Roads and Bridges - Drogi i Mosty
17, 2, 2018, 93-109

Rheological properties of road bitumens modified by natural asphalt

Marcin Gajewski Mail
Road and Bridge Research Institute, 1 Instytutowa str., 03-302 Warsaw
Renata Horodecka Mail
Road and Bridge Research Institute, 1 Instytutowa str., 03-302 Warsaw
Published: 2018-06-30

Abstract

The paper presents comprehensive results of the performance and non-standard rheological tests of chosen paving-grade bitumens modified by adding natural asphalt. It has been demonstrated that standard performance tests give the same classification rating to bitumens that have considerably different rheological properties. In such situations it is indispensable to test visco-elastic properties (complex shear modulus test) and visco-elastic-plastic properties (using tests with repeated stress pulse, such as MSCR). Additionally, a test used for indirect determination of so-called distinct phase transitions was carried out as part of this research. Although phase transitions are not distinct in the case of bitumen binders, the temperature corresponding to the maximum value of the imaginary part of the complex stiffness modulus can be treated as an important parameter from the point of view of thermodynamics and rheology. The benefits of modification of binders by addition of natural asphalts are clearly evident in the standard binder/aggregate bond strength test. Conversely, the respective non-standard tests failed to demonstrate the advantages of paving-grade bitumens modified with natural asphalt until MSCR and phase transition tests were carried out to this effect.

Keywords


complex moduli, DSR (dynamic shear rheometer), MSCR (multiple stress creep recovery), natural/native asphalt, phase transition, rheological properties.

Full Text:

PDF PDF

References


Ameri M., Mansourian A., Ashani S., Yadollahi G.: Technical study on the Iranian Gilsonite as an additive for modification of asphalt binders used in pavement. Construction and Building Materials, 25, 2011, 1379-1387

Ameri M., Mansourian A., Sheikhmotevali A.: Investigating effects of ethylene vinyl acetate and gilsonite modifiers upon performance of base bitumen using Superpave tests methodology. Construction and Building Materials, 36, 2012, 1001-1007

Bilski M.: Właściwości reologiczne asfaltów drogowych modyfikowanych dodatkiem asfaltów naturalnych z uwzględnieniem wpływu starzenia. Rozprawa doktorska, Politechnika Poznańska, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Instytut Inżynierii Lądowej, Poznań, 2017, 289p

Cholewińska M., Iwański M.: Modification of petroleum road asphalt 50/70 with natural asphalt Gilsonite. Structure & Environment, 2, 3, 2011, 5-10

Danowski M.: Nawierzchnie z dodatkiem asfaltu naturalnego Trynidad. Nawierzchnie asfaltowe, 2, 2009, 7-13

Grabowski W., Słowik M.: Nawierzchnie asfaltowe z dodatkiem asfaltu naturalnego Trinidad Epuré. Przegląd Budowlany, 83, 9, 2012, 20-23

Babagoli R., Hasaninia M., Namazi N.M.: Laboratory evaluation of the effect of Gilsonite on the performance of stone matrix asphalt mixtures. Road Materials and Pavement Design, 16, 4, 2015, 889-906

Król J., Radziszewski P., Kowalski K., Swieżewski P.: Właściwości niskotemperaturowe lepiszczy asfaltowych z dodatkiem parafin nowej generacji. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej: nr 283, Budownictwo i Inżynieria Środowiska, 59, 3/12/III, 2012, 265-271

Somé S.C., Pavoine A., Chailleux E.: Evaluation of the potential use of waste sunflower and rapeseed oils-modified natural asphalt as binders for asphalt pavement design. International Journal of Pavement Research and Technology, 9, 2016, 368-375

Themeli A., Chailleux E., Farcas F., Chazallon C., Migault B., Didelet G.: Ageing performances of asphaltite modified asphalts; Comparisons with equivalent petroleum asphalts. Materiały konferencyjne: 8RILEM International Symposium on Testing and Characterization of Sustainable and Innovative Bituminous Materials, 2015, 89-102

