Bitumen is a key constitutive material in asphalt pavements. It binds together the rock scaffolding of a pavement. Bitumen provides asphalt pavement with flexibility and enables it to respond to traffic loading and return to its original condition after the loading, i.e. bitumen restores/repairs the damage. In Porous Asphalt (PA) or Stonemastic Asphalt Mix (SMA) asphalt mixtures, due its open graded structure, bitumen modifiers are used to improve or restore bitumen physical and mechanical performance. Traditionally bitumen modifiers are made with products of crude oil, such as: ethylene vinyl acetate (EVA) copolymers and styrene–butadiene–styrene (SBS). As crude oil production declines and the environmental and financial costs of crude oil extraction increase, there is a need to identify environmentally sustainable alternatives to use in bitumen. Bitumen modifiers generated from biological sources offer an environmentally friendly and economically viable alternative to crude oil based bitumen modifiers. This paper describes how PHBV (poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), a bio-based co-polymer, might be used as an alternative bitumen modifier. The effect of PHBV on 70/100pen was investigated for this paper. The chemical and physical effect of the PHBV on the bitumen performance was investigated using Gel Permeation Chromatography, Fourier Transformed Infrared Spectroscopy, Differential Scanning Calorimetry, microscopic imaging and Dynamic Shear Rheometer tests. The results indicate that PHBV has significant potential as a bitumen bio-polymer modifier.

@en

Bitumen rejuvenators are used to improve or restore the physical and mechanical performance of aged bitumen. Traditional bitumen rejuvenators are a product of crude oil. As crude oil production declines and the environmental and financial costs of crude oil increase, there is an urgent need to identify more environmentally sustainable bitumen rejuvenator alternatives. Bitumen rejuvenators generated from biological sources offer an environmentally friendly and economically viable alternative to the crude oil-based bitumen rejuvenators. This paper describes a study wherein microalgae oil was used as an aged bitumen rejuvenator. The chemical, physical, and mechanical effects of microalgae oil on 70/100pen aged bitumen were investigated. The results indicate that microalgae oil has the potential to be used as an aged bitumen rejuvenator.

@en

Fatigue damage is one of the main modes of deterioration of bituminous materials that leads to the failure of flexible pavements. However, it is well known that bituminous materials have some capability of recovering inflicted damage to some extent due to their viscoelastic nature. This process has been referred to as “self-healing”. Recently, research on crack-healing of bituminous materials has gained more importance and popularity due to the development of self-healing materials by materials scientists and engineers, that have been used in several applications. The Rilem Technical Committee TC 278-CHA (Crack-Healing of Asphalt Pavement Materials) was created in 2016 to tackle the challenges related to testing and evaluating the crack-healing properties of bituminous materials. However, the committee members noticed that there is no clear agreement within the scientific community about some basic terms to use when it comes to this new area of interest. Hence, this paper aims to clarify some of the concepts related to crack-healing and propose some common terms to the researchers and pavement engineers.@en

Damage in pavements is known to reduce over time when the material is left to rest, this phenomenon is identified as healing. It has been shown that healing has a large influence on pavement performance. However, as the healing mechanism is not fully understood, there is currently no accepted method available to assess the healing performance of an asphalt binder. Healing of cracks can be seen as the sum of two processes, cracked surfaces coming into contact (wetting) and strength gain of the contact area (intrinsic healing). This paper aims to increase the understanding of the process of two surfaces coming into contact. Healing of bitumen is assessed using a novel test method, which allows for controlled variation of the stress state during healing. This method consists of bringing two pieces of bitumen together and allowing them to heal under controlled conditions. The extent of healing is then assessed by testing the healed specimens in direct tension. The results, presented in this paper, show that the stress state at assembly and during healing has a significant impact on the extent of healing.

