Збірник наукових праць «Дороги і мости»
ISSN 2524-0994 (Print)
ISSN 2786-488X (Online)
EN UA

Environmental impacts of using foamed asphalt / Environmental impacts of using foamed asphalt

Опубліковано:
Номер: Випуск 27(2023)
Розділ: Технології захисту навколишнього середовища
DOI: https://doi.org/10.36100/dorogimosti2023.27.296
Cторінковий інтервал статті: 296–306
Ключові слова: оцінка життєвого циклу; асфальтобетонна суміш; регенероване асфальтобетоне покриття, вплив на навколишнє середовище, енергозбереження, теплий асфальтобетон.
Як цитувати статтю: László Gáspár, Ali Saleh. Environmental impacts of using foamed asphalt. . Dorogi і mosti [Roads and bridges]. Kyiv, 2023. Iss. 27. P. 296–306 [in Ukrainian].
Як цитувати статтю (references): László Gáspár, Ali Saleh. Environmental impacts of using foamed asphalt. . Dorogi і mosti [Roads and bridges]. Kyiv, 2023. Iss. 27. P. 296–306 [in Ukrainian].

Автори

Széchenyi István University, Faculty of Civil Engineering, Győr, Hungary
https://orcid.org/0000-0002-6575-0297
Інститут транспортних наук KTI, некомерційне ТОВ, Будапешт, Угорщина
https://orcid.org/0000-0002-0574-4100

Анотація

Вступ. У світі спостерігається тенденція — глобальний тренд на зниження попиту на енергію з використанням найрізноманітніших методів. При цьому, з одного боку, ставиться мета зберегти обмежено доступні та все більш дорогі енергоносії, а з іншого боку, є прагнення зменшити викиди парникових газів і тим самим боротися зі зміною клімату.

Постановка проблеми. У сфері дорожнього будівництва найбільш поширеним проявом цього прагнення до сталого розвитку є заміна високоенергетичних гарячих асфальтобетонних сумішей (НМА) на інші варіанти з відповідною якістю. Загальновідомо, що в цій сфері найбільш ефективним рішенням можуть бути так звані теплі асфальтобетонні суміші (WMA).

Мета. Метою цієї статті є вивчення впливу WMA на навколишнє середовище. Автори статті також розглядають питання про те, чи не призводить тип замінника асфальтобетонної суміші до (довгострокового) зниження експлуатаційних характеристик асфальтобетонних шарів.

Матеріали і методи. Екологічна безпека асфальтозмішувальних установок сьогодні викликає все більше занепокоєння через високу температуру виробництва асфальтобетонної суміші, що вимагає багато енергії і призводить до викидів у повітря великої кількості забруднюючих речовин. Порівняння гарячої асфальтобетонної суміші (НМА) і теплої асфальтобетонної суміші (WMA) виконано з використанням моделі 4.0 «Будівництво для екологічної та економічної стійкості» — BEES (англ. — Building for Environmental and Economic Sustainability), в якій зосереджено увагу на екологічних характеристиках двох типів асфальтобетонних сумішей. (Модель також має економічну складову).

Результати. Результати досліджень показали, що застосування WMA, окрім очевидних економічних переваг, зменшує забруднення повітря на 25,6 %, споживання викопного палива на 19,9 %, а також зменшує вплив на навколишнє середовище на 11,4 % протягом усього життєвого циклу порівняно з НМА.

