CC BY
89
УДК 691.168
УСТОЙЧИВОСТЬ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВЯЖУЩИХ НА ОСНОВЕ ОКИСЛЕННЫХ И ОСТАТОЧНЫХ БИТУМОВ К ТЕРМОДЕСТРУКЦИИ
Высоцкая, 2С Обухов, 1Ю .Ю. Есипова
1БГТУ им. В.Г. Шухова, г. Белгород, Россия;
2НИУ МГСУ, г. Москва, Россия
АННОТАЦИЯ
В работе произведен сравнительный анализ влияния способа получения нефтяных дорожных битумов на стабильность их структуры. Оценка стабильности производилась посредством изучения сопротивления структуры деструктивным процессам. Рассмотрены основные особенности термоокислительных процессов старения, происходящие в окисленных и остаточных компаундированных дорожных битумах. Моделирование термоокислительного процесса старения осуществляли по методу TFOT Изучение деградации вяжущих производили в течение длительного промежутка времени, оценку деструктивных процессов в битумах, полученных различным путем, проводили посредством дифференциального метода. Установлены характеры изменения свойств битумов после старения. Изучен вклад исходного сырья (окисленный и остаточный битумы) полимерно-битумного вяжущего на его устойчивость к термоокислительному старению. Комплексное влияние исходного сырья на свойства, характеризующие качество модифицированного вяжущего и на его сопротивляемость к деструкции, производили с применением метода многокритериальной оптимизации. Разработаны частные критерии качества, учитывающие структурную чувствительность к деструкции и направленность изменений свойств, модифицированного полимером после термоокислительного старения. Оптимизация проводилась по обобщенному критерию стабильности структуры, вид которого учитывает особенности оптимизируемого объекта и направленность изменения свойств.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: остаточные и окисленные битумы, термоокислительное старение, термодеструкция, полимерно-битумное вяжущее, критерий стабильности структуры, оптимизация.
ВВЕДЕНИЕ
Эксплуатационные показатели покрытий автомобильных дорог напрямую зависят от свойств органических вяжущих, подверженных неизбежным структурным изменениям: переходу из жидкообразных дисперсных смол в коагуляционную структуру асфальтенов с последующим развитием их жесткой пространственной структуры. Следует отметить, что процесс развития коагуляционной структуры происходит медленно, не требует большой энергии активации и протекает при небольших температурах. Тогда как для процессов формирования и развития жесткой пространственной структуры асфальтенов требуются высокие температуры, в связи с большой энергией активации, и развиваются они интенсивно [1]. Стоит отметить, что температуры, используемые в технологических операциях подогрева и перемешивания органического вяжущего с минеральным материалом, являются достаточными для интенсификации этого процесса.
Старение битума является одной из главных причин появления на дорожном покрытии трещин при пониженных температурах, усталостного трещинообразования, шелушений и выбоин, приводящих к преждевременному разрушению покрытия автомобильной дороги и перерасходу инвестиций, необходимых для ремонта. Таким образом, надежность и долговечность автомобильных дорог с длительным сроком службы и возможностью сокращения стоимости технического обслуживания напрямую связаны с качеством используемого органического вяжущего.
Основополагающее значение для качества дорожных покрытий из асфальтобетонов имеет процесс получения дорожного битума. В европейских странах основным сырьем для изготовления дорожных битумов служит остаток перегонки нефти, полученный при достаточно высоком давлении, в результате чего получают неокисленные вяжущие. Также для их получения используют прием компаундирования нефтяных остатков [2, 3, 4]. В Российской Фе-
дерации повсеместно реализуется процесс глубокого окисления гудронов, причем ему подвергаются нефти различных месторождений и составов. Это ведет к нестабильности перерабатываемого сырья, является негативным фактором на пути получения качественного продукта для дорожной отрасли и дополнительно усложняет контроль выпускаемого окисленного битума. Получение такого битума с химической позиции является процессом окислительного дегидрирования радикального типа, неминуемо ведущим в большей или меньшей степени к образованию пачечных структур асфальтенов (графитоподобных кристаллических структур). Увеличение содержания данных структур приводит к формированию грубодисперсных асфальтенов, что является негативным фактором, приводящим к старению битума, и, как следствие, ухудшению его свойств, таких как пластичность, эластичность, адгезия к минеральному наполнителю любого типа, что неминуемо приводит к преждевременному разрушению покрытий автомобильных дорог [5,6].
