VSS 3 2016

FORSCHUNG | RECHERCHE | 51 EN RESEARCH REPORT NO. 1547 Development of a self-healing asphalt road via induction heating Empa, Road Engineering and Sealing Components MANFRED N. PARTL, Prof. Dr. MOISÉS BUENO, Dr. Forschungsprojekt ASTRA 2011/012_OBF auf Antrag des Bundesamts für Strassen (ASTRA) In asphalt roads, cracking damage can lead to failure. This effect is increased by numerous defects in pavements structures as a result of either construc- FR RAPPORT DE RECHERCHE N0 1540 TOSA – Transport par bus avec Optimisation du Système d’Alimentation Groupe de travail sur l’Energie ROBERT-NICOUD THIERRY Service Industriels de Genève GARNERI CHARLES TSENG YI-HUI Office de la promotion des Industries et des Technologies CHEVREY GILLES BENJOUYA PATRICE Transports Publics Genevois WAGENKNECHT, THIERRY SCHENKER, SILVAN MICHEL, NICOLAS Projet de recherche AGE 2013/001_ENG sur demande du groupe de travail sur l’énergie (AGE) En 2013 plus de 50 % de la population mondiale émigrait dans les villes ce qui pose d’énormes défis en matière de mobilité urbaine. C’est sur cette appli- cation, qu’un consortium de quatre partenaires a décidé de développer un démonstrateur appelé TOSA, acronyme pour Transport par bus avec Optimisa- tion du Système d’Alimentation. L’inno- vation dans le domaine des batteries à permis d’imaginer la mise sur pied d’un système de bus équipé d’unités de stockage et se rechargeant le long de la ligne. Il s’agit donc d’un transfert d’un mode diesel vers un mode électrique avec stockage, ce qui permet de s’affran- chir de deux impacts néfastes à savoir les émissions de particules polluantes et le réseau de caténaires, impacts néga- tifs en zone urbaine. La recharge électrique du bus le long de la ligne est basée sur le concept de bibe- ronnage, La présente étude est basée sur l’exploitation in situ d’un bus équipé de batteries et de deux infrastructures de re- charge distinctes dont une recharge flash de 15 secondes pour un arrêt ainsi qu’une rechargeterminalde3à5minutes.Quatre aspects importants relatifs à l’innovation dans le transport sont analysés. Le premier concerne les risques liés à l’exploitation et l’adéquation du bus et de son infrastructure en regard des stan- dards de sécurité. Les principaux défis re- lèvent du stockage et du transfert d’éner- gie électrique. denden Quarzstaubmenge. Das Quarz- staubpotenzial wird dabei in Form des LCPC-Quarzstaubkoeffizienten (LQK) als Gramm Quarzfeinstaub pro Tonne Ausgangsgestein ausgedrückt. Insgesamt wurden 14 verschiedene, in der Schweiz vorkommende Gesteins- arten untersucht. Dabei konnte nach- gewiesen werden, dass der LQK das unterschiedliche Quarzstaubpotenzial der Gesteine gut abbilden kann. Des Weiteren konnten grundsätzliche Un- terschiede im Staubungsverhalten ver- schiedener Gesteine identifiziert wer- den. So konnte z.B. eine wechselnde Fraktionierung der Mineralgehalte im freigesetzten Staub beobachtet werden. Anhand dieser Ergebnisse wurden erste Hypothesen zu den bei verschiedenen Gesteinen ablaufenden Bruchprozessen aufgestellt. Die ermittelten LQK-Werte wurden dann mit typischen geotechnischen Parametern korreliert. So ergab sich z.B. für den CAI (Cerchar Abrasivitäts- Index) eine gute Korrelation mit dem LQK, wobei diese auf Gesteine, in denen Quarz das dominierend abrasive Mine- ral ist, beschränkt ist. Die Ergebnisse dieser Studie sind die Basis für eine praxisrelevante Eintei- lung des Quarzstaubpotenzials in Ge- fährdungsstufen (z.B. geringe/mittlere/ hohe Quarzstaubgefährdung) im Rah- men der Erarbeitung des SIA-Merkblat- tes 2054 «Quarzstaub im Untertage- bau». Dabei werden die hier ermittelten Laboruntersuchungen mit realen Fall- beispielen/Schadensfällen korreliert. tion or a combination of aging and traf- fic- and thermal-induced distresses. It is around, these imperfections that stress concentrates allowing micro-cracks ini- tiation and propagation. Under repetitive loading, these micro-cracks can grow and eventually, combine to large cracks transverse or perpendicular to the driv- ing direction. Nevertheless, it is known that asphalt materials show natural or self-healing characteristics. This effect is very slow at ambient temperature thus, it should be necessary to stop the traffic circulation in order to give the road time to heal. Likewise, it is reported that the rate of natural healing increases with an increase in temperature. In this context, the use of induction heating may be con- sidered as a healing technique to increase the life of an asphalt concrete pavement. This experimental concept involves the addition of electrically conductive and/ or magnetic materials (e.g. metallic parti- cles or fibers) as additives into the asphalt mixture. Then, an alternating electromag- netic field can be generated by using an induction heating device for heating the particles. Afterwards, through heat con- duction, the bitumen around these con- ductive additives will be heated decreas- ing its viscosity, eventually flowing and closing cracks nearby as well as recover- ing the adhesive bonds with the mineral aggregates. The aim of this research project was to develop a self-healing asphalt road via in- duction heating. For that purpose, the in- fluence of different conductive additives on the properties of the modified asphalt mixtures was analysed in order to know the advantages and/or limits of this inno- vative approach. Moreover, the healing performance was evaluated obtaining sig- nificant conclusions related to the impor- tance of thermal, rheological and chem- ical properties of the bitumen. Finally, the feasibility of the healing concept for asphalt roads was analysed at large scale by simulating the effect of real traffic on the deterioration of a pavement. As main conclusion, the experimental studies developed during the research project have confirmed the potential of the induction healing as technique to ex- tend the life-span of the asphalt roads. Be- sides, it has been shown that this method could be a reasonable maintenance option to prevent premature deterioration of as- phalt roads. 059782_SV_3_2016_v2.pdf 51 059782_SV_3_2016_v2.pdf 51 29.03.16 11:00 29.03.16 11:00 059782_SV_3_2016_v2.pdf 5129.03.1611:00 29.03.1611:00

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