Guntis Brencis

Performance Characterization of Bituminous Mixtures With Dolomite Sand Waste and BOF Steel Slag

The rapid growth of transport load in Latvia increases the demands for asphalt carrying capacity on large motorways. The limestone and sandstone that can be found in Latvia lack the mechanical strength and, for most of the large motorways, the aggregates are imported from other countries causing increase of the costs and growth of emissions from transportation. On the other hand, large amounts of basic oxygen furnace (BOF) steel slag aggregates with good qualities are being produced in Latvia and put to waste. During recent decades, the dolomite sand waste has been accumulating and its quantity has reached a million tons and is rapidly increasing. This huge quantity of technological waste needs to be recycled with maximum efficiency. The lack of experience on the use of steel slag and sand waste requires an accelerated evaluation of the asphalt performance-based characteristics. This paper presents the testing results of different combinations of steel slag, dolomite sand waste, and local limestone aggregates that were proportioned to develop a mixture that would satisfy the requirements of permanent deformation and fatigue. Analysis of the results showed that mixes with steel slag and local limestone in coarse portion and dolomite sand waste in sand and filler portions had high resistance to plastic deformations and good resistance to fatigue failure. These mixes can fully satisfy and, in some cases, significantly overcome the requirements of local asphalt specifications for highly loaded motorways.

Assessing the Potential and Possibilities for the Use of Warm Mix Asphalt in Latvia

Abstract Warm Mix Asphalt (WMA) production technologies allow lowering the production and paving temperature of the conventional Hot Mix Asphalt (HMA) by at least 20°C without compromising the performance of asphalt. This promises various benefits over HMA, for example, allows to reduce the energy consumption, thus lowering the greenhouse gas emissions, permits to extend the paving season, attain better compaction, provides longer haul distances etc. However, in order to reach widespread implementation of WMA, it is necessary to provide enough information to the decision makers on the benefits of this technology. This article presents an overview of different WMA products and production principles, benefits and drawbacks associated with the technologies. A total of fifteen products that were found to be used in Europe are reported in the paper. However, not all of the technologies are suitable for Latvia, because of the necessary financial investments, climate, local legal provisions and the industry traditions. Potentially most favourable technologies for Latvian conditions are analysed with the reference to local road specifications. Mārtiņš Zaumanis, Viktors Haritonovs, Guntis Brencis, Juris Smirnovs. Silto asfalta maisījumu pielietošanas potenciāla un iespēju analīze Latvijā Siltā asfalta maisījumu (WMA) ražošanā tiek izmantotas tehnoloģijas, kas ļauj būtiski samazināt tradicionālo karsto asfalta maisījumu ražošanas un ieklāšanas temperatūru, nepasliktinot asfalta īpašības. Tas rada vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar karsto asfaltu, piemēram, tiek samazināts enerģijas patēriņš, var sasniegt augstāku sablīvējumu, iespējams nodrošināt lielāku pārvadāšanas attālumu utt. Tomēr, lai panāktu WMA plašu ieviešanu komerciālajā ražošanā, nepieciešams nodrošināt pietiekami daudz kvalitatīvas informācijas par šo tehnoloģiju priekšrocībām. Šajā publikācijā ir apkopota informācija par dažādiem WMA produktiem un ražošanas tehnoloģijām. Kopumā apskatīti piecpadsmit Eiropā pielietoti produkti. Tomēr, nepieciešamo ieguldījumu iekārtās, vietējā klimata, Latvijas normatīvu un ceļu būvniecības tradīciju dēļ, ne visas tehnoloģijas ir piemērotas lietošanai Latvijā. Tiek apskatītas Latvijas apstākļiem potenciāli visvairāk piemērotās tehnoloģijas un noteikta to atbilstība autoceļu specifikāciju prasībām. Pētījumu rezultāti rāda, ka WMA tehnoloģijas ļauj samazināt CO2 izmešu daudzumu atmosfērā par 15-40%. Tomēr plašu WMA pielietojumu Eiropā bremzē asfaltbetona ražotāju skepse attiecībā uz ienākumiem, kas iegūti, izmantojot WMA tehnoloģijas, jo finanšu izdevumi tehnoloģiju ieviešanai un WMA asfalta ražošanai ir aptuveni vienādi ar ienākumiem, kas iegūti, ekonomējot enerģiju. Plašāku WMA tehnoloģiju pielietojumu nākotnē var stimulēt enerģijas cenas, nodokļu atvieglojumi uzņēmumiem, kas ievieš šādas tehnoloģijas - „par ekoloģiskumu”, kā arī plašāks WMA pielietojums Eiropā un konkurence ļaus samazināt WMA piedevu iepirkuma cenu. Мартиньш Зауманис, Викторс Харитоновс, Гунтис Бренцис, Юрис Смирновс. Оценка потенциала и возможности использования теплой смеси асфальта в Латвии Технологии производства теплой асфальтобетонной смеси (WMA) позволят существенно снизить температуру производства и укладки асфальта, не снижая свойствa материала. Это дает большее преимущество по сравнению с горячей асфальтобетонной смесью (HMA), например, позволяет сократить потребление энергии, возможность достичь лучшего уплотнения, обеспечивает возможность перевозки смеси на большие расстояния и.т.д. Однако, для того, чтобы достичь более широкого применения WMA, необходимо доказать преимущества этой технологии. Настоящая статья представляет собой обзор различных продуктов и производственных технологий для WMA. В общей сложности в статье представлены и сравнены пятнадцать различных продуктов, которые широко используются в Европе. Однако не все технологии, представленные в статье, подходят для Латвии. Главные тому причины - особенности местного климата, необходимость инвестировать большие средства в новые технологии, специфика местного законодательства и технической документации, а также промышленные традиции. В статье рассматриваются наиболее перспективные технологии для условий Латвии, учитывающие местный климат и требования дорожных спецификаций. Результаты исследований показывают, что применение технологий для производства WMA позволяет на 15 - 40% уменьшить выброс в атмосферу CO2. Однако широкое применение WMA в Европе тормозит неуверенность производителя асфальта в выгоде применения новых технологий, так как финансовые затраты на внедрение новых технологий и производство WMA асфальта примерно равняются выгоде, полученной на экономии энергии. В будущем более широкое применение будут стимулировать цена на электроэнергию и налоговая политика - налоговые льготы за экологичность, а также более широкое применение WMA технологий позволит снизить закупочную стоимость добавок для производства WMA.