Как известно, процессы старения протекают на всех стадиях использования битума: хранение, транспортировка, приготовление асфальтобетонной смеси и ее укладка, а также весь жизненный цикл работы в составе дорожного композита. Важно отметить, что процессы старения битума начинаются уже на стадии получения самого продукта. Поэтому актуальным направлением в улучшении качества битума является ингибирование деструктивных процессов на стадии его производства. Добиться этого можно за счет использования «щадящих» условий приготовления, к числу которых относится компаундирование остаточных продуктов переработки нефтей: гудро-нов, крекинг-остатков, асфальтов деасфальта-зации, экстрактов очистки масел и т.д. [7,8].
МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ
В работе произведен сравнительный анализ влияния способа получения битумов на стабильность их структуры. Рассматривались битум компаундированный неокисленный БКН 130/200, полученный в результате компаундирования остаточных продуктов переработки нефти и битум БНД 90/130 производства ОАО «Славнефть-Янос» (Нижний Новгород), полученный глубоким окислением гудрона. Ввиду того что битум неокисленный, в соответствии с «классическими» представлениями [8, 9, 10, 11], характеризуется высокой стойкостью к деструктивным процессам, для ужесточения условий эксперимента было выбрано вяжущее, содержащее в своем составе преобладающую
мальтеновую часть, которая более подвержена негативному воздействию термической обработки.
Стабильность структуры битума наиболее полно характеризуется ее сопротивлением деструктивным процессам - старению, которое сопровождается разрывом слабоустойчивых структурных связей, и, как следствие, ухудшением всего комплекса свойств.
Известно два основных механизма, инициирующих процессы старения органического вяжущего: термоокислительный и фотоокислительный. Наиболее агрессивным фактором, способствующим интенсивному старению вяжущего, принято считать термоокисление [9]. Смоделировать его можно посредством метода TFOT, который позволяет оценивать степень старения битума во время приготовления асфальтобетонной смеси.
В работе оценку деструктивных процессов в вяжущих, полученных различным путем, производили методом сравнения их характеристик до и после термоокислительного старения.
Моделирование процессов старения производили в печи, внутри которой находится пластина с вращающейся осью. Вяжущее нагревалось до текучего состояния, после этого навеска (50±0,5 г) выливалась в чаши из нержавеющей стали с внутренним диаметром 140 мм, толщина битумной пленки при этом составляла около 3,2 мм. Затем производился нагрев битума в течение 5 ч при температуре 163 ±0,1 оС. После чего определялись показатели: температура размягчения, пенетрация при 0 и 25 оС.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Учитывая, что согласно современным представлениям [8, 9, 10, 11], неокисленные битумы характеризуются повышенной сопротивляемостью деструктивным процессам при повышенных температурах, представляло интерес изучение деградации вяжущих в течение длительного промежутка времени. Динамику изменения свойств вяжущих оценивали в течение 40 ч прогрева, с шагом эксперимента 5 ч, результаты представлены на рисунках 1,2.
В результате аппроксимации полученных результатов (рис. 1, 2) было установлено, что динамика изменения свойств у БКН 130/200 имеет линейный характер, что характеризует его как более стабильный продукт, в отличие от БНД 90/130, где изменения свойств носят логарифмический и полиноминальный характер и сопровождаются локальными скачками свойств в определенные промежутки термо-статирования, что говорит о нестабильно-
20 25 30 35 40 Время прогрева, ч
у = -2,0667х + 36,444 R2 = 0,9823
♦ БНД 90/130 ■ БКН 130/200
у = -0,0877Х2 - 1,0734х + 31,476^
R2 = 0,9936
10 15 20
25 30 35 40
Время прогрева, ч
Рисунок 1 - Динамика изменения пенетрации вяжущих от времени термостатирования,определеннаяпри температурах:
а)25 оС;б) 0 оС
Illustration 1 - Dynamics of the astringents penetration from the thyrmostating hme,determinedat temperatures:
a)25 Ct b) 0 С
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Время прогрева, ч
Рисунок2 -Динамикаизменениятемпературыразмягчениявяжущих
