The influence of fiber addition on fatigue life of mineral-asphalt composites for road pavement layers constructed using hot and warm mix asphalt technology

Piotr Radziszewski; Piotr Pokorski; Adam Liphardt; Michał Sarnowski; Jan Król; Karol Kowalski; Marek Iwański; Anna Chomicz-Kowalska

doi:10.7409/rabdim.025.024

Opublikowane: 2025-11-13

Tom 24 Nr 4 (2025)

Wpływ dodatku włókien na trwałość zmęczeniową kompozytów mineralno-asfaltowych do warstw nawierzchni drogowej wykonywanych w technologii na gorąco i na ciepło

Piotr Radziszewski

, Piotr Pokorski

, Adam Liphardt

, Michał Sarnowski

, Jan Król

, Karol Kowalski

, Marek Iwański

, Anna Chomicz-Kowalska

Dział: Artykuły

https://doi.org/10.7409/rabdim.025.024

Abstrakt

Obecnie w coraz większym stopniu wprowadza się w budownictwie drogowym produkcję mieszanek mineralno-asfaltowych w technologii na ciepło. Ta technologia pozwala na obniżenie temperatury produkcji i wykonania nawierzchni asfaltowych od 30°C do 50°C. Tak znaczne obniżenie temperatury przyczynia się do niższych kosztów produkcji, ale także powoduje zmniejszoną emisję ciepła do atmosfery, co jest niezwykle ważne ze względu na ochronę środowiska. Jedną z ważniejszych cech funkcjonalnych warstw nawierzchni drogowej jest jej trwałość zmęczeniowa, którą można polepszyć stosując do mieszanek mineralno-asfaltowych włókna. Do zbrojenia rozproszonego mieszanek mineralno-asfaltowych często są stosowane włókna: aramidowe (AR), szklane (GL) i polimerowo-bazaltowe (PB). W artykule poddano analizie wyniki badań mieszanek mineralno-asfaltowych z tymi włóknami wykonanych w technologii na gorąco, na podstawie których określono ich wpływ na trwałość zmęczeniową. Do dalszych badań wybrano włókna polimerowo-bazaltowe, charakteryzujące się bardzo korzystnym wpływem na odporność na zmęczenie mieszanek betonu asfaltowego (AC) i betonu asfaltowego o wysokim module sztywności (ACWMS). Ważnym problemem materiałowo-technologiczno-konstrukcyjnym jest określenie efektywności działania dodatku włókien do mieszanek mineralno-asfaltowych w technologii na ciepło. W artykule przedstawiono wyniki badań nad innowacyjną technologią produkcji i wbudowania mieszanek mineralno-asfaltowych przy jednoczesnym zastosowaniu wybranego włókna polimerowo-bazaltowego, środka upłynniającego lepiszcze w postaci proekologicznego upłynniacza pochodzenia roślinnego (bio-fluxu) oraz procesu spieniania asfaltu wodą, co pozwala wytworzyć kompozyt mineralno-asfaltowy w obniżonej temperaturze i o poprawionych parametrach technicznych. W celu potwierdzenia wysokich właściwości funkcjonalnych w pracy przedstawiono wyniki badań zmęczeniowych próbek mieszanek mineralno-asfaltowych przeznaczonych do warstw: ścieralnej i podbudowy z dodatkiem włókien bazaltowych, wykonanych w laboratorium oraz pobranych z odcinka doświadczalnego. Wyniki badań wykazały, że zastosowanie technologii produkcji i wbudowania na ciepło betonu asfaltowego AC 11 do warstwy ścieralnej i ACWMS 22 do warstwy podbudowy, z zastosowaniem włókien polimerowo-bazaltowych, jest bardzo korzystne ze względu na zapewnienie wysokiej trwałości zmęczeniowej.

