Аналіз та узагальнення існуючого досвіду щодо застосування та впливу армуючих мікроволокон на властивості асфальтобетонів

Вступ. Перевищення навантаження на вісь та вплив навколишнього середовища спричиняє постійну деформацію, розтріскування, залишкові деформації у вигляді колії, втому та скорочення терміну служби автомобільних доріг. Використання армуючих мікроволокон (волокон) в асфальтобетонній суміші набуває популярності, оскільки воно може покращити механічні властивості асфальтобетонних шарів конструкції дорожнього одягу та збільшити його міцність і довговічність.

Проблематика. Із літературного аналізу встановлено, що застосування волокон (фібри) може підвищити властивості асфальтобетону.

Мета. Полягає в аналізі та узагальненні існуючого досвіду щодо застосування та впливу волокон на властивості асфальтобетонів.

Результати. Проведено аналіз досвіду застосування та впливу мікроволокон на властивості асфальтобетонів, зокрема натурального волокна, синтетичного волокна, скловолокна, металевого волокна та мінерального волокна.

Висновки. Огляд підкреслює потенційні переваги використання волокон в асфальтобетонній суміші, включаючи покращену жорсткість і стійкість до розтріскування, зменшення колійності та підвищену стійкість до втоми. Однак на ефективність волокон в покращенні механічних властивостей асфальтобетону впливають різні фактори, такі як тип волокон, вміст і розподіл. Необхідні подальші дослідження та дослідження для оптимізації вибору волокон, уточнення процедур проєктування суміші, удосконалення технологій введення волокон в асфальтобетонну суміш, проведення оцінки екологічних та економічних наслідків.

1. Онищенко А. М., Гаркуша М. В., Плазій Є. П, Федоренко О. В. Дослідження впливу ефективності застосування асфальтобетону, армованого базальтовою фіброю. Дороги і мости. 2021. Вип. 23. C. 117–128. DOI: https://doi.org/10.36100/dorogimosti 2021.23.117.
2. Luo D. et al. (2019). The performance of asphalt mixtures modified with lignin fiber and glass fiber: A review. Construction and Building Materials, vol. 209. Р. 377–387. DOI: https://doi.org/ 10.1016/ J.CONBUILDMAT.2019.03.126.
3. Jaskuła P., Stienss M., and Szydłowski C. (2017). Effect of Polymer Fibres Reinforcement on Selected Properties of Asphalt Mixtures, in Procedia Engineering, Elsevier. Р. 441–448. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.proeng.2017.02.026 . 
4. Abiola O. S., Kupolati W. K., Sadiku E. R., and Ndambuki J. M. (2014). Utilisation of natural fibre as modifier in bituminous mixes: A review, Constr. Build. Mater. 54. Р. 305–312.
5. Abdelaziz M. et al., (2003). Prospect of using glass fiber reinforced bituminous mixes. Available: URL: https://www.researchgate.net/publication/266605891
6. Xavier R. M., Martin B., Avira Babu L., Jose L. E., and Roy L. A Review on Fiber Modified Stone Matrix Asphalt,” International Research Journal of Engineering and Technology. Available: www.irjet.net
7. Zhao H, Guan B, Xiong R, Zhang A. (2020). Investigation of the Performance of Basalt Fiber Reinforced Asphalt Mixture. Applied Sciences. 10(5):1561. DOI: https://doi.org /10.3390/ app10051561
8. Mahrez A., Karim M. R., and Katman H. Y. (2003) Prospect of Using Glass Fibre Reinforced Bituminous Mixes, J. East. Asia Soc. Transp. Stud. 5(October). Р. 794–807.
9. Cleven M. A. (2000). Investigation of the Properties of Carbon Fibre Modified Asphalt Mixtures, Michigan Technological University.
10. Guan B., Liu J., Zhao H., Wu J., Liu J., Yang F. (2019). Investigation of the Microwave Absorption of Asphalt Mixtures Containing Magnetite Powder. Coatings. No. 9. Р. 813.
