Advanced Technologies To Reclaim Roadways

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Advanced Technologies To Reclaim Roadways

  1. 1. Advanced Technologies to Reclaim roadways APWA Annual Meeting Tampa, FL April 5th, 2012
  2. 2. . Contents: .Eurovia Cold recycling technologies; .Recyflex’s ®, in‐plant processing: .Formulation specifications .Production, laying and compaction operations .Rheological performances .VLE roadway concept .Recyvia ®, in‐place (FDR) .Recyclovia ®, in‐place (CIR) .Recycled cold treated materials behavior; .Environmentals analysis;
  3. 3. . Recyflex’s specifications: .Strengthening base layer: AEC 25, AEC 20 .Composite binder  .Asphalt emulsion .Cement or lime .Dense gradation .Drainage / Frost  protection layer: HD 25 .Composite binder .High air voids produce by special gradation ..Intermediate layer: AEC 12.5  ..Composite binder and dense gradation
  4. 4. Recyflex AECStrengthening course materials RECYFLEX AEC : Cold‐in‐plant treated  recycled materials by using   composite binder
  5. 5. Recyflex AEC Base Material In‐plant cold retreated material  Mineral aggregate using 50 to 100% of recycling material (from existing pavement structure)  Asphalt emulsion and cement/ lime treatment  Highly improve bearing capacity instead of regular granular material  Indirect tensile Resilient Modulus at 10°C > 4 000 MPa  Density of 2 100 kg/m³ (air voids of 12‐15%) 
  6. 6. Recyflex HD High drainability material  Mineral aggregate using 30 to 50% of recycling material (from existing pavement structure)  Low density = Air void insulation, 1 800 kg/m³  Porous material = air voids ± 30%   Asphalt emulsion and cement/lime treatment  Frost penetration reduction
  7. 7. RECYFLEX AEC 0/20 mmProduction by using portable plant
  8. 8. RECYFLEX AEC 0/20 mm, Thickness application of 100 @ 300 mm
  9. 9. RECYFLEX AEC 0/20 mm, Grading/ Compaction operations Final aspect during the cure period
  10. 10. Recyflex AEC Protection and PavingApplication of tack coat emulsion Chipping application
  11. 11. RECYFLEX AEC, A‐20 Mix Rheological performances Formulation:  Proportions established from the   40% of Crushed concrete; rehabilitation existing roadway   40% of Rap (optimization of the recycled   20% of new aggregates screenings quantities)  Composite binders: Asphalt emulsion + cement  Physical and Rheologicals Characterization of:  Voids and densities;  Cohesion built‐up behavior;  Rutting resistance;  Modulus evolution vs curing time;  Effects of Freeze and thaw cycles on the mechanical performances;  Tensile stress vs low temperture.     
  12. 12. Laboratory samples preparation by Vibrocompression method  Piston : axial forceVibration Molds Diameter = 16 cm , High = 32 cm Voids average 16.5% Gammadensitometer
  13. 13. 100Visual Voids analysis  90 80 70 psa t - with ultraviolets % a s nd 60 50 40 30 20 10 0 0.01 0.10 1.00 10.00 100.00 Tamis (mm) Air voids RAP Crushed Concrete
  14. 14. Physical Characteristics Emulsion treated base  material (Grave‐Émulsion) Rheologicals Characteristics study 2001   French Gyratory compactor  Voids at 10 gyrations = 21.2%  22%  Voids at 200 gyrations = 13.0%  15%  Duriez  Resistance before immersion = 6.4 Mpa  4Mpa  r/R ratio = 0.68          0.55  Duriez voids = 11.7%  13%
  15. 15. Rheological Characteristics Rutting resistance spec. on  HMA < 10% after 30 000  Rutting test analysis cycles at 60°C  Rutting  Only 0.7% after100 000 cycles at 60°C, Exceptional performance Material without rutting due to the internal aggregates friction and  the presence of  hydraulic binder    Rutting test machine