отвременитермостатирования Illuetration2-Dynamice of thaeoftaningtamdaratura ofaetringante
from thatima oftharmoetating
сти структуры и слабом ее сопротивлении деструктивным процеосам. Кроме того, БКН 130Р0КК хтруотсризпурся замодлеукым тем-поик прсропта покаустотср свойсткв результате КС-распиокопроррева. Цмк, иоеспрация прк25°Сизеокпррсьна 20%, тордлоака сНД 90ркссна Приизученпо сци
0 ли (эр>1ло рстанослркс рлцд«ющoe козсссио термуое измененис: дур ЕБТУИ! сзс)ц200 с С0°Уо, длр МНД И0/13П о ре %. %рс озрммнеи рааурр| размаочекот это иулакeниe систкорло 7% роя БКо И 30/20К, против СО ср длс ^Н^^З! 90/КУЦ, чко посооляет ссоопокс кб иоурбиро-вании термического и окислительного процессов в тяжелых компонентах нефтяного сырья неокисленных битумов и, соответственно, замедлении фазового перехода мелкодисперсных частиц в грубодисперсные асфальтены,
сакопленае которых тапровожсоеи отарение
Окутро кср^т отмиеить, чоо сдорржном строиооосотпр <ЕЧЦcсыс» баеом иже р/уктиче-рку не иcисoуотмр, уваду мтунрc(^рсoЛнoсти «гфзоиростоятьятсевозрикуутющим срфузкам кт дорожное сцлoтлo, <^"зу псивсоип с преж-дмвpeк«пкcцy роаору.м1ЕЯ1И10 уoкpымнс. [0 связи с срос сущтркпксо остро/ нообеодомость елрошeлпркaчeрoвa зржущесс мсмкрирла, для оскс испкльзуетоя русмичнор множестуо ре-цeлссp»«стрxуцл«кцcрлкис приемун [1^- »4]. Троведенкырисследора ния продемонстрировали, что использование полимерных материалов для улучшения качества битума [15 - »4], является наиболее рациональным решением при выборе из множества существующих модификаторов. Так, полимерно-модифици-
Таблица 1
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПБВ-60
Table 1
PHYSICAL AND MECHANICAL WSP STRUCTURE 60 INDEXES
Наименование показателя ГОСТ 520562003 ПБВ-60 Исходные Время термостатирования, ч
5 9
ПБВ №1 ПБВ №2 ПБВ №1 ПБВ №2 ПБВ №1 ПБВ №2
Глубина проникания иглы 0,1 мм, при 250С при 00С О CN СО со 75 23 81 33 70 22 74 29 68 18 со о CD CN
Температура хрупкости, 0С -20 -22 -22 -21 -19 -19 -16
Температура размягчения, 0С 54 79 68 82 74 84 77
Однородность Одн. Одн. Одн. Одн. Одн. Одн. Одн.
Растяжимость, см при 250С при 00С 25 11 93 15 68 19 87 12 58 15 71 6 44 9
Эластичность, % ^Ц при 250С при 00С 80 70 93 74 89 75 95 72 90 70 95 69 67 68
рованное вяжущее характеризуется: улучшением эластопластических характеристик, повышенным сопротивлением усталостным разрушениям материала и старению. И тут возникает закономерный вопрос, достаточно ли для улучшения сопротивления вяжущего процессам деструкции только полимерного модификатора или необходимы дополнительные факторы.
Для ответа на этот вопрос было рассмотрено два вида полимерно-модифицированных вяжущих, различие в которых составило исходное сырье. В первом случае полимерно-битумное вяжущее готовилось на битуме БКН 130/200 (ПБВ №1), во втором - на БНД 90/130 (ПБВ №2). В качестве полимерного модификатора использовался термоэластопласт бутадиен-стирольный марки СБС Л 30-01А, представляющий собой продукт блок сополи-меризации стирола и бутадиена в растворе углеводородов в присутствии литийоргани-ческого катализатора с размером частиц менее 0,5 мм. Содержание полимера, согласно предварительному подбору в обоих случаях, для получения ПБВ 60, отвечающего тре-
бованиям ГОСТ 52056-2003 [25], составило 3,7%. Приготовление ПБВ осуществлялось по стандартной технологии. Требования к технологическим параметрам производства ПБВ изложены в [25,26], согласно которым, температура приготовления и хранения не должна превышать 160 °С, а продолжительность хранения - не более 8 ч. Поэтому представляло интерес изучить термоустойчивость образцов ПБВ 60 в течение 5 и 9 ч прогрева.
Физико-механические свойства исходного и состаренного ПБВ 60 представлены в таблице 1.
Оценку комплексного влияния исходного сырья на свойства, характеризующие качество конечного материала - ПБВ 60, и на его сопротивляемость к деструкции, производили с применением метода многокритериальной оптимизации [27]. Для установления вклада и влияния исходного сырья ПБВ 60 на его устойчивость к термоокислительным процессам, были разработаны, по изменению показателей свойств вяжущих после термостатирова-ния, частные критерии качества, отражающие чувствительность структуры ПБВ 60 к деструкции.
