Influence of asphalt visco-elastic properties on flexible pavement performance

Abstract

Even though every layer of pavement structure is important and affects pavement performance, the asphalt layers visco-elasticity plays significant role. Bitumen properties, as well as asphalt mixture properties, vary depending on temperature and loading conditions. These variations influence entire pavement bearing capacity and has to be evaluated in pavement design. The main challenge is material behaviour description through simple models to incorporate them to pavement design. Generally, pavements are designed using Multilayer Elastic Theory assuming that all materials are elastic, isotropic, and homogenous. This paper presents analysis of two pavement structures response calculated according to three pavement design approaches. The dynamic modulus and phase angle of asphalt mixtures was estimated using Hirsch model after binder complex shear modulus tests. The visco-elastic behaviour was described with rheological Huet-Sayegh model and pavement responses estimation was done using MnLayer and ViscoRoute2 software. The analysis reviled static and dynamic load influence on pavement structure based on elastic and visco-elastic properties of asphalt layers. This allowed optimisation of layer thicknesses and determination of more cost beneficial pavement structure with appropriate performance.

Dangos konstrukcijos funkcionavimas neatsiejamas nuo kiekvieno sluoksnio savybių, tačiau asfalto sluoksnių tampriai klampus būvis turi didžiausią poveikį. Bitumo savybės, taip pat kaip asfalto mišinio, kinta priklausomai nuo temperatūros ir apkrovų sąlygų. Šis kitimas nulemia visos dangos konstrukcijos laikomąją gebą, o tai turi būti įvertinta projektuojant dangos konstrukciją. Didžiausias iššūkis yra skaitinių modelių, apibrėžiančių medžiagų elgseną, pritaikymas dangos konstrukcijai projektuoti. Paprastai dangos konstrukcijos projektuojamos pagal daugiasluoksniškumo teoriją ir darant prielaidą, kad medžiagos yra tamprios, izotropinės ir homogeniškos. Šiame straipsnyje analizuojamos dvi dangos konstrukcijos, jų reakcija apskaičiuota trimis būdais. Asfalto mišinių dinaminis modulis ir fazės kampas apskaičiuoti taikant Hirsch modelį po bitumo dinaminio šlyties modulio bandymų. Tampriai klampus būvis apibrėžtas Huet-Sayegh modeliu, o dangos konstrukcijos reakcija apskaičiuota MnLayer ir ViscoRoute programomis. Analizė parodė, kad statinės ir dinaminės apkrovos poveikis dangos konstrukcijai, vertinant asfalto sluoksnių tamprias ir tampriai klampias savybes, skiriasi. Šis skirtumas leido optimizuoti dangos konstrukcijos sluoksnius ir nustatyti tokio pat funkcionavimo ekonomiškai efektyvesnius dangos konstrukcijos sprendinius.