Study on the cohesion and adhesion of hot-poured crack sealants

Abstract

Filling crack sealant is a main method to repair cracking of pavement. The cohesion and adhesion of crack sealant directly determine its service performance and durability. However, the competitive mechanism of cohesion and adhesion failure modes is not clear currently. This research proposed two methods to evaluate cohesion and adhesion of crack sealant, and analyzed the influence of temperature on cohesion and adhesion. The effect of moisture on low-temperature performance of crack sealant was also be evaluated by conducting a soaking test. Results show that with the decrease of temperature, the cohesion force of crack sealant increases significantly, while the adhesion force changes little. There is a critical temperature at which the cohesion force equals the adhesion force. When the temperature is higher, the adhesion force will be greater than cohesion force, and the cohesion failure will happen more easily. In contrast, the adhesion failure will happen more easily when the temperature is lower than the critical value. Soaking in 25 °C water for 24–48 hours will slightly improve the low-temperature tension performance of crack sealant. However, soaking in 60 °C water for 24 hours will decrease the failure energy of low-temperature tension and damage the durability of crack sealant.

Keywords

crack sealant / concrete pavement / cohesion / adhesion / moisture damage

References

[1] Li F, Li H, Li T. Evaluation of Premature Failures of Asphalt Pavement Crack Sealing Bands. Journal of Materials in Civil Engineering, 2016, 28(3): 04015149

[2] Liu S, Mo L, Wang K, Xie Y, Woldekidan M F. Preparation, microstructure and rheological properties of asphalt sealants for bridge expansion joints. Construction & Building Materials, 2016, 105(15): 1–13

[3] Ozer H, Yousefi S S, Al-Qadi I L, Elizalde-Castro G. Field Aging and Development of Aging Model for Hot-Poured Crack Sealants. Transportation Research Record, 2015, 2481: 90–99

[4] Al-Qadi I L, Fini E H. Development of a Crack Sealant Adhesion Test (CSADT) Specification for Hot-Poured Bituminous Sealants. Journal of Testing and Evaluation, 2011, 39(2): 184–190

[5] Masson J F, Collins P, Perraton D, Al-Qadi I. Rapid assessment of the tracking resistance of bituminous crack sealants. Canadian Journal of Civil Engineering, 2007, 34(1): 126–131

[6] Hu X, Zhou F J, Hu S, Scullion T. A New Laboratory Evaluation Method for the Adhesive Performance of Crack Sealants. Journal of Testing and Evaluation, 2011, 39(2): 177–183

[7] Al-Qadi IL, Yang SH, Dessouky S, Masson JF. Low-temperature characterization of hot-poured crack sealant by crack sealant direct tensile tester. Transportation Research Record. 2007, 1991: 109–118

[8] Soliman H, Shalaby A, Kavanagh L. Performance evaluation of joint and crack sealants in cold climates using DSR and BBR tests. Journal of Materials in Civil Engineering, 2008, 20(7): 470–477

[9] Guo M, Motamed A, Tan Y, Bhasin A. Arash Motamed, Yiqiu Tan, Amit Bhasin. Investigating the interaction between asphalt binder and fresh and simulated RAP aggregate. Materials & Design, 2016, 105: 25–33

[10] Tan Y Q, Guo M, Cao L P, Zhang L. Performance optimization of composite modified asphalt sealant based on rheological behavior. Construction & Building Materials, 2013, 47: 799–805

[11] Tan Y, Guo M. Using Surface Free Energy Method to Study the Cohesion and Adhesion of Asphalt Mastic. Construction & Building Materials, 2013, 47: 254–260

[12] Guo M, Tan Y Q, Zhou S W. Multiscale Test Research on Interfacial Adhesion Property of Cold Mix Asphalt. Construction & Building Materials, 2014, 68: 769–776

[13] Zanzotto L. Laboratory testing of crack sealing materials for flexible pavements. Transportation Association of Canada (TAC), Ottawa, Ontario, Canada, 1996

[14] Abd El Halim A O, Razaqpur A G, Shalaby A, Farha M, Argue G. Compressive and tensile properties of joint sealants under different temperatures. Proc., Int. Conf. on Engineering Materials, Vol. II,ASCE/CSCE, 1997, 651–662

[15] Al-Qadi I L, Aboqudais S, Khuri R E. A method to evaluate rigid pavement joint sealant under cyclic shear and constant horizontal deflections. J. Transportation Research Board (TRB), Vol. 1680,National Research Council, Washington, D.C., 1999, 30–35

[16] Worms T D, Shalaby A. Accelerated laboratory evaluation of joint sealants under cyclic loads. Proc., 84th Annual Meeting of the Transportation Research Board (TRB) (CD-ROM), 2005

[17] Al-Qadi I L, Loulizi A, Aref S, Masson J F, McGhee K M. Modification of bending beam rheometer specimen for low-temperature evaluation of bituminous crack sealants. J. Transportation Research Board (TRB), Vol. 1933, National Research Council, Washington, D.C., 2005, 97–106

[18] Al-Qadi I L, Yang S H, Elseifi M A, Masson J F, McGhee K M. Characterization of bituminous-sealants utilizing modified bending beam rheometer. Proc., 85th Annual Meeting of the Transportation Research Board (TRB) (CD-ROM), 2006

[19] Soliman H, Shalaby A, Kavanagh LPerformance evaluation of joint and crack sealants in cold climates using DSR and BBR tests. Mater Civil Eng., 2008, 20(7): 470–477

[20] Al-Hadidy A I, Tan Y Q. Performance evaluation of prepared gelled hot sealant in cold climates. 7th International RILEM Symposium on Advanced Testing and Characterisation of Bituminous Materials. 2009, 1 & 2: 227–237

[21] Zhai H, Salomon D. Evaluation of low temperature properties of asphalt crack sealants using the direct tension tester. Proc., Canadian Technical Asphalt Association (CTAA) Annual Conf. (CDROM), 2005

[22] Hou Y, Wang L, Yue P, Pauli T, Sun W. Modeling Mode I Cracking Failure in Asphalt Binder by Using Nonconserved Phase-Field Model. Journal of Materials in Civil Engineering, 2014, 26(4): 684–691

[23] Hou Y, Wang L, Yue P, Sun W. Fracture Failure in Crack interaction of Asphalt Binder by Using a Phase Field Approach. Materials and Structures, 2015a, 48(9): 2997–3008

[24] Hou Y, Wang L, Pauli T, Sun W. Investigation of the Asphalt Self-healing Mechanism Using a Phase-Field Model. Journal of Materials in Civil Engineering, 2015b, 27(3): 1–13

[25] Hou Y, Sun F, Sun W, Guo M, Xing C, Wu J. Quasi-brittle Fracture Modeling of Pre-Flawed Bitumen Using a Diffuse Interface  Model. Advances in Materials Science and Engineering, 2016, (6): 1–7

RIGHTS & PERMISSIONS

Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg