Waste plastic as a stabilizing additive in Stone Mastic Asphalt

The present study investigates the benefits of stabilizing the stone mastic asphalt (SMA) mixture in flexible pavement with shredded waste plastic. Conventional (without plastic) and the stabilized SMA mixtures were subjected to performance tests including Marshall Stability, tensile strength and compressive strength tests. Triaxial tests were also conducted with varying percentage bitumen by weight of mineral aggregate (6% to 8%) and by varying percentage plastic by weight of mix (6% to 12% with an increment of 1%). Plastic content of 10% by weight of bitumen is recommended for the improvement of the performance of Stone Mastic Asphalt mixtures. 10% plastic content gives an increase in the stability, split tensile strength and compressive strength of about 64%, 18% and 75% respectively compared to the conventional SMA mix. Triaxial test results show a 44% increase in cohesion and 3% decrease in angle of shearing resistance showing an increase in the shear strength. The drain down value decreases with an increase in plastic content and the value is only 0.09 % at 10% plastic content and proves to be an effective stabilizing additive in SMA mixtures

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.

Misturas betuminosas temperadas, do tipo SMA, com incorporação de material betuminoso reciclado e fibras celulósicas : contribuição para a sua caracterização

A crescente necessidade de reabilitação de pavimentos rodoviários tem conduzido ao aumento dos materiais resultantes das intervenções e ao consumo de quantidades significativas de energia e de novos materiais. Umas das formas de reduzir o consumo de energia decorrente da execução de trabalhos de reabilitação, e consequentemente a emissão de gases poluentes associada, é a produção de Misturas Betuminosas Temperadas. Estas são produzidas a temperaturas inferiores a 140ºC, o que permite poupar energia em relação às fabricadas a quente a uma temperatura superior a 140ºC. Por outro lado, a adição de Misturas Betuminosas Recuperadas (MBR) na produção de novas misturas, em substituição de parte dos agregados naturais e do betume novo, contribui para a diminuição do consumo de novos materiais, o que constitui uma prática ambientalmente sustentável e economicamente vantajosa. Reunindo os aspetos referidos no fabrico de misturas Stone Mastic Asphalt (SMA), caracterizadas pela sua elevada durabilidade e baixo custo de manutenção ao longo do seu ciclo de vida, pode obter-se uma mistura com inúmeras vantagens do ponto de vista económico e ambiental, destacando-se a redução do consumo e do custo de matérias-primas naturais, a redução do volume de resíduos a transportar a vazadouro, a redução do consumo de energia e a redução dos custos na manutenção e reabilitação dos pavimentos. Ao longo deste trabalho, descrevem-se as diversas tecnologias usadas para produzir misturas betuminosas temperadas, caracterizam-se as misturas do tipo Stone Mastic Asphalt, e mencionam-se os aspetos mais relevantes na incorporação de MBR na produção de novas misturas. Por último, foram realizados estudos experimentais com o intuito de investigar as propriedades volumétricas e o comportamento mecânico de misturas temperadas do tipo SMA com incorporação de MBR, contribuindo para o desenvolvimento deste tipo de misturas não tradicionais, com o objetivo de promover a sua utilização futura em trabalhos de pavimentação rodoviária.

Caratterizzazione dinamica di miscele bituminose SMA contenenti polverino di gomma da Pneumatici Fuori Uso

Lo Stone Matrix Asphalt (SMA) è un tipo di miscela chiusa costituita da uno scheletro litico di aggregato grosso, assortito in modo tale da ottenere una distribuzione granulometrica indicata con il termine gap-graded, e da un mastice, con funzione riempitiva, ottenuto dalla miscelazione di bitume, filler ed additivi stabilizzanti. In ambito di progettazione delle miscele per conglomerati bituminosi sta assumendo sempre più importanza l’utilizzo di materiali derivanti dalla frantumazione degli Pneumatici Fuori Uso, quali granulato e polverino di gomma. Quest’ultimo può essere impiegato come valida alternativa alla modifica polimerica del bitume garantendo maggiori prestazioni in termini di resistenza all’ormaiamento, a fatica e durabilità, con un conseguente contenimento dei costi di manutenzione della sovrastruttura nel medio e lungo periodo. Il presente studio è stato condotto con lo scopo di valutare le prestazioni meccaniche che una miscela di conglomerato bituminoso può esplicare a seguito della sua mescolazione con il polverino di gomma. In particolare, è stata impiegata una miscela bituminosa di tipo SMA che, data la sua composizione interna, conferisce allo strato di usura della pavimentazione ottime qualità soprattutto in termini di resistenza alle sollecitazioni, durabilità, fonoassorbenza e macrotessitura superficiale. Al fine di rendere più esaustiva la fase sperimentale, sono state messe a confronto due miscele di tipo SMA differenti tra loro per l’aggiunta del polverino di gomma. I dati ottenuti e le considerazioni effettuate al termine della fase sperimentale hanno permesso di affermare che la miscela indagata possiede proprietà meccaniche idonee per essere impiegata nella realizzazione di nuove infrastrutture o nella manutenzione delle pavimentazioni esistenti.