@en

Asfalt heeft de aantrekkelijke eigenschap dat het zichzelf kan herstellen na schade. Er is echter tot op heden geen betrouwbare methode om de healingcapaciteit van een asfaltmengsel te bepalen. Bij het healingproces van een discrete scheur spelen twee processen een rol, namelijk het in contact komen van de oppervlakken van de scheur; het zogenaamde bevochtigen, en het vermogen van deze oppervlakken in contact om kracht over te dragen; de intrinsieke healing. In dit artikel wordt een testmethode gepresenteerd welke in staat is om de verschillende parameters die een rol spelen gedurende de healing te variëren om zo het belang van de processen in healing bloot te leggen. Met behulp van deze testmethode is de mate van healing van bitumen in de tijd onderzocht en de invloed van normaalkracht gedurende healing. Op basis van de gepresenteerde resultaten kan worden geconcludeerd dat bevochtiging van het scheuroppervlak tenminste 50% van de macroscopisch geobserveerde healing bepaalt voor pure bitumen. Dit inzicht kan worden gebruikt om een materiaalmodel voor healing van asfalt te formuleren, op basis waarvan een relatief eenvoudige healingtest kan worden ontworpen waarmee de healingcapaciteit van asfaltmaterialen onderling kan worden vergeleken.@en

Asphalt concrete has the advantageous ability to heal autonomously, however the mechanisms behind this are not fully understood. To increase insight in the healing mechanism, the healing model used in polymer science is adopted. It interprets healing as the sum of wetting and intrinsic healing. The presented work introduces a new test set-up, which is designed to investigate the relative contribution of wetting and intrinsic healing by measuring the strength gain when two pieces of binder are brought into contact. Results obtained show that for a soft, pure binder, wetting is the dominant process. This can be concluded from the fact that at least 50% of the observed healing can be attributed to wetting. Wetting is highly dependent on both the load level and the duration of load application. Consequently, it is shown that the level of healing observed in asphalt concrete is very dependent on the boundary conditions.@en

Asphalt concrete has the advantageous ability to heal. During rest periods, damage present In the material is restored to a certain extent. Healing of the material can be observed in iis regaining of strength and stiffness after rest periods. In this paper, a new test method is presented. It was developed to increase the understanding of the healing phenomenon. The test method focused on asphalt as it v/ss assumed to be the driver of the healing performance. The test method assessed the heaUng performance of asphalt In stiffness and strength by testing the bond strength In tensile mode of two pieces of asphalt that were assembled under controlled temperature and stress conditions. With the test method, healing tests ^yere performed on one type of binder; the load level during healing and the healing tune were varied. The tesi results showed that after a short healing time of only 6 min, a significant amount of healing could be detected. That finding indicates the importance of adhesion between two crack surfaces v/hen the healing capacity is assessed. It v/as also found that the maximum tensile stress reached a plateau value after 24 h of healing; the finding indicates thatfull healing can be realized in short time periods for pure, unaged, soft binders. It v/as also shov/n that the load level perpendicular to the damage during heaUng had a significant effect on the observed healing.@en

Damage in pavements is known to reduce over time when the material is left to rest, this phenomenon is known as healing. It has been shown that healing is an important influence factor in pavement performance. However, an accepted method to assess the healing capability of a pavement is currently not available. Healing of cracks is assumed to be the sum of two processes, cracked surfaces coming into contact (wetting) and strength gain of surfaces in contact (intrinsic healing). The paper describes influencing parameters of these two processes. The healing potential of bitumen is assessed using a novel test method. In this method two pieces of bitumen are brought together and left to heal under controlled condi-tions. After healing the amount of healing is assessed by testing the specimens us-ing a direct tensile test. From the results it can be seen that normal force has a sig-nificant impact on the observed healing, indicating that the process of two surfaces coming into contact (wetting) has a significant impact on healing behavior of the bitumen.@en

