Изменение состава и свойств дорожного битума при его термостабилизации

Введение. Нефтяной дорожный битум является основным компонентом дорожных покрытий, которые играют важную роль в обеспечении безопасности и комфорта движения транспортных средств. Со временем битум подвергается старению, что приводит к изменению его физических и химических свойств. Такие изменения вызывают снижение качества дорожных покрытий, ухудшение их эксплуатационных характеристик и уменьшение долговечности. Проведен анализ исследований в области термостабилизации битума, что имеет большое значение для оптимизации технологических процессов при высоких температурах. Определен оптимальный состав модифицированных битумов с применением стеариновой кислоты, индустриального масла.

Материалы и методы. Термическая устойчивость битума — важное условие для сохранения его качества на всех этапах жизненного цикла. Рассматривается вопрос термостабилизации битума с использованием стеариновой кислоты Т-18 в комплексе с индустриальным маслом И-20, которые приводят к повышению устойчивости от воздействия внешних факторов. Для установления степени влияния модифицирующих компонентов на свойства битума выполнен двухфакторный ротатабельный эксперимент с варьированием количества добавок индустриального масла и стеариновой кислоты.

Результаты. Исследованы составы и свойства полученных модифицированных битумов. Анализ полученных результатов показывает, что воздействие стеариновой кислоты на пенетрацию битума примерно в 6 раз выше, чем воздействие индустриального масла, в то время как оба компонента совместно оказывают незначительное влияние на другие исследуемые свойства битума.

Выводы. Для дальнейшего изучения термической устойчивости на оптимальных вариантах битумных композиций выполнены исследования по сохранению массы пленок битума при температурах от 160 до 220 °C. По полученным результатам определено, что эффективность стеариновой кислоты проявляется при повышенных температурах и достигает значений до 25 %.

1. Петрова Л.М., Зайдуллин И.М., Аббакумова Н.А., Хуснутдинов И.Ш., Кашапова Р.Р. Информативность параметров состава и строения битумов для оценки их сопротивления старению // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 10. С. 131–134. EDN NXAIRD.

2. Печеный Б.Г., Курбатов В.Л., Лосев В.П. О механизме старения битумов и методах их испытания // Университетская наука. 2019. № 2 (8). С. 28–32. EDN NESZAL.

3. Okhotnikova E.S., Ganeeva Y.M., Yusupova T.N., Romanov G.V., Frolov I.N. Express-method of determination of the content of resins and asphaltenes in bitumens by thermal analysis // International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Vol. 10. Issue 24. Pp. 44758–44763. EDN WPDVMB.

4. Ермолаев Д.В., Мингалеева Г.Р. Механизм термического разложения асфальтенов природных битумов // Вестник Технологического университета. 2015. Т. 18. № 12. С. 27–31. EDN UBLWFZ.

5. 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

6. Shekhovtsova S., Korolev E. Interfacial phenomena at the interface in the system “Carbon Primary Materials-Water Solutions of Surfactants” for cement materials // Materials. 2022. Vol. 15. Issue 2. P. 556. DOI: 10.3390/ma15020556

7. 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.1040.80

8. Grengg C., Mittermayr F., Baldermann A., Böttcher M.E., Leis A., Koraimann G. et al. Microbiologically induced concrete corrosion: A case study from a combined sewer network // Cement and Concrete Research. 2015. Vol. 77. Pp. 16–25. DOI: 10.1016/j.cemconres.2015.06.011

9. Радовский Б.С., Телтаев Б.Б. Вязкоупругие характеристики битума и их оценка по стандартным показателям // Автомобильные дороги. 2013. № 8. С. 50–60.

10. Bulatović V.O., Rek V., Marković K.J. Effect of polymer modifiers on the properties of bitumen // Journal of Elastomers & Plastics. 2014. Vol. 46. Issue 5. Pp. 448–469. DOI: 10.1177/0095244312469964

11. Teltayev B., Amirbayev E., Radovskiy B. Evaluating the effect of polymer modification on the low-temperature rheological properties of asphalt binder // Polymers. 2022. Vol. 14. Issue 13. P. 2548. DOI: 10.3390/polym14132548

12. Acevedo S., Castro A., Negrin J.G., Fernandez A., Escobar G., Piscitelli V. et al. Relations between asphaltene structures and their physical and chemical properties: The rosary-type structure // Energy & Fuels. 2007. Vol. 21. Issue 4. Pp. 2165–2175. DOI: 10.1021/ef070089v

13. Rossi C.O., Caputo P., Ashimova S., Fabozzi A., D’Errico G., Angelico R. Effects of Natural antioxidant agents on the bitumen aging process: An EPR and rheological investigation // Applied Sciences. 2018. Vol. 8. Issue 8. P. 1405. DOI: 10.3390/app8081405

14. Зайдуллин И.М., Петрова Л.М., Якубов М.Р., Борисов Д.Н. Изменение состава асфальтенов при старении битума в присутствии антиоксидантов // Журнал прикладной химии. 2013. Т. 86. № 7. С. 1137–1142. EDN AYVSZL.

15. Ojum C., Kuna K., Thom N.H., Airey G.D. An investigation into the effects of accelerated curing on cold recycled bituminous mixes // Asphalt Pavements. 2014. Pp. 1177–1188. DOI: 10.1201/b17219-144

16. Shaban S.M. Effect of stearic acid on the mechanical properties and UV stability of LDPE // Journal of Applied Polymer Science. 2009. Vol. 113. Issue 4. Pp. 2114–2122.

17. Kim S.K. Effect of stearic acid on the mechanical properties and thermal stability of polyamide 6 // Journal of Applied Polymer Science. 2011. Vol. 119. Issue 6. Pp. 3483–3490.

18. Lee K.S. Effect of stearic acid on the mechanical properties and thermal stability of polystyrene // Journal of Applied Polymer Science. 2011. Vol. 120. Issue 5. Pp. 2705–2711.

19. Ширкунов А.С., Рябов В.Г., Кудинов А.В., Нечаев А.Н., Дегтянников А.С. Получение нефтяных дорожных битумов с повышенной стойкостью против старения // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 2010. № 5 (83). С. 89–94. EDN NTOHRJ.

20. Опанасенко О.Н., Лукша О.В., Жигалова О.Л., Крутько Н.П., Чернецкая В.М., Козинец Т.А. Влияние природы функциональных групп химических модификаторов на термическую стабильность нефтяного битума // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 2015. № 1. С. 101–106. EDN TLCRLT.

21. Шеховцова С.Ю., Высоцкая М.А., Королев Е.В. Критериальная оценка термодеструктивных процессов в асфальтобетоне на основе окисленных и остаточных битумов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. № 5 (713). С. 58–70. EDN XZOIJN.