Посилання

  1. N. Bower, H. Wen, S. Wu, K. Willoughby, J. Weston, and J. DeVol. Evaluation of the performance of warm mix asphalt in Washington state. Int. J. Pavement Eng.. Vol. 17, no. 5. P. 423–434, 2016. DOI: 10.1080/10298436.2014.993199.
  2. Dong, X. Yu, B. Xu, and T. Wang. Comparison of high temperature performance and microstructure for foamed WMA and HMA with RAP binder. Constr. Build. Mater. Vol. 134. P. 594–601. 2017. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2016.12.106.
  3. M. R. Mohd Hasan, Z. You, H. Yin, L. You, and R. Zhang. Characterizations of foamed asphalt binders prepared using combinations of physical and chemical foaming agents. Constr. Build. Mater. Vol. 204. P. 94–104. 2019. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.01.156.
  4. Vaitkus, D. Čygas, A. Laurinavičius, and Z. Perveneckas. Analysis and evaluation of possibilities for the use of warm mix asphalt in Lithuania. Balt. J. Road Bridg. Eng. 2009. Vol. 4, no. 2. P. 80–86.
  5. L. P. Ingrassia, X. Lu, G. Ferrotti, and F. Canestrari. Renewable materials in bituminous binders and mixtures: Speculative pretext or reliable opportunity? Resour. Conserv. Recycl. Vol. 144, no. August 2018, P. 209–222. 2019. DOI: 10.1016/j.resconrec.2019.01.034.
  6. Robinette and J. Epps. Energy, emissions, material conservation, and prices associated with construction, rehabilitation, and material alternatives for flexible pavement. Transp. Res. Rec. no.  179. P. 10–22. 2010. DOI: 10.3141/2179-02.
  7. M. Zaumanis and V. Haritonovs. Research on Properties of Warm Mix Asphalt. Constr. Sci. Vol. 11. 2010.
  8. Jamshidi, M. O. Hamzah, and Z. You. Performance of Warm Mix Asphalt containing Sasobit®: State-of-the-art. Constr. Build. Mater. Vol. 38. P. 530–553. 2013. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.08.015.
  9. F. L. Roberts, L. N. Mohammad, and L. B. Wang. History of Hot Mix Asphalt Mixture Design in the United States. Perspect. Civ. Eng. Commem. 150th Anniv. Am. Soc. Civ. Eng. no. August. P. 291–305. 2003. DOI: 10.1061/(asce)0899-1561(2002)14:4(279).
  10. M. M. E. Zumrawi and S. A. S. Edrees. Comparison of Marshall and Superpave asphalt design methods for Sudan pavement mixes. Int. J. Sci. Tech. Adv. Vol. 2, no. 1. P. 29–35. 2016.
  11. H. Wang, X. Liu, P. Apostolidis, and T. Scarpas. Review of warm mix rubberized asphalt concrete: Towards a sustainable paving technology. J. Clean. Prod. Vol. 177. P. 302–314. 2018. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.12.245.
  12. Y. Kim, J. Lee, C. Baek, S. Yang, S. Kwon, and Y. Suh. Performance evaluation of warm-and hot-mix asphalt mixtures based on laboratory and accelerated pavement tests. Adv. Mater. Sci. Eng. Vol. 2012. 2012.
  13. R.Tarefder and J. Pan. Field and Laboratory Evaluation of Warm Asphalt Mixes (WMA) - Phase 1 Report number: NM13MSC-04 Research Bureau New Mexico Department of Transportation 2014. 2014. 147 p. DOI: 10.13140/RG.2.1.4514.7367.
  14. D’Angelo et al. Warm-mix asphalt: European practice. Washington, DC, United States. No. FHWA-PL-08-007. 2008. URL: https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/772.
  15. S. Y. Teh and M. O. Hamzah. Asphalt mixture workability and effects of long-term conditioning methods on moisture damage susceptibility and performance of warm mix asphalt. Constr. Build. Mater. Vol. 207. P. 316–328. 2019. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2019.02.128.
