Effect of polyolefin modified bitumen on Marshall stability

Abstract

It is possible to improve the performance of the hot mix asphalt (HMA) by improving the properties of the materials (aggregate, bitumen) used in the HMA or by the addition of some special materials. In this study; polypropylene (PP) and high density polyethylene (HDPE) waste plastics were co–pyrolyzed at a temperature range of 300–350 °C. 2, 4, 5 and 6 % modified bitumen were made by using the solid product (char–additive) obtained from co–pyrolysis and pure 50/70 penetration grade bitumen. RV (rotational viscometer) tests were applied to pure and modified bitumens at different temperatures (60–165 °C) and the optimum rate of PP–HDPE additive was determined to be 5 %. Then; two different HMA sample series were prepared with Marshall apparatus using pure and 5 % PP–HDPE modified bitumen. For Marshall Mix design, sample series were formed at bitumen rates 3.5; 4; 4.5; 5 and 5.5 % and four HMA samples were produced at each bitumen rate. The samples were weighed in water, dry and saturated surface–dry. The heights of the samples were measured and the Marshall stability and flow values were determined by applying a load at a certain speed (50 mm/min). As a result; compared to the pure HMA, it was observed that the Marshall stability of the modified HMA increases between about 8.5 and 13 %.

Bitümlü sıcak karışımda (BSK) kullanılan malzemelerin (agrega, bitüm) özelliklerini iyileştirerek veya bazı özel malzemeler ilave ederek, BSK’nın performansını artırmak mümkündür. Bu çalışmada; polipropilen (PP) ve yüksek yoğunluklu polietilen (YYPE) atık plastikleri 300–350 °C sıcaklık aralığında birlikte piroliz edildi. Pirolizden elde edilen katı ürün (çar–katkı maddesi) ve saf 50/70 penetrasyon dereceli bitüm kullanılarak, % 2, 4, 5 ve 6 oranlarında modifiye bitümler yapıldı. Saf ve modifiye bitümlere, farklı sıcaklıklarda (60–165 °C) RV (dönel viskozimetre) testleri uygulandı ve PP–YYPE katkısının optimum oranı % 5 olarak belirlendi. Sonra; saf ve % 5 PP–YYPE modifiye bitüm kullanılarak, Marshall aparatı ile iki farklı BSK numune serisi hazırlandı. Marshall karışım tasarımı için, % 3,5; 4,0; 4,5; 5,0 ve 5,5 bitüm oranlarında numune serileri oluşturuldu ve her bir bitüm oranında 4 BSK numunesi üretildi. Kuru ve doygun yüzey–kuru olarak tartılan numuneler, su içinde tartıldı. Numunelerin yükseklikleri ölçüldü ve belirli bir hızda (50 mm/dakika) bir yük uygulanarak, Marshall stabilite ve akma değerleri belirlendi. Sonuç olarak; saf BSK ile karşılaştırıldığında, modifiye BSK'nın Marshall stabilitesinin yaklaşık % 8,5 ila 13,0 arasında arttığı gözlenmiştir.