Use of Unconventional Aggregates in Hot Mix Asphalt Concrete

Abstract Annually 100 to 200 thousand tons of steel slag aggregates are produced in Latvia. The study investigates the use of dolomite sand waste as a filler or/and sand material plus BOF steel slag as a fine and coarse aggregate for the design of high performance asphalt concrete. Various combinations of steel slag, dolomite sand waste and conventional aggregates were used to develop AC 11 asphalt concrete mixtures. The tests of mix properties included resistance to permanent deformations (wheel tracking test, dynamic creep test) and fatigue resistance. Laboratory test results showed that asphalt concrete mixtures containing steel slag and local limestone in the coarse portion and dolomite sand waste in sand and filler portions had high resistance to plastic deformations and good resistance to fatigue failure.

Performance Characterization of Bituminous Mixtures with Dolomite Sand Waste and BOF Steel Slag Aggregates

Abstract Dolomite and sandstone that can be found in Latvia, lack the mechanical strength, and for most of the large motorways the aggregates are imported from other countries causing increase of the costs and growth of emissions from transportation. On the other hand, large amounts of Basic Oxygen Furnace (BOF) steel slag aggregates with good qualities are being produced in Latvia and put to waste. During the recent decades, the dolomite sand waste has been accumulating and its quantity has reached a million of tons and is rapidly increasing. This paper presents the testing results of dense graded asphalt concrete AC 11 mixtures made of four types of aggregate: steel slag, dolomite sand waste, conventional imported dolomite aggregates and conventional local crushed quartz sand that were proportioned to develop a mixture that would satisfy the requirements of permanent deformation and stiffness. Analysis of the results showed that mixes with steel slag and dolomite waste sand or unconventional aggregate combination with dolomite in coarse portion, crushed quartz sand in sand portion and dolomite waste sand in sand and filler portions had high resistance to plastic deformations. Sakarā ar strauji pieaugošo satiksmes intensitāti un transportlīdzekļu ass slodzēm paaugstinās prasības Latvijas ceļu segas nestspējai. Vietējām dolomīta un grants šķembām ir ļoti zemi kvalitātes rādītāji, kuri neatbilst tehnisko noteikumu prasībām. Tāpēc Latvijā ceļu būvniecībā pārsvarā izmanto importētu pildvielu, kas palielina būvdarbu izmaksas. Tomēr Latvijā vairāku gadu garumā ir izveidojušies lieli tērauda sārņu krājumi, kas ir tērauda ražošanas industrijas blakusprodukts. Drupinot šo materiālu, iegūst vietējas izcelsmes tērauda sārņu šķembas ar augstu stiprību un labām fizikālām īpašībām. Savukārt dolomīta izstrādes karjeros izveidojušies vairāku miljonu tonnu lieli dolomīta atsiju uzkrājumi, kurus var izmantot kā netradicionālu smalku pildvielu un aizpildītāju asfaltbetona sastāvu izstrādei. Šobrīd joprojām trūkst pieredzes darbā ar asfaltbetonu, kura sastāvā ir izmantoti šie blakusprodukti. Pētījuma galvenais mērķis ir, izmantojot dolomīta atsijas un tērauda sārņus, izstrādāt asfaltbetona maisījumus ar augstām ekspluatācijas īpašībām. Pētījuma gaitā noteiktas blakusproduktu īpašības un projektētas trīs blīvā asfaltbetona AC-11 sastāvu grupas: references sastāvs no tradicionālās dolomīta pildvielas un drupinātās kvarca smilts; sastāvs tikai no blakusproduktiem un blakusproduktu un tradicionālā minerālmateriāla kombinācijas. Maisījumu izgatavošanai