Критерий текучести, характеризующий изменение глубины проникания иглы (пенетра-ции) при температурах 25 и 0 оС посл е ста рения ПБР ео, а таткт икикт1ис^(се^к^р1 к:31\п1еиккри«э интервахс теооиести (разница асатений песет трации прти теп/1ператрее °Бт еП "Си аоееи етарерря, (засеситыкалр пй сйкортшл^еК-пна:
р =1АПЕ Пы-ПН, п0-nf
Ап
п
25
пп
(1 )
П - п5 п - п
САП' = 1125 . 0 и АП= П25 1 0
где
П'2и
ПП
п
25
И 'Ю р
= р (.пубпна ггрониггзнд!и иглп рп Е^"г<др)егн^ого l~l(^E3 п^ иемпеоУтууа=25 и О (С <^оод|^е^стг^<^|-1но, 5),1 он;
О И П 5 б 25 0 - глуб и на /пони уани 1 угл ы ис,
годного ПБЕ прп и тем поыатрррх 2С н -1 (С сонг"(
KEíTCTP^HEIo.
К-итму-й ШЕ1<)С|пи,рно,);еи, оыиныноющнН иг-монед1ин 0(0106 fj^i-^oat^i хрупкости п ранмяенс-ния псоло ссатинир, оессиритюоло ро фоемо-лн
Уп =
м и/ Е||С
р сР
р НИ
т сР
(ТП
гн^o 5р
и - те1нп^е^"1|||1|1ь, елсмяппентя и
хрууеоети -остарснного Р1БВ, соруветситенно ( Т и Т
г(с. р хр_ темп<Е?еи^"еунИ|| (симятки^ не xнyпиостн пднодетоо ГИВ, пУDrгнcруcрунн= 0TГ;.
KлИHPуИ||I ДеПНИЛСНуСТИ, б-КИ1Т1'1ВгПКЭЩИЙ ИЗп
менсненере япстажимопти ИСВ несее пторюинн, расеннтыволт п-п ферселе
Кд=Н-
Тр -1П- и
Е 25 ( 25
25
НР ^ 0 Но ио
ТЗТ
г,рк Р' -о растяжимость состаренного ПБВ при тититестерах рр ВС аР)И) и О "С (Р0), мм;
15
Т г - растяжимость исхидного ПБВ при темпе-ракури Б5 С ИРУ") ^ О ТРоОО" см.
Критерий обрнтимых деформаций, уатты-вающий изменение илаечтчтрсти ПББ иосле старения, рассчитыв<о.ои п(с формуна
Уон i = 0
Г Э -Э' л
25 25
э
о/ос
ГЭ -Э' Л Эп
(Э
икц^ Эе - эластичность состаренного ПБВ,
при ивврератумсх <е С ^и О °С (ВО^'^. Эг - эластичность исходнооо ПБВ при теепе-ресурси ТУ ИС иЗ^) е О "С С Эр),%.
Результаты расчета частных критериев качества представленывтабл.2.
Таблица2
Частные критерии качества ПБВ-60 ТаЬ1е2
PRIVATEQUALITY WSP STRUCTURE60CRITERIA
Наименование частного критерия качества Времятермостатирования,ч
5 9
ПБВ №0 ПЕ^ЕВ №Г! ПБВ №1 пев №2
Уо 0,90 0|98 П,Б9 0,05
Уп о,01 1;0У 1 cC( -.03
Ус е,98 и,со о ,р(0 0,32
yíA и,ее и,00 И ,00 0,90
Оптимсзоция проводилась по обобщенному критерию стабильности структуры, вид которого учитывает особенеести оптимизир^ емого о0peрта и направлеасость изменения овосдтв руеле отпеекея oбeeo2oв С"ВВ г00. ЕЗ ланнвИ ноботе былс нопользвенна нддитиру пся ф^пцин
Н^-Сш kt вСг тех,
(5)
В соответствои с равработанным и ч пст-ными критериями о0Еобщенный критерий стабильности структур ПБВ СТ, приготовленных с т|виоунонттм тоолудуесых орорянииских тя-жущах (неявруленеого битиру БШ 13С/2(Ю и окисленниго У^тума БГКД е0р1КСТ, (рдус (лень вид
jF ^^М5^
(С)
Результаты расчета обобщенного критерия стабильности структуры, характеризующего устойчивость ПБВ 60 на основе БКН 130/200 и
БНД 90/130 к термодеструктивным процессам, представлены на рис. 3.