  16. 16.  Cohesion Built‐up behavior Time 600 Emulsion mix 500Force (N) Force, kN 400 Workability of ± 3 hours 300 200 Recyflex AEC 100 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 Time, min. Temps de conservation (minutes)
  17. 17. Rheologicals behavior study Stiffness Modulus analysis  Diametral Sinusoïdal Compression ‐DSC  Bresilian test :  Rupture limit establishement = 8800 N  DSC strenght at 20% of the rupture limit  DSC testing at 1.00 kN  0.75 kN corresponding of maximale compression of 1750 N
  18. 18. Modulus evolution with CDS 9000 curve at 10°C 900 Mpa 8000 or +11,5%Modulus at 10 Hz (MPa) curve at 15°C 7000 6000 Effect of the hydraulic binder 5000 4000 0 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 77 84 91 Time from production (days)
  19. 19. Rheologicals behavior study Freeze and thaw cycles effects  Diametral Sinusoïdal Compression –DSC  Two types of simulation  Short term freeze‐thaw : 2 cycles of 24 hours produced between the 4th and  52th hours of curing, each cycle corresponding to a:   temperature drop of +5°C to ‐10°C in 12 hours  temperature gain of ‐10°C to +5°C in 12 hours  Long term freeze‐thaw : 50 freeze‐thaw cycles after optimun cohesion, each  cycle corresponding to a:  Temperature drop of +10°C to ‐20°C in less 3 hours  Temperature gain of ‐20°C to +10°C in less 3 hours
  20. 20. Effect freeze‐thaw cycles, short term  Modulus measurements  Diametral Sinusoïdal Compression ‐DSC  Freeze‐thaw  at beginning  Modulus evolution at 10 Hz 9000 9000 Air curingModulus at 15°c, MPa Modulus at 10°c, MPa 8000 Air curing 8000 - 11.5% - 9.4% 7000 7000 Freeze-thaw 6000 Freeze-thaw 6000 - 22.8% - 23.5% 5000 5000 4000 4000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Temps depuis fabrication (jours) Temps depuis fabrication (jours) Time, hours Time, hours
  21. 21. Effect freeze‐thaw cycles, short term Modulus measurements  Diametral Sinusoïdal Compression –DSC  Short term freeze‐thaw during beginning of curing  Freeze‐thaw between the 4th and 52th hours of curing  Slowing down cement hydratation phenomenon at the beginning with small  effect on long term  Delayed internal cohesion  Modulus loss of about 23% at  10 days  Long term modulus loss of about 10% (> 90 days)  Validated value after 365days
  22. 22. Effect freeze‐thaw cycles, long term Modulus measurements  Diametral Sinusoïdal Compression –DSC  Long term freeze‐thaw cycles   Freeze‐thaw (50 cycles) between 24d et 36d  Modulus loss of 20% immediatly after the thermal sollicitations  Modulus recovery « normal » at long term
  23. 23. Effect of 50 freeze‐thaw cycles, long term 9000 curve at 15°C without freeze- 8000 thawModulus at 10 Hz (MPa) 24 days 7000 - 20% 6000 37days 50 freeze-thaw 5000 cycles 4000 10 100 1000 Time from production (days)
  24. 24. Rheologicals behavior study  Thermal stress, Contraints development 5.0Tensile strain, MPa 4.0 HM A wit h 70 Contrainte (Mpa)df /100 bit umen 3.0 2.0 RECYFLEX  1.0 EBC 0.0 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 Température (°C) Temperature, °C
  25. 25. Recyflex AEC Observations  Process for optimun use of recyclable materials;  Cold treatment using composite binder  Strenghtened materials  Low emissions production  Accelarated curing time  No rutting   Avoid maniability over 3 hours