izmantota nemodificētā BND 60/90 un SBS modificētā saistviela. Blakusproduktu testēšanas rezultāti rāda, ka frakcionēto tērauda sārņu un dolomīta atsiju īpašības atbilst aukstām standarta LVS EN 13043 kvalitātes kategorijām. Asfaltbetona sastāvu projektēšanai izmantota Maršala metode. Deformatīvās īpašības augstās ekspluatācijas temperatūrās noteiktas, izmantojot Wheel Tracking testēšanas metodi atbilstoši standarta LVS EN 12697-22 prasībām. Analizējot iegūtos rezultātus, konstatēts, ka asfaltbetona maisījumi, kas izgatavoti tikai no blakusproduktiem vai kombinējot blakusproduktus ar tradicionālo minerālmateriālu, uzrāda augstu noturību pret risu veidošanos un atbilst vietējo tehnisko noteikumu „Ceļu specifikācija 2010” prasībām. Secināts, ka dolomīta atsijas var izmantot kā daļējo vai pilnīgo aizpildītāja un smilts frakcijas aizvietotāju, savukārt tērauda sārņus kā smalkas un rupjas pildvielas aizvietotāju. Turpmākos pētījumos jānosaka izstrādāto sastāvu deformatīvās īpašības vidējās un zemās temperatūrās. В связи с резким увеличением интенсивности дорожного движения и осевой нагрузки, на дорогах Латвии возросли требования к несущей способности дорожных одежд. Местный щебень из гранта и доломита имеет низкие показатели качества и не соответствуют техническим требованиям. Поэтому при строительстве дорог в Латвии используются импортный наполнитель, который значительно увеличивает стоимость строительных работ. Однако в Латвии за многие годы образовались большие скопления металлургических шлаков, которые являются отходами металлургической промышлености. После дробления и фракционирования этот материал показывает высокие механические и физические свойства. В свою очередь в доломитных карьерах за многие годы образовались многомиллионные накопления доломитного отсева, который можно использовать как мелкий нетрадиционный наполнитель для производства асфальтобетонных смесей. Сегодня ощущается нехватка опыта по использованию этих материалов для производства асфальтобетона и его свойств. Главной целью исследования было разработка асфальтобетонных смесей с высокими прочностными характеристиками с использованием металлургических шлаков и доломитного отсева. В процессе исследования были определены свойства производственных отходов и спроектированы три групы плотного асфальтобетона АС - 11: референтный состав из традиционного доломитного щебня и дроблёного песка, состав из отходов и комбинация отходов и традиционного материала. Для изготовления смесей использовали немодифицированный БНД60/90 и СБС модифицированный битум. Результаты тестирования показали, что фракционированные металлургичесие шлаки и доломитный отсев соответствуют высоким категориям качества согласно требованиям стандарта LVS EN 13043. Асфальтобетонные смеси проектировались с использованием метода Маршала. Деформационные свойства при высоких эксплуатационных температурах определены с использованием теста на колееобразование, согласно требованиям стандарта LVS EN 12697-22. Анализируя полученные результаты, констатировано, что асфальтобетонные смеси, изготовленные из отходов или в комбинации с традиционным материалом, показывают высокую устойчивоть к образованию колеи и соответствуют требованиям технических условий „Ceļu specifikācijas 2010”. Сделан вывод, что доломитный отсев может быть использован как полный или частичный заменитель песчаной ракции, в свою очередь металлургические щлаки как заменитель среднего и крупного наполнителя. В дальнейших исследованиях необходимо определить деформационные свойства этих смесей при средних и низких температурах.