Influence of the modification of asphalt mixtures on their behaviour at low temperatures

Abstract

The national regulations have been replaced by European regulations in the several countries of the European Community. This progressive uniformisation of European standards require the national companies to submit their products to standardised tests validated in Europe, but enables the development of improved products to meet the demand of new markets, thus expanding business trade. In this context, Portuguese companies can diversify their portfolio and invest in products aimed at colder regions, which in general are more prosperous. However, these regions have a climate different from the national reality, with colder and longer winters, in which our companies have little experience. When temperatures drop to significantly low levels, pavements are subjected to thermal stress and can present several distresses, such as thermal cracking. In these situations, polymers can be used as modifiers in asphalt binders to improve their properties, such as elastic recovery, cohesion and ductility. Polymers also minimize some of the problems of asphalt mixtures, such as thermal and fatigue cracking and permanent deformation. The objective of this work was to study the behaviour of asphalt mixtures at low temperatures, in particular when using modified bitumens. Thus, three binders were selected and tested in this study: a standard 50/70 penetration grade bitumen, and two polymer-modified binders (PMB) obtained adding 2.5% and 5.0% of SBS, respectively, to the 50/70 pen grade bitumen. Then, the PMBs were incorporated into SMA 11 mixtures, which were subjected to low-temperature mechanical tests based on the European Standard EN 12697-46. The materials and methods used in this work were applied to support the definition of the best future alternatives for cold climates. Some of the properties of the asphalt binders and mixtures evaluated in this work were the thermal cracking resistance, creep, elastic recovery, cohesive strength and ductility strength. Overall, it is concluded that the asphalt mixtures produced and evaluated in this work performed adequately at low temperatures, in particular those with PMB. The knowledge regarding laboratory tests at low-temperatures (EN 12697-46) and their derived conclusions will help to develop new pavement solutions for those colder climate zones.

Os regulamentos nacionais têm sido substituídos por regulamentos europeus nos vários países da comunidade europeia. Esta progressiva uniformização das normas europeias exige que as empresas nacionais submetam os seus produtos a ensaios padronizados na Europa, mas permite melhorar os produtos para responder à procura de novos mercados, expandindo o comércio das empresas. Neste contexto, as empresas portuguesas podem diversificar o seu portfólio e investir em produtos destinados a regiões mais frias, que em geral são mais prósperas. No entanto, estas regiões têm um clima muito diferente da realidade nacional, com invernos mais frios e longos, para o qual há pouca experiência. Quando as temperaturas descem para níveis muito baixos, os pavimentos são submetidos a tensão térmica e podem apresentar várias degradações, como fendilhamento térmico. Nestes casos, podem ser usados polímeros para modificar o betume e melhorar algumas das suas propriedades, como a recuperação elástica, coesão e ductilidade. Os polímeros também reduz alguns dos problemas das misturas betuminosas, como o fendillhamento térmico e por fadiga e a deformação permanente. O objetivo deste trabalho foi estudar o comportamento das misturas betuminosas a baixas temperaturas, em particular quando se utilizam betumes modificados. Assim, foram selecionados e ensaiados três ligantes neste estudo: um betume convencional com penetração 50/70 e dois betumes modificados com polímeros (PMB) obtidos pela adição de 2,5% e 5,0% de SBS, respetivamente, ao betume 50/70. Em seguida, os PMB foram então incorporados em misturas do tipo SMA 11, que foram submetidas a ensaios mecânicos a baixas temperaturas com base na norma europeia EN 12697-46. Os materiais e os métodos utilizados serviram para se definir quais as melhores alternativas futuras para climas frios. Algumas das propriedades dos ligantes e das misturas betuminosas que foram avaliadas foram a resistência ao fendilhamento térmico, fluência, recuperação elástica, força coesiva e ductilidade. Em geral, concluiu-se que as misturas betuminosas avaliadas neste trabalho tiveram um desempenho adequado a baixas temperaturas, em particular as produzidas com PMB. O conhecimento dos ensaios de laboratório a baixas temperaturas (EN 12697-46) e suas conclusões inerentes ajudarão a desenvolver novas soluções de pavimentação para as zonas climáticas mais frias.