HiMA Some mix design aspects 7 th November 2013 Sabita - PowerPoint PPT Presentation

HiMA ¡ Some ¡mix ¡design ¡aspects ¡ 7 th ¡November ¡2013 ¡

Sabita ¡Manual ¡33 ¡ • Interim ¡design ¡guide ¡ • Benefit ¡from ¡interacBon ¡ • Integrated ¡into ¡ Sabita ¡Manual ¡35 ¡ Asphalt ¡mix ¡design ¡

High ¡Modulus ¡Asphalt ¡(HiMA) ¡ • Based ¡on ¡the ¡French ¡technology ¡ Enrobé ¡à ¡Module ¡ Élevé ¡ (EME), ¡developed ¡in ¡the ¡1980’s ¡ ¡ • Low ¡penetraBon ¡-­‑ ¡very ¡hard ¡yet ¡not ¡briQle ¡-­‑ ¡ bitumen ¡binders ¡produce ¡ very ¡s,ff ¡asphalt ¡layers. ¡ ¡ • Superior ¡load ¡spreading ¡characterisBcs ¡ • High ¡resistance ¡to ¡permanent ¡deformaBon ¡ • Enable ¡the ¡construcBon ¡of ¡thinner ¡asphalt ¡ pavements ¡for ¡roads ¡and ¡airports ¡exposed ¡to ¡ severe ¡traffic ¡loading ¡

HiMA/cont… ¡ • Low ¡penetraBon ¡binders ¡covered ¡in ¡the ¡EU ¡ standards ¡ ¡-­‑ ¡(adopBon ¡by ¡SABS) ¡ • Compete ¡with ¡modified ¡binders ¡on ¡ performance ¡and ¡costs ¡ ¡ • Added ¡benefit ¡of ¡being ¡recycle ¡friendly. ¡ ¡ • In ¡2005 ¡TRL ¡reported ¡on ¡EME ¡technology ¡ transfer ¡to ¡the ¡UK ¡ (adhering ¡to ¡French ¡ technology) ¡ ¡

Principles ¡of ¡mix ¡design ¡ • Extremely ¡sBff ¡asphalt ¡layer, ¡derived ¡mainly ¡ from ¡the ¡properBes ¡of ¡a ¡hard ¡binder ¡ • Hard ¡binder ¡& ¡suitable ¡aggregate ¡gradings ¡ yield ¡high ¡resistance ¡to ¡permanent ¡ deformaBon ¡ • Adequate ¡resistance ¡to ¡faBgue ¡failure ¡assured ¡ by ¡a ¡relaBvely ¡high ¡binder ¡content ¡

Mix ¡design ¡process ¡ 1. Select ¡appropriate ¡mix ¡components ¡ (aggregate ¡and ¡binder) ¡ 2. Developed ¡ suitable ¡grading ¡ ¡(no ¡ prescripBons) ¡ 3. Binder ¡content ¡based ¡on ¡a ¡min ¡richness ¡ modulus ¡ 4. Trial ¡specimens ¡compacted ¡in ¡a ¡gyratory ¡ compactor ¡-­‑ ¡ ¡maximum ¡air ¡void ¡content ¡aaer ¡ a ¡set ¡number ¡of ¡gyraBons ¡-­‑ ¡workability ¡ 5. Specimens ¡are ¡subjected ¡to ¡a ¡durability ¡test. ¡

Mix ¡design ¡process/cont… ¡ 6. Following ¡saBsfactory ¡durability, ¡the ¡ following ¡structural ¡performance ¡criteria ¡are ¡ assessed: ¡ – Min ¡dynamic ¡modulus ¡ – Min ¡level ¡of ¡resistance ¡to ¡permanent ¡ deformaBon ¡and ¡ ¡ – Min ¡faBgue ¡life. ¡

