Bitumin vanhenemisen ja elvyttämisen vaikutukset sen reologisiin ominaisuuksiin
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2016-02-22
Department
Major/Subject
Liikenne- ja tietekniikka
Mcode
R3004
Degree programme
Yhdyskunta- ja ympäristötekniikan koulutusohjelma
Language
fi
Pages
111+17
Series
Abstract
Diplomityön tavoitteena oli selvittää, miten bitumisen sideaineen vanheneminen ja vanhentuneen sideaineen elvyttäminen pehmeällä bitumilla muuttavat bitumin reologisia ominaisuuksia sekä miten näitä ominaisuuksien muutoksia voidaan todentaa ja arvioida reologisten parametrien avulla. Diplomityö tehtiin täydentämään Liikenneviraston Aalto-yliopistossa teettämää tutkimusta asfaltin uusiokäytöstä. Työ oli pääasiassa sideainetutkimus ja tutkimuksessa käytettävä aineisto koostui Vt 1:lle vuonna 2013 tehdyn Rem-kunnossapitotoimenpiteen yhteydessä poratuista ja kerätyistä näytteistä uutetusta bitumista. Bitumin reologisia ominaisuuksia mitattiin leikkausreometrilla (DSR) taajuuspyyhkäisynä sekä ns. LAS- ja MSCR-testeillä. Lisäksi tehtiin perinteiset luokittelutestit, tunkeuma ja Fraass-murtumispiste. Taajuuspyyhkäisytestissä mitatuilla kompleksimoduulilla (G*) ja vaihekulmalla (delta) pystyttiin kuvaamaan tarkasti bitumissa tapahtuvia reologisten ominaisuuksien muutoksia eri lämpötiloissa ja kuormitusajoilla. Tunkeuma-arvojen ja reometrilla mitattujen parametrien (G* ja delta) välille saatiin myös vahva korrelaatio, R2-arvot olivat 0,988 ja 0,953. Koska tutkitut bitumit olivat modifioimattomia ja lämpötilaherkkyydeltään samanlaisia, ei tuloksia voida kuitenkaan suoraan yleistää muille bitumilaaduille. Taajuuspyyhkäisystä saatujen parametrien avulla voitiin laskea myös ns. G-R-vaurioparametri, jolla voidaan ennustaa bitumin vanhenemisen aiheuttamaa päällysteen vaurioitumista, kuten päällysteen purkautumista ja verkkohalkeilua. Vastaava alustava raja-arvo bitumin tunkeumalle olisi alle 22. Elvyttimen lisäys paransi vanhentuneen bitumin reologisia ominaisuuksia pienentämällä kompleksimoduuliarvoja sekä nostamalla tunkeumaa ja suurentamalla vaihekulmia. Keskeisenä päätelmänä tutkimuksessa voitiin kuitenkin todeta, että elvyttämällä asfalttipäällystettä pehmeällä tiebitumilla (650/900) ei bitumin vanhenemisesta johtuvia ominaisuuksien muutoksia ollut mahdollista palauttaa nykyisin käytettävillä elvytinmäärillä alkuperäisiksi eikä elvytinmäärää voitu lisätä Rem-toimenpiteen aiheuttamien päällysteen tilavuussuhteiden muutosten vuoksi. Jotta elvyttäminen voisi onnistua tavoitteissaan, suositellaan elvytintyypin vaihtamista viskositeetiltaan alempaan elvytintyyppiin, kuten vielä pehmeämpiin bitumilaatuihin V1500 ja V3000. Vaikka elvyttimen käytöllä pystyttiin parantamaan vanhentuneen sideaineen reologisia ominaisuuksia, eivät vaihekulman ja kompleksimoduulin muutokset tapahtuneet samassa suhteessa. Tuloksista oli havaittavissa, että vaikka elvyttämällä pystyttäisiinkin palauttamaan bitumin jäykkyys takaisin alkuperäiseksi, bitumi jäisi silti alkuperäisiä ominaisuuksiaan elastisemmaksi. Tällöin elvytettyjen näytteiden virtaus- ja relaksaatio-ominaisuudet jäisivät heikommiksi kuin tuoreen bitumin.The aim of this master’s thesis was to investigate the effects of bitumen ageing and rejuvenation on its rheology and how these effects can be verified and evaluated by using rheological parameters. The thesis was commissioned by the Finnish Transport Agency as a part of the research on recycling of asphalt pavements. Tested materials were cored and collected during the maintenance of pavement by the hot in-place recycling (HIPR) on Highway no. 1 in 2013. The rheological properties of the extracted bitumens were measured by the dynamic shear rheometer (DSR) employing the frequency sweep, LAS and MSCR tests. In addition the conventional classification tests, penetration and Fraass breaking point were conducted. Complex modulus (G*) and phase angle (delta) obtained from the frequency sweep test were found to be adequate parameters to characterize the changes in the rheological properties of bitumen at different temperatures and loading times. A good correlation between these parameters (G* and delta) and Penetrations (R2-values were 0,988 and 0,953) was observed. However, it is important to note that the study bitumens were all unmodified and had same similar temperature susceptibility. Therefore, the results cannot be directly generalized to other types of bitumens. The typical rheological analysis was extended by comparison with Glover-Rowe damage parameter and a good correlation between field performance and laboratory data was found. A criterion for fatigue and cracking damage such as raveling would translate to the penetration value less than 22. Adding soft bitumen (650/900) as a rejuvenator to the aged binder was found to improve the rheological properties of bitumen by decreasing complex modulus values and increasing phase angle and penetration values. However, the amount of rejuvenator used was found to be insufficient for restoring the properties of the field aged bitumen to those of the Rolling Thin Film Oven Test aged virgin bitumen, which was set as a target value. It was not possible to add enough rejuvenator due to the bleeding of the binder caused by voids overfilled with bitumen. In order to achieve the target stiffness values, it is recommended to change the rejuvenator type to have softer bitumen grades of V1500 or V3000. Although the rejuvenator managed to improve the rheological properties of aged bitumen, it was found that the effects deviated for the complex modulus and phase angle. Results suggested that although the stiffness of the bitumen could be restored by using soft bitumen (650/900) as a rejuvenator, the treatment could not restore the balance between the viscous and elastic response of the bitumen and the rejuvenated bitumen would be more elastic. This transformation is most likely to influence also the flow and relaxation properties of the rejuvenated binder.Description
Supervisor
Pellinen, TerhiThesis advisor
Blomberg, TimoEskola, Katri
Keywords
bitumin vanheneminen, bitumin elvyttäminen, reologia, G-R-parametri, DSR