  16. M. A. Farooq, M. S. Mir, and A. Sharma. Laboratory study on use of RAP in WMA pavements using rejuvenator. Constr. Build. Mater. 2018. Vol. 168. P. 61–72. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.02.079.
  17. Ali, A. Abbas, M. Nazzal, A. Alhasan, A. Roy, and D. Powers. Effect of temperature reduction, foaming water content, and aggregate moisture content on performance of foamed warm mix asphalt. Constr. Build. Mater. 2013. Vol. 48. P. 1058–1066. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.07.081.
  18. M. Khedmati, A. Khodaii, and H. F. Haghshenas. A study on moisture susceptibility of stone matrix warm mix asphalt. Constr. Build. Mater. 2017. Vol. 144, P. 42–49. 2017. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.03.121.
  19. A. Kavussi and L. Hashemian. Laboratory evaluation of moisture damage and rutting potential of WMA foam mixes. Int. J. Pavement Eng. Vol. 13. no. 5. P. 415–423. 2012. DOI: 10.1080/10298436.2011.597859.
  20. S. Wu and X. Li. Evaluation of effect of curing time on mixture performance of Advera warm mix asphalt. Constr. Build. Mater. Vol. 145. P. 62–67. 2017. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.03.240.
  21. S. Amelian, M. Manian, S. M. Abtahi, and A. Goli. Moisture sensitivity and mechanical performance assessment of warm mix asphalt containing by-product steel slag. J. Clean. Prod. Vol. 176. P. 329–337. 2018. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.12.120.
  22. Wu, M. Zeng, M. Wang, and Y. Xia. Determination of the mixing and compaction temperatures for warm mix asphalt with Sasobit [J]. J. Hunan Univ. Nat. Sci. Vol. 8. P. 1–5. 2010.
  23. O. N. Çelik and C. D. Atiş. Compactibility of hot bituminous mixtures made with crumb rubber-modified binders. Constr. Build. Mater. 2008. Vol. 22. no. 6. P. 1143–1147. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2007.02.005.
  24. B. K. Bairgi, R. A. Tarefder, and M. U. Ahmed. Long-term rutting and stripping characteristics of foamed warm-mix asphalt (WMA) through laboratory and field investigation. Constr. Build. Mater. Vol. 170. P. 790–800. 2018. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.03.055.
  25. P. E. Sebaaly, E. Y. Hajj, and M. Piratheepan. Evaluation of selected warm mix asphalt technologies. Road Mater. Pavement Des. Vol. 16. no. September 2015. P. 475–486. 2015. DOI: 10.1080/14680629.2015.1030825.
  26. L. You, Z. You, Q. Dai, S. Guo, J. Wang, and M. Schultz. Characteristics of Water-Foamed Asphalt Mixture under Multiple Freeze-Thaw Cycles: Laboratory Evaluation. J. Mater. Civ. Eng. Vol. 30. no. 11. P. 04018270. 2018. DOI: 10.1061/(asce)mt.1943-5533.0002474.
  27. T. Gandhi, W. Rogers, and S. Amirkhanian. Laboratory evaluation of warm mix asphalt ageing characteristics. Int. J. Pavement Eng. Vol. 11. no. 2. P. 133–142. 2010. DOI: 10.1080/10298430903033339.
  28. F. Xiao, V. S. Punith, B. Putman, and S. N. Amirkhanian. Utilization of Foaming Technology in Warm-Mix-Asphalt Mixtures Containing Moist Aggregates. J. Mater. Civ. Eng. Vol. 23, no. 9. P. 1328–1337. 2011. DOI: 10.1061/(asce)mt.1943-5533.0000297.
  29. H. Malladi, D. Ayyala, A. A. Tayebali, and N. P. Khosla. Laboratory Evaluation of Warm-Mix Asphalt Mixtures for Moisture and Rutting Susceptibility. J. Mater. Civ. Eng. Vol. 27. no. 5. P. 1–6. 2015. DOI: 10.1061/(asce)mt.1943-5533.0001121.
  30. H. Yu, Z. Leng, Z. Dong, Z. Tan, F. Guo, and J. Yan. Workability and mechanical property characterization of asphalt rubber mixtures modified with various warm mix asphalt additives. Constr. Build. Mater. Vol. 175. P. 392–401. 2018. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.04.218.