и 9 часов ы5 часов
Рисунок 3 - Обобщенный критерий устойчивости
структурыПБВ60 к термодеструктивным процессам
Illustration 3 - Generalized criterion for the stability of the WSP structure 60to thermodestructiveprocesses
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализ полученных результатов (см. рис. 3) показывает, что после 5 ч прогрева структура образцов модифицированных вяжущих: ПБВ № 1 (на основе БКН 130/200) и ПБВ № 2 (на основе БНД 90/130) осталась стабильной, изменения свойств до/после прогрева находятся в пределах 5%, о чем свидетельствует значение обобщенного критерия стабильности структуры. При более длительном термоокислительном воздействии (9 ч) видно, что в образце ПБВ на основе окисленного битума БНД 90/130 наблюдается интенсификация деструктивных процессов, сопровождающаяся ухудшением стабильности структуры на 25 %. В образце ПБВ на основе БКН 130/200 наблюдаются менее выраженные деструктивные процессы, в этом случае ухудшение устойчивости структуры составило 10 %, что свидетельствует о большей совместимости остаточного компаундированного битума с полимером и, как следствие, о формировании более устойчивой к разрушающим факторам, и стабильной структуры модифицированного вяжущего. Таким образом, установлено, что основной вклад в обеспечение устойчивости структуры полимерно-битумного вяжущего к термодеструктивным процессам вносит его основа - битум. Поэтому использование некисленных (остаточных) битумов является перспективным направлением в улучшении качества дорожных композитов.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Поконова Ю.В. Химия высокомолекулярных соединений нефти. Л. : Изд-во Ленинградского университета, 1980. 172 с.
2. Хуснутдинов И.Ш., Копылов А.Ю., Лутфуллин М.Ф.,
Гончарова И.Н., Гаврилов В.И., Петрова Л.М., Ханова А.Г. Сопоставительный анализ неокисленных битумов, полученных различными методами // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2009. Т. 52. № 12. С. 80 - 84.
3. Андреев А.Ф., Марков С.В. Современное состояние и перспективы развития битумного производства в России // Проблемы экономики и управления нефтегазовым комплексом. 2009. № 7. С. 31 - 34.
4. Высоцкая М.А., Киндеев О.Н., Обухов А.Г. Неокис-ленные вяжущие для дорожных композитов // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2016. № 12. С. 4 - 10.
5. Ганиева Т.Ф., Кемалов А.Ф., Фахрутдинов Р.З., Ди-яров И.Н. Пути повышения качества окисленных битумов // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. 1997. № 6. 202 с.
6. Гилязова А.А., Дезорцев С.В., Кутьин Ю.А., Теляшев Э.Г., Ризванов Т.М. О некоторых особенностях реологических характеристик нефтяных окисленных битумов // В сборнике: Нефтегазопереработка-2009 Материалы Международной научно-практической конференции. Ассоциация нефтепереработчиков и нефтехимиков, ГУП «Институт нефтехимпереработки РБ». Уфа : 2009. С. 178 - 182.
7. Пустынников А.Ю., Рябов В.Г., Калимуллин Д.Т., Нечаев А.Н., Тресков Я.А. Получение компаундированных битумов улучшенного качества / Химия и технология то-плив и масел. 2006. № 3. С. 26 - 28.
8. Domínguez F.J.N., García-Morales M The use of waste polymers to modify bitumen // Polymer Modified Bitumen 2011. Pp. 98-135.
9. Исраилова З.С. Влияние технологии битумов на устойчивость к старению: дис. ... канд. техн. наук: Астрахань. 2012. 187с.
10. Юрген Х., Томас В. Асфальт в дорожном строительстве. 2013. 450 с.
11. Золотарев В.А. Сравнительные исследования окисленных и остаточных битумов и ПБВ // Наука и техника в дорожной отрасли. 2011. №3. С. 24 - 28.
12. Plewa A., Belyaev P.S., Andrianov K.A., Zubkov A.F., Frolov V.A The effect of modifying additives on the consistency and properties of bitumen binders. Advanced Materials and Technologies. 2016. Vol 4. pp. 35 - 40.
13. Васильев Ю.Э., Юмашев В.М., Субботин И.В. Ме-ханохимическая активация битума // Промышленное и гражданское строительство. 2010. № 2. С. 38 - 39.