Het zelfherstellend vermogen, of de healingscapaciteit, van asfaltmengsels wordt in de meeste ontwerpmethoden voor wegverhardingen meegenomen. De kennis over dit zelfherstellend vermogen is gebaseerd op ervaringen en onderzoeken uit het verleden en de werkelijke mechanismen erachter zijn niet bekend. Hierdoor is het moeilijk om voor nieuwe materialen een realistische healingscapaciteit te bepalen. Een te hoge waarde leidt tot onverwachte, dure, schade aan wegen en een te lage waarde benadeelt een nieuw product. Het is, zeker met de huidige druk op grondstoffen en de daarmee samenhangende snelle veranderingen in de gebruikte materialen van groot belang de healingscapaciteit objectief te kunnen bepalen. Uit eerder onderzoek aan de TU Delft (Pronk et al, 2009) kwam naar voren dat de combinatie van de in Nederland gebruikelijk vierpuntsbuig vermoeiingsproeven met rustperioden en het partial healing model het mogelijk maakten om op een enkel proefstuk een indicatie van healing te bepalen. Dat de bepaling op een proefstuk gendaan kan worden is van belang omdat de verschillen tussen proefstukken van een mengsel in vermoeiingsonderzoek zodanig zijn dat dit de bepaling van een healingswaarde lastig maakt. In dit onderzoek wordt gekeken of de benadering met proeven en modellen voor twee volumetrisch gelijke mengsels met bitumen van verschillende hardheden (penetratie 10/20 en 70/100) de verwachte resultaten geeft. Die verwachtingen zijn gebaseerd op empirie: zachte bitumen geeft meer healing dan harde. Indien dit met deze benadering ook gevonden zou worden, kan de benadering ook op andere materialen worden toegepast. Naast het partial healing model werd ook een eenvoudiger model gebruikt om te bepalen of dit voordelen zou bieden in robuustheid. De toepassing van de modellen bleek helaas niet te werken omdat deze te gevoelig waren voor de vorm van de proefsignalen om robuuste voorspellingen te geven. Er is daarom op een meer pragmatische manier naar de data gekeken, waarbij er nog steeds een healingswaarde per proefstuk werd verkregen. Zonder de modellen waren deze waarden noodgedwongen gekoppeld aan een andere stijfheidsafname dan de 50% stijfheidsreductie die als einde levensduur gebruikt wordt in de vermoeiingsproef en dat maakt de koppeling van de gemeten data aan een levensduurverlenging en daarmee het bepalen van een healingscapaciteit lastig. Het verloop van de healingscapaciteit over de stijfheid voor beide onderzochte mengsels verschilde sterk, wat een goede basis leek voor een healingsindicator. Helaas was ook het verschil in stijfheidsverloop in de vermoeiingsproef heel verschillend en als beide effecten gecombineerd worden om een verloop van healing over de levensduur te vinden, valt het verschil vrijwel weg. Hierdoor werd er nauwelijks verschil gevonden tussen beide mengsels en blijkt deze benadering niet geschikt voor het bepalen van de healingscapaciteit van asfaltmengsels. Doordat er bij proefstukproductie een fout is gemaakt, was het verschil tussen beide bitumina niet zo groot als bij de opzet werd beoogd. Voor de volledigheid zouden proeven met het beoogde 10/20 bitumen gedaan moeten worden. Aangezien de healing altijd groter dan 1 moet zijn en de voor het zachte mengsels gevonden waarden al weinig boven de 1 liggen, zullen deze proeven niet leiden tot nieuwe inzichten over de bruikbaarheid van de benadering. In die uitwerking van de resultaten is gekeken naar het gebruik van de (verandering) in energie dissipatie gedurende de proef als een alternatief schade criterium voor de halvering van de stijfheid. Hieruit lijkt te komen dat het afwijken van de gedissipeerde energie van de quasi-lineaire ontwikkeling in fase II van de vermoeiingsproef een bruikbare indicator zou zijn. De ratio (RDEC) heeft geen meerwaarde voor de hier geanalyseerde materialen en test condities. Het gebruik van de afwijking van de de gedissipeerde energie van de steady state als indicator van de vermoeiingslevensduur kan achteraf makkelijk worden toegepast, mits de data doorloopt tot in fase III. Het implementeren in de proefsoftware heeft meer voeten in aarde, omdat gedurende de proef de indicator voor steady state verloop bepaald moet worden, waarbij het de vraag is hoe groot het interval voor de bepaling moet zijn en hoe groot de afwijking moet worden om te stellen dat fase III is begonnen.@en

