mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2025.1.73-83mgssuvest-473Research ArticleСтроительное материаловедениеConstruction material engineeringИсследование свойств крупнотоннажных продуктов лесохимии как пластификаторов дорожных битумовInvestigation of the properties of large-tonnage products of forest chemistry as plasticizers of road bitumenhttps://orcid.org/0000-0002-3607-8876НебратенкоД. Ю.NebratenkoD. Yu.

Дмитрий Юрьевич Небратенко — кандидат химических наук, доцент кафедры автомобильных дорог, аэродромов, оснований и фундаментов Института пути, строительства и сооружений

127994, г. Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9

ResearcherID: ACW-3832-2022

Dmitry Yu. Nebratenko — Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department of Highways, Airfields, Foundations and Foundations of the Institute of Track, Construction and Structures

build. 9, 9 Obraztsova st., Moscow, 127994

ResearcherID: ACW-3832-2022

nebratenko@mail.ruЖемерикинА. Н.ZhemerikinA. N.

Александр Николаевич Жемерикин — кандидат технических наук, кафедра химии высокомолекулярных соединений

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9, стр. 1

Alexander N. Zhemerikin — Candidate of Technical Sciences, Department of Chemistry of High Molecular Weight Compounds

build. 1, 9 Miusskaya square, Moscow, 125047

zhan170961@mail.ruЛямкинД. И.LyamkinD. I.

Дмитрий Иванович Лямкин — кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры химии высокомолекулярных соединений

125047, г. Москва, Миусская площадь, д. 9, стр. 1

Dmitry I. Lyamkin — Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Department of Chemistry of High Molecular Weight Compounds

build. 1, 9 Miusskaya square, Moscow, 125047

nat.liamkina@yandex.ruРоссийский университет транспорта (РУТ (МИИТ))РоссияRussian University of Transport (RUT (MIIT))Russian FederationРоссийский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева)РоссияD.I. Mendeleev Russian University of Chemical TechnologyRussian Federation2025310120252017383Copyright © Небратенко Д.Ю., Жемерикин А.Н., Лямкин Д.И., 20252025Небратенко Д.Ю., Жемерикин А.Н., Лямкин Д.И.Nebratenko D.Y., Zhemerikin A.N., Lyamkin D.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/473Введение

Введение. Повышение транспортной нагрузки на автомобильные дороги вследствие роста грузоперевозок автомобильным транспортом и смещения деловой активности в области Урала, Сибири и Дальнего Востока требуют обеспечения удовлетворительных межремонтных сроков покрытий автомобильных дорог в жестких природно-климатических условиях. При этом планомерное увеличение глубины переработки нефти приводит к снижению содержания предельных низкомолекулярных углеводородов в составе битумов нефтяных дорожных вязких окисленных, повсеместно применяющихся на территории нашей страны. Поэтому все более актуальной становится задача повышения низкотемпературных характеристик битума и модифицированных вяжущих на его основе. Перспективным во многих отношениях является применение для указанных целей побочных продуктов лесопереработки и лесо-химии, производство которых сосредоточено в основном в регионах, где требуются марки битумов с повышенной морозостойкостью.

Материалы и методы

Материалы и методы. В качестве исследуемых материалов рассмотрены традиционные для России битумы нефтяные дорожные вязкие окисленные марки БНД 70/100 и образцы пека таллового, крупнотоннажно получающегося в ходе лесопереработки на ряде отечественных предприятий. С целью определения специфических для исследуемых образцов физико-механических характеристик были использованы методы дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрического анализа.

Результаты

Результаты. Представлены результаты комплексных исследований возможности применения растительных пластификаторов — продуктов лесопереработки и лесохимии в качестве регуляторов физико-механических свойств комплексных дорожных вяжущих, термогравиметрический анализ компонентного состава битумов, а также товарных продуктов лесопереработки.

Выводы

Выводы. Разработанные на основании комплекса проведенных практических исследований рекомендации позволяют прогнозировать улучшение эксплуатационных показателей смесевых вяжущих при изменении их физико-химического состава на этапе подготовки к производству асфальтобетонных смесей.

