Roads and Bridges - Drogi i Mosty
22, 1, 2023, 63-80

Assessment of suitability of reclaimed asphalt pavement material for use in cement concrete pavements

Mateusz Marek Iwański Mail
https://orcid.org/0000-0002-3183-0141
Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, 7 Tysiąclecia Państwa Polskiego Av., 25-314 Kielce
Małgorzata Linek Mail
https://orcid.org/0000-0003-1583-4377
Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, 7 Tysiąclecia Państwa Polskiego Av., 25-314 Kielce
Piotr Nita Mail
https://orcid.org/0000-0002-4779-9185
Air Force Institute of Technology, 6 Księcia Bolesława Av., 01-494 Warsaw
Patrycja Piotrowska Mail
Kielce University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, 7 Tysiąclecia Państwa Polskiego Av., 25-314 Kielce
Eva Remišová Mail
https://orcid.org/0000-0002-0766-1069
University of Žilina, Faculty of Civil Engineering, 8215/1 Univerzitná Str., 010 26 Žilina, Slovakia
Published: 2023-03-31

Abstract

The article presents an assessment of suitability of reclaimed asphalt pavement (RAP) material for use in cement concrete mixtures dedicated for road structures. The analysis encompassed determination and evaluation of six parameters of RAP material in terms of its usability in concrete pavement construction. Since the external conditions acting on an asphalt pavement during its service life may cause aging of the binder and changes in proportions of its chemical composition, it was necessary to analyze the parameters of the obtained RAP aggregate, with particular focus on texture, water absorption, binder properties and surface characteristics of particles covered with bituminous binder. Reuse of RAP material in cement concrete mixtures dedicated for pavement structures is proposed in the article. Basic parameters of cement concretes containing chosen RAP aggregates were determined and discussed.

Keywords


concrete pavements, reclaimed asphalt pavement, road pavements.

Full Text:

PDF PDF PDF PDF

References


Glinicki M.A.: Inżynieria betonowych nawierzchni drogowych. PWN, Warszawa, 2019

Nita P.: Budowa i utrzymanie nawierzchni lotniskowych. WKiŁ, Warszawa, 2008

Nita P., Linek M., Wesołowski M.: Betonowe i specjalne nawierzchnie lotniskowe. Teoria i wymiarowanie konstrukcyjne. ITWL, Warszawa, 2021

Szydło A.: Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego. Teoria, wymiarowanie, realizacja, PC, Kraków, 2004

Delatte, N.J.: Concrete pavement design, Construction and performance. CRC Press, London, 2017, DOI: 10.1201/9781482288483, https://www.taylorfrancis.com/books/mono/10.1201/9781482288483/concrete-pavement-design-construction-performance-norbert-delatte (20.03.2023)

Solonenko I.: The use of cement concrete pavements for roads, depending on climatic conditions. Tehnicki Glasnik, 13, 3, 2019, 235-240, DOI: 0.31803/tg-20190518181647

Watts B., Graczyk M., Gáspár L., Wistuba M., Pospisil K., Górski M., Bueche N., de Larrad F.: Making Best Use of Long-Life Pavements in Europe Phase 3: A Guide to the use of Long-Life Rigid Pavements, 2019, https://www.researchgate.net/publication/331224543_Making_Best_Use_of_Long-Life_Pavements_in_Europe_Phase_3_A_Guide_to_the_use_of_Long-Life_Rigid_Pavements (21.03.2023)

Linek M., Nita P., Żebrowski W., Wolka P.: Assessment of granite, quartz and syenite aggregate suitability intended for the application in case of transport pavement concrete. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 471, 2019, ID article: 032076, DOI: 10.1088/1757-899X/471/3/032076

Linek M., Nita P., Wolka P., Żebrowski W.: Usefulness of porphyry and amphibolites as a component of concrete for airfield pavements. MATEC Web of Conferences, 163, 2018, ID article: 07002, DOI: 10.1051/matecconf/201816307002.