Słowa kluczowe:

mieszanki mineralno-asfaltowe, technologia na ciepło, trwałość zmęczeniowa, włókna polimerowo-bazaltowe

Inne teksty tego samego autora

Michał Sarnowski, Właściwości reologiczne asfaltów drogowych modyfikowanych polimerem SBS i kwasem polifosforowym , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 14 Nr 1 (2015)
Marek Iwański, Grzegorz Mazurek, Anna Chomicz-Kowalska, Przemysław Buczyński, Małgorzata Cholewińska, Mateusz Marek Iwański, Krzysztof Maciejewski, Piotr Ramiączek, Wpływ spoiwa mieszanego na właściwości recyklowanej mieszanki mineralno-asfaltowej z asfaltem spienionym w aspekcie jej uziarnienia , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 22 Nr 1 (2023)
Nicola Baldo, Fabio Rondinella, Fabiola Daneluz, Pavla Vacková, Jan Valentin, Marcin Gajewski, Jan Król, Przewidywanie właściwości mechanicznych mieszanek mineralno-asfaltowych: badanie modelowania sieciami neuronowymi w porównaniu z metodami referencyjnymi regresji liniowej i nieliniowej , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 24 Nr 1 (2025)
Marcin Błaszczak, Karol J. Kowalski, Jan Król, Metoda oceny współczynnika tarcia, głębokości makrotekstury i poziomu dźwięku za pomocą analizy obrazu pola kontaktu opony z nawierzchnią , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 14 Nr 2 (2015)
Piotr Radziszewski, Jerzy Piłat, Michał Sarnowski, Karol J. Kowalski, Jan B. Król, Wpływ wysokiej temperatury na właściwości materiałów stosowanych w konstrukcjach asfaltowych nawierzchni mostowych , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 14 Nr 3 (2015)
Adam Liphardt, Piotr Radziszewski, Analiza właściwości lepkosprężystych lepiszczy odzyskanych z mieszanek zawierających dodatek granulatu asfaltowego , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 18 Nr 1 (2019)
Adam Liphardt, Piotr Radziszewski, Michał Sarnowski, Ocena możliwości stosowania zwiększonej zawartości granulatu asfaltowego w betonie asfaltowym z wykorzystaniem dodatków poprawiających urabialność mieszanek mineralno-asfaltowych , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 22 Nr 4 (2023)
Michał Sarnowski, Asfalty modyfikowane chemicznie o poprawionej adhezji do kruszywa , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 14 Nr 4 (2015)
Jan Król, Badania jednorodności zagęszczenia betonów asfaltowych z wykorzystaniem analizy obrazu , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 13 Nr 1 (2014)
Piotr Ramiączek, Mikołaj Cielibała, Natalia Skrzyniarz, Karolina Janus, Krzysztof Maciejewski, Mateusz M. Iwański, Anna Chomicz-Kowalska, Wpływ rodzaju destruktu asfaltowego na właściwości mieszanki mastyksu grysowego SMA JENA 16 , Roads and Bridges – Drogi i Mosty: Tom 22 Nr 4 (2023)

1 2 3 > >>

Pobierz pliki

PDF

Zasady cytowania

Radziszewski, P., Pokorski, P., Liphardt, A., Sarnowski, M., Król, J., Kowalski, K., … Chomicz-Kowalska, A. (2025). Wpływ dodatku włókien na trwałość zmęczeniową kompozytów mineralno-asfaltowych do warstw nawierzchni drogowej wykonywanych w technologii na gorąco i na ciepło. Roads and Bridges – Drogi I Mosty, 24(4), 391–403. https://doi.org/10.7409/rabdim.025.024

Cited by / Share

Licencja

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe.

Bibliografia

Chen H., Xu Q., Chen S., Zhang Z.: Evaluation and design of fiber-reinforced asphalt mixtures. Materials and Desing, 30, 7, 2009, 2598-2603, DOI: 10.1016/j.matdes.2008.09.030
Google Scholar

Abiola O.S., Kupolati W.K., Sadiku R., Ndambuki J.: Utilisation of natural fiber as modifier in bituminous mixes: A review. Construction and Building Materials, 54, 2014, 305-312, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.12.037
Google Scholar

Qain S., Ma H., Feng J., Yang R., Huang X.: Fiber reinforcing effect on asphalt binder under low temperature. Construction and Building Materials, 61, 2014, 120-124, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.02.035
Google Scholar

Park P., El-Tawil S., Park S., Naaman A.E.: Cracking resistance of fiber reinforced asphalt concrete at −20°C. Construction and Building Materials, 81, 2015, 47-57, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.02.005
Google Scholar

