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

HiMA ¡

Some ¡mix ¡design ¡aspects ¡ 7th ¡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 ¡

Hardness ¡ Fines ¡aggregate ¡crushing ¡ test: ¡ ¡ 10 ¡%FACT ¡ SANS ¡3001-­‑AG10 ¡ ≥ ¡160 ¡kN ¡ Aggregate ¡crushing ¡value ¡ ACV ¡ ≤ ¡25% ¡ Par2cle ¡shape ¡& ¡texture-­‑ ¡ Percentage ¡of ¡fully ¡crushed ¡ coarse ¡aggregate ¡(> ¡5 ¡mm) ¡ ¡ ¡ 100% ¡ Flakiness ¡Index ¡test ¡ SANS ¡3001-­‑AG4 ¡ ≤ ¡25 ¡ ParBcle ¡index ¡test ¡ ASTM ¡D3398 ¡ >15 ¡ Water ¡absorp2on ¡ Coarse ¡aggregate ¡ (>4.75mm) ¡ SANS ¡3001-­‑AG20 ¡ ≤ ¡1.0 ¡% ¡ 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 ¡

Property ¡ Test ¡ method ¡ Unit ¡ Penetra2on ¡grade ¡ 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 ¡ ¡[mm] ¡ Average ¡thickness ¡ ¡[mm] ¡ Minimum ¡thickness ¡ [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 ¡ ¡ ∑↑▒= ¡0,25𝐻+2.3𝑇+12𝑡+150𝑔 ¡ 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 ¡ modulus ¡K ¡ ≥2,5 ¡ ≥3,4 ¡

Design ¡criteria ¡

Property ¡ Test ¡ No ¡of ¡ specimen s ¡ Test ¡ standard ¡

Requirements ¡

HiMA ¡class ¡ Class ¡1 ¡ Class ¡2 ¡ Workability ¡ Gyratory ¡compactor, ¡air ¡ voids ¡aaer ¡45 ¡gyraBons ¡ 3 ¡ ASTM ¡D6926 ¡ ≤ ¡10% ¡ ≤ ¡6% ¡ Durability ¡ Modified ¡LoQman, ¡TSR ¡ 6 ¡ ASTM ¡D4867 ¡ ≥ ¡0.80 ¡ ≥ ¡0,80 ¡ Resistance ¡to ¡ permanent ¡ deforma2on ¡ RSST-­‑CH, ¡55 ¡⁰C, ¡5 ¡000 ¡ reps ¡ 3 ¡ AASHTO ¡ T320 ¡ ≤ ¡1,1% ¡ strain ¡ ≤ ¡1,1% ¡ strain ¡ Dynamic ¡ Modulus ¡ Dynamic ¡modulus ¡at ¡10 ¡ Hz, ¡15 ¡⁰C ¡ 3 ¡ AASHTO ¡ TP62 ¡ ≥ ¡14 ¡GPa ¡ ≥ ¡14 ¡GPa ¡ Fa2gue ¡ Beam ¡faBgue ¡test ¡at ¡10 ¡ Hz, ¡10 ¡⁰C, ¡to ¡50% ¡sBffness ¡ reducBon ¡ 9 ¡ AASHTO ¡ T321 ¡ ≥ ¡106 ¡reps ¡ @ ¡300 ¡µε ¡ ≥ ¡106 ¡reps ¡ @ ¡390 ¡µε ¡

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 ¡1st ¡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) ¡