PURPOSES : This study aimed to analyze the experimental and numerical behavior of warm mix asphalt pavement prepared using steel slag and RAP and to conduct economic analysis of pavement construction. METHODS : For developing high performance asphalt pavement, we performed three evaluations: fundamental analysis, experimental testing, and 3D finite element analysis. In particular, 3D finite element analysis was conducted on several pavement structures by adopting the results of experimental tests. RESULTS : Through the various evaluations, it was established that steel slag was effective for use as asphalt mixture aggregate. Moreover, asphalt mixture constituting steel slag and RAP demonstrated higher performance behavior compared with conventionally used asphalt mixture. Furthermore, based on the 3D FE modeling, we established that the developed asphalt pavement constituting steel slag and RAP can be utilized for thin layer pavement with comparable performance behavior. CONCLUSIONS :Warm mix asphalt pavement prepared using steel slag and RAP is more competitive and economic compared to hot-mix asphalt pavement. Moreover, it can be applied for preparing thin layer asphalt pavements with reasonable performance. The developed warm mix asphalt pavement prepared using steel slag and RAP can be an alternative pavement type with competitive performance based on the reasonable economic benefit it provides.
PURPOSES : This paper, presents the results of a laboratory study aimed to verify the suitability of a particular type of Electric Arc Furnace (EAF) steel slag to be recycled in the lithic skeleton of both dense graded and porous asphalt mixtures for flexible pavements. METHODS : Cyclic creep and stiffness modulus tests were performed to evaluate the mechanical performance of three different asphalt mixtures (dense graded, porous asphalt, and stone mastic) prepared with two types of EAF steel slag. For comparison purposes, the same three mixtures were also designed with conventional aggregates (basalt and limestone). RESULTS : All the asphalt mixtures prepared with EAF steel slag satisfied the current requirements of the European standards, which support EAF steel slag as a suitable material for flexible pavement construction. CONCLUSIONS : Based on the experimental work, the use of waste material obtained from steel production (e.g. EAF steel slag) as an alternative in the lithic skeleton of asphalt mixtures can be a satisfactory and reasonable choice that fulfills the "Zero Waste" objective that many iron and steel industries have pursued in the past decades.
Park, Kyung-Won;Jang, Dong-Bok;Lee, Jong-Min;Kang, Byung-Hwa;Kim, Hyung-Bae
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.9
no.4
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pp.633-641
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2021
The study performed long-term performacne evaluation on the hot mix asphalt using the steel slag aggregates and Reclaimed Asphalt Pavement (RAP). The laboratory comparative evaluation was conducted between conventional Hot Mix Asphalt (HMA) which is entitled WC-2 and HMA containing steel slag and RAP which is entitled ES WC-2(R). Dynamic stability test, dynamic modulus test, and fatigue crack test were conducted during the comparative evaluation process. The dynamic stability test result showed that ES WC-2(R) was 140% higher than WC-2. It is noted that ES WC-2(R) showed no inflection point whereas WC-2 showed inflection point during the dynamic stability test which implies ES WC-2(R) has the higher moisture susceptability than WC-2. The dynamic modulus of ES WC-2(R) were 342.3%, 486.7%, and 350.0% higher than WC-2 at medium temperature of 21℃, low temperature of -10℃, and high temperature of 38℃ respectively. The test result showed that rutting resistance of ES WC-2(R) is higher than WC-2 at all temperature spectrum. The fatigue resistance of ES WC-2(R) were 31.7%, 325.3%, 899.9% higher at low stress level, medium stress level, and high stress level, respectively. The test result showed that ES WC-2(R) is higher than WC-2 at all stress levels. Based on the laboratory comparative evaluation, The in-situ scale Accelerated Pavement Test (APT) was conducted comparing WC-2 and WC-2(R). APT found that the rutting resistance of WC-2(R) was 45% higher than WC-2.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.43
no.1
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pp.71-77
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2023
With the continuous industrial development, not only natural resource depletion, waste generation, but also various weather conditions are becoming more frequent. Efforts are continuing to recycle industrial by-products to overcome the climate crisis and save resources. Slag is a representative by-product generated in the steel industry, and it is characterized by improving rutting resistance and moisture sensitivity by increasing strength and reducing deformation when used as a material for asphalt concrete. On the other hand, slag has expansion properties so it is used as a relatively low-value-added material such as embankment and refilling materials. In order to expand the application of slag, an experiment was conducted to evaluate the crack resistance of slag asphalt concrete pavement. As a result of the indirect tensile strength test, it was found that the asphalt mixture using slag aggregate showed a value 1.13 times higher than that of the general HMA with the same particle size, and the toughness was 1.17 units, improving crack resistance. In addition, it was found that the failure number of the 4-point beam fatigue experiment and the slag asphalt mixture was 20,409, which was more than doubled compared to the general HMA. Furthermore, Overlay Test showed a tensile load residual rate of 4 times or more, improving crack resistance to repeated fatigue. Accordingly, the use of slag aggregate will likely have various advantages in improving the performance of asphalt concrete pavement.