Babińska J., Bobrowicz J.: Durability of concrete in the context of alkaline reactivity of aggregates, 9th Conference Dni Betonu, Wisła, Poland, 2016, 539-552

Jóźwiak-Niedźwiedzka D., Antolik A., Dziedzic K., Glinicki M.A., Gibas K.: Resistance of selected aggregates from igneous rocks to alkali-silica reaction: verification. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 18, 1, 2019, 67-83, DOI: 10.7409/rabdim.019.005

Gruszczyński M.: Damage to concrete surfaces caused by defective aggregate quality, 8th Conference Dni Betonu, Wisła, Poland, 2014, 39-50

Giergiczny Z., Pużak T., Sokołowski M.: Selection of cement for particular exposition classes described in standard PN-EN 206-1 Concrete. Part 1: requiments, properties, production and conformity, 1-13, https://www.dnibetonu.com/wp-content/pdfs/2004/giergiczny_puzak_sokolowski.pdf (21.03.2023)

Kurdowski W.: Cement and Concrete Chemistry. Polish Cement Association, Cracow, 2010

Rudnicki T.: The influence of the type of cement on the properties of surface cement concrete. Materials, 15, 14, 2022, ID article: 4998, DOI: 10.3390/ma15144998

Gołaszewski J.: Cooperation of cements with admixtures. 15. Konferencja „Reologia w Technologii Betonu", Gliwice, 2013, 73-88, https://spchb.pl/download/files/1442.pdf (21.03.2023)

Jasiczak J., Mikołajczak P.: Technology of concrete modified with admixtures and additives. Proceedings of Poznan University of Technology, 2003

Amirov T., Aripov X., Qurbonov B., Tuxtayev M., Rakhmatov S.: Designing the composition of Road concrete with chemical additives. E3S Web of Conferences, 264, 2021, ID article: 02049, DOI: 10.1051/e3sconf/202126402049

Botsman L.N., Ageeva M.S., Botsman A.N., Shapovalov S.M.: Modified pavement cement concrete. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 327, 2018, ID article: 032011, DOI: 10.1088/1757-899X/327/3/032011

Linek M.: Airport cement concrete with ceramic dust of increased thermal resistance. Materials, 15, 10, 2022, ID article: 3673, DOI: 10.3390/ma15103673

Mishutin A.V., Zavoloka M.V., Kintia L.: Management of cement-concrete road pavement structure. Journal of Engineering Science, Architecture, Civil and Environmental Engineering, Architecture, Urbanism and Cadaster, 26, 1, 2019, 91-95, DOI: 10.5281/zen odo.2649980

Linek M., Nita P.: Neural networks in diagnostics of concrete airfield pavements. Road and Bridges - Drogi i Mosty, 21, 1, 2022, 81-97, DOI: 10.7409/rabdim.022.005

Dziennik Ustaw poz. 1923 Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów

Dziennik Ustaw 2013 poz. 21, U S T AWA z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach

Rozporządzenie Ministra Klimatu i Środowiska z dnia 8 listopada 2021 r. w sprawie określenia szczegółowych kryteriów stosowania warunków utraty statusu odpadów dla odpadów destruktu asfaltowego

PN-EN 13108-8: 2016-07 Mieszanki mineralno-asfaltowe – Wymagania – Część 8: Destrukt asfaltowy

Zawadzki J., Kłos M.: Zasady projektowania betonu asfaltowego o zwiększonej odporności na odkształcenia trwałe. Wytyczne oznaczania odkształcenia i modułu sztywności mieszanek mineralno-bitumicznych metodą pełzania pod obciążeniem statycznym. IBDiM, Seria „I”, 48, Warszawa 1995

Stimilli A., Ferrotti G., Graziani A., Canestrari F.: Performance evaluation of a coldrecycled mixture containing high percentage of reclaimed asphalt. Road Materials and Pavement Design, 14, 2013, 149-161, DOI: 10.1080/14680629.2013.774752

Sybilski D., Matras J., Mechowski T., Zawadzki J.: Warunki techniczne wykonywania warstw podbudowy z mieszanki mineralno cementowo-emulsyjnej (MCE). IBDiM, Seria „I”, 61, Warszawa, 1999

Jenkins K.J.: Mix design considerations for cold and half-warm bituminous mixes with emphasis on foamed bitumen. University of Stellenbosch, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, PhD Dissertation, 2000

Dołżycki B.: Instrukcja projektowania i wbudowania mieszanek mineralno-cementowo-emulsyjnych (MCE). Politechnika Gdańska, 2014

Iwański M., Chomicz-Kowalska A.: Evaluation of the effect of using foamed bitumen and bitumen emulsion in cold recycling technology. 3rd International Conference on Transportation Infrastructure (ICTI): Sustainability, Eco-Efficiency, and Conservation in Transportation Infrastructure Asset Management, April 22-25, 2014, Pisa, Italy, 69–76

