Improvement of the Viscoelastic Properties of Ac-20 Asphalt by Applying Local Nano Clay in HMA Mixes

Abstract

Abstract. The objective of this work is to improve the viscoelastic properties of local AC-20 asphalt. Ecuador has a nano clay deposit arranged in 6 levels from A1-A6, in an area of 4000 km2. Those nano clays were treated with chemical and physical methods, using a) NaOH, b) NH3, H2O2 (molar ratio 5), and c) calcination to obtain an effective additive to be mixed with the bitumen. 532 samples were prepared, and their viscoelastic properties were measured with the dynamic shear rheometer (DSR) in the first stage. In the second stage, the best hot mix asphalt (HMA) samples were selected, and the parameters of mixing time, mixing speed, calcination temperature, and additive concentration were optimized. It was discovered that nano clay A1 calcined in the 270-275°C window activated its high level of adsorption, becoming the best additive (S1) for HMA hot asphalt mixtures. The use of 3% S1 + AC-20 and mixing times (MT) of 30, 60, 90 and 120 minutes allowed the complex modulus (G*) to increase up to 305.5%, while the phase angle δ decreased by -8.37% (MT= 90 min). The performance grade improved from P G= 6 4 (original) to 70, 76, and 82. These results agree with the significant adsorption capacity that this material presents.

Resumen. El objetivo de este trabajo es mejorar las propiedades viscoelásticas del asfalto local AC-20. Ecuador cuenta con un depósito de nanoarcilla dispuesto en 6 niveles de A1-A6, en un área de 4000km2. Estas nanoarcillas fueron tratadas con métodos químicos y físicos, utilizando a) NaOH, b) NH3, H2O2 (relación molar 5), y c) calcinación para obtener un aditivo eficaz para mezclar con el bitumen. Se prepararon 532 muestras, cuyas propiedades viscoelásticas se midieron con el reómetro de corte dinámico (DSR por sus siglas en inglés) en la primera etapa. En la segunda etapa, se seleccionaron las mejores muestras de mezcla asfáltica en caliente (HMA por sus siglas en inglés) y se optimizaron los parámetros de tiempo de mezcla, velocidad de mezcla, temperatura de calcinación y concentración de aditivo. Se descubrió que la nanoarcilla A1 calcinada en un rango de temperatura de 270-275°C, activaba su alto nivel de adsorción, convirtiéndose en el mejor aditivo (S1) para las mezclas asfálticas en caliente HMA. El uso de un 3% de S1 + AC-20 y tiempos de mezcla (MT) de 30, 60, 90 y 120 minutos; permitió aumentar el módulo complejo (G*) hasta un 305,5%, mientras que el ángulo de fase δ disminuyó u n - 8,37% (MT= 9 0 m in). E l grado de rendimiento mejoró de PG= 64 (original) a 70, 76 y 82. Estos resultados concuerdan con la importante capacidad de adsorción que presenta este material.

Resumo. O objetivo é melhorar as propriedades viscoelásticas do asfalto AC-20 local. O Equador tem um depósito de nanoargila disposto em seis níveis, de A1 a A6, em uma área de 4.000km2. Essas nanoargilas foram tratadas com métodos químicos e físicos, usando a) NaOH, b) NH3, H2O2 (razão molar 5) e c) calcinação. Para obter um aditivo eficaz para ser misturado ao betume. Foram preparadas 532 amostras, e suas propriedades viscoelásticas foram medidas com o reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR) no primeiro estágio. Na segunda etapa, as melhores amostras de asfalto misturado a quente (HMA) foram selecionadas, e os parâmetros de tempo de mistura, velocidade de mistura, temperatura de calcinação e concentração de aditivo foram otimizados. Descobriu-se que a nanoargila A1 calcinada na janela de 270 a 275°C ativou seu alto nível de adsorção, tornando-se o melhor aditivo (S1) para misturas de asfalto quente HMA. O uso de 3% de S1 + AC-20 e tempos de mistura (MT) de 30, 60, 90 e 120 minutos permitiu que o módulo complexo (G*) aumentasse em até 305,5%, enquanto o ângulo de fase δ diminuiu e m - 8,37% (MT= 9 0 m in). O grau de desempenhom elhorou de P G= 6 4 (original) p ara 7 0, 7 6 e 8 2. Esses resultados estão de acordo com a capacidade de adsorção significativa que esse material apresenta.