Mansourian A., Razmi A., Razavi M.: Evaluation of fracture resistance of warm mix asphalt containing jute fibers. Construction and Building Materials, 117, 2016, 37-46, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.04.128
Google Scholar

Radziszewski P., Sarnowski M.: Technologia nowoczesnych nawierzchni asfaltowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2023 (in Polish)
Google Scholar

Liphardt A., Radziszewski P., Sarnowski M.: Evaluation of the feasibility of incorporating higher RAP materials content in asphalt concrete with the use of additives that improve the workability of asphalt mixtures. Roads and Bridges – Drogi i Mosty, 22, 4, 2023, 515-526, DOI: 10.7409/rabdim.023.032
Google Scholar

Iwański M., Chomicz-Kowalska A., Maciejewski K., Janus K., Radziszewski P., Liphardt A., Michalec M., Góral K.: Stiffness evaluation of laboratory and plant produced foamed bitumen warm asphalt mixtures with fiber reinforcement and bio-flux additive. Materials, 16, 5, 2023, Article ID: 1950, DOI: 10.3390/ma16051950
Google Scholar

Radziszewski P., Sarnowski M., Plewa A., Pokorski P.: Properties of asphalt concrete with basalt-polymer fibres. Archives of Civil Engineering, 64, 4, 2018, 197-209, DOI: 10.2478/ace-2018-0052
Google Scholar

Jaskuła P., Stienss M., Szydłowski C.: Wpływ zbrojenia polimerowymi włóknami rozproszonymi na wybrane właściwości mieszanek mineralno-asfaltowych. Drogownictwo, 72, 9, 2017, 275-280 (in Polish)
Google Scholar

Mashaan N., Karim M., Khodary F., Saboo N., Milad A.: Bituminous pavement reinforcement with fiber: A review. CivilEng, 2, 3, 2021, 599-611, DOI: 10.3390/civileng2030033
Google Scholar

Min-Jae K., Soonho K., Doo-Yeol Y., Hyunoh S.: Enhancing mechanical properties of asphalt concrete using synthetic fibers. Construction and Building Materials, 178, 2018, 233-243, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.05.070
Google Scholar

Iwański M., Chomicz-Kowalska A., Maciejewski K.: Application of synthetic wax for improvement of foamed bitumen parameters. Construction and Building Materials, 83, 2015, 62-69, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.02.060
Google Scholar

Chomicz-Kowalska A., Mrugała J., Maciejewski K.: Evaluation of foaming performance of bitumen modified with the addition of surface active agent. IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 245, 3, 2017, Article ID: 032086, DOI: 10.1088/1757-899X/245/3/032086
Google Scholar

Chomicz-Kowalska A.: Statistical methods for evaluating associations between selected foamed bitumen parameters. Proceedings of the 6th International Conference: Bituminous Mixtures and Pavements, Thessaoniki, Greece, 2015, Bituminous Mixtures and Pavements VI, Ed. A. Nikolaides, CRC Press, London, 2015, 3-12
Google Scholar

Innowacyjne hybrydowe zbrojenie kompozytowe FRP do konstrukcji infrastrukturalnych o podwyższonej trwałości. Program Badań Stosowanych (PBS), Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBR), Politechnika Warszawska, Raport z badań PBS3/A2/20/2015, 2015-2018 (in Polish)
Google Scholar

Iwański M., Chomicz-Kowalska A., Maciejewski K., Iwański M.M., Radziszewski P., Liphardt A., Król J.B., Sarnowski M., Kowalski K.J., Pokorski P.: Warm mix asphalt binder utilizing water foaming and fluxing using bio-derived agent. Materials, 15, 24, 2022, DOI: 10.3390/ma15248873
Google Scholar

Iwański M., Chomicz-Kowalska A., Maciejewski K., Iwański M.M., Radziszewski P., Liphardt A., Król J.B., Sarnowski M., Kowalski K.J., Pokorski P.: Effects of laboratory ageing on the FTIR measurements of water-foamed bio-fluxed asphalt binders. Materials, 16, 2, 2023, Article ID: 513, DOI: 10.3390/ma16020513
Google Scholar

