Investigation of Cracking Behaviour of Stone Mastic Asphalt Using Limestone as Fine Aggregate

Year 2025, Volume: 36 Issue: 5

Halis Bahadır Kasil , Muhammed Yasin Çodur

https://doi.org/10.18400/tjce.1582736

Abstract

In recent years, Stone Mastic Asphalt applications have increased due to its longer life under heavy traffic loads. However, in our country, the coarse and fine fraction of aggregates used in Stone Mastic Asphalt design should be obtained from the same quarry according to the Highways Technical Specifications. In this study, experimental studies were carried out with the assumption that using basalt for the coarse aggregate fraction and limestone for the fine aggregate fraction would yield positive results. In the experimental study, fracture mechanics properties were determined by the Illinois Flexibility Index test in accordance with AASHTO T 393 standard. As a result of this study, it was determined that the use of limestone in the fine aggregate fraction of Stone Mastic Asphalt does not produce negative results.

Keywords

Illinois flexibility index, semi-circular bending test, stone mastic asphalt, limestone, basalt

Project Number

-

İnce Agrega Kısmında Kireçtaşı Kullanılan Taş Mastik Asfaltın Çatlama Davranışının İncelenmesi

Abstract

Son yıllarda ağır trafik yükleri altında daha uzun ömürlü olması nedeniyle Taş Mastik Asfalt uygulamaları artmıştır. Ancak ülkemizde Taş Mastik Asfalt tasarımında kullanılan agregaların kaba ve ince kısımlarının Karayolları Teknik Şartnamesine göre aynı ocaktan elde edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, kaba agrega fraksiyonu için bazalt, ince agrega fraksiyonu için ise kireçtaşı kullanılmasının olumlu sonuçlar vereceği varsayımıyla deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmada, AASHTO T 393 standardına uygun olarak Illinois Esneklik İndeksi deneyi ile kırılma mekaniği özellikleri belirlenmiştir. Bu çalışma sonucunda, Taş Mastik Asfaltın ince agrega kısmında kireçtaşı kullanımının olumsuz sonuç meydana getirmediği tespit edilmiştir.

Keywords

Illinois esneklik indeksi, yarı dairesel eğilme deneyi, taş mastik asfalt, kireçtaşı, bazalt

Ethical Statement

Turkish Journal of Civil Engineering dergisi yazım kurallarına uygun olarak hazırlamış olduğumuz bu makale içindeki tüm bilgilerin doğru ve tam olduğunu, bilgilerin üretilmesi aşamasında bilimsel etiğe uygun davrandığımızı, yararlanmış olduğumuz bütün kaynakları atıf yaparak belirttiğimizi beyan ederiz.

Supporting Institution

-

Project Number

-

Thanks

Bu çalışma, Erzurum Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsünde tamamlanmış ilk yazarın doktora tezinin bir parçasını oluşturmaktadır. Bu çalışma için gerekli olan cihaz ve laboratuvar ortamının kullanılması hususundaki maddi manevi katkılarından dolayı Karayolları Genel Müdürlüğü’ne teşekkür ederiz.

