Roads and Bridges - Drogi i Mosty
22, 4, 2023, 533-548

Prognozowanie nieodwracalnej podatności i nawrotu sprężystego asfaltów modyfikowanych plastomerami odpadowymi w badaniu MSCR

Grzegorz Mazurek Poczta
https://orcid.org/0000-0002-9735-1725
Politechnika Świętokrzyska, Wydział Budownictwa i Architektury, Katedra Inżynierii Komunikacyjnej, Al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce
Przemysław Buczyński Poczta
https://orcid.org/0000-0003-0798-8093
Politechnika Świętokrzyska, Wydział Budownictwa i Architektury, Katedra Inżynierii Komunikacyjnej, Al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce
Marek Iwański Poczta
https://orcid.org/0000-0002-0414-682X
Politechnika Świętokrzyska, Wydział Budownictwa i Architektury, Katedra Inżynierii Komunikacyjnej, Al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce
Artur Kowalczyk Poczta
https://orcid.org/0009-0005-1889-3382
TRAKT, 26-065 Piekoszów, Szczukowskie Górki 1
Marcin Podsiadło Poczta
https://orcid.org/0000-0002-9188-3472
Politechnika Świętokrzyska, Wydział Budownictwa i Architektury, Katedra Inżynierii Komunikacyjnej, Al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce
Published: 2023-12-30

Streszczenie

W artykule dokonano oceny możliwości prognozy charakterystyk mikrostruktury nieodwracalnej części modułu podatności i procentowego nawrotu w badaniu MSCR za pomocą podstawowych właściwości asfaltu. W badaniach poddano kontrolowaniu 7 zmiennych. W ramach badania zastosowano dwa typy asfaltów 20/30 i 70/100 oraz dwa rodzaje plastomeru odpadowego. Cały proces badawczy został podporządkowany planowi Placketta-Burmana. Rezultaty wzbogacono o analizę mikrostruktury dyspersji plastomeru odpadowego w asfalcie. W rezultacie stwierdzono, że wpływ mikrostruktury na nieodwracalną część modułu podatności i procentowego nawrotu nie był znaczący. Natomiast proces mieszania istotnie wpływał na stan rozproszenia cząstek plastomeru w asfalcie. Dzięki technice MARS udało się powiązać podstawowe cechy asfaltu, takie jak penetracja, temperatura mięknienia, temperatura łamliwości oraz lepkość dynamiczna z nieodwracalną częścią modułu podatności i procentowym nawrotem ze skutecznością wyrażoną przez współczynnik determinacji R2=99%. Wskazano również, że rodzaj plastomeru odgrywa znaczącą rolę w kształtowaniu wartości procentowego nawrotu asfaltu.

SÅ‚owa kluczowe


modyfikacja asfaltu, plastomer odpadowy, MARS, morfologia polimeru, recykling

Pełny tekst:

PDF

Bibliografia


Christensen D.W., Bonaquist R.: Use of Strength Tests for Evaluating the Rut Resistance of Asphalt Concrete. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 71, 2002, 692–711

Nizamuddin S., Boom Y.J., Giustozzi F.: Sustainable Polymers from Recycled Waste Plastics and Their Virgin Counterparts as Bitumen Modifiers: A Comprehensive Review. Polymers, 13, 19, 3242, 2021, DOI: 10.3390/polym13193242

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, 2803, 2021, DOI: 10.3390/ma14112803

Zhu J., Birgisson B., Kringos N.: Polymer modification of bitumen: Advances and challenges. European Polymer Journal, 54, 2014, 18–38, DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2014.02.005

Read J., Whiteoak D., Hunter R.N.: The Shell Bitumen handbook, 5th edition. London, Thomas Telford Publishing, 2003

Dong F., Zhao W., Zhang Y., Wei J., Fan W., Yu Y., Wang Z.: Influence of SBS and asphalt on SBS dispersion and the performance of modified asphalt. Construction and Building Materials, 62, 2014, 1–7, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.03.018

Airey G.: Rheological properties of styrene butadiene styrene polymer modified road bitumens⋆. Fuel, 82, 14, 2003, 1709–1719, DOI: 10.1016/S0016-2361(03)00146-7