Radziszewski P., Liphardt A., Sarnowski M., Kowalski K.J., Pokorski P., Konieczna K., Król J.B., Iwański M., Chomicz-Kowalska A., Maciejewski K., Iwański M.M., Michalec M.: Ageing evaluation of foamed polymer modified bitumen with bio-flux additive. Materials, 16, 6, 2023, Article ID: 2167, DOI: 10.3390/ma16062167
Google Scholar

Chomicz-Kowalska A., Iwański M., Maciejewski K., Iwański M.M., Radziszewski P., Liphardt A., Pokorski P., Król J.: High performing WMA surface course and high modulus asphalt concretes evaluated using different stiffness moduli measuring methods. 8th E&E Congress Eurasphalt & Eurobitume, Budapest, Hungary, 2024
Google Scholar

WT-2 2014 Nawierzchnie asfaltowe na drogach krajowych. Część I: Mieszanki mineralno-asfaltowe. Wymagania techniczne. Załącznik do Zarządzenia nr 54 Generalnego Dyrektora Dróg Krajowych i Autostrad, GDDKiA, Warszawa 2014, https://edziennik.gddkia.gov.pl/eli/DU_GDDKIA/2014/54/ogl/pol/pdf (available in Polish: 01.06.2025)
Google Scholar

Gupta A., Slebi-Acevedo C.J., Lizasoain-Arteaga E., Rodriguez-Hernandez J., Castro-Fresno D.: Multi-criteria selection of additives in porous asphalt mixtures using mechanical, hydraulic, economic, and environmental Indicators. Sustainabil- ity, 13, 4, 2021, Article ID: 2146, DOI: 10.3390/su13042146
Google Scholar

Mitchell M.R., Link R.E., Kaloush K.E., Biligiri K.P., Zeiada .A., Rodezno M.C., Reed J.X.: Evaluation of fiber-reinforced asphalt mixtures using advanced material characterization tests. Journal of Testing and Evaluation, 38, 4, 2010, 400-411, DOI: 10.1520/JTE102442
Google Scholar

Klinsky L.M.G., Kaloush K.E., Faria V.C., Bardini V.S.S.: Performance characteristics of fiber modified hot mix asphalt. Construction and Building Materials, 176, 2018, 747-752, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.04.221
Google Scholar

Kassem H.A., Saleh N.F., Zalghout A.A., Chehab G.R.: Advanced characterization of asphalt concrete mixtures reinforced with synthetic fibers. Journal of Materials in Civil Engineering, 30, 11, 2018, Article ID: 04018307, DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002521
Google Scholar

Pszczola M., Szydlowski C., Jaczewski M.: Influence of cooling rate and additives on low-temperature properties of asphalt mixtures in the TSRST. Construction and Building Materials, 204, 2019, 399-409, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.01.148
Google Scholar

Wiśniewski D., Słowik M., Kempa J., Lewandowska A., Malinowska J.: Assessment of impact of aramid fibre addition on the mechanical properties of selected asphalt mixtures. Materi- als, 13, 15, 2020, Article ID: 3302, DOI: 10.3390/ma13153302
Google Scholar

Noorvand H., Castro S., Underwood B.S., Kaloush K.E.: Evaluating interaction of fibre reinforcement mechanism with mesostructure of asphalt concrete. International Journal of Pavement Engineering, 23, 5, 2020, 1594-1611, DOI: 10.1080/10298436.2020.1813286
Google Scholar

Xing X., Liu T., Pei J., Huang J., Li R., Zhang J., Tian Y.: Effect of fiber length and surface treatment on the performance of fiber-modified binder. Construction and Building Materials, 248, 2020, Article ID, 118702, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118702
Google Scholar

Takaikaew T., Tepsriha P., Horpibulsuk S., Hoy M., Kaloush K.E., Arulrajah A.: Performance of fiber-reinforced asphalt concretes with various asphalt binders in Thailand. Journal of Materials in Civil Engineering, 30, 8, 2018, Article ID: 04018193, DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002433
Google Scholar

Radziszewski P., Sarnowski M.: Beton asfaltowy zbrojony włóknami FRP do naprawy nawierzchni betonowych. Magazyn Autostrady, 10, 2017, 38-41 (in Polish)
Google Scholar