Iwański M., Mazurek G., Buczyński P.: Bitumen foaming optimisation process on the basis of rheological properties. Materials, 11, 10, 2018, ID article: 1854, DOI: 10.3390/ma11101854

Saleh M.: Characterisation of foam bitumen quality and the mechanical properties of foam stabilised mixes. Univercity of Canterbury, Christchurch, New Zealand, 2006, https://ir.canterbury.ac.nz/bitstream/handle/10092/463/12603225_Main.pdf?sequence=3 (21.03.2023)

Iwański M.M.: Synergistic effect of F–T synthetic wax and surface-active agent content on the properties and foaming characteristics of bitumen 50/70. Materials, 14, 2, 2021, ID article: 300, DOI: 10.3390/ma14020300

Mazurek G., Iwański M., Buczyński P., Horodecka R.: Influence of innovative threeelement binder on permanent deformations in recycled mixtures with emulsion and foamed bitumen. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 21, 55, 2021, DOI: 10.1007/s43452-021-00192-9

Mazurek G., Buczyński P., Iwański M., Horodecka R.: Influence of a three-component hydraulic binder on the properties of recycled base course with foamed bitumen and bituminous emulsion: a field investigation. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, 21, 4, 2022, 309-329, DOI: 10.7409/rabdim.022.018

Iwański M., Chomicz-Kowalska A., Maciejewski K.: Impact of additives on the foamobility of road paving bitumen. 4th World WMCAUS 2019 IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 603, 2019, ID article: 042040, DOI: 10.1088/1757-899X/603/4/042040

Wirtgen Group, Cold Recycling Technology, First edition, Wirtgen GmbH, Windhagen, 2012

Iwański M., Chomicz-Kowalska A.: Moisture and frost resistance of the recycled base rehabilitated with the foamed bitumen technology. Archives of Civil Mechanical Engineering, 58, 2, 2012, 185-198, DOI: 10.2478/v.10169-012-0011-2

Raport z projektu TECHMATSTRATEG1/349326/9/NCBR/2017, Innowacyjna technologia wykorzystująca optymalizację środka wiążącego przeznaczonego do recyklingu głębokiego na zimno konstrukcji nawierzchni zapewniająca jej trwałość eksploatacyjną, NCBR, 2018

Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Podatnych i Półsztywnych. GDDKiA, Warszawa, 2014

Iwański M., Buczyński P., Mazurek G.: Optimization of the road binder in the layer the road construction. Construction and Building Materials, 125, 2016, 1044-1054, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.08.112

Gandi A., Carter A., Singh D.: Rheological behavior of cold recycled asphalt materials with different contents of recycled asphalt pavements. Innovative Infrastructure Solutions, 2, 45, 2017, DOI: 10.1007/s41062-017-0094-3

Kavussi A., Modarres A.: Laboratory fatigue models for recycled mixes with bitumen emulsion and cement. Construction and Building Materials, 24, 10, 2010, 1920-1927, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.04.009

Iwański M., Chomicz-Kowalska A., Mazurek G., Buczyński P., Cholewińska M., Iwański M.M., Maciejewski K., Ramiączek P.: Effects of the water-based foaming process on the basic and rheological properties of bitumen 70/100, Materials, 14, 11, 2021, ID article: 2803, DOI: 10.3390/ma14112803

Niazi Y., Jalili M.: Effect of Portland cement and lime additives on properties of cold in-place recycled mixtures with asphalt emulsion. Construction and Building Materials, 23, 3, 2009, 1338-1343, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2008.07.020

Iwański M., Mazurek G., Buczyński P., Iwański M.M.: Effects of hydraulic binder composition on the rheological characteristics of recycled mixtures with foamed bitumen for full depth reclamation. Construction and Building Materials, 330, 2022, ID article: 127274, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.127274

WT-2, Technical Guidelines 2: Asphalt pavements for national roads. Part I: Asphalt mixes General Directorate for National Roads and Motorways, Warsaw, 2014

Rathore M., Haritonovs V., Zaumanis M.: Performance evaluation of warm asphalt mixtures containing chemical additive and effect of incorporating high reclaimed asphalt content. Materials, 14, 14, 2021, ID article: 3793, DOI: 10.3390/ma14143793

