Viscoelastic Characterization of Polymer-Modified Asphalt Binders of Pavement Applications

Rutting is a primary reason of premature deterioration of asphalt highway pavements. Pavements constructed with polymer and other modifiers are showing improved performance. The virgin asphalt and modified asphalt binders and mixes used on several test sections of the I-55 highway rehabilitation project in northern Mississippi are compared. The laboratory creep compliance data for these binders were measured at low temperatures using a modified test procedure adapted for the Bending Beam Rheometer device. Dynamic Shear Rheometer was used at high service temperatures. The creep compliance data of the binder was used as an input to simulate creep compliance behavior of the mix using a micromechanical model. The field evaluation confirms the relatively poor performance of the virgin asphalt section with respect to rutting, compared to modified binder sections. Zusammenfassung: Fahrrinnenbildung ist ein Hauptgrund fur die vorzeitige Alterung von Asphaltbelagen auf Autobahnen. Belage mit Polymeren und anderen Modifikatoren zeigen eine verbesserte Gute. Der unbehandelte Asphalt und modifizierte Zusatzstoffe und Mischungen, welche auf verschiedenen Testabschnitten des Sanierungsprojektes auf der I-55 im Norden Mississippis benutzt wurden, werden verglichen. Die im Labor ermittelten Daten der Kriechnachgiebigkeit fur diese Zusatzstoffe wurden bei niedrigen Temperaturen gemessen, wobei eine modifiziertes Testverfahren benutzt wurde, welches an das Biegebalken Rheometer angepasst ist. Das dynamische Scherrheometer wurde bei hohen Temperaturen eingesetzt. Die Kriechnachgiebigkeitsdaten der Zusatzstoffe wurden als Eingabedaten zur Simulation des Kriechnachgiebigkeitsverhaltens der Mischung benutzt, wobei ein mikromechanisches Modell herangezogen wurde. Die Auswertung der Feldstudie belegt die relativ geringe Gute des Primarasphaltes in Bezug auf die Bildung von Fahrrinnen, verglichen mit den Abschnitten, welche mit modifiziertem Bindemittel asphaltiert wurden. Resume: La premiere cause de deterioration prematuree des revetements asphaltiques des autoroutes est la formation d’ornieres. Les revetements obtenus avec du polymere et d’autres adjuvants presentent des performances accrues. L’asphalte vierge, l’asphalte modifie avec des liants ainsi que des melanges utilises sur plusieurs sections tests de l’autoroute I-55 dans le cadre d’un projet de rehabilitation de cette autoroute du nord du Mississipi, ont ete compares. Des donnees de relaxation en fluage ont ete obtenues en laboratoire pour ces melanges a basses temperatures, a l’aide d’un rheometre de fluage dont le protocole experimental a du etre modifie. Un rheometre de cisaillement dynamique a ete utilise pour l’obtention de donnees a hautes temperatures. Les donnees de compliance en fluage obtenues pour l’asphalte modifie avec du liant ont ete utilisees comme parametres dans un modele micromecanique pour simuler le comportement en fluage du melange. L’evaluation faite sur le terrain confirme les performances relativement pauvres de l’asphalte vierge compare a l’asphalte modifie avec du liant, en ce qui concerne la formation d’ornieres.