14. Евдокимова Н.Г., Лунева Н.Н. О направлениях использования добавок различной природы для модифицирования свойств битумов // Башкирский химический журнал. 2016. Т. 23. № 4. С. 49 - 62.
15. Лихтерова Н.М., Мирошников Ю.П., Лобанкова Е.С., Торховский В.Н., Кириллова О.И. Особенности технологии получения полимербитумных вяжущих // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2011. № 8. С. 24 - 28.
16. Люсова Л.Р., Евтушенко В.А., Дорохова Т.Н., Не-братенко Д.Ю. Модификация битума бутадиен-стироль-ными ТЭП и их смесями // Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2012. № 1. С. 11 - 14.
17. R. Micaelo, A. Santos, C. Duarte. Mixing and compaction temperatures of asphalt mixtures with modified bitumen // Proceedings of 5 th Eurasphalt & Eurobitume Congress. Istanbul. 2012, June. 7 p.
18. McNally T. Polymer Modified Bitumen: Properties and Characterization. U.K.: Woodhead Publishing Limited, 2011. 424 p.
19. Глозырин А.Б., Абдуллин, Н.А. Кочков, Р.В. Карманов, С.Т. Буртан Полимерно-битумные композиции на основе 1,2 - полибутадиена // Журнал прикладной химии. 2008. Т. 81. Вып. 9. С.1559 - 1562.
20. Xiao Y., Van De Ven M.F.C., Molenaar A.A.A., Su Z., Zandvoort F. Characteristics of two-component epoxy modified bitumen. Materials and Structures. 2011. Т. 44. Vol. 3. pp. 61 - 622.
21. Ширкунов А.С., Рябов В.Г., Нечаев А.Н., Дегтянни-ков А.С. Анализ изменения характеристик окисленных и полимерно-модифицированных дорожных битумов в ходе старения вяжущего в тонкой пленке // Вестник Пермского национ. исслед. политехн. университета. Хим. технология и биотехнология. 2011. № 12. С. 80 - 85.
22. Полякова В.И., Полякова С.В. Особенности получения и применения полимерно-битумных вяжущих в дорожном строительстве // Дороги и мосты. 2013. № 29. С. 277 - 298.
23.Saglik A., Gungor A.G. Evolution of performance grades and polymer dispersion of polymer modified binders. / Turkish Highways Research and Development Department // Proceedings of 5 th Eurasphalt & Eurobitume Congress. Istanbul. 2012, June. 8 p.
24. Soenen H. The morphology of SBS modified bitumen
in binders and in asphalt mix // In: Advanced Testing and Characterization of Bituminous Materials. London: Taylor & Francis Group, 2009. pp. 151 - 160.
25. ГОСТ Р 52056-2003. Вяжущие полимерно-битумные дорожные на основе блоксополимеров типа стирол-бутадиен-стирол. Технические условия. М. : Изд-во стандартов, 2005. 5 с.
26. ОДМ 218.2.003-2007. Рекомендации по использованию полимерно-битумных вяжущих материалов на основе блоксополимера типа СБС при строительстве и реконструкции автомобильных дорог // Росавтодор. Введ. 01.02.2007.
27. Бормотов А.Н., Прошин И.А., Королев Е.В. Математическое моделирование и многокритериальный синтез композиционных материалов // Научное издание. Пенза : ПГТА, 2011. 432с.
STABILITY OF MODIFIED BINDERS ON
BASIS OF OXIDIZED AND RESIDUAL BITUMENS TO
THERMODESTRUCTIONS
A. Chhom, A.M. Kurobanov, F.K. Sametov
ANNOTATION
The paper analyses the influence of the method for obtaining petroleum road bitumen on the stability of their structure. Stability evaluation is carried out by studying the resistance of the structure to destructive processes. The main features of the thermo-oxidative aging processes occurring in oxidized and residual compounded road bitumen are considered. The modeling of the thermo-oxidative aging process is carried out by the TFOT method. Studies of the degradation of binders are carried out over a long period of time, the evaluation of destructive processes in bitumen is obtained by different methods was carried out by means of a differential method. The characters of the change in the properties of bitumen after aging are established. The contribution of the raw material (oxidized and residual bitumen) of the polymer-bitumen binder to its resistance to thermal and oxidative aging is studied. The complex effect of the raw material on the properties characterizing the quality of the modified binder and its resistance to degradation is made using the multicriteria optimization method. Specific quality criteria has been developed that take into account the structural sensitivity to destruction and the direction of changes in properties modified by the polymer, which binds after thermal oxidative aging. Optimization is carried out according to the generalized criterion of structural stability, the form of which takes into account the features of the optimized object and the direction of the change in properties.