Evaluation of Stone Matrix Asphalt : final report /

"January 1996"--Cover.

Rheological Characterization of Bitumen and Asphalt including the effect of Added-recycled Material

This thesis evaluates the rheological behaviour of asphalt mixtures and the corresponding extracted binders from the mixtures containing different amounts of Reclaimed Asphalt (RA). Generally, the use of RA is limited to certain amounts. The study materials are Stone Mastic Asphalts including a control sample with 0% RA, and other samples with RA rates of 30%, 60% and 100%. Another set of studied mixtures are Asphalt Concretes (AC) types with again a control mix having 0% RA rate and the other mixtures designs containing 30%, 60% and 90% of reclaimed asphalt which also contain additives. In addition to the bitumen samples extracted from asphalt mixes, there are bitumen samples directly extracted from the original RA. To characterize the viscoelastic behaviour of the binders, Dynamic Shear Rheometer (DSR) tests were conducted on bitumen specimens. The resulting influence of the RA content in the bituminous binders are illustrated through master curves, black diagrams and Cole-Cole plots with regressing these experimental data by the application of the analogical 2S2P1D and the analytical CA model. The advantage of the CA model is in its limited number of parameters and thus is a simple model to use. The 2S2P1D model is an analogical rheological model for the prediction of the linear viscoelastic properties of both asphalt binders and mixtures. In order to study the influence of RA on mixtures, the Indirect Tensile Test (ITT) has been conducted. The master curves of different mixture samples are evaluated by regressing the test data points to a sigmoidal function and subsequently by comparing the master curves, the influence of RA materials is studied. The thesis also focusses on the applicability and also differences of CA model and 2S2P1D model for bitumen samples and the sigmoid function for the mixtures and presents the influence of the RA rate on the investigated model parameters.

Estimated lifetimes of road pavements in Sweden using time-to-event analysis

Maintenance planning of road pavement requires reliable estimates of roads’ lifetimes. In determining the lifetime of a road, this study combines maintenance activities and road condition measurements. The scope of the paper is to estimate lifetimes of road pavements in Sweden with time to event analysis. The model used includes effects of pavement type, road type, bearing capacity, road width, speed limit, stone size and climate zone, where the model is stratified according to traffic load. Among the nine analyzed pavement types, stone mastic had the longest expected lifetime, 32 percent longer than asphalt concrete. Among road types, ordinary roads with cable barriers had 30 percent shorter lifetime than ordinary roads. Increased speed lowered the lifetime, while increased stone size (up to 20 mm) and increased road width lengthened the lifetime. The results are of importance for life cycle cost analysis and road management.

Specifications for the bituminous surface treatment of gravel and crushed stone surfaces, subclass A-3 (Liquid and powdered asphalt) : effective May 15, 1939.

Mode of access: Internet.

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.

Specifications for the bituminous surface treatment of gravel and crushed stone surfaces, subclass A-1.

Mode of access: Internet.

Towards asphalt mixture morphology evaluation with the virtual specimen approach

The morphology of asphalt mixture can be defined as a set of parameters describing the geometrical characteristics of its constituent materials, their relative proportions as well as spatial arrangement in the mixture. The present study is carried out to investigate the effect of the morphology on its meso- and macro-mechanical response. An analysis approach is used for the meso-structural characterisation based on the X-ray computed tomography (CT) data. Image processing techniques are used to systematically vary the internal structure to obtain different morphology structures. A morphology framework is used to characterise the average mastic coating thickness around the main load carrying structure in the structures. The uniaxial tension simulation shows that the mixtures with the lowest coating thickness exhibit better inter-particle interaction with more continuous load distribution chains between adjacent aggregate particles, less stress concentrations and less strain localisation in the mastic phase.