Li B., Li X., Kundwa M.J., Li Z., Wei D.: Evaluation of the adhesion characteristics of material composition for polyphosphoric acid and SBS modified bitumen based on surface free energy theory. Construction and Building Materials, 266, 121022, 2021, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121022

Padhan R.K., Sreeram A.: Enhancement of storage stability and rheological properties of polyethylene (PE) modified asphalt using cross linking and reactive polymer based additives. Construction and Building Materials, 188, 2018, 772–780, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.08.155

Airey G.D.: Rheological evaluation of ethylene vinyl acetate polymer modified bitumens. Construction and Building Materials, 16, 8, 2002, 473–487, DOI: 10.1016/S0950-0618(02)00103-4

Mazurek G., Šrámek J., Buczyński P.: Composition Optimisation of Selected Waste Polymer-Modified Bitumen. Materials, 15, 24, 8714, 2022, DOI: 10.3390/ma15248714

Singh B., Kumar L., Gupta M., Chauhan G.S.: Polymer-modified bitumen of recycled LDPE and maleated bitumen. Journal of Applied Polymer Science, 127, 1, 2013, 67–78, DOI: 10.1002/app.36810

Khakimullin Y.N.: Properties of Bitumens Modified by Thermoplastic Elastomers. Mechanics of Composite Materials, 36, 5, 2000, 417–422, DOI: 10.1023/A:1026659520096

Airey G.D.: Styrene butadiene styrene polymer modification of road bitumens. Journal of Materials Science, 39, 3, 2004, 951–959, DOI: 10.1023/B:JMSC.0000012927.00747.83

Giavarini C., De Filippis P., Santarelli M.L., Scarsella M.: Production of stable polypropylene-modified bitumens. Fuel, 75, 6, 1996, 681–686, DOI: 10.1016/0016-2361(95)00312-6

Pyshyev S., Gunka V., Grytsenko Y., Bratychak M.: Polymer Modified Bitumen: Review. Chemistry & Chemical Technology, 10, 4s, 2016, 631–636, DOI: 10.23939/chcht10.04si.631

Liu P., Lu K., Li J., Wu X., Qian L., Wang M., Gao S.: Effect of aging on adsorption behavior of polystyrene microplastics for pharmaceuticals: Adsorption mechanism and role of aging intermediates. Journal of Hazardous Materials, 384, 121193, 2020, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2019.121193

Pandey A., Islam Sk.S., G.D. Ransingchung R.N., Ravindranath S.S.: Comparing the performance of SBS and thermoplastics modified asphalt binders and asphalt mixes. Road Materials and Pavement Design, 24, sup1, 2023, 369–388, DOI: 10.1080/14680629.2023.2180999

Ragaert K., Delva L., Van Geem K.: Mechanical and chemical recycling of solid plastic waste. Waste Management, 69, 2017, 24–58, DOI: 10.1016/j.wasman.2017.07.044

Geyer R., Jambeck J.R., Law K.L.: Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances, 3, 7, e1700782, 2017, DOI: 10.1126/sciadv.1700782

Casey D., McNally C., Gibney A., Gilchrist M.D.: Development of a recycled polymer modified binder for use in stone mastic asphalt. Resources, Conservation and Recycling, 52, 10, 2008, 1167–1174, DOI: 10.1016/j.resconrec.2008.06.002

Awad A., Al-Adday F.: Utilization of waste plastics to enhance the performance of modified hot mix asphalt. International Journal of GEOMATE, 13, 40, 2017, 132–139, DOI: 10.21660/2017.40.170603

El-Naga I.A., Ragab M.: Benefits of utilization the recycle polyethylene terephthalate waste plastic materials as a modifier to asphalt mixtures. Construction and Building Materials, 219, 2019, 81–90, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.05.172

Choudhary R., Kumar A., Murkute K.: Properties of Waste Polyethylene Terephthalate (PET) Modified Asphalt Mixes: Dependence on PET Size, PET Content, and Mixing Process. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 62, 2018, DOI: 10.3311/PPci.10797

