Understanding the influence of filler type and asphalt binder content on the moisture and fatigue resistance of asphalt mortars

Abstract

An adequate moisture resistance is a key element to guarantee the durability of asphalt materials. This paper identifies the influence of filler typology and bitumen content on the mechanical response of asphalt mortars before and after water action. Two fillers were evaluated: Portland cement and Calcium carbonate, along with different contents of a penetration bitumen (B35/50). Stiffness, ductility, and fatigue were evaluated through a new protocol for asphalt mortar samples using a 3-point-bending test on DMA (Dynamic Mechanical Analyzer). The use of Portland cement presents higher stiffness, lower ductility, and improved fatigue and water resistance compared to Calcium carbonate. It is also possible to optimize bitumen content based on fatigue results. Content beyond the optimal reduce variations after water action but compromise fatigue resistance. Lower content leads to a poorer performance in both terms. This methodology enables asphalt mortar characterisation as a tool to optimise the design of asphalt materials.

La influencia del tipo de polvo mineral y contenido de ligante bituminoso en la resistencia a la humedad y fatiga de morteros bituminosos. La resistencia al agua es clave para garantizar la durabilidad de los materiales asfálticos. Este estudio identifica la influencia del polvo mineral y contenido de betún en la respuesta mecánica de morteros bituminosos antes y después de la humedad. Se evaluaron dos tipos de filler: cemento Portland y carbonato cálcico (filler calizo), junto con distintos contenidos de betún (B35/50). Rigidez, ductilidad y fatiga fueron evaluados mediante un nuevo ensayo de fatiga a tres puntos para morteros empleando DMA (Dynamic Mechanical Analyzer). El cemento presenta más rigidez, menos ductilidad y mayor resistencia al agua y fatiga que el filler calizo. Los resultados de fatiga permiten además optimizar el contenido de betún. Contenidos por encima del óptimo reducen variaciones tras la humedad pero comprometen la resistencia a fatiga. Contenidos menores conllevan un peor comportamiento en ambos términos. Esta metodología permite usar la caracterización de morteros bituminosos para optimizar el diseño de materiales asfálticos.