Aggregate ¡requirements ¡ Property ¡ Test ¡ Method ¡ Criteria ¡ Fines ¡aggregate ¡crushing ¡ ≥ ¡160 ¡kN ¡ test: ¡ ¡ 10 ¡%FACT ¡ Hardness ¡ SANS ¡3001-­‑AG10 ¡ Aggregate ¡crushing ¡value ¡ ≤ ¡25% ¡ ACV ¡ Percentage ¡of ¡fully ¡crushed ¡ ¡ ¡ 100% ¡ coarse ¡aggregate ¡(> ¡5 ¡mm) ¡ Par2cle ¡shape ¡& ¡texture-­‑ ¡ Flakiness ¡Index ¡test ¡ SANS ¡3001-­‑AG4 ¡ ≤ ¡25 ¡ ParBcle ¡index ¡test ¡ ASTM ¡D3398 ¡ >15 ¡ Coarse ¡aggregate ¡ SANS ¡3001-­‑AG20 ¡ ≤ ¡1.0 ¡% ¡ (>4.75mm) ¡ Water ¡absorp2on ¡ Fine ¡aggregate ¡ SANS ¡3001-­‑AG21 ¡ ≤ ¡1.5 ¡% ¡ Cleanliness ¡ Sand ¡equivalency ¡test ¡ SANS ¡5838 ¡ ¡ ≥ ¡50 ¡ • The particle index test provides a measure of aggregate angularity and surface texture. � • The value for particle index is tentative. � • Generally aggregates with a high particle index test result have a higher VMA. ¡

Binder ¡requirements ¡ Penetra2on ¡grade ¡ Test ¡ Property ¡ Unit ¡ method ¡ 10/20 ¡ 15/25 ¡ Before ¡RTFOT ¡ ¡ ¡ PenetraBon ¡at ¡25 ¡°C ¡ EN ¡1426 ¡ 0.1 ¡mm ¡ 10-­‑20 ¡ 15-­‑25 ¡ Soaening ¡point ¡ EN ¡1427 ¡ °C ¡ 58-­‑78 ¡ 55-­‑71 ¡ Viscosity ¡at ¡60°C ¡ EN12596 ¡ Pa.s ¡ >700 ¡ >550 ¡ AEer ¡RTFOT ¡ ¡ ¡ Increase ¡in ¡soaening ¡point ¡ EN ¡1427 ¡ °C ¡ < ¡10 ¡ < ¡8 ¡ Retained ¡penetraBon ¡ EN ¡1426 ¡ % ¡ -­‑ ¡ > ¡55 ¡ Mass ¡change ¡ ¡ ¡ % ¡ ¡ < ¡0.5 ¡ ¡

Design ¡gradings ¡ • LCPC ¡design ¡guide ¡provides ¡target ¡grading ¡ curves ¡and ¡envelopes ¡for ¡HiMA ¡ • They ¡only ¡provide ¡a ¡point ¡of ¡departure ¡ • Should ¡not ¡be ¡used ¡to ¡impose ¡a ¡restricBon ¡on ¡ the ¡grading ¡as ¡is ¡current ¡pracBce ¡in ¡SA ¡ • Recommended ¡that ¡the ¡LCPC ¡envelopes ¡used ¡ as ¡a ¡guide. ¡

Layer ¡thickness ¡NMAS ¡ D ¡ Average ¡thickness ¡ Minimum ¡thickness ¡ ¡[mm] ¡ ¡[mm] ¡ [mm] ¡ 10 ¡ 60 ¡to ¡80 ¡ 50 ¡ 14 ¡ 70 ¡to ¡130 ¡ 60 ¡ 20 ¡ 90 ¡to ¡150 ¡ 80 ¡

Binder ¡content ¡ Richness ¡modulus ¡ 𝐿 = ​𝐶↓𝑞𝑞𝑑 /𝛽 × √ 5 & � ¡ Where: ¡ ​𝐶↓𝑞𝑞𝑑 ¡= ¡ ¡the ¡mass ¡of ¡binder ¡expressed ¡as ¡a ¡ percentage ¡of ¡the ¡ total ¡dry ¡ mass ¡of ¡aggregate, ¡including ¡filler ¡ ¡ (Note ¡that ¡this ¡expression ¡is ¡different ¡from ¡the ¡conven,onal ¡expression ¡of ¡ binder ¡content ¡used ¡in ¡SA) ¡ Σ ¡ ¡ = ¡ ¡ ¡specific ¡surface ¡area ¡of ¡aggregate ¡given ¡by ¡ ¡ ∑↑▒ = ¡ 0,25 𝐻 +2.3 𝑇 +12 𝑡 +150 𝑔 ¡ 𝐻 = ¡ProporBon * ¡by ¡mass ¡of ¡aggregate ¡over ¡6,3 ¡mm ¡ 𝑇 = ¡ProporBon* ¡by ¡mass ¡of ¡aggregate ¡between ¡6,3 ¡mm ¡and ¡0,250 ¡mm ¡ 𝑡 = ¡ProporBon* ¡by ¡mass ¡of ¡aggregate ¡between ¡0,250 ¡mm ¡and ¡0,063 ¡mm ¡ 𝑔 = 𝑏 ¡= ¡ ​ 2,65 ∕𝑠