Yasar E.: Obtaining of modified asphalt with optimum quality through mixing of natural asphalt (gilsonite), asphalt and thinner oil. Geomech. Geophys. Geo-energy Geo-resour., 1, 2015, 103-107

Yilmaz M., Ertugrul Çeloglu M.: Effects of SBS and different natural asphalts on the properties of bituminous binders and mixtures. Construction and Building Materials, 44, 2013, 533-540

Błażejowski K., Olszacki J., Peciakowski H.: Poradnik asfaltowy. ORLEN Asphalt, Płock, 2014, 144p

Król J., Matraszek K.: Właściwości wysokotemperaturowe lepiszczy asfaltowych w badaniu cyklicznego pełzania z odprężeniem (MSCR). Drogownictwo, 10, 2012, 321-324

Piłat J., Radziszewski P.: Nawierzchnie asfaltowe. Wydawnictwa Komunikacji i Łaczności, Warszawa, 2010, 544p

Soenen H., Besamusca J., Fischer H., Poulikakos L., Planche J., Das P., et al.: Laboratory investigation of asphalt based on round robin DSC and AFM tests. Materials and Structures, 47, 7, 2014, 1205-1220

Styk S., Błażejowski K.: Technologia warstw asfaltowych. Wydawnictwa Komunikacji i Łaczności, Warszawa, 2014, 408p

Mezger T.G.: The Rheology - Handbook, For users of rotational and oscillatory rheometers. Vincentz Verlag, Hannover, 2002, 432p

Błażejowski K., Wójcik-Wiśniewska M.: Poradnik asfaltowy. ORLEN Asphalt, Płock, 2016, 147p

Barnes H.A., Hutton J.F., Walters K.: An Introduction to Rheology. Rheology Series, Elsevier, 3, 1989, 200p

Jemioło S., Gajewski M.: Modele konstytutywne do opisu zachowania się asfaltów i mas mineralno-asfaltowych w drogowo-lotniskowych nawierzchniach komunikacyjnych. Theorethical Foundations of Civil Engineering, Polish-Ukrainian Transactions, W. Szcześniak [ed], Oficyna Wydawnicza PW, 2002, Warszawa, 939-960

Ward J.M.: Mechaniczne własności polimerów jako tworzyw konstrukcyjnych. PWN, Warszawa, 1975, 374p

Gajewski M.: Comparison of rheological properties of chosen elastomers used in production of bridge bearings. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 16, 1, 2017, 47-64

D’Angelo J., Kluttz R., Dongré R., Stephens K., Zanzotto L.: Revision of the Superpave High Temperature Binder Specification: The Multiple Stress Creep Recovery Test. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 76, 2007, 123?157

Zoorob S.E., Castro-Gomez J.P., Pereira Oliveira L.A., O’Connell J.: Investigating the Multiple Stress Creep Recovery Asphalt Characterization Test. Construction and Building Materials, 30, 2012, 734-745

Gajewski M., Wróbel A., Jemioło S., Sybilski D.: Ocena wybranych lepiszczy asfaltowych pod względem ich odporności na deformacje trwałe. Logistyka, 6, 2009, cd, 1-10

Gajewski M., Bańkowski W., Sybilski D.: The influence of binder rheological properties on asphalt mixture permanent deformation. The Baltic Journal of Road and Bridge Engineering, 10, 1, 2015, 54-60

Pszczoła M.: Spękania niskotemperaturowe warstw asfaltowych nawierzchni. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 5, 3, 2006, 76-110

Read J., Whiteoak D.: The Shell Asphalt Handbook. Wyd. 5, Thomas Telford Publishing, Londyn, 2003, 464p


Rheological properties of road bitumens modified by natural asphalt

  
Gajewski, Marcin; Horodecka, Renata. Rheological properties of road bitumens modified by natural asphalt. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, [S.l.], v. 17, n. 2, p. 93-109, jun. 2018. ISSN 2449-769X. Available at: <>. Date accessed: 19 Dec. 2018. doi:http://dx.doi.org/10.7409/rabdim.018.006.