Skip to main content
Log in

Thermomechanical characterization of asphalt mixtures modified with high contents of asphalt shingle modifier (ASM®) and reclaimed asphalt pavement (RAP)

  • Original Article
  • Published:
Materials and Structures Aims and scope Submit manuscript

Abstract

The reuse of reclaimed asphalt pavements (RAP) in asphalt mixes at high substitution rates has become a major economical and environmental necessity. However, this reuse of RAP is technically limited by the impact of RAP on the behavior of the mixes and industrially limited by the incorporation capacity of RAP in plants. On the other hand, several studies and industrial experiences showed that the reuse of manufacturer-waste asphalt roofing shingles as a modifier in asphalt mixes enhances the behavior of the asphalt mixes at different levels (fatigue, rutting and stiffness) without having a negative impact on low-temperature cracking when an appropriate asphalt mix design is used. The objective of this paper is to assess the behavior of asphalt mixes using a combination of RAP and asphalt shingle modifier (ASM®) together at high substitution rates. An experimental program was set up and carried out at the Lafarge Research Center and the French Ecole Nationale des Travaux Publics de l’Etat. A reference mix, and other mixes, modified with different percentages of RAP and ASM® were evaluated. The experimental results showed that the mixes with up to 15 % of RAP and 5 % of RAS behave well compared to the reference mix. Beyond these limits, low-temperature cracking behavior could be altered. Certain technical solutions were then evaluated and are presented in this paper.

Résumé

La réutilisation de fraisât d’enrobés recyclés (RAP) dans les enrobés bitumineux à des taux de substitution élevés devient une nécessité majeure pour des raisons économiques et environnementales. Cependant, cette réutilisation du RAP est limitée techniquement par l’impact du RAP sur le comportement de l’enrobé, et industriellement par la capacité d’incorporation du RAP dans les centrales d’enrobé. D’autre part, plusieurs études expérimentales et industrielles ont montré que le recyclage des rejets d’usines de bardeaux d’asphalte de toiture comme modifiants dans les enrobés améliore le comportement de ces enrobés à différents niveaux (fatigue, orniérage et module) sans avoir d’impact négatif sur la fissuration à basses températures lorsqu’une bonne formulation d’enrobés est utilisée. L’objectif de cet article est d’évaluer le comportement des enrobés incorporant une combinaison de RAP et de ASM® ensemble à des taux de substitution élevés. Un programme expérimental a été établi et réalisé à Lafarge Centre de Recherche (LCR) et à l’Ecole Nationale des Travaux Publics de l’Etat (ENTPE) en France. Une formule de référence, et quelques autres formules, modifiées à différents niveaux de RAP et d’ASM® ont été évaluées. Les résultats expérimentaux ont démontré que les mélanges contenant jusqu’à 15 % de RAP % et 5 % de RAS se comportent bien par rapport à la formule de référence. Au-delà de ces limites, le comportement à basse température peut être altéré. Quelques solutions techniques ont donc été évaluées et proposées dans cet article.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8
Fig. 9
Fig. 10
Fig. 11
Fig. 12
Fig. 13
Fig. 14
Fig. 15
Fig. 16
Fig. 17
Fig. 18
Fig. 19
Fig. 20
Fig. 21

Similar content being viewed by others

References

  1. Asphalt Figures 2009 (2009) Report, European Asphalt Pavement Association, 5

  2. Baaj H, Ech M, Lum P, Forfyllow R (2011) Behaviour of asphalt mixes modified with ASM & RAP. In: Proceedings of the Canadian Technical Asphalt Association, vol 21, pp 461–481

  3. Baaj H, Paradis M (2008) Use of post-fabrication asphalt shingles in stone matrix asphalt mix (SMA-10): laboratory characterization and field experiment on Autoroute 20 (Québec). In: Proceedings of the Canadian Technical Asphalt Association, vol 20, pp 365–384

  4. Baaj H, Dorchies P, Perraton D, Tessier B (2004) Module Complexe et Comportement à Basse Température des Enrobés Bitumineux Modifiés aux Bardeaux d’Asphalte. In: Proceedings of the Canadian Technical Asphalt Association, vol 26, pp 315–240

  5. Yonke E, Lum P, Budd D, Uzarowski L, Emery J (1999) Evaluation of manufactured shingle modifier asphalt mixes. In: Proceedings of the Canadian Technical Asphalt Association, vol 44, pp 175–197

  6. Lum P, Yonke E, Greco M (2004) Field and laboratory evaluation of manufactured shingle modifier in hot mix asphalt. In: Proceedings of the Canadian Technical Asphalt Association, vol 28, pp 449–477

  7. SP-2 Superpave mix design, manual. The Asphalt Institute, ISBN: 9781934154175, 128, third edition (revised 2001)

  8. Perraton D, Di Benedetto H, Sauzéat C, De La Roche C, Bankowski W, Partl M, Grenfell J (2011) Rutting of bituminous mixtures: wheel tracking tests campaign analysis. Mater Struct 44(5):969–986. doi:10.1617/s11527-010-9680-y