Introduction

Introduction. An increase in the transport load on highways due to the growth of freight transportation by road and shift of business activity in the Urals, Siberia and the Far East require ensuring satisfactory inter-repair terms of road surfaces in harsh natural and climatic conditions. At the same time, a systematic increase in the depth of oil refining leads to a decrease in the content of marginal low molecular weight hydrocarbons in the composition of oxidized petroleum bitumen, which are widely used in our country. Therefore, the task of increasing the low-temperature characteristics of bitumen and modified binders based on it is becoming more and more urgent. Promising in many respects is the use of by-products of wood processing and forestry chemistry for the above purposes, the production of which is concentrated mainly in regions where frost-resistant bitumen grades are required.

Materials and methods

Materials and methods. As the materials under study, we considered the traditional Russian bitumen oil road oxidized grades BND 70/100 and specimens of tall pitch, which is produced in large quantities during wood processing at a number of domestic enterprises. Methods of differential scanning calorimetry and thermogravimetric analysis were used to determine the physico-mechanical characteristics specific to the studied specimens.

Results

Results. The paper presents the results of comprehensive studies of the possibility of using plant plasticizers — products of wood processing and forestry chemistry as regulators of the physico-mechanical properties of complex road binders, thermogravimetric analysis of the component composition of bitumen, as well as commercial products of wood processing.

Conclusions

Conclusions. The recommendations developed on the basis of a set of practical studies allow us to predict an improvement in the performance of mixed binders when their physico-chemical composition changes at the stage of preparation for the production of asphalt concrete mixtures.

битумы нефтяные дорожныеталловый пекдифференциальная сканирующая калориметриятермогравиметрический анализroad oil bitumentall pitchdifferential scanning calorimetrythermogravimetric analysisReferencesДубина С.И., Кандрашин В.Г. Качество российских автомобильных дорог // Транспорт Российской Федерации. Журнал о науке, практике, экономике. 2006. № 2 (2). С. 48–50. EDN KDNKIZ.Dubina S.I., Kandrashin V.G. The quality of Russian highways. Transport of the Russian Federation. 2006; 2(2):48-50. EDN KDNKIZ. (rus.).Ерофеев В.Т., Ликомаскина М.А., Афонин В.В., Архипова А.И. Стойкость асфальтобетонов в условиях воздействия биосреды // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 10. С. 1358–1371. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.10.1358-1371. EDN SKBEFD.Erofeev V.T., Likomaskina M.A., Afonin V.V., Arkhipova A.I. A study on resistance of asphalt concrete exposed to the effect of mycelial fungi. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2022; 17(10):1358-1371. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.10.1358-1371. EDN SKBEFD. (rus.).Inozemtcev S.S., Korolev E.V. Mineral carriers for nanoscale additives in bituminous concrete // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 1040. Pp. 80–85. DOI: 10.4028/www.scientific.net/amr.1040.80Inozemtcev S.S., Korolev E.V. Mineral carriers for nanoscale additives in bituminous concrete. Advanced Materials Research. 2014; 1040:80-85. DOI: 10.4028/www.scientific.net/amr.1040.80Гохман Л.М. Дорожный полимерасфальтобетон. М. : Экон-Информ, 2017. 477 с.Gokhman L.M. Road polymerasfalt concrete. Moscow, Ekon-Inform, 2017; 477. (rus.).Chen M., Javilla B., Hong W., Pan C., Riara M., Mo L. et al. Rheological and Interaction Analysis of Asphalt Binder, Mastic and Mortar // Materials. 2019. Vol. 12. Issue 1. P. 128. DOI: 10.3390/ma12010128Chen M., Javilla B., Hong W., Pan C., Riara M., Mo L. et al. Rheological and Interaction Analysis of Asphalt Binder, Mastic and Mortar. Materials. 2019; 12(1):128. DOI: 10.3390/ma12010128Lesueur D. The colloidal structure of bitumen: Consequences on the rheology and on the mechanisms of bitumen modification // Advances in Colloid and Interface Science. 2009. Vol. 145. Issue 1–2. Рp. 42–82. DOI: 10.1016/j.cis.2008.08.011Lesueur D. The colloidal structure of bitumen: Consequences on the rheology and on the mechanisms of bitumen modification. Advances in Colloid and Interface Science. 2009; 145(1-2):42-82. DOI: 10.1016/j.cis.2008.08.011Колбановская А.С., Михайлов В.В. Дорожные битумы. М. : Транспорт, 1973. 261 с.Kolbanovskaya A.S., Mikhailov V.V. Road bitumen. Moscow, Transport, 1973; 261. (rus.).Schaur A., Unterberger S., Lackner R. Impact of molecular structure of SBS on thermomechanical properties of polymer modified bitumen // European Polymer Journal. 2017. Vol. 96. Pp. 256–265. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2017.09.017Schaur A., Unterberger S., Lackner R. Impact of molecular structure of SBS on thermomechanical properties of polymer modified bitumen. European Polymer Journal. 2017; 96:256-265. DOI: 10.1016/j.eur-polymj.2017.09.017Kök B.V., İrhan B., Yılmaz M., Yalçın E. Research on the rheological properties of bitumen modified with waste photopolymer // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 346. P. 128446. DOI: 10.1016/j.con-buildmat.2022.128446Kök B.V., İrhan B., Yılmaz M., Yalçın E. Research on the rheological properties of bitumen modified with waste photopolymer. Construction and Building Materials. 2022; 346:128446. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128446Сафина И.Р., Ибрагимова Д.А., Яушев Э.А., Хисмиев Р.Р. Применение метода SARA-анализа для характеристики нефтяных дисперсных систем // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 24. С. 212–213. EDN THHJPH.Safina I.R., Ibragimova D.A., Yakushev E.A., Ismiev R.R. Application of the SARA analysis method to characterize oil dispersed systems. Bulletin of the Kazan Technological University. 2014; 17(24):212-213. EDN THHJPH. (rus.).Adams J.J., Rovani J.F., Planche J.-P., Loveridge J., Literati A., Shishkova I. et al. SAR-AD Method to Characterize Eight SARA Fractions in Various Vacuum Residues and Follow Their Transformations Occurring during Hydrocracking and Pyrolysis // Processes. 2023. Vol. 11. Issue 4. P. 1220. DOI. 10.3390/pr11041220Adams J.J., Rovani J.F., Planche J.-P., Love-ridge J., Literati A., Shishkova I. et al. SAR-AD Method to Characterize Eight SARA Fractions in Various Vacuum Residues and Follow Their Transformations Occurring during Hydrocracking and Pyrolysis. Processes. 2023; 11(4):1220. DOI. 10.3390/pr11041220Иванова Л.В., Буров Е.А., Кошелев В.Н. Асфальтосмолопарафиновые отложения в процессах добычи, транспорта и хранения // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2011. № 1. С. 268–284. EDN OOVKYV.Ivanova L.V., Burov E.A., Koshelev V.N. Asphaltene-resin-paraffin deposits in the processes of oil production, transportation and storage. Oil and Gas Business. 2011; 1:268-284. EDN OOVKYV. (rus.).Абдрафикова И.М., Каюкова Г.П., Вандюкова И.И., Морозов В.И., Губайдуллин А.Т. Фракционный состав асфальтенов из природных битумов пермских отложений Татарстана // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 3. С. 180–186. EDN NDPLCP.Abdrafikova I.M., Kayukova G.P., Vandyukova I.I., Morozov V.I., Gubaidullin A.T. Fractional composition of asphaltenes from natural bitumen of Permian deposits of Tatarstan. Bulletin of the Kazan Technological University. 2011; 3:180-186. EDN NDPLCP. (rus.).Прокопович С.С. Система учета лесных ресурсов в составе национального богатства страны: оценка состояния и перспективы развития // Труды БГТУ. Экономика и управление. 2011. № 7. С. 102–105. EDN SQTLQT.Prokopovich S. Accounting system as part of forest resources national wealth: assessment and prospects. Proceedings of BSTU. No. 7. Economics and Management. 2011; 7:102-105. EDN SQTLQT. (rus.).Zhang R., Wang H., You Z., Jiang X., Yang X. Optimization of bio-asphalt using bio-oil and distilled water // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 165. Рp. 281–289. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.07.154Zhang R., Wang H., You Z., Jiang X., Yang X. Optimization of bio-asphalt using bio-oil and distilled water. Journal of Cleaner Production. 2017; 165:281-289. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.07.154Ферару Г.С. Эколого-экономические аспекты образования и переработки отходов (на примере лесопромышленного комплекса) // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2010. № 2 (82). С. 86–99. EDN MJBGZV.Feraru G.S. The ecological-economic aspects of the waste generation and processing (on an example of a timber industry complex). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. 2010; 2(82):86-99. EDN MJBGZV. (rus.).Головин А.И., Трофимов А.Н., Узлов Г.А. и др. Лесохимические продукты сульфатно-целлюлозного производства. М. : Лесн. промышленность, 1988. 286 с.Golovin A.I., Trofimov A.N., Uzov G.A. et al. Forest chemical products of sulfate-cellulose production. Moscow, Forestry industry, 1988; 288. (rus.).Исмагилов Р.М., Радбиль А.Б., Радбиль Б.А. Модифицирование таллового пека параформальдегидом // Химия растительного сырья. 2003. № 2. С. 59–64. EDN HYPXXR.Ismagilov R.M., Radbil’ A.B., Radbil’ B.A. Modification of tall pitch with paraformaldehyde. Chemistry of Plant Raw Materials. 2003; 2:59-64. EDN HYPXXR. (rus.).Семенычева Л.Л., Маврина Е.А., Ильичев И.С., Щепалов А.А. Анализ свойств таллового пека как исходного сырья для получения связующего пека анодной массы электролизеров для производства алюминия // Химия растительного сырья. 2014. № 4. С. 229–233. EDN TQBWWJ.Semenycheva L.L., Mavrina E.A., Il’ichev I. S., Shchepalov A.A. Analysis of the properties of tall pitch as a raw material for obtaining a binder pitch of the anode mass of electrolyzers for the production of aluminum. Chemistry of Plant Raw Materials. 2014; 4:229-233. EDN TQBWWJ. (rus.).Исмагилов Р.М., Радбиль А.Б., Радбиль Б.А. Пути квалифицированного использования таллового пека // Химия растительного сырья. 2004. № 2. С. 73–76. EDN HYPYUJ.Ismagilov R.M., Radbil’ A.B., Radbil’ B.A. Ways of qualified use of tall pitch. Chemistry of Plant Raw Materials. 2004; 2:73-76. EDN HYPYUJ. (rus.).Chen G., Zhang B., Zhao J., Chen H. Improved process for the production of cellulose sulfate using sulfuric acid/ethanol solution // Carbohydrate Polymers. 2013. Vol. 95. Issue 1. Pp. 332–337. DOI: 10.1016/j.car-bpol.2013.03.003Chen G., Zhang B., Zhao J., Chen H. Improved process for the production of cellulose sulfate using sulfuric acid/ethanol solution. Carbohydrate Polymers. 2013; 95(1):332-337. DOI: 10.1016/j.carbpol.2013.03.003Zhang K. et al. Synthesis of carboxyl cellulose sulfate with various contents of regioselectively introduced sulfate and carboxyl groups // Carbohydrate Polymers. 2010. Vol. 82. Issue 1. Pp. 92–99.Zhang K. et al. Synthesis of carboxyl cellulose sulfate with various contents of regioselectively introduced sulfate and carboxyl groups. Carbohydrate Polymers. 2010; 82(1):92-99.Пижурин А.А., Пижурин А.А. Основы научных исследований в деревообработке. М. : МГУЛ, 2005. 304 с. EDN QNJGPF.Pyzhurin A.A., Pyzhurin A.A. Fundamentals of scientific research in woodworking. Moscow, MSUL, 2005; 304. EDN QNJGPF. (rus.).Schweiger R.G. New cellulose sulfate derivatives and applications // Carbohydrate Research. 1979. Vol. 70. Issue 2. Pp. 185–198. DOI: 10.1016/S0008-6215(00)87099-8Schweiger R.G. New cellulose sulfate derivatives and applications. Carbohydrate Research. 1979; 70(2):185-198. DOI: 10.1016/S0008-6215(00)87099-8Курзин А.В., Евдокимов А.Н., Трифонова А.Д., Курзина О.С. Получение сопряженных жирных кислот таллового масла // Химия растительного сырья. 2011. № 2. С. 183–184. EDN OCQQYR.Kurzin A.V., Evdokimov A.N., Trifonova A.D., Kurzina O.S. Obtaining conjugated fatty acids of tall oil. Chemistry of Plant Raw Materials. 2011; 2:183-184. EDN OCQQYR. (rus.).Ситникова В.Е., Пономарева А.А., Успенская М.В. Методы термического анализа : учебное пособие. СПб. : ИТМО, 2021. 152 с. EDN SXYAMM.Sitnikova V.E., Ponomareva A.A., Uspenskaya M.V. Methods of thermal analysis. St. Petersburg, ITMO, 2021; 152. EDN SXYAMM. (rus.).Дудочкина Е.А., Лямкин Д.И., Черкашин П.А., Жемерикин А.Н. Структурно-механические свойства высоконаполненных полиолефиновых композиций для кабельного заполнения // Успехи в химии и химической технологии. 2013. Т. 27. № 2 (142). С. 126–130. EDN RNJNON.Dudochkina E.A., Lyamkin D.I., Cherkashin P.A., Jemerikin A.N. Structure-mechanical properties of higt filled polyolethen compauds for cable filling. Advances in Chemistry and Chemical Technology. 2013; 27(2):(142):126-130. EDN RNJNON. (rus.).Скрозников С.В., Лямкин Д.И., Рудаков Г.Ф., Прокофьева И.А., Жемерикин А.Н., Кобец А.В. и др. Особенности эксплуатационных свойств кабельных изделий с полимерным заполнением // Успехи в химии и химической технологии. 2012. Т. 26. № 3 (132). С. 34–37. EDN RCCFSZ.Skroznikov S.V., Lyamkin D.I., Rudakov G.F., Prokof’eva I.A., Zhemerikin A.N., Kobets AV. et al. Features of the operational properties of cable products with a polymer filler. Advances in Chemistry and Chemical Technology. 2012; 26(3):(132):34-37. EDN RCCFSZ. (rus.).Аскадский А.А. Количественный анализ влияния химического строения на физические свойства полимеров // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 1995. Т. 37. № 2. С. 332–357.Askadskii A.A. Structure-Property Relationships in Polymers: Quantitative Analysis. High-molecular compounds. Series B. 1995; 37(2):332-357. (rus.).Notani M.A., Nejad F.M., Fini E.H., Hajikarimi P. Low-Temperature Performance of Toner-Modified Asphalt Binder // Journal of Transportation Engineering, Part B: Pavements. 2019. Vol. 145. Issue 3. P. 04019022. DOI: 10.1061/JPEODX.0000123Notani M.A., Nejad F.M., Fini E.H., Hajikarimi P. Low-Temperature Performance of Toner-Modified Asphalt Binder. Journal of Transportation Engineering, Part B: Pavements. 2019; 145(3):04019022. DOI: 10.1061/JPEODX.0000123Sandrasagra J., Ma J., Hesp S.A.M. Understanding the field performance of asphalt binders in continental climates through modulated differential scanning calorimetry // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 391. P. 131857. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.131857Sandrasagra J., Ma J., Hesp S.A.M. Understanding the field performance of asphalt binders in continental climates through modulated differential scanning calorimetry. Construction and Building Materials. 2023; 391:131857. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.131857Ding H., Hesp S.A.M. Another look at the use of modulated differential scanning calorimetry to study thermoreversible aging phenomena in asphalt binders // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 267. P. 121787. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121787Ding H., Hesp S.A.M. Another look at the use of modulated differential scanning calorimetry to study thermoreversible aging phenomena in asphalt binders. Construction and Building Materials. 2021; 267:121787. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121787Фролов И.Н., Башкирцева Н.Ю., Зиганшин М.А., Фирсин А.А. Особенности идентификации низкотемпературных термических эффектов на ДСК термограммах битумов // Вестник Технологического университета. 2016. Т. 19. № 18. С. 58–61. EDN WYBRZZ.Frolov I.N., Bashkirtseva N.Yu., Ziganshin M.A., Firsin A.A. Features of identification of low-temperature thermal effects on DSC thermograms of bitumen. Bulletin of the Technological University. 2016; 19(18):58-61. EDN WYBRZZ. (rus.).Frolov I.N., Firsin A.A., Okhotnikova E.S., Yusupova T.N., Ziganshin M.A. The study of bitumen by differential scanning calorimetry: the interpretation of thermal effects // Petroleum Science and Technology. 2019. Vol. 37. No. 4. Pp. 417–424. DOI: 10.1080/10916466.2018.1550499. EDN CQYTWV.Frolov I.N., Firsin A.A., Okhotnikova E.S., Yusupova T.N., Ziganshin M.A. The study of bitumen by differential scanning calorimetry: the interpretation of thermal effects. Petroleum Science and Technology. 2019; 37(4):417-424. DOI: 10.1080/10916466.2018.1550499. EDN CQYTWV.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.