KEYWORDS: residual and oxidized bitumens, thermal-oxidative aging, thermal degradation, polymer-modified binder, criterion of structural stability, optimization.
REDERENCES
1. Pokonova Yu.V. Khimiya vysokomolekulyarnykh soyedineniy nefti [Chemistry of high-molecular oil compounds]. Leningrad, Leningrad University Publishing House, 1980. 172 p.
2. Khusnutdinov I.Sh., Kopylov A.Yu., Lutfullin M.F., Goncharova I.N., Gavrilov V.I., Petrova L.M., Khanova A.G. Sopostavitel'nyy analiz neokislennykh bitumov, poluchennykh razlichnymi metodami [Comparative analysis of unoxidized bitumens obtained by various methods]. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Series: Chemistry and Chemical Technology. 2009. P. 52. Vol.12. pp. 80 - 84.
3. Andreev A.F., Markov S.V. Sovremennoye sostoyaniye i perspektivy razvitiya bitumnogo proizvodstva v Rossii [The current state and prospects for the development of bitumen production in Russia]. Problems of Economics and Management of the Oil and Gas Complex. 2009. Vol.7. pp. 31 - 34.
4. Vysotskaya M.A., Kindev O.N., Obukhov A.G. Neokislennyye vyazhushchiye dlya dorozhnykh
kompozitov [Unoxidized astringents for road composites]. World of petroleum products. Bulletin of oil companies, 2016. Vol. 12, pp. 4 - 10.
5. Ganieva T.F, Kemalov A.F. Puti povysheniya kachestva okislennykh bitumov [Fakhrutdinov RZ, Diyarov I.N. Ways to improve the quality of oxidized bitumens]. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Oil and gas, 1997, vol. 6, 202 p.
6. Gilyazova A.A., Dezortsev S.V., Kutyin Yu.A., Telyashev E.G., Rizvanov T.M. O nekotorykh osobennostyakh reologicheskikh kharakteristik neftyanykh okislennykh bitumov [On some features of the rheological characteristics of petroleum oxidized bitumens]. Institute of Oil Refining of the Republic of Bashkortostan. Ufa, 2009. pp. 178 - 182.
7. Pustynnikov A.Yu., Ryabov V.G., Kalimullin D.T., Nechaev A.N., Treskov Ya.A. Polucheniye kompaundirovannykh bitumov uluchshennogo kachestva [Obtaining compounded bitumen of improved quality]. Himija i tehnologija topliv i masel, 2006, vol. 3, pp. 26 - 28.
8. Domínguez F.J.N., García-Morales M. The use of waste polymers to modify bitumen // Polymer Modified Bitumen 2011. pp. 98 - 135.
9. Israilova Z.S. Vliyaniye tekhnologii bitumov na ustoychivost' k stareniyu [Effect of Bitumen Technology on Resistance to Aging], dis. ... kand. tehn. nauk. Astrakhan. 2012. 187 p.
10. Jurgen H., Thomas V. Asfal't v dorozhnom stroitel'stve [Asphalt in road construction]. 2013. 450 p.
11. Zolotarev V.A. Sravnitel'nyye issledovaniya okislennykh i ostatochnykh bitumov i PBV [Comparative studies of oxidized and residual bitumens and PMB]. Science and technology in the road industry, 2011, vol. 3, pp. 24 - 28.
12. Plewa A., Belyaev P.S., Andrianov K.A., Zubkov A.F., Frolov V.A. The effect of modifying additives on the consistency and properties of bitumen binders. Advanced Materials and Technologies. 2016. Vol 4. pp. 35 - 40.
13. Vasiliev Yu.E., Yumashev V.M., Subbotin I.V. Mekhanokhimicheskaya aktivatsiya bituma [Mechanochemical activation of bitumen]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2010, no 2, pp. 38 - 39.
14. Evdokimova N.G., Luneva N.N. O napravleniyakh ispol'zovaniya dobavok razlichnoy prirody dlya modifitsirovaniya svoystv bitumov [On the directions of the use of additives of various nature for modifying the properties of bitumens]. Bashkirskij himicheskij zhurnal. 2016, T. 23, vol. 4, pp. 49 - 62.