    Article  Google Scholar 

  9. Gabet T, Di Benedetto H, Perraton D, De Visscher J, Gallet T, Bankovski W, Olard F, Grenfell J, Bodin D, Sauzéat C (2011) French wheel tracking round robin test on a polymer modified bitumen mixture. Mater Struct 44(6):1031–1046. doi:10.1617/s11527-011-9733-x

    Article  Google Scholar 

  10. Di Benedetto H, De La Roche C (1998) State of the art of stiffness modulus and fatigue of bituminous mixtures. Report, E&FN Spon, Francken L (ed), vol 44, pp 137–180

  11. Baaj H, Perraton D, Di Benedetto H, Paradis M (2003) Contribution à l’Étude de la Relation Entre le Module Complexe et la Résistance à la Fatigue et à l’Orniérage d’un Enrobé SMA. In: Proceedings of the Canadian Technical Asphalt Association, vol 35, pp 287–315

  12. Di Benedetto H, Nguyen QT, Sauzeat C (2011) Nonlinearity, heating, fatigue and thioxotropy during cyclic loading of asphalt mixtures. Road Mater Pavements Des 12(1):129–158. doi:10.3166/RMPD.12.129-158

    Article  Google Scholar 

  13. Perraton D, Baaj H, Carter A (2010) Comparison of some pavement design methods from a fatigue point of view. Effect of fatigue properties of asphalt materials. Int J Road Mater Pavement Des 29:833–861

    Google Scholar 

  14. Di Benedetto H, De La Roche C, Baaj H, Pronk A, Lundström R (2004) Fatigue of bituminous mixtures. Mater Struct J 15:202–216

    Article  Google Scholar 

  15. Perraton D, Baaj H, Di Benedetto H, Paradis M (2003) Évaluation de la Résistance à la Fatigue des Enrobés Bitumineux Fondée sur l’Évolution de l’Endommagement du Matériau en Cours de l’Essai: Aspects Fondamentaux et Application à l’Enrobé SMA. Can Civ Eng J 12:902–913

    Article  Google Scholar 

  16. Baaj H, Di Benedetto H, Chaverot P (2004) Different experimental approaches and criteria for fatigue of asphalt mixes. In: Proceedings of the Canadian Technical Asphalt Association, vol 26, pp 261–286

  17. Baaj H, Di Benedetto H, Chaverot P (2005) Effect of binder characteristics on fatigue of asphalt pavement using an intrinsic damage approach. Road Mater Pavement 28:147–174

    Article  Google Scholar 

  18. Lundström R, Di Benedetto H, Isacsson U (2004) Influence of asphalt mixture stiffness on fatigue failure. J Mater Civ Eng 16(6):516–525

    Article  Google Scholar 

  19. Jung DH, Vinson TS (1994) Low-temperature cracking: test selection. Report, SHRP-A-400, Strategic Highway Research Program, National Research Council

  20. Soenen H, Vanelstaete A (2003) Performance indication for low temperature cracking. In: Proceedings of the 6th international RILEM symposium PTEBM’03, vol 7, pp 458–464

  21. Tapsoba N, Sauzeat C, Di Benedetto H (2012) Analysis of fatigue test for bituminous mixtures. J Mater Civ Eng. doi:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000636

  22. Olard F, Di Benedetto H (2003) General 2S2P1D model and relation between the linear viscoelastic behaviors of bituminous binders and mixes. Int J Road Mater Pavement Des 4(2):185–224

    Google Scholar 

  23. Di Benedetto H, Olard F, Sauzéat C, Delaporte B (2004) Linear viscoelastic behavior of bituminous materials: from binders to mixes. Int J Road Mater Pavement Des 5(Special Issue EATA):163–202

    Google Scholar 

  24. Di Benedetto H, Corté JF (2005) Matériaux Routiers Bitumineux 2: constitution et propriétés thermomécaniques des mélanges. Lavoisier

  25. Di Benedetto H, Delaporte B, Sauzéat C (2007) Three-dimensional linear behavior of bituminous materials: experiments and modeling. Int J Geomech 7(2):149–157

    Article  Google Scholar 

  26. Nguyen HM, Pouget S, Di Benedetto H, Sauzéat C (2009) Time–temperature superposition principle for bituminous mixtures. Eur J Environ Civ Eng 13(9):1095–1107

    Article  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to Hassan Baaj.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Baaj, H., Ech, M., Tapsoba, N. et al. Thermomechanical characterization of asphalt mixtures modified with high contents of asphalt shingle modifier (ASM®) and reclaimed asphalt pavement (RAP). Mater Struct 46, 1747–1763 (2013). https://doi.org/10.1617/s11527-013-0015-7

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1617/s11527-013-0015-7

Keywords

Mots-clés

Navigation