Bańkowski W., Król J., Gałązka K., Liphardt A., Horodecka R.: Design and verification of bituminous mixtures with the increased content of reclaimed asphalt pavement. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 356, 2018, ID article: 012009, DOI: 10.1088/1757-899X/356/1/012009

Bańkowski W.: Evaluation of fatigue life of asphalt concrete mixtures with reclaimed asphalt pavement. Applied Sciences, 8, 3, 2018, ID article: 469, DOI: 10.3390/app8030469

Szyller A., Król J., Bańkowski W.: Współczesne doświadczenia ze stosowania recyklingu na gorąco w wytwórni mieszanek mineralno-asfaltowych w Polsce. Nawierzchnie Asfaltowe, 1, 2017, 12-19

Kowalski K.J., Król J.B., Bańkowski W., Radziszewski P., Sarnowski M.: Thermal and fatigue evaluation of asphalt mixtures containing RAP treated with a bio-agent. Applied Sciences, 7, 3, 2017, ID article: 216, DOI: 10.3390/app7030216

Delwar M., Fahmy M., Taha R.: Use of reclaimed asphalt pavement as an aggregate in portland cement concrete. ACI Materials Journal, 94, 3, 1997, 251-256

Hassan M., Brooks K.E., Erdman J.J.: The use of reclaimed asphalt pavement aggregates in concrete. Waste Management, Series 1, 2000, 121-128, DOI: 10.1016/S0713-2743(00)80024-0

Huang B., Shu X., Li G.: Laboratory investigation of portland cement concrete containing recycled asphalt pavements. Cement and Concrete Research, 35, 10, 2005, 2008-2013, DOI: 10.1016/j.cemconres.2005.05.002

Hossiney N., Tia M., Bergin M.J.: Concrete containing RAP for use in concrete pavement. International Journal of Pavement Research and Technology, 3, 5, 2010, 251-258

Debbarma S., Selvam M., Singh S.: Can flexible pavements’ waste (RAP) be utilized in cement concrete pavements? – A critical review. Construction and Building Materials, 259, 1, 2020, ID article: 120417, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120417

Fakhri M., Amoosoltani E.: The effect of reclaimed asphalt pavement and crumb rubber on mechanical properties of roller compacted concrete pavement. Construction and Building Materials, 137, 2017, 470-484, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.01.136

Huang B., Shu X., Burdette E.G.: Mechanical properties of concrete containing recycled asphalt pavements. Magazine of Concrete Research, 58, 5, 2006, 313-320, DOI: 10.1680/macr.2006.58.5.313

Okafor F.O.: Performance of recycled asphalt pavement as coarse aggregate in concrete. Leonardo Electronic Journal of Practices and Technologies, 9, 17, 2010, 47-58

Shi X., Mukhopadhyay A., Liu K.W.: Mix design formulation and evaluation of portland cement concrete paving mixtures containing reclaimed asphalt pavement. Construction and Building Materials, 152, 2017, 756-768

Al-Oraimi S., Hassan H.F., Hago A.: Recycling of reclaimed asphalt pavement in Portland cement concrete. The Journal of Engineering Research, 6, 1, 2009, 37-45, DOI: 10.24200/tjer.vol6iss1pp37-45

Aurangzeb Q., Al-Qadi I. L., Ozer H., Yang R.: Hybrid life cycle assessment for asphalt mixtures with high RAP content. Resources, Conservation & Recycling, 83, 2014, 77-86, DOI: 10.1016/j.resconrec.2013.12.004

Brand A.S., Roesler J.R.: Ternary concrete with fractionated reclaimed asphalt pavement. ACI Materials Journal, 112, 1, 2015, 155-163, DOI: 10.14359/51687176

PN-EN 206+A2:2021-08 Beton – Wymagania, właściwości użytkowe, produkcja i zgodność

PN-EN 13877-1:2013-08 Nawierzchnie betonowe – Część 1: Materiały

PN-EN 13877-2:2013-08 Nawierzchnie betonowe – Część 2: Wymagania funkcjonalne dla nawierzchni betonowych

D-05.03.04 Warunki wykonania i odbioru robót budowlanych – Nawierzchnie z betonu cementowego

PN-EN 12620+A1:2010 Kruszywa do betonu

PN-EN 13043:2004 Kruszywa do mieszanek bitumicznych i powierzchniowych utrwaleń stosowanych na drogach, lotniskach i innych powierzchniach przeznaczonych do ruchu