  26. 26. Recyflex AEC Observations  Behavior between flexible and rigid pavements  DSC Modulus  E (15°C,10Hz) = 7600 Mpa   Optimum around 30d‐60d  Definitive loss of 10% in case of freeze‐thaw in the firsts hours of  cure  Temporary loss of 20% after freeze‐thaw if Recyflex AEC have  obtained the optimal cure  Low contrains development with thermal reduction  Fatigue analysis to complete
  27. 27. Flexibles pavement structures comparaison, A20 Highway 80 M esal : 2X 2 lanes (3450 Truks/day/direction/TL over 20 years) Supposed Recyflex AEC Resilient Modulus = 3 000 MPa Recyflex AEC Chaussée Ecoroute Alternative 0 25 RUGOVIA TM 50 60 ESG-10 60 ESG-10 60 ESG-14100 70 ESG-14 70 ESG-14 100 HMA150 Binder200 160 HMA-20 180 HMA-20250 200 RECYFLEX AEC300350 Residual pavement structure Residual pavement structure400450 Residual pavement structure500
  28. 28. Highway , Alternate pavement design Hwy 485 Asphalt Pavement Design Alternate 1 AASHTO Structual Thickness (in.) Material Coefficient Value Structual total 3 S9.5D 0.44 1.32 4 I19.0D 0.44 1.76 11.5 B25.0C 0.3 3.45 0 Subgrade 7 Stabilization 0.14 0.98 Total Structual Value 7.51 Alternate 4 AASHTO Structual Thickness (in.) Material Coefficient Value Structual total 3 S9.5D 0.44 1.32 6 I19.0D 0.44 2.64 0 B25.0C 0.3 0 8 Recyflex 0.34 2.72 Subgrade 7 Stabilization 0.14 0.98 Total Structual Value 7.66
  29. 29. Highway , Alternate pavement design
  30. 30. Recyflex AEC, Arrival from ParisMain Runway Montreal airport‐ 1998 Arrival from Orlando
  31. 31. Development of a new Roadway pavement structure concept by using recycled materials Recyflex AEC 31
  32. 32. Recyvia, in‐Place (FDR)
  33. 33.  In‐Place full depth reclamation Cold In place  Recycling using composite binder or bitumen  emulsion /foamed bitumen
  34. 34. Example of using composite binder in‐PlaceRéalisation du projet stabilisation Stabilisation 175mm (16/08 au 28/08) ±56800m²
  35. 35. RECYCLOVIA® Field of application CIR In‐Place Cold recycling  Existing Asphalt  6 à >15 cm. pavement Chip Seal 1 à 5 cm. Chip Seal 1 à 5 cm. Granular base Granular Base or  Granular base Treated base  Supply of aggregate for gradation correctionRECYCLOVIA ® RECYCLOVIA ® RECYCLOVIA ®In‐Place treatment : 6 à 15 cm   In‐Place treatment :8 à 15 cm   In‐Place treatment: 8 à 15 cm   Asphalt Emulsion with  Asphalt Emulsion / Foam asphalt Asphalt Emulsion / Foam asphalt Cement with Cement or hydrated lime With cement or hydrated lime + HMA / WMA wearing course Microsurfacing / Chip seal / Dense Cold mix (low trafic road)
  36. 36. Recyclovia, in‐Place (CIR) Weight empty: 47 t Power : 800 hp 600 kW Lenght : 15 m Cement bin (4 t)Paver screed, extendable  Rotor for milling/recycling/mixing, with  Cement spreader unitequiped with tamper bar  possible injection of:compactor ‐ Foam asphalt ‐ Asphalt emulsion ‐ Water
  37. 37. Recyclovia
  38. 38. Recyclovia, in‐Place (CIR)
  39. 39. ‐Recycled cold treated materials behavior ‐Same mix design methodology for In‐plant, FDR and CIR; ‐Mechanical performances, Stability and Modulus; ‐Air Voids; ‐Retained Stability;  ‐Observations behavior: ‐Effect of RAP content Mix 1 Mix 2 Mix 3 Requirements 38% CC 40% CC 100% RAP Min. 16% RAP 40% RAP 45% Aggregates 20% Aggregates % Recovering Asphalt 0,63% 2,10% 5,38% % Added Bitumen 1,53% 1,85% 1,0% Marchall Stability at 7 000 @ 10 000 26 200 18 583 8 575 22.2°C (N) Retained Stability (%) 70 84 90 93 % Coating 50 82 88 95
  40. 40. ‐Recycled cold treated materials behavior
  41. 41. Complete environmental impact analysis
  42. 42. Thanks for your attention Janvier 2011 - page 43

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