentes frequências, de acordo com o procedimento de ensaio da norma europeia EN 12697-24 (2004 + A1: 2007). A resistência à deformação permanente das misturas betuminosas foi analisada através de ensaios de compressão triaxiais cíclicos, submetendo-as a uma tensão de confinamento estática pela aplicação parcial de vácuo e a uma pressão axial cíclica sob a forma rectangular, de acordo com a norma europeia EN 12697-25 (2004). O conhecimento destas propriedades mecânicas assume particular importância ao nível da formulação das misturas betuminosas, do dimensionamento de uma estrutura ou do estabelecimento de uma adequada solução para uma obra de reabilitação duma infra-estrutura de transportes. Para este estudo foi utilizado um modelo físico construído numa fossa no LNEC, com o propósito de serem testadas três substruturas ferroviárias não convencionais, utilizando sub-balastro betuminoso. A selecção das substruturas foi efectuada após uma análise de várias secções de estruturas já testadas e aplicadas noutros países, de forma a proporcionar comparações fiáveis entre elas. Os resultados obtidos mostraram que a mistura betuminosa AC20 base 50/70 (MB) aplicada na camada de sub-balastro é adequada para ser aplicada nas infra-estruturas de transportes pois apresenta um bom desempenho à fadiga e à deformação permanente. Através dos ensaios efectuados foi ainda possível entender a importante influência das características volumétricas, principalmente da porosidade para o bom comportamento da mistura betuminosa.

Estudo da utilização de fibras em misturas betuminosas

A presente dissertação tem como objectivo principal aprofundar os conhecimentos sobre a incorporação de fibras em misturas betuminosas, em particular, sobre as misturas do tipo Stone Mastic Asphalt (SMA). Para este tipo de mistura betuminosa existe uma norma de produto europeia, a EN 13108-5:2006. Os ensaios tipo iniciais para efeitos de certificação CE das misturas estão contemplados na norma portuguesa NP EN 13108-20:2008, onde também são estipuladas as condições de ensaio. São descritos diversos tipos de fibras passíveis de serem utilizadas no fabrico da mistura betuminosa do tipo SMA, dando especial enfoque às misturas fabricadas com fibras celulósicas, uma vez que este tipo específico de mistura é frequentemente aplicado em camada de desgaste noutros países, com reconhecidas vantagens em termos de durabilidade e desempenho do pavimento. As misturas do tipo SMA são descritas, analisando-se métodos de formulação e métodos para a sua caracterização. Posteriormente, são apresentados e discutidos os trabalhos experimentais levados a cabo para um caso concreto. Os ensaios realizados permitiram caracterizar a mistura quanto à sensibilidade à água, ao seu módulo de rigidez e resistência à deformação permanente. Conclui-se que a mistura do tipo SMA com a incorporação de fibras analisada, apresenta bom comportamento à deformação permanente e boa resistência á acção da água, comparativamente às misturas betuminosas tradicionais aplicadas em camada de desgaste.

Análise comparativa de soluções adotadas para a reabilitação de pavimentos flexíveis que integram a rede rodoviária nacional

A presente dissertação tem como objetivo efetuar a análise comparativa de soluções adotadas de reabilitação de pavimentos flexíveis que integram a rede rodoviária nacional. No âmbito desta análise apresenta-se o estado da arte respeitante à reabilitação de pavimentos flexíveis, nomeadamente: mecanismos de degradação, famílias de degradações, avaliação da capacidade de carga dos pavimentos, metodologia utilizada no dimensionamento do reforço de pavimentos, sendo também efetuada uma análise comparativa de técnicas de reforço de pavimentos e dos tratamentos antifendas. Neste contexto, apresenta-se um caso de estudo no qual é efetuada uma análise de três soluções possíveis para a reabilitação estrutural do pavimento do IC 20 entre Almada e a Costa de Caparica. É feita a descrição da solução projetada pela EP, SA patenteada em concurso público lançado em 2007, a qual é de certa forma inovadora ao nível do tratamento retardador da reflexão de fendas. Aquela solução técnica é constituída pela aplicação de grelhas de fibra de vidro e grelhas de fibra de carbono, seguidas da colocação de uma camada de desgaste em mistura betuminosa rugosa com betume modificado com baixa percentagem de borracha reciclada de pneus usados (BBr - BBB). Complementarmente, é efetuada a análise da solução do projeto de reabilitação do IC 20, patenteado pela Subconcessionária do Baixo Tejo, que contemplou a aplicação de misturas betuminosas rugosas com betume modificado com média percentagem de borracha reciclada de pneus usados (BBr - BBM). Para além da solução patenteada pela subconcessionária, é analisada a solução do projeto de alterações (variante) apresentado pelo agrupamento de empresas construtoras, que foi adotado na execução da obra realizada no IC 20. A intervenção de reabilitação estrutural contemplou a utilização de uma camada de ligação em AC 16 10/20 (MBAM) e uma camada de desgaste em mistura betuminosa rugosa com betume modificado com média percentagem de borracha reciclada de pneus usados (BBr - BBM). Adicionalmente à caracterização de diferentes soluções de reabilitação de pavimentos flexíveis adotados em Portugal, é efetuada uma análise comparativa dos custos de ciclo de vida (construção, manutenção e conservação) de cada tipo de solução de reabilitação.

Betão betuminoso com betume anti-querosene Formulação, aplicação e comportamento

Mestrado em Engenharia Geotécnica e Geoambiente