11. Guan B., Liu J.,Wu J., Liu J., Tian H., Huang T., Liu C., Ren T. (2019). Investigation of the Performance of the Ecofriendly Fiber-Reinforced Asphalt Mixture as a Sustainable Pavement Material. Adv. Mater. Sci. Eng. Р. 1–11.
12. Liu F., Dong A., Liu C., Wu W. (2018). Mix design of asphalt mixture used for the waterproof and anti-cracking layer in the rainy area of South China. J. Appl. Biomater. Funct. Mater. 16. Р. 112–118.
13. Guan B., Xiong R., He R., Chen S., Ding D. (2014). Investigation of Usability of Brucite Fiber in Asphalt Mixture. Int. J. Pavement Res. Technol. 7. Р. 193–202.
14. National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (2015). Fiber Additives in Asphalt Mixtures. Washington, DC: The National Academies Press. DOI: https://doi.org/ 10.17226/ 22191.
15. Masri T. D. K. A., & Baqadeem A.O.A. (2023). Fibers in Asphalt Mixture: A State-of-The-Art Review. CONSTRUCTION, 3(1). Р. 115–122. DOI: https://doi.org/10.15282/ construction. v3i1. 9215.
16. Gallo P. (2017). Asphalt mix reinforced with vegetable fibers. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 236. 012024. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/236/1/ 012024.
17. Wu M., Li R., Zhang Y., Fan L., Lv Y., Wei J. (2015). Stabilizing and reinforcing effects of different fibers on asphalt mortar performance, Petroleum Science. DOI: https://doi.org/10.1007/ s12182-014-0011-8.
18. Stone Mastic Asphalt Design & Application Guide, Australian Asphalt Pavement Association-AAPA, 2000.
19. Eskandarsefat S. (2019). Innovative Modified Stone Mastic Asphalt Concretes Containing Composite Poly-functional Fibres for Eco-friendly Paving Applications. ICAR/04 Strade, ferrovie ed aeroporti. Р. 220. DOI: https://doi.org/10.48676/unibo/amsdottorato/8811.
20. Lotfi A., Li H., Dao D. V., and Prusty G. (2021). Natural fiber–reinforced composites: A review on material, manufacturing, and machinability.  Journal of Thermoplastic Composite Materials, vol. 34, No. 2. SAGE Publications Ltd. Р. 238–284. DOI: https://doi.org/10.1177/0892705719844546. 
21. Aliha M. R. M., Razmi A., and Mansourian A. (2017). The influence of natural and synthetic fibers on low temperature mixed mode I + II fracture behavior of warm mix asphalt (WMA) materials. Engineering Fracture Mechanics. Vol. 182. Р. 322 – 336. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfracmech. 2017.06.003.  
22. Karimah A. et al. (2021). A review on natural fibers for development of eco-friendly bio-composite: characteristics, and utilizations. Journal of Materials Research and Technology, Vol. 13. Elsevier Editora Ltda. Р. 2442–2458. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.06.014. 
23. Buritatum A. et al. (2023). Hemp Fiber-Modified Asphalt Concretes with Reclaimed Asphalt Pavement for Low-Traffic Roads. Sustainability (Switzerland), Vol. 15. No. 8. DOI: https://doi.org/10.3390/ su15086860.
24. Djafari Petroudy S. R. (2017). Physical and mechanical properties of natural fibers.
    Advanced High Strength Natural Fibre Composites in Construction, Elsevier Inc. Р. 59–83. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100411-1.00003-0.
25. Author C. and Helena J. H. (2021). Thermal conductivity of insulating materials: An overview.  [Online]. Available: www.questjournals.org.
26. Jayan J. S., Appukuttan S., Wilson R., Joseph K., George G., and Oksman K. (2021). An introduction to fiber reinforced composite materials. Fiber Reinforced Composites: Constituents, Compatibility, Perspectives and Applications. Р. 1 – 24. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821090-1.00025-9.
27. Kim M. J., Kim S., Yoo D. Y., and Shin H. O. (2018). Enhancing mechanical properties
    of asphalt concrete using synthetic fibers. Construction and Building Materials. Vol. 178. Р. 233–243.
    DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.070.