Richness ¡modulus ¡requirements ¡ ¡ ¡ HiMA ¡Class ¡ Class ¡1 ¡ Class ¡2 ¡ Richness ¡ ≥ 2,5 ¡ ≥ 3,4 ¡ modulus ¡K ¡

Design ¡criteria ¡ Requirements ¡ No ¡of ¡ Test ¡ HiMA ¡class ¡ Property ¡ Test ¡ specimen standard ¡ s ¡ Class ¡1 ¡ Class ¡2 ¡ Gyratory ¡compactor, ¡air ¡ Workability ¡ 3 ¡ ASTM ¡D6926 ¡ ≤ ¡10% ¡ ≤ ¡6% ¡ voids ¡aaer ¡45 ¡gyraBons ¡ Durability ¡ Modified ¡LoQman, ¡TSR ¡ 6 ¡ ASTM ¡D4867 ¡ ≥ ¡0.80 ¡ ≥ ¡0,80 ¡ Resistance ¡to ¡ RSST-­‑CH, ¡55 ¡⁰C, ¡5 ¡000 ¡ AASHTO ¡ ≤ ¡1,1% ¡ ≤ ¡1,1% ¡ 3 ¡ permanent ¡ reps ¡ T320 ¡ strain ¡ strain ¡ deforma2on ¡ Dynamic ¡ Dynamic ¡modulus ¡at ¡10 ¡ AASHTO ¡ 3 ¡ ≥ ¡14 ¡GPa ¡ ≥ ¡14 ¡GPa ¡ Modulus ¡ Hz, ¡15 ¡⁰C ¡ TP62 ¡ Beam ¡faBgue ¡test ¡at ¡10 ¡ AASHTO ¡ ≥ ¡10 6 ¡reps ¡ ≥ ¡10 6 ¡reps ¡ Fa2gue ¡ 9 ¡ Hz, ¡10 ¡⁰C, ¡to ¡50% ¡sBffness ¡ T321 ¡ @ ¡300 ¡ µ ε ¡ @ ¡390 ¡ µ ε ¡ reducBon ¡

ConstrucBon ¡aspects ¡ • Ensure ¡good ¡bonding ¡between ¡subsequent ¡layers ¡of ¡HiMA; ¡ ¡ • CompacBon ¡temperature ¡above ¡140 ° C ¡ • HiMA ¡protected ¡from ¡thermal ¡cracking ¡-­‑ ¡wearing ¡course ¡of ¡ adequate ¡thickness; ¡ • HiMA ¡-­‑ ¡binder-­‑rich, ¡low ¡permeability ¡mixture ¡ ¡ – rich ¡finish ¡on ¡compleBon ¡of ¡compacBon ¡ – in ¡the ¡UK, ¡TRL ¡found ¡that ¡some ¡‘fazng ¡up’ ¡is ¡normal ¡and ¡not ¡ an ¡indicaBon ¡of ¡problems ¡ • HiMA ¡“sBffens ¡up” ¡suddenly ¡with ¡cooling ¡of ¡the ¡mat ¡-­‑ ¡further ¡ rolling ¡has ¡very ¡liQle ¡effect ¡on ¡compacBon ¡ • In-­‑situ ¡voids ¡< ¡6% ¡-­‑ ¡target ¡value ¡of ¡4% ¡is ¡recommended ¡ ¡

Performance ¡of ¡1 st ¡trial ¡secBon ¡ Old ¡South ¡Coast ¡Road ¡– ¡Durban ¡Harbour ¡ � Constructed ¡August ¡2011 ¡ � CondiBon ¡April ¡‘13 ¡– ¡sound ¡(mean ¡3mm ¡rut) ¡ ¡ � EsBmated ¡traffic ¡carried ¡to ¡date ¡10 ¡mill ¡ESALS ¡(2 ¡years) ¡