PN-EN 933-1:2012 Badania geometrycznych właściwości kruszyw – Część 1: Oznaczanie składu ziarnowego – Metoda przesiewania

PN-EN 1744-1+A1:2013-05 Badania chemicznych właści- wości kruszyw – Część 1: Analiza chemiczna

PN-EN 933-3:2012 Badania geometrycznych właściwości kruszyw – Część 3: Oznaczanie kształtu ziarn za pomocą wskaźnika płaskości

PN-EN 933-4:2008 Badania geometrycznych właściwości kruszyw – Część 4: Oznaczanie kształtu ziarn – Wskaźnik kształtu

PN-EN 1097-2:2020-09 Badania mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw – Część 2: Metody oznaczania odporności na rozdrabnianie

PN-EN 1097-8:2020-09 Badania mechanicznych i fizycznych właściwości kruszyw – Część 8: Oznaczanie polerowalności kamienia

PN-EN 1367-1:2007 Badania właściwości cieplnych i odporności kruszyw na działanie czynników atmosferycznych – Część 1: Oznaczanie mrozoodporności

PN-EN 1367-6:2008 Badania właściwości cieplnych i odporności kruszyw na działanie czynników atmosferycznych – Część 6: Mrozoodporność w obecności soli

Procedura Badawcza GDDKiA PB/1/18 – Instrukcja badania reaktywności kruszyw metodą przyspieszoną w 1M roztworze NaOH w temperaturze 80°C

Procedura Badawcza GDDKiA PB/2/18 – Instrukcja badania reaktywności kruszyw w temperaturze 38°C według ASTM C1293/RILEM AAR-3

PN-EN 13108-8: 2016-07 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Wymagania – Część 8: Destrukt asfaltowy

PN-EN 12697-2+A1: 2019-12 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań – Część 2: Oznaczenie uziarnienia

PN-EN 12697-42: 2021-06 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań – Część 42: Zawartość części obcych w destrukcie asfaltowym

PN-EN 12697-5: 2019-01 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań – Część 5: Oznaczenie gęstości

PN-EN 1426:2015-08 Asfalty i lepiszcza asfaltowe: Oznaczenie penetracji igłą

PN-EN 1427:2015-08 Asfalty i lepiszcza asfaltowe: Oznaczenie temperatury pięknienia – Metoda Pierścień i Kula

PN-EN 13398: 2017-12 Asfalty i lepiszcza asfaltowe: Oznaczenie nawrotu sprężystego asfaltów modyfikowanych

PN-EN 13589: 2018-08 Asfalty i lepiszcza asfaltowe: Oznaczenie siły rozciągania asfaltów modyfikowanych, metoda z duktylometrem

PN-EN 12697-1: 2020-08 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań – Część 1: Zawartość lepiszcza rozpuszczonego

PN-EN 12697-3+A1:2019-01 Mieszanki mineralno-asfaltowe. Metody badań – Część 3: Odzyskiwanie asfaltu: wyparka obrotowa

PN-EN 12350-7: 2019-08 Badania mieszanki betonowej – Część 7: Badanie zawartości powietrza – Metody ciśnieniowe

PN-EN 12350-6: 2019-08 Badania mieszanki betonowej – Część 6: Gęstość

PN-EN 12350-2: 2019-07 Badania mieszanki betonowej – Część 2: Badanie konsystencji metodą opadu stożka

PN-EN 12390-3: 2019-07 Badania betonu – Część 3: Wytrzymałość na ściskanie próbek do badań

PN-EN 12390-5:2019-08 Badania betonu – Część 5: Wytrzymałość na zginanie próbek do badań

PN 88-B-06250 Beton zwykły

PN-EN 12390-1: 2021-12 Badania betonu – Część 1: Kształt, wymiary i inne wymagania dotyczące próbek do badań i form

PN-EN 12504-3: 2006 Badania betonu w konstrukcjach – Część 3: Oznaczanie siły wyrywającej


Assessment of suitability of reclaimed asphalt pavement material for use in cement concrete pavements

  
Iwański, Mateusz Marek et al. Assessment of suitability of reclaimed asphalt pavement material for use in cement concrete pavements. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, [S.l.], v. 22, n. 1, p. 63-80, mar. 2023. ISSN 2449-769X. Available at: <>. Date accessed: 26 May. 2024. doi:http://dx.doi.org/10.7409/rabdim.023.004.