The performance of two layered porous asphalt (2LPA) surfaces is superior with respect to the reduction of noise produced by road-tyre interaction and the amount of splash and spray during rain, compared to dense surface layers. However, these open surface roads have a drawback with as they have a limited durability. It is assumed that aging of the binder which proceeds faster with these open mixtures has a negative influence on the service life. However, both the principle driving forces behind aging and the relation between these aging processes and the mechanical properties and, thus, failure are still unclear. Therefore an extensive research program has been set-up to monitor the aging and the performance of 2LPA in practise. One asphalt mixture is applied at four different locations in the Netherlands. Samples are taken at different moments in time and material characteristics related to aging are determined on the binder. The actual performance with respect to ravelling is monitored through visual inspection. In this paper the trends in material parameters related to aging are presented, showing that the complex modulus changes most significant over time. Visual inspection of the road shows that the service life can vary up to 25% for the same mixture. The section that performed best in practice showed the lowest complex modulus at different loading frequencies. Therefore there seems to be potential to look for a ravelling criterion based on rheological measurements for the expected performance of porous surface layers.@en

The effect of long term field aging on different types of polymer modified binders used in two-layer porous asphalt is studied using different test methods. Chemical and rheological tests are performed on samples taken from road sections at different moments in time in search of trends in long term field aging. The results show that chemical analyses performed with GPC and mfrared can be used to study the effect of short term aging. However, these tests are not accurate enough to establish the more subtle trends that play a role i n long term field aging. The tests proved to be very valuable to determine the type of modification in the binder. Master curves showing the complex modulus and the phase angle at different temperatures determined with the Dynamic Shear Rheometer (DSR) show linear trends for long term aging when an aging period of 8 years is observed. As expected the complex modulus increases with aging, while the phase angle decreases. There is one exception to this, in polymer modified binders the phase angle decrease with age at low loading frequencies which can be related to degradation of the polymer modification. Long term f i e ld aging, polymer modified binder, GPC, FTIR, DSR.@en

In de shift-factor van 4 die wordt gebruikt in de Ontwerp Specificaties van Rijkswaterstaat zit onder andere het effect van de zelf-healing capaciteit van asfalt ten gevolge van rustperioden in de belasting die in de praktijk wel en in laboratorium proeven voor vermoeiing niet aanwezig zijn. De grootte van deze factor is bepaald aan de hand van praktijkervaringen met asfalt met straight-run bitumen van een beperkte range aan penetraties, meestal 40/60 en 70/100. Tegenwoordig wordt een grote variatie aan chemisch en polymeer gemodificeerde en harde bindmiddelen gebruikt. Dit roept vragen op met betrekking tot de voor deze mengsels te hanteren shift-factor. In de ontwerp specificaties wordt op het moment een interpolatie tabel gehanteerd, waarbij de shift-factor afhankelijk is van het bitumen percentage en de bitumenhardheid. Dit zijn de parameters die van oudsher van invloed worden geacht op de healingscapaciteit. In dit onderzoek, dat is uitgevoerd door InfraQuest in samenwerking met BAMwegen en begeleid door VBW-asfalt, wordt gekeken of de in Nederland gebruikelijke vermoeiingsproef door het toepassen van rustperioden ook gebruikt kan worden om de healingscapaciteit van een mengsel vast te stellen. De combinatie met vermoeiing is van belang omdat zowel vermoeiingsweerstand als healing een rol spelen in het wegontwerp en beide parameters daarom bij voorkeur onder vergelijkbare omstandigheden bepaald kunnen worden. Om dit te bepalen wordt gekeken naar twee mengsels die alleen in de penetratie van hun bitumen (10/20 en 70/100) verschillen. In eerste instantie wordt gebruik gemaakt van modellen om het gedrag te beschrijven, maar dit blijkt niet goed reproduceerbaar te zijn. Een directe benadering op grond van de meetdata lijkt beter te werken, maar de verschillen tussen beide mengsels zijn veel kleiner dan verwacht. Op het moment lopen proeven om te bepalen of dit een proefeffect of een materiaal-effect is.@en