  31. Topal, J. Oner, B. Sengoz, P. A. Dokandari, and D. Kaya. Evaluation of Rutting Performance of Warm Mix Asphalt. Int. J. Civ. Eng. Vol. 15, no. 4. P. 705–714. 2017. DOI: 10.1007/s40999-017-0188-5.
  32. A. Syed, U. A. Mannan, and R. A. Tarefder. Comparison of rut performance of asphalt concrete and binder containing warm mix additives. Int. J. Pavement Res. Technol. Vol. 12, no. 2. P. 162–169. 2019. DOI: 10.1007/s42947-019-0021-4.
  33. N. M. Asmael, M. Y. Fattah, and A. J. Kadhim. Evaluate Resistance of Warm Asphalt Mixtures to Rutting. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. Vol. 745, no. 1, 2020. DOI: 10.1088/1757-899X/745/1/012109.
  34. S. Xu, F. Xiao, S. Amirkhanian, and D. Singh. Moisture characteristics of mixtures with warm mix asphalt technologies – A review. Constr. Build. Mater. Vol. 142, P. 148–161. 2017. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.03.069.
  35. F. Xiao, V. S. Punith, S. N. Amirkhanian, and C. Thodesen. Improved Resistance of Long-Term Aged Warm-Mix Asphalt to Moisture Damage Containing Moist Aggregates. J. Mater. Civ. Eng. Vol. 25. no. 7. P. 913–922. 2013. DOI: 10.1061/(asce)mt.1943-5533.0000567.
  36. B. C. Lippiatt. Building for environmental and economic sustainability technical manual and user guide. Natl. Inst. Stand. Technol. Technol. Adm. US Dep. Commer. 2007.
  37. N. J. Santero, E. Masanet, and A. Horvath. Life-cycle assessment of pavements. Part I: Critical review. Resour. Conserv. Recycl. Vol. 55. no. 9–10. P. 801–809. 2011.
  38. S. O. (ISO) 14040 Environmental Management-Life Cycle Assessment-Principles and Frame-work [S]. 1997.
  39. L. N. Mohammad, M. Asce, M. M. Hassan, M. Asce, and B. Vallabhu. Louisiana’s Experience with WMA Technologies: Mechanistic, Environmental, and Economic Analysis. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001143.
  40. L. Cheng, D. Chen, and G. Yan. Warm Mix Asphalt (WMA) replacing Hot Mix Asphalt (HM). 2010.
  41. Lippiatt B., BEES 4.0: Building for Environmental and Economic Sustainability. Technical Man-ual and User Guide, NIST Interagency/Internal Report (NISTIR), National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 2007. URL: https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=860108 (Accessed November 25, 2022).
  42. M. Hassan. Evaluation of the environmental and economic impacts of warm-mix asphalt using life-cycle assessment. Int. J. Constr. Educ. Res. Vol. 6, no. 3. P. 238–250. 2010. DOI: 10.1080/15578771.2010.507619.
  43. L. C. Data, National Renewable Energy Laboratory (NREL): US Life-Cycle Inventory Database. 2005. Golden, CO. Found http//www. nrel. gov/lci/database. PRé Consult. SimaPro. Vol. 6. P. 1990–2004.
  44. M. Lecomte, F. Deygout, and A. Menetti. Emission and occupational exposure at lower asphalt production and laying temperatures. Apresentado. Vol. 23, 2007.
  45. Ó. Kristjánsdóttir, S. T. Muench, L. Michael, and G. Burke. Assessing Potential for Warm-Mix Asphalt Technology Adoption. no. 2040. P. 91–99. 2007. DOI: 10.3141/2040-10.
  46. M. R. Pouranian and M. Shishehbor. Sustainability Assessment of Green Asphalt Mixtures: A Review. Environment.Vol. 6, no. 73. 55 p. DOI:10.3390/environments60600732019.
  47. L. Gáspár and A. Saleh. Functional and environmental impacts of the use of reclaimed asphalt pavement materials and of foamed asphalt. Acta Technica Jaurinensis. Vol. 14, No. 2. 2021. DOI:10.14513/actatechjaur.00590.

 

Архiв збірника

Головні новини

Календар подій та новин

Важливі інформаційні ресурси