15. Likhterova N.M., Miroshnikov Yu.P., Lobankova E.S., Torkhovsky V.N., Kirillova O.I. Osobennosti tekhnologii polucheniya polimerbitumnykh vyazhushchikh [Features of the technology of obtaining polymer bituminous binders]. Mir nefteproduktov. Vestnik neftjanyh kompanij. 2011, vol. 8, pp. 24 - 28.
16. Lyusova L.R., Evtushenko V.A., Dorokhova T.N., Nebratenko D.Yu. Modifikatsiya bituma butadiyen-stirol'nymi TEP i ikh smesyami [Modification of bitumen by butadiene-styrene TICs and their mixtures]. Mir nefteproduktov. Vestnik neftjanyh kompanij. 2012, vol. 1, pp. 11 - 14.
17. Micaelo R., Santos A., Duarte C. Mixing and compaction temperatures of asphalt mixtures with modified bitumen. Proceedings of 5 th Eurasphalt & Eurobitume Congress. Istanbul. 2012, June. 7 p.
18. McNally T. Polymer Modified Bitumen: Properties and Characterization. U.K.: Woodhead Publishing Limited, 2011. 424 p.
19. Glozyrin A.B. Abdullin, N.A. Kochkov, R.V. Karmanov, S.T. Polimerno-bitumnyye kompozitsii na osnove 1,2-polibutadiyena [Polymer-bitumen compositions based on 1,2-polybutadiene]. Zhurnal prikladnoj himii. 2008, vol. 81, pp. 1559 - 1562.
20. Xiao Y., Van De Ven M.F.C., Molenaar A.A.A., Su Z., Zandvoort F. Characteristics of two-component epoxy modified bitumen. Materials and Structures. 2011. T. 44. Vol. 3. Pp. 611-622.
21. Shirkunov A.S., Ryabov V.G., Nechaev A.N., Degtyannikov A.S. Analiz izmeneniya kharakteristik okislennykh i polimerno-modifitsirovannykh dorozhnykh bitumov v khode stareniya vyazhushchego v tonkoy plenke [Analysis of changes in the characteristics of oxidized and polymer-modified road bitumen during the aging of a binder in a thin film]. Vestnik Permskogo nacion. issled. politehn. universiteta. Him. tehnologija i biotehnologija. 2011, vol. 12, pp. 80 - 85.
22. Polyakova V.I., Polyakova S.V. Osobennosti polucheniya i primeneniya polimerno-bitumnykh vyazhushchikh v dorozhnom stroitel'stve [Features of obtaining and application of polymer-bitumen binders in road construction]. Dorogi i mosty. 2013, Vol. 29, pp. 277 - 298.
23.Saglik A., Gungor A.G. Evolution of performance
grades and polymer dispersion of polymer modified binders. Turkish Highways Research and Development Department. Proceedings of 5 th Eurasphalt & Eurobitume Congress. Istanbul. 2012, June. 8 p.
24. Soenen H. The morphology of SBS modified bitumen in binders and in asphalt mix. In: Advanced Testing and Characterization of Bituminous Materials. London: Taylor & Francis Group, 2009. pp. 151 - 160.
25. GOST R 52056-2003. Vyazhushchiye polimerno-bitumnyye dorozhnyye na osnove bloksopolimerov tipa stirol-butadiyen-stirol. Tekhnicheskiye usloviya. [Knitting polymer-bitumen road based on block copolymers such as styrene-butadiene-styrene Technical conditions]. M.: Publishing house of standards, 2005. 5 p.
26. ODM 218.2.003-2007. Rekomendatsii po ispol'zovaniyu polimerno-bitumnykh vyazhushchikh materialov na osnove bloksopolimera tipa SBS pri stroitel'stve i rekonstruktsii avtomobil'nykh dorog [Recommendations on the use of polymer-bitumen binders based on block copolymer type SBS in the construction and reconstruction of highways]. Rosavtodor. Enter. 01.02.2007. 63 p.
27. Bormotov A.N. Proshin I.A, Korolev E.V. Matematicheskoye modelirovaniye i mnogokriterial'nyy sintez kompozitsionnykh materialov [Mathematical modeling and multicriteria synthesis of composite materials]. Scientific publication. Penza: PGTA. 2011. 432 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Высоцкая Марина Алексеевна (г. Белгород, Россия) -кандидат технических наук, доцент, кафедры «Автомобильные и железные дороги» ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им В.Г. Шухова» (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46)
Vysotskaya Marina Alekseevna - Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor of the Department «