This research has focused on identifying a significant cause of the pavement cracks and irregularities of roads in Changwon city which have been constructed using steel slag, an auxiliary-based material. It is important to note that the cracks and irregularities yield logistics inconvenience, the risk of traffic accidents, and increased road maintenance costs. X-ray diffraction analysis tests have been conducted in this study on the sample collected by pavement cutting and excavating the three target roads. It is well known that the primary cause of the expansion of steelmaking slag is the hydration reaction between CaO and MaO. While the reaction of CaO is completed within a few months, that of MgO is pretty slow depending on the firing temperature. The test results reveal that the MgO content of the testing samples is approximately 47% of the total average, and that of CaO is around 14% of the total average. Hence, these results make it possible to be understood that the expansion induced by the slow hydration reaction of MgO results in road uplift in the long term, resulting in the cracks and irregularities of roads.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.9
no.1
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pp.109-116
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2021
In order to replace mineral aggregate used as road pavement materials with steel slag aggregate, this present study evaluated mechanical properties of SMA Concrete mixtures using steel slag aggregate as oxidized slag from electric furnace in iron works. The variables of this experiment are the aggregate type of mineral and steel slag and the sieve sized of 10mm and 13mm. The physical properties inclu ding the specific gravity and absorption rate etc. of the slag aggregate mixtu res satisfied the KS standard as asphalt mixtu re. As a resu lt of evalu ating the mechanical properties of the asphalt mixtures, the optimum asphalt content of the slag aggregate mixtures were lower than that of the mineral aggregate mixtures, but other quality standards were all satisfied. In the deformation strength evaluation, the slag aggregate mixtures were measu red slightly higher than that of the mineral aggregate mixtu res, and the dynamic stability test satisfied the 2,000pass/mm standard value in all specimens. And, the moduli of resilient of the slag aggregate mixtures showed an improved value compared with the mineral aggregate mixtures. Therefore, as the resilient rate of the slag aggregate mixtures improved, it is speculated that there will be an effect of improving public performance according to the repeated traffic load of the vehicle.
Pavements porous concrete is a noble structure design in the urban management development generally enabling water to be permeated within its structure. It has also capable in the same time to cater dynamic loading. During the technology development, the quality and quantity of waste materials have led to a waste disposal crisis. Using recycled materials (secondary) instead of virgin ones (primary) have reduced landfill pressure and extraction demanding. This study has reviewed the waste materials (Recycled crushed glass (RCG), Steel slag, Steel fiber, Tires, Plastics, Recycled asphalt) used in the pavement porous concretes and report their respective mechanical, durability and permeability functions. Waste material usage in the partial cement replacement will cause the concrete production cost to be reduced; also, the concretes' mechanical features have slightly affected to eliminate the disposal waste materials defects and to use cement in Portland cement (PC) production. While the cement has been replaced by different industrial wastes, the compressive strength, flexural strength, split tensile strength and different PC permeability mixes have depended on the waste materials' type applied in PC production.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.6
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pp.1367-1375
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2015
The purpose of this paper is to suggest 10 mm aggregate specification for thin layer asphalt pavement using steel slag. Aggregate gradations of conventional dense-graded asphalt mixtures were made by fuller's model, whereas 10 mm dense-graded asphalt mixture was obtained tender mix due to close to the maximum density line. The proposed aggregate gradation specification was made to have enough VMA and well-interlocking refer to foreign standards. The correlation between the proposed aggregate gradation and the properties of mixtures were analyzed using Gradation Ratio (GR) and Compacted Aggregate Density (CAD). The CAD index has a high $R^2$ of 0.86-0.99 because the CAD index is able to reflect various aggregate properties. As the results of evaluation by CAD index the proposed aggregate gradation provides more reliable stability and VMA. The percent passing (%) of aggregate size smaller than 0.3 mm was limited 10% or more for improving crack resistance. This limitation increased for 15% of the asphalt mixture's toughness.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.11
no.3
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pp.282-288
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2023
In this study, we analyzed the amount of roadside fine dust generated from newly constructed specially modified asphalt pavement and general asphalt pavement from existing roads. We collected the 1,000 g (100 g/day) of dust samples from the roadside of the express bus terminal and commercial facility area in Chungcheongnam-do's C site at three-day intervals during the summer of 2022 and 2023. The collected samples were separated from fine dust according to size in the 75-150 ㎛ range and, were separated only from Tire and Road Wear Particles through density separation. No.1-3 are general asphalt pavement section as an existing road. Fine dust and Tire and Road Wear Particles in No.1-3 were 24.27 g, 24.36 g, 0.53 g, and 0.53 g, respectively, and the quantitative results for 2022 and 2023 were similar. On the other hand, No.4-6 are newly constructed specially modified asphalt pavement section. Fine dust decreased by 14.8 % and tire and road wear particles decreased by 29.6 % in 2023 compared to 2022 in No.4-6. In addition, according to the results of thermogravimetric analysis, Tire and road wear particles in No.1-3 are tire and road components at 30 % and 70 %, respectively. And Tire and road wear particles in No.4-6 are tire and road components at 35 % and 65 % in 2023, respectively. From these results, it was confirmed that the newly constructed specially modified asphalt pavement can be effective in reducing roadside fine dust and Tire and Road Wear Particles. However, there may be some shortcomings in conclusive research results due to limited space and sample collection period. In the future, we plan to conduct various case studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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