Di Malaysia, bentuk retakan permukaan yang paling lazim adalah retakan dari atas
ke bawah sebagai akibat beban berulang dan dipercepatkan oleh penuaan bitumen.
Penuaan juga menyebabkan kegagalan struktur dan fungsi sebuah turapan asfalt.
Menurut piawai makmal antarabangsa (ASTM D2872), penuaan jangka pendek
disimulasikan dengan mengenakan bitumen kepada ujian ketuhar putaran lapisan
nipis (RTFO). Walau bagaimanapun, sebilangan penyelidik melaporkan beberapa
percanggahan antara keputusan yang diperolehi dari RTFO dan penuaan di tapak.
Tesis ini membentangkan prosedur penuaan jangka pendek yang dibangunkan
dengan menggunakan kaedah respon balas permukaan (RSM), untuk menentukan
tempoh penuaan dan suhu yang sesuai yang mewakili penuaan yang berlaku semasa
pengeluaran asfalt di loji campuran asfalt Malaysia. Prosedur pengoptimuman
mencadangkan protokol penuaan dengan mengenakan bitumen kepada suhu 170°C
selama 132 minit yang bersamaan dengan sifat bitumen yang diukur dari tapak.
Tempoh dan suhu penuaan adalah faktor penting yang mempengaruhi sifat fizikal
dan reologi bitumen penuaan jangka pendek. Pencirian reologi menunjukkan bahawa
kelikatan bitumen meningkat dengan peningkatan tahap penuaan dan seterusnya
meningkatkan rintangan ubah bentuk kekal bitumen. Kesan pengukuhan didapati
bergantung kepada jenis bitumen, suhu dan tempoh penuaan, dan suhu ujian.
Lengkung utama reologi bitumen dan mastik asfalt digambarkan menggunakan
Model dua pegas, dua parabola dan satu daspot (2S2P1D). Model ini didapati
menggambarkan dengan tepat sifat-sifat reologi dari kedua-dua bitumen dan mastik
asfalt tanpa pengusiaan dan dengan pengusiaan. Tekanan ricih kumulatif
menunjukkan pemulihan yang lebih tinggi bagi bitumen gred penusukan 60/70 yang
diperolehi dari Quarry B berbanding dengan bitumen gred penusukan 80/100 dari
Quarry A dan B. Sementara itu, mastik asfalt yang disediakan menggunakan bitumen
asas gred 60/70 yang menggabungkan 60% kapur terhidrat sentiasa menunjukkan
pemulihan yang lebih tinggi. Penuaan jangka pendek secara umumnya
mengurangkan kepatuhan nyah pemulihan (Jnr) dan meningkatkan peratusan
pemulihan (R) bitumen dan mastik asfalt. Berdasarkan perbandingan antara penunjuk
ubah bentuk kekal, terdapat korelasi yang baik diantara penunjuk ubah bentuk kekal
Superpave (G*/sin δ) dan Jnr untuk kedua-dua bitumen dan mastik asfalt. Pengisi
kapur terhidrat sentiasa mencatatkan rintangan ubah benuk kekal yang lebih besar
berbanding dengan mastik asfalt yang disediakan menggunakan simen Portland
biasa. Tenaga pengaktifan (AE) mastik asfalt yang diuji antara 45 hingga 65°C
menunjukkan pengurangan AE apabila frekuensi meningkat, manakala kandungan
pengisi yang lebih tinggi dan penuaan meningkatkan AE. Penemuan ini juga sama
dengan sampel yang diuji pada suhu antara 5 hingga 35°C. AE didapati dipengaruhi
oleh jenis bitumen, jenis pengisi, kandungan pengisi, frekuensi dan julat suhu. Telah
disimpulkan bahawa prosedur piawai RTFO tidak dapat mensimulasikan penuaan
jangka pendek yang berlaku di tapak. Penuaan meningkatkan rintangan ubah bentuk
kekal dan kapur terhidrat menunjukkan kesan pengukuhan yang lebih tinggi
berbanding dengan simen Portland biasa. __________________________________________________________________________
In Malaysia, the most prevalent form of surface distress is top down cracking due to
repeated loading accelerated by bitumen ageing. Ageing also causes structural and
functional failures in asphalt pavement. According to international laboratory
standards (ASTM D2872), short-term ageing is simulated by conditioning the
bitumen in the rolling thin-film oven (RTFO) test. However, several researchers
reported some discrepancies between the results obtained from the RTFO and field
ageing. This thesis presents a short-term ageing procedure that was developed using
response surface method, to determine the corresponding ageing duration and
temperature that best mimicked ageing that took place during asphalt production in
the Malaysian asphalt mixing plant. The optimization procedure suggested ageing
protocols equivalent to conditioning at 170°C over a 132 minutes duration which
corresponded to the measured bitumen properties recovered from site. Ageing
duration and temperature were significant factors affecting the physical and
rheological properties of short-term aged bitumen. Rheological characterisation
indicated that bitumen viscosity increased with ageing severity and improved rutting
resistance of bitumen. The stiffening effects were found to be dependent on bitumen
type, ageing temperature and duration, and test temperature. The rheological master
curves of bitumen and asphalt mastics were described using the two springs, two
parabolic creep elements and one dashpot (2S2P1D) Model. This model was found to
accurately describe the rheological properties of both unaged and aged bitumen and
asphalt mastics. The cumulative shear strain showed slightly higher magnitudes of
recoveries for 60/70 penetration grade bitumen obtained from Quarry B compared to
80/100 penetration grade bitumen from Quarry A and B. Meanwhile, asphalt mastics
prepared using 60/70 base bitumen incorporating 60% hydrated lime always showed
higher recoveries. Short-term ageing generally reduced non-recoverable compliance
(Jnr) and increased percentage recovery (R) of the bitumen and asphalt mastics.
Based on the comparison between rutting indicators, good correlations were found
between Superpave rutting parameter (G*/sin δ) and Jnr for both bitumen and asphalt
mastics. Hydrated lime filler always registered greater rutting resistance compared to
asphalt mastics prepared using ordinary Portland cement. The activation energy (AE)
of asphalt mastics tested between 45 to 65°C indicated a reduction in AE with higher
frequency, while higher filler content and ageing increased AE. These findings were
also similar for samples tested at temperatures ranging from 5 to 35°C. AE was
found to be influenced by bitumen type, filler type, filler content, frequency and
temperature range. It was concluded that the standard RTFO procedure was unable to
simulate the actual short-term ageing that occurs on site. Ageing improved rutting
resistance and hydrated lime showed higher stiffening effects compared to ordinary
Portland cement.
Evaluation of laboratory short-term ageing and rutting characterisation of bitumen and asphalt mastics_Noor Halizah Abdullah_A9_2018_MYMY