Wang J., Yuan J., Xiao F., Li Z., Wang J., Xu Z.: Performance investigation and sustainability evaluation of multiple-polymer asphalt mixtures in airfield pavement. Journal of Cleaner Production, 189, 2018, 67–77, DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.03.208

EN 1426:2015 Bitumen and bituminous binders – Determination of needle penetration

EN 1427:2015 Bitumen and bituminous binders – Determination of the softening point – Ring and Ball method

EN 12593:2015 Bitumen and bituminous binders – determination of the Fraass breaking point

ASTM D4402:2015 Standard Test Method for Viscosity Determination of Asphalt at Elevated Temperatures Using a Rotational Viscometer

Plackett R.L., Burman J.P.: The Design of Optimum Multifactorial Experriments. Biometrika, 33, 4, 1946, 305–325, DOI: 10.1093/biomet/33.4.305

Mazurek G., Podsiadło M.: Optimisation of Polymer Addition Using the Plackett-Burman Experiment Plan. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1203, 022003, 2021, DOI: 10.1088/1757-899x/1203/2/022003

Modarres A., Hamedi H.: Effect of waste plastic bottles on the stiffness and fatigue properties of modified asphalt mixes. Materials & Design, 61, 2014, 8–15, DOI: 10.1016/j.matdes.2014.04.046

Brasileiro L., Moreno-Navarro F., Tauste-Martínez R., Matos J., Rubio-Gámez M.C.: Reclaimed Polymers as Asphalt Binder Modifiers for More Sustainable Roads: A Review. Sustainability, 11, 3, 646, 2019, DOI: 10.3390/su11030646

García-Morales M., Partal P., Navarro F.J., Martínez-Boza F., Mackley M.R., Gallegos C.: The rheology of recycled EVA/LDPE modified bitumen. Rheologica Acta, 43, 5, 2004, 482–490, DOI: 10.1007/s00397-004-0385-4

McShane S.L., Von Glinow M.A., Sharma R.R.: Organizational behavior: emerging knowledge and pracitice for the real world. New Delhi, Tata McGraw Hill Education, 2011

Hastie T., Tibshirani R., Friedman. J.H.: The elements of statistical learning: data mining, inference, and prediction. Second Edition. New York, Springer, 2009

AASHTO TP 70 Standard Method of Test for Multiple Stress Creep Recovery (MSCR) Test of Asphalt Binder Using a Dynamic Shear Rheometer (DSR)

EN 13632 Bitumen and bituminous binders – Visualisation of polymer dispersion in polymer modified bitumen

Schneider C.A., Rasband W.S., Eliceiri K.W.: NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature Methods, 9, 7, 2012, 671–675, DOI: 10.1038/nmeth.2089

Ralph B., Kurzydłowski K.J.: The philosophy of microscopic quantification. Materials Characterization, 38, 4–5, 1997, 217–227, DOI: 10.1016/S1044-5803(97)00051-X

Hamid A., Baaj H., El-Hakim M.: Predicting the Recovery and Nonrecoverable Compliance Behaviour of Asphalt Binders Using Artificial Neural Networks. Processes, 10, 12, 2633, 2022, DOI: 10.3390/pr10122633

AASHTO M 332-2022 Standard Specification for Performance-Graded Asphalt Binder Using Multiple Stress Creep Recovery (MSCR) Test

Lander J.P., Włodarz M.: R dla każdego: zaawansowane analizy i grafika statystyczna. APN Promise, Warszawa, 2018, Warszawa, 2018


Prognozowanie nieodwracalnej podatności i nawrotu sprężystego asfaltów modyfikowanych plastomerami odpadowymi w badaniu MSCR

  
Mazurek, Grzegorz et al. Prognozowanie nieodwracalnej podatności i nawrotu sprężystego asfaltów modyfikowanych plastomerami odpadowymi w badaniu MSCR. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, [S.l.], v. 22, n. 4, p. 533-548, gru. 2023. ISSN 2449-769X. Available at: <>. Date accessed: 16 maj. 2024 doi:http://dx.doi.org/10.7409/RABDIM.023.034.


Bookmark and Share