Extreme wintercondities, zoals vorst-dooi, kunnen tot veel schade leiden in allerlei materialen. Bij zeer open asfalt (ZOAB) kan vorstschade leiden tot rafeling maar op dit moment is geen betrouwbare vorst-dooi test voor handen om de gevoeligheid voor dit type schade vast te stellen. ZOAB is dusdanig uniek met zijn open poriestructuur en lage bitumengehalte, dat de bestaande vorst-dooi proeven voor steenachtige materialen of dicht asfalt niet zomaar overgenomen kunnen worden en geen voorspellende waarde hebben voor de vorst-dooi bestendigheid. InfraQuestwerkt daarom aan een pragmatische vorst-dooi test voor ZOAB om een beeld te vormen van de parameters die van invloed zijn op het vorst-dooi gedragen uiteindelijk om te voorspellen of een materiaal bestand is tegen vorst-dooi cycli.Daarbij worden bestaande vorst-dooi testen omgebouwd om specifiek rekening te houden met enerzijds de open structuur van ZOAB mengsels en anderzijds de dichte structuur van de bitumen component daarin. Verschillende zoet – en zoutwaterbelastingen worden vergeleken voor een welbepaald cyclisch temperatuurregime. In deze paper wordt de proefmethode in detail beschreven en worden daarna de resultaten weergegeven van een eerste testserie van 3 mengsels. Samengevat komt uit dit onderzoek naar voren dat deze pragmatische vorst-dooi proef onderscheidend is voor ‘goede’ versus ‘slechte’ ZOAB mengsels en dus een goede basis vormt voor verdere ontwikkeling. Op basis van de huidige resultaten kan niet uitgesloten worden dat het mechanisme dat de proefstukken in de test verzwakt heeft, gekoppeld is aan watergevoeligheidop zich, al dan niet in combinatie met temperatuurs- en zoutbelasting. De resultaten van de indirecte treksterkte (ITS) beoordelingsmethode blijken gevoelig voor heterogeniteit en geven mogelijk een vertekend beeld, met name voor verouderde, stijve proefstukken. Op basis van de huidige resultaten wordt voorgesteld in de toekomst watergevoeligheid als een aparte variabele mee te nemen, alsook het effect van temperatuurcycli en mechanische belasting tijdens de vorst-dooi proef. De beoordelingsmethode mag niet worden beperkt tot ITS en uitbreiding met microscopie wordt voorgesteld op basis van een verkennende analyse van microscopiefoto’s.@en

Most design methods for pavements use a factor explaining the difference between pavement life predictions from design models and performance in the road [1]. Part of this correction factor is healing, the natural capacity of asphalt concrete to recover in rest periods, which generally are not present in laboratory fatigue tests in order to limit the test time. In the design method used for Dutch highways [2] a shift factor of 4 is traditionally used. This factor is based on in-practice behaviour of pavements with mixes using straight run bitumen of limited softness (mostly 40/60 and 70/100 pen bitumen). Currently many developments regarding polymer and chemical modification and the use of hard binders raise questions about the value of the shift factor for these mixtures as well as questions about how much of this factor is actually related to the healing potential of the mixes. In the project described in this paper it is investigated whether the four point bending test used to assess the fatigue resistance in the European standard can be used in a discontinuous way to determine the healing capacity of a mix. In order to do this, a set of continuous and discontinuous tests was performed on two mixes that deviate only in the softness of their binder, 70/100 or 10/20. Although the approach appears promising in its simplicity and the consistency of the results, finding the correct interpretation remains difficult and may require linking the pragmatic with more fundamental understanding of the mechanism behind healing.@en