Effect of Gradation Variability on Volume Parameter and Key Performances of HMA

Abstract

The graded mineral aggregate composed of coarse aggregate, fine aggregate, and mineral powder is the main component of hot asphalt mixture (HMA), and it occupies a mass ratio of more than 95% in HMA. The gradation variability of mineral aggregate is frequently an unavoidable problem in the construction of asphalt pavement engineering. In order to investigate the effect of gradation variability on the volume parameters and key performances of HMA, the asphalt concrete with a nominal maximum particle size of 20 mm (AC20) was selected as the research carrier. Firstly, a benchmark mineral aggregate gradation (BMAG) was designed based on the theory of dense skeleton gradation presented in the paper. Secondly, six types of HMA (that is, AC20) with variable gradations were also determined and all the specimens were prepared by rotary compaction process with the same optimum asphalt content (gradation varies but asphalt content remains the same), and finally based on asphalt pavement analyzer, the performances of all the specimens of each gradation were tested. The results show that, compared with the BMAG-HMA, the volume parameters such as air voids, voids in mineral aggregate, and voids filled with asphalt of the variable-graded HMA change in different directions, but the water stability and high-temperature performance both degrade greatly. The experimental results also show the feasibility and effectiveness of the dense skeleton gradation design theory adopted in this study.

Investigating the effects of aggregate gradation on Marshall parameters of bituminous hot mixtures

“…Bitümlü karışımlara ait mekanik özellikler üzerinde gradasyonun etkilerinin incelendiği çalışmada; ortalama gradasyona kıyasla gradasyonun hem incelmesi hem de kabalaşmasıyla (gradasyonun ortalama değerden uzaklaşmasıyla) Dp'nin azaldığı, Vh'nin arttığı tespit edilmiştir [10]. Benzer şekilde; bitümlü karışımda kullanılan kaba agrega daha da kabalaştıkça [21] veya kaba agrega oransal olarak fazlalaştıkça [17] Vh değerleri artış göstermiştir. Özellikle alt limit ve SDA gradasyonlarına ait grafikler incelendiğinde, VMA değerlerinin tüm farklı bitüm içeriklerinde şartname üst sınırı olan % 15'ten fazla olduğu görülür.…”

“…Diğer gradasyonlar (A, SDA, Ü, SDÜ) kullanıldığında ise Vf değerinde azalmalar meydana gelmiştir. Agrega gradasyonunun Vf üzerinde farklı değişimler oluşturduğunu [21], en düşük Vf'nin kaba gradasyonla [16,23,24] veya ortalama gradasyonla [9, 25] elde edildiğini belirten çalışmalar mevcuttur. Bitümlü karışımda ortalama gradasyona kıyasla daha büyük dane boyutuna sahip agrega kullanılması (A ve SDA) Vf üzerinde azalma yönünde daha fazla değişim meydana getirmiştir.…”

Agrega Gradasyonundaki Değişimlerin Aşınma Tabakasında Kullanılan Bitümlü Sıcak Karışımların Mekanik Özelliklerine Olan Etkilerinin İncelenmesi

“…Literatür çalışmalarında agrega dane büyüklüğü ile boşluk oranı arasında kabul gören net bir ilişki kurulamamıştır. Farklı gradasyonların boşluk oranı üzerinde karmaşık değişimler meydana getirdiği tespit edilmiştir [21,23,24]. Tüm agrega gradasyonlarında briketlerdeki bitüm içeriği arttıkça Vf de artış göstermiştir.…”

“…Bitümlü karışımda kullanılan agregaya ait dane boyutundaki küçülmenin, karışımın VMA değerinde azalma trendine yol açtığı raporlanmıştır [20] ve bu durum önceki çalışma sonuçları [17,18] ile çelişki oluşturmaktadır. Diğer bir çalışmada, farklı agrega gradasyonlarının karışımın VMA, Vf ve hava boşluğu yüzdesi (Vh) değerlerinde farklı yönlerde değişimler meydana getirdiği rapor edilmiştir [21]. Bitümlü karışımların önemli özelliği olan stabilite bakımından literatür çalışmaları farklı sonuçlardan bahsetmektedir.…”

Influence of Deicer on Water Stability of Asphalt Mixture under Freeze–Thaw Cycle

“…A comprehensive analysis of the variance results from both MS 0 and TSR reveals that the asphalt mixture gradation has the most substantial influence on both test indicators, underscoring the critical role gradation assumes in impacting the water stability of asphalt mixtures. This may be attributed to the fact that gradation directly manipulates the compactness and resilience of the mixture, hence affecting water stability [37]. Moreover, the number of freeze-thaw cycles also significantly impacts, indicating that increased freezethaw cycles potentially inflict more structural damage on the asphalt mixture, thereby influencing its water stability [38].…”