28. Chen J. S. and Lin K. Y. I. (2005). Mechanism and behavior of bitumen strength
    reinforcement using fibers,” Journal of Materials Science, Vol. 40. No. 1. Р. 87–95. DOI: https://doi. org/10.1007/S10853-005-5691-4.  
29. Button J. W. and Hunter T. G. (1984). Synthetic Fibres in Asphalt Paving Mixtures, Austin, Texas.
30. Toney C. A. (1987). Fibre Reinforced Asphalt Concrete Pavements - City of Tacoma, Olympia.
31. Edgar R. (1998). Ten Year Performance of Asphalt Additive Test Sections: Lava Butte Fremont Highway Junction Section, Washington, D.C.
32. Bueno M.and Poulikakos L. D. (2020). Chemo-Mechanical Evaluation of Asphalt Mixtures Reinforced With Synthetic Fibers. Frontiers in Built Environment. Vol. 6. DOI: https://doi.org/10.3389/ fbuil.2020.00041.
33. Ziari H. and Moniri A. (2019). Laboratory evaluation of the effect of synthetic Polyolefin-glass fibers on performance properties of hot mix asphalt. Construction and Building Materials, Vol. 213. Р. 459–468. DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.084.
34. Noorvand H., Salim R., Medina J., Stempihar J., and Underwood B. S. (2018). Effect of synthetic fiber state on mechanical performance of fiber reinforced asphalt concrete. Transportation Research Record, vol. 2672. No. 28. Р. 42 – 51. DOI: https://doi.org/10.1177/0361198118787975.  
35. Slebi-Acevedo C. J., Lastra-González P., Indacoechea-Vega I., and Castro-Fresno D., (2020). Laboratory assessment of porous asphalt mixtures reinforced with synthetic fibers. Construction and Building Materials. Vol. 234. DOI: https://doi.оrg/10.1016/j.conbuildmat.2019.117224.
36. Sturtevant J. (2012). Forta-Fi — Fibre Reinforcment for Asphalt, NW Pavement Managment Conference, Р. 44.
37. Kaloush K. E., Biligiri K. P., Zeiada W. A., Rodezno M. C., and Reed J. X. (2010).  Evaluation of Fibre-Reinforced Asphalt Mixtures Using Advanced Material Characterization Tests, J. Test. Eval. 38(4) 102442
38. Stempihar J. J., Souliman M. I., and Kaloush K. E. (2012). Use of Fibre Reinforced Asphalt Concrete as a Sustainble Paving Material for Airfields, Transp. Res. Rec. J. Transp. Res. Board 2266. Р. 60 – 68.
39. Sheng Y., Li H., Guo P., Zhao G., Chen H., Xiong R. (2017). Effect of Fibers on Mixture Design of Stone Matrix Asphalt. Appl. Sci. 7, 297. DOI: https://doi.org/10.3390/app7030297.
40. Kutay M.E., Gibson N., Youtcheff J. (2008). Conventional and viscoelastic continuum damage (VECD) based fatigue analysis of polymer modified asphalt, J. Asphalt Paving Technol. 77. P. 395–434.
41. Morea F., Zerbino R. (2018). Improvement of asphalt mixture performance with
    glass macro-fibers, Construction and Building Materials, Volume 164, 2018. P. 113–120, DOI: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.12.198.
42. Putman B.J., Amirkhanian S. (2004). Utilization of waste fibers in stone matrix asphalt mixtures. Resour. Conserv. Recycl. 42. P. 265–274.
43. Khater A., Luo D., Abdelsalam M., Yue Y., Hou Y., and Ghazy M. (2021). Laboratory Evaluation of Asphalt Mixture Performance Using Composite Admixtures of Lignin and Glass Fibers. Applied Sciences. Vol. 11. No. 1. Р. 364. DOI: https://doi.org/10.3390/app11010364.
44. Zhang M. and Matinlinna J. P. (2012). E-Glass Fiber Reinforced Composites in Dental Applications. Silicon, Vol. 4. No. 1. Р. 73–78. DOI: https://doi.org/10.1007/s12633-011-9075-x.
45. Taherkhani H. (2016). Investigating the Properties of Asphalt Concrete Containing
    Glass Fibers and Nanoclay. Civil Engineering Infrastructures Journal, vol. 49. No. 1. P. 45–58. DOI: https://doi.org/10.7508/ceij.2016.01.004.
46. Wu S., Ye Q., Li N., and Yue H. (2007). Effects of fibers on the dynamic properties of asphalt mixtures,” Journal Wuhan University of Technology, Materials Science Edition, Vol. 22. No. 4. P. 733–736. DOI: https://doi.org/10.1007/s11595-006-4733-3.
47. Lokesh K. (2022).  Improvement in Performances of Pavement by the Reinforcement of Glass Fibers in Bitumen. International Journal for Modern Trends in Science and Technology, 8(07): рр. 164–169.
48. Mrema A.H., Noh S.-H., Kwon O.-S., Lee J.-J. (2020). Performance of Glass Wool Fibers in Asphalt Concrete Mixtures. Materials 13, 4699. DOI:  https://doi.org/10.3390/ma13214699.
49. Hui Y., Men G., Xiao P., Tang Q., Han F., Kang A., W, Z. (2022). Recent Advances
    in Basalt Fiber Reinforced Asphalt Mixture for Pavement Applications. Materials 15, 6826. DOI: https://doi.org/10.3390/ma15196826.
50. Jamshaid H., Mishra R. (2015). A green material from rock: Basalt fiber — A review. J. Text. I. 107, Р. 923 – 937.
51. Fiore V., Scalici T., Di Bella G., Valenza A. (2015). A review on basalt fibre and its composites. Compos. Part B Eng. 74, Р. 74–94.
52. Xing D., Xi X.-Y., Ma P.-C. (2019). Factors governing the tensile strength of basalt fibre. Compos. Part A Appl. Sci. 119, Р. 127–133.
53. Chen X., Zhang Y., Huo H., Wu  Z.(2017). Improving the tensile strength of continuous basalt fiber by mixing basalts. Fiber. Polym. 18. Р. 1796–1803.
54. Yan L., Chu F., Tuo W.,  Zhao X., Wang Y. (2020). Review of research on basalt fibers and basalt fiber-reinforced composites in China (I):Physicochemical and mechanical properties. Polym. Polym. Compos. 29. Р. 1612–1624.
55. Cooley L. A., Brown E. R., and Watson D. E. (2000) Evaluation of OGFC mixtures containing cellulose fibers, NCAT Report 2000-05, National Center for Asphalt Technology, Auburn, Ala, USA.
56. Celauro C., Pratico F. (2018). Asphalt mixtures modified with basalt fibres for surface courses. Constr. Build. Mater. 170, Р. 245–253.
57. Chadbourn B.A., Skok E.L.Jr., Newcomb D.E., Crow B.L., Spindle S. (1999). The Effect of Voids in Mineral Aggregate (VMA) on Hot-Mix Asphalt Pavements, in Final Report 2000–2013; Minnesota Department of Transportation Office of Research Services: Minneapolis, MN, USA.
58. McDaniel R.S. (2001) Asphalt Additives to Control Rutting and Cracking; Purdue University: West Lafayette, IN, USA.
59. Zhao H., Guan B., Xiong R., Zhang A. (2020). Investigation of the Performance of Basalt Fiber Reinforced Asphalt Mixture. Applied Sciences. 10(5): 1561. DOI: https://doi.org/10.3390/app10051561
60. Shapie S. & Mohamad T., Mohammad N. (2022). A review of steel fiber’s potential
    use in Hot Mix Asphalt. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 1022. 012024. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/1022/1/012024.
61. Anirudh and Berwal P. (2016) An experimental study on behaviour of steel fibre on bituminous mixes (bitumen concrete), Int. J. Curr. Eng. Technol. 6(4). Р. 1220–1223.
62. Kiran Kumar N. L. N. and Ravitheja A. (2019). Characteristics of stone matrix asphalt
    by using natural fibers as additives,” in Materials Today: Proceedings, Elsevier Ltd. P. 397–402. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.07.624.