References

• Brown E.R., Mallick, R.B., Haddock, J.E., & Bukowski, J., Performance of Stone Mastic Asphalt (SMA) Mixtures In The United States. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 1997.
• Cao, W., Liu, S., & Feng, Z.C., Comparison of Performance of Stone Matrix Asphalt Mixtures Using Basalt and Limestone Aggregates. Construction and Building Materials, Issue 41, pp. 474-479, 2013.
• Iskender, E., Rutting Evaluation of Stone Mastic Asphalt for Basalt and Basalt-Limestone Aggregate Combinations. Composites: Part B, Issue 54, pp. 255-264, 2013.
• Jiang, J., Ni, F., Gao, L., & Yao, L., Effect of The Contact Structure Characteristics on Rutting Performance in Asphalt Mixtures Using 2D İmaging Analysis. Construction and Building Materials, Issue 136, pp. 426-435, 2017.
• Nsengiyumva, G., You, T., & Kim, Y.R., Experimental-Statistical İnvestigation of Testing Variables of a Semicircular Bending (SCB) Fracture Test Repeatability for Bituminous Mixtures. Journal of Testing and Evaluation, 5(45), pp.1691-1701, 2017.
• Alı, S. I. A., Alothman, D., & Gökçekuş, H., Rheological Performance of ZycoTherm/Nano-Silica Composite Modified Binders at High and Low Temperatures. Turkish Journal of Civil Engineering, 34(2), 77-102, 2023. https://doi.org/10.18400/tjce.1239171
• Zhou, Y., Xia, K., Li, X., & Li, H., Suggested Methods for Determining the Dynamic Strength Parameters and Mode-I Fracture Toughness of Rock Materials. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Issue 49, pp. 105-112, 2012.
• Barry, M.K., An Analysis of Impact Factors on the Illinoıs Flexibility Index Test. Urbana, Illinois, 2016.
• Rivera-Perez, J., Ozer, H., & Al-Qadi, I.L., Impact of Specimen Configuration and Characteristics on Illinois Flexibility Index. Transportation Research Record, 2672(28), 383-393, 2018.
• Al-Qadi, I.L., Ozer, H., Lambros, J., El Khatib, A., Singhvi, P., Khan, T., Rivera-Perez, J., & Doll, B., Testing Protocols to Ensure Performance of High Asphalt Binder Replacement Mixes Using RAP and RAS. Illinois Center for Transportation, 2015.
• Ozer, H., Al-Qadi, I.L., Singhvi, P., Khan, T., Rivera-Perez, J., and El-Khatib, A., Fracture Characterization of Asphalt Mixtures with High Recycled Content Using Illinois Semicircular Bending Test Method and Flexibility Index. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2016.
• Molenaar, A. A. A., Skarpas, A., Liu, X., & Erkens, S., Semi-Circular Bending Test; Simple But Useful? Proceedings of the Technical Sessions, Issue 71, pp. 794-815, 2002.
• Elseifi, M.A., Mohammad, L.N., Ying, H., & Cooper, S., Modeling and evaluation of the cracking resistance of asphalt mixtures using the semi-circular bending test at intermediate temperatures. Road Materials and Pavement Design, 13(sup1), 124–139, 2012. https://doi.org/10.1080/14680629.2012.657035
• Mohammad, L.N., Kim, M., & Elseifi, M., Characterization of Asphalt Mixture’s Fracture Resistance Using the Semi-Circular Bending (SCB) Test. 7th RILEM International Conference on Cracking in Pavements, pp. 1-10, 2012.
• Kim, M., Mohammad, L.N., and Elseifi, M.A., Characterization of Fracture Properties of Asphalt Mixtures as Measured by Semicircular Bend Test and Indirect Tension Test. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2012.
• Zegeye, E., Le, J.L., Turos, M., & Marasteanu, M., Investigation of size effect in asphalt mixture fracture testing at low temperature. Road Materials and Pavement Design, 13(sup1), 88–101, 2012. https://doi.org/10.1080/14680629.2012.657064
• Zhou, F., Im, S., Hu, S., Newcomb, D., & Scullion, T., Selection and Preliminary Evaluation of Laboratory Cracking Tests for Routine Asphalt Mix Designs. Road Materials and Pavement Design, pp. 62-86, 2017.
• Ozer, H., Al-Qadi Imad, L., Lambros, J., El-Khatib, A., Singhvi, P., & Doll, B., Development of the Fracture-Based Flexibility Index for Asphalt Concrete Cracking Potential Using Modified Semi-Circle Bending Test Parameters. Construction and Building Materials, Issue 115, pp. 390-401, 2016.
• Ozer, H., Al-Qadi, I.L., Singhvi, P., Bausano, J., Carvalho, R., Li, X., & Gibson, N., Prediction of Pavement Fatigue Cracking at an Accelerated Testing Section Using Asphalt Mixture Performance Tests. International Journal of Pavement Engineering, pp. 264-278, 2018.
• Jahanbakhsh, H., Hosseini, P., Nejad, F.M., & Habibi, M., Intermediate Temperature Fracture Resistance Evaluation of Cement Emulsified Asphalt Mortar. Construction and Building Materials, Issue 197, pp. 1-11, 2019.
• Karayolları Genel Müdürlüğü, Karayolu Teknik Şartnamesi, Ankara, 2013.
• Türk Standartları Enstitüsü, Bitüm ve bitümlü bağlayıcılar-Yoğunluk ve özgül kütle tayini-Kapiler kapaklı piknometre yöntemi, TS EN 15326, Ankara, 2010.
• Türk Standartları Enstitüsü, Bitüm ve bitümlü bağlayıcılar-İğne batma derinliği tayini, TS EN 1426, Ankara, 2015.
• Türk Standartları Enstitüsü, Bitüm ve bitümlü bağlayıcılar - Çözünürlük tayini, TS EN 12592, Ankara, 2015.
• Türk Standartları Enstitüsü, Bitüm ve bitümlü bağlayıcılar-Yumuşama noktası tayini-Halka ve bilye yöntemi, TS EN 1427, Ankara, 2015.
• Türk Standartları Enstitüsü, Petrol ve ilgili ürünler – Parlama ve yanma noktasının tayini - Cleveland açık kap yöntemi, TS EN ISO 2592, Ankara, 2017.
• Türk Standartları Enstitüsü, Bitümlü karışımlar - Deney metotları - Sıcak karışımlı asfalt için -Bölüm 18: Bağlayıcının süzülmesi, TS EN 12697-18, Ankara, 2018.
• İskender, E., Aksoy, A., Nanokil/Polimer/Bitüm Nanokompozit Hazırlama Yönteminin Asfalt Karışım Performansı Üzerindeki Etkilerinin Araştırılması. Turkish Journal of Civil Engineering, Mayıs 2021;32(3):10885-10906. doi:10.18400/tekderg.686346
• Türk Standartları Enstitüsü, Bitümlü karışımlar-Sıcak asfalt karışımları için deney yöntemleri-Bölüm 1: Çözünür bağlayıcı içeriği, TS EN 12697-1, Ankara, 2020.
• American Association of State and Highway Transportation Officials, Standard Method of Test for Determining the Fracture Potential of Asphalt Mixtures Using the Illinois Flexibility Index Test (I-FIT). American Association of State and Highway Transportation Officials, AASHTO T 393, 2022.
• American Association of State and Highway Transportation Officials, Standard Method of Test for Preparing and Determining the Density of Asphalt Mixture Specimens by Means of the Superpave Gyratory Compactor, AASHTO T 312, 2022.
• Kaseer, F., Yin, F., Arámbula-Mercado, E., Martin, A.E., Daniel, J.S., & Salari, S., Development of an Index to Evaluate the Cracking Potential of Asphalt Mixtures Using the Semi-Circular Bending Test, Construction and Building Materials, Issue 167, pp. 286-298, 2018.
• Espinosa, L., Caro, S., & Wills, J., Study of the Influence of the Loading Rate on the Fracture Behaviour of Asphalt Mixtures and Asphalt Mortars. Constr. Build. Mater., vol. 262, Nov, 2020.
• Kasil, H.B., Farklı Malzeme Bileşenleri İle Tasarlanan Taş Mastik Asfalt Aşınma Karışımının Çatlak Performansının Araştırılması, Doktora Tezi, Erzurum Teknik Üniversitesi, 2024.