Determination of Resistance to Creep Permanent Deformation of Hot Mix Asphalts Prepared with Various Additives

In this study, the resistance of hot mix asphalts containing different additives to the creep permanent deformation was investigated by the dynamic creep test.  Four different additives were used in the study. Styrene-butadiene-styrene (SBS), American Gilsonite (AG), and Iranian Gilsonite (IG) were used for modifying the bitumen. Additionally, the same mixtures were prepared by using 2% hydrated lime as filler. The samples were subjected to dynamic creep test at 50°C under 500 kPa stress level. As a result of the tests performed, it has been determined that all of the additives used in the study improve the resistance to the creep permanent deformation. It has also been determined that the use of bitumen additives is more effective than the use of lime. Furthermore, it has been determined that the most effective additive is IG while the least effective additive is SBS, and hydrated lime use is more effective compared to the mixtures prepared with a neat binder

Comparison of permanent deformation and fatigue resistance of hot mix asphalts prepared with the same performance grade binders

In this study, the volumetric properties, Marshall stabilities, the indirect tensile stiffness moduli, and the fatigue and permanent deformation strengths of hot mix asphalts prepared with the same performance grade binders in accordance with Superpave method at optimum binder contents were comparatively investigated. In addition, the effect of bitumen modification using SBS on the mechanical characteristics of the mixtures was evaluated. Dynamic creep and indirect tensile fatigue tests were conducted at two distinct stress levels and three different loading periods. As the binder tests, it was determined that the modified bitumen obtained by adding of 3% SBS by weight into the B 160/220 binder yielded the same level of performance with the B 70/100 bitumen. It was also found that using 3% SBS by weight for the purpose of bitumen modification enhanced the desired properties of the mixture to a significant degree. It was observed that the best performance belonged to the mixtures containing B 70/100 bitumen, while the worst performance was found for the mixtures made from B 160/220 bitumen. Additionally, although the mixtures prepared by the same performance grade binders in accordance with the Superpave system were expected to behave similarly, it was found that they differed considerably with respect to their stiffness, tensile strength and strength against permanent deformation

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF THE STORAGE STABILITY AND RHEOLOGICAL PROPERTIES OF ELASTOMERIC POLYMER MODIFIED BITUMINOUS BINDERS

Bu çalışmada, üç farklı polimer katkılı bitümlü bağlayıcının, yüksek sıcaklık depolama stabilitesi özellikleri araştırılmıştır. Bu amaçla iki farklı tür stiren-butadien-stiren (SBSD), (SBSM) ve stiren-etilen-butadien-stiren (SEBS) katkı malzemesi olarak kullanılmıştır. Üç farklı oranda (%2, 4 ve 6) SBS ve SEBS, 160/220 penetrasyonlu bitüme ilave edilerek modifiye bağlayıcılar elde edilmiştir. Saf ve modifiye bağlayıcılara; yumuşama noktası, dönel viskozimetre (DV) ve dinamik kayma reometresi (DKR) deneyleri uygulanarak katkı maddelerinin etkisi belirlenmiştir. Modifiye bağlayıcıların depolama stabilitesi deneyi EN 13399 standardına göre yapılmıştır. Depolama stabilitesi deneyleri sonucunda, elde edilen numunelere saf ve modifiye bağlayıcılara uygulanan deneyler yeniden uygulanmış ve modifiye bağlayıcıların depolanma özellikleri tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlardan, polimer oranı arttıkça viskozite, yumuşama noktası ve kompleks modülü (G*) değerlerinin arttığı belirlenmiştir. Depolama stabilitesi deneylerinden ve reolojik özelliklerin incelenmesinden en iyi sonuca SBSM katkı maddesinin sahip olduğu belirlenmiştir. In this study the high temperature storage stability properties of bituminous binder modified by three different polymers were investigated. For this purpose two different type of styrene-butadiene-styrene (SBSD), (SBSM) and styrene-ethilene-btadiene-styrene (SEBS) were used. The modified binders were obtained by adding three percentage (2%,4%,6%) of SBS and SEBS to 160/220 penetration grade bitumen. The effects of additive materials were determined by applying the softening point, rotational viscosimeter (RV) and dynamic shear rheometer (DSR) tests to virgin and modified binders. The storage stability test of modified binders were carried out according to EN 13399 standard. The tests applied to pure and modified binders were carried out to specimens obtained from at the end of this processes therefore the storage stability properties of modified binders were determined. According to the obtained results it was determined that the values of viscosity, softening points, and complex modulus (G*) were increased by the increase of polymer content. SBSM gave the best result at the end of the storage stability tests and rheological properties

Investigation of the rheological properties of SBS modified binder produced by different methods

Bu çalışmada %4 stiren-butadien-stiren (SBS) saf bağlayıcıya üç farklı karıştırma hızı, üç farklı karıştırma süresi ve üç farklı karıştırma hızı olmak üzere 27 farklı karıştırma metodu ile ilave edilmiş ve bu bağlayıcıların reolojik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca katkı içermeyen saf bitüme aynı karıştırma yöntemleri uygulanarak bağlayıcı deneylerine tabi tutulmuştur. Bu yöntemlerle hazırlanan bağlayıcıların yumuşama noktası, viskozite ve kompleks modülü değerleri belirlenmiştir. Karıştırma prosedüründeki değişkenlerden biri olan sıcaklığın, karıştırma hızı ve karıştırma süresine göre daha az etkin olduğu belirlenmiştir. Saf bağlayıcının karıştırma parametrelerinden etkilenme oranının katkılı bağlayıcıya göre daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bu farkın saf bağlayıcının karıştırma şartlarının ağırlaşması ile oksidasyona ve buharlaşmaya maruz kalması, katkılı bağlayıcının ise bu durumdan daha az etkilenmesinden kaynaklandığı sonucuna varılmıştır. Deneysel veriler neticesinde benzer kompleks modülüne sahip karışımların değişik karıştırma süre, sıcaklık ve hız değerlerinde elde edilebileceği belirlenmiştir. Katkılı bağlayıcının viskozite ve yumuşama noktası değerleri arasında ayrıca kompleks modülü ile yumuşama noktası ve viskozite değerleri arasında %80’in üzerinde lineer bir ilişki olduğu belirlenmiştir. Düşük karıştırma süre, sıcaklık ve hızlarında parametreler arasındaki uyumun daha yüksek olduğu ancak yüksek karıştırma süre, sıcaklık ve hızlarında aynı viskozite veya yumuşama noktası değerlerine karşılık farklı kompleks modülü değerlerinin ortaya çıkabileceği belirlenmiştir.In this study 4% stiren-butadien-stiren (SBS) was added to base bitumen by 27 different mixing methods including 3 different mixing rates, 3 different mixing times and 3 different mixing temperatures and the rheological properties of these binders were investigated. In addition, binder experiments were carried out for pure bitumen with applying the same mixing methods. Softening point, viscosity and complex modulus values of binders, which were prepared with the methods explained above, were determined. Temperature, which is a variable in the mixing process, is observed as less influential compared to other two variables that are mixing time and mixing rate. Moreover, it is observed that pure binders are affected more than modified binders from mixing parameters. The difference mentioned above is attributed to the fact that pure binder experiences oxidation and evaporation with the mixing conditions, which are becoming harsher, compared to the modified binders do. With the interpretation of experimental data, it is clarified that mixtures, which have similar complex modulus characteristics, can be obtained with different combinations of mixing time, mixing rate and mixing temperature. It is found that viscosity and softening point values of modified binders have a linear relationship above 80 percent. Furthermore, this relationship is valid for complex modulus with softening point and viscosity values. However, correlations between the parameters are seen as more consistent with the slower mixing rates, lower mixing time and temperatures whilst various complex modulus values can be acquired with higher mixing values corresponding to same viscosity and softening point values

Investigation of physical and rheological properties of Elvaloy and Polyphosphoric acid modified bitumen

Kompleks ortamlarda asphalt kaplamaların performansını garanti etmek için styrene- butadiene- styrene (SBS), styrene butadiene rubber (SBR), crumb rubber (CR), and polyphosphoric acid (PPA) gibi bazı malzemeler bitüm modifikasyonunda kullanılmıştır. Modifikasyon yöntemleri sırasında, geleneksel asfalt bağlayıcıyı geliştirmek veya desteklemek için alternatif katkılar kullanılmıştır. Modifiye bitüm üretilmesinde en çok kullanılan polimer tipi katkı styrene–butadiene-styrene (SBS) katkısıdır. Bu çalışmada SBS katkısına alternatif olarak Elvaloy ve fosforik asit (PPA) birlikte kullanımı araştırılmıştır. Ayrıca bitümlü bağlayıcının reolojik ve fiziksel özelliklerine olan etkisi de araştırılmıştır. Belirlenen koşullarda hazırlanan elvaloy/PPA katkılarını birlikte kullanılarak modifiye bitümler hazırlanmış, saf ve modifiye bağlayıcılar üzerine geleneksel ve Superpave bağlayıcı deneyleri uygulanmıştır. Sonuç olarak, çalışmada kullanılan 3 farklı bağlayıcının geleneksel ve Superpave bağlayıcı deney sonuçları incelendiği zaman kullanılan bu bağlayıcılar saf bağlayıcının performansını arttırdığı belirlenmiştir.In order to guarantee the performance of asphalt coatings in complex environments, some materials such as styrene-butadiene-styrene (SBS), styrene butadiene rubber (SBR), crumb rubber (CR), and polyphosphoric acid (PPA) have been used in bitumen modification. During the modification methods, alternative additives have been used to enhance or supplement the conventional asphalt binder. The most commonly used polymer type additive in the production of modified bitumen is styrene–butadiene-styrene (SBS). In this study, the combined use of Elvaloy and phosphoric acid (PPA) as an alternative to SBS additive was investigated. In addition, the effect of the bituminous binder on the rheological and physical properties was also investigated. Modified bitumen was prepared by using elvaloy/PPA additives prepared under the specified conditions, and traditional and Superpave binder tests were applied on pure and modified binders. As a result, when the traditional and Superpave binder test results of 3 different binders used in the study were examined, it was determined that these binders increased the performance of the pure binder

Effect of Gilsonite Use on Storage Stability of Styrene-butadiene-styrene Modified Bitumen

Styrene-butadiene-styrene (SBS) polymer is one of the most preferred additives to improve performance in hot mix asphalt pavements. The storage instability, in other words, the separation of a polymer-rich phase from the bitumen-rich phase in the course of storage and transportation is one of the prevalent problems in SBS modified bitumen. The present study attempted to obtain modified bitumen at the same performance level with the SBS modified bitumen, but stable with respect to the storage stability. For this purpose, both SBS and American Gilsonite (AG) were used in modified bitumen production. It was determined that modified bitumen at the same performance level was obtained with the use of 5 % SBS or 18 % AG in bitumen modification. It was also determined that the performance levels of the modified bitumen obtained with the use of 2 % SBS + 13 % AG, 3 % SBS + 10 % AG and 4 % SBS + 6 % AG were similar. Additionally, 2 %, 3 % and 4 % SBS modified bitumen were used for the assessment of storage stability properties of the SBS modified binders. These 8 different modified bitumen samples were tested for storage stability based on the EN 13399 standard. Penetration, softening point, rotational viscometer, bending beam rheometer, and dynamic shear rheometer tests were conducted on the samples. Based on all conducted tests, it was determined that more stable binders were obtained with the use of AG and SBS in terms of storage stability compared to solely SBS modified bitumen

Low temperature properties of hot mix asphalts prepared with different polymer modified binders

The low temperature crack propagation resistance of pure and polymer modified mixtures is analysed in the paper by means of linear and nonlinear fracture mechanics. The influence of two bitumen-modification binders is considered: styrene-butadiene-styrene (SBS) and ethylene-vinyl-acetate (EVA). The experiments demonstrated that the fracture toughness values increase, and the maximum vertical strain values decrease, with a decrease in temperature. It was established by both techniques used in the paper that the lowest fracture toughness was obtained using the EVA binder

Superpave Yöntemine Göre Tasarım Agrega Gradasyonu Seçimi

Bu çalışmada, bitümlü sıcak karışımların tasarımı için geliştirilmiş olan Superpave tasarım yöntemine göre, uygulama bölgesi olarak seçilen Elazığ için tasarım agrega gradasyonu seçimi yapılarak uygunluğu değerlendirilmiştir. Bu amaçla,  TÜPRAŞ rafinerisinden temin edilen B 70/100 penetrasyon dereceli asfalt seçilerek bağlayıcının fiziksel özellikleri ile karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıkları tespit edilmiştir. Ayrıca, çalışmada kullanılan kalker agregasından, nominal maksimum tane boyutu 12,5mm olan agrega gradasyonu seçilmiştir. Seçilen agreganın mutabakat ve kaynak özellikleri tespit edilerek uygunluğu belirlenmiştir. Sıcak karışım hazırlamak amacıyla başlangıçta üç deneme agrega karışım gradasyonu seçilmiştir. Bu deneme agrega karışımları ve asfalt bağlayıcı kullanılarak Superpave yoğurmalı sıkıştırıcı ile bitümlü sıcak karışım numuneleri hazırlanmıştır. Hazırlanan numunelerin fiziksel ve hacimsel özellikleri tespit edilerek Superpave şartname kriterleri ile karşılaştırılmıştır. Yapılan değerlendirme sonucunda kriterleri sağlayan en uygun agrega karışımı tasarım agrega gradasyonu olarak seçilmiştir

Superpave Yöntemine Göre Tasarım Agrega Gradasyonu Seçimi

Bu çalışmada, bitümlü sıcak karışımların tasarımı için geliştirilmiş olan Superpave tasarım yöntemine göre, uygulama bölgesi olarak seçilen Elazığ için tasarım agrega gradasyonu seçimi yapılarak uygunluğu değerlendirilmiştir. Bu amaçla,  TÜPRAŞ rafinerisinden temin edilen B 70/100 penetrasyon dereceli asfalt seçilerek bağlayıcının fiziksel özellikleri ile karıştırma ve sıkıştırma sıcaklıkları tespit edilmiştir. Ayrıca, çalışmada kullanılan kalker agregasından, nominal maksimum tane boyutu 12,5mm olan agrega gradasyonu seçilmiştir. Seçilen agreganın mutabakat ve kaynak özellikleri tespit edilerek uygunluğu belirlenmiştir. Sıcak karışım hazırlamak amacıyla başlangıçta üç deneme agrega karışım gradasyonu seçilmiştir. Bu deneme agrega karışımları ve asfalt bağlayıcı kullanılarak Superpave yoğurmalı sıkıştırıcı ile bitümlü sıcak karışım numuneleri hazırlanmıştır. Hazırlanan numunelerin fiziksel ve hacimsel özellikleri tespit edilerek Superpave şartname kriterleri ile karşılaştırılmıştır. Yapılan değerlendirme sonucunda kriterleri sağlayan en uygun agrega karışımı tasarım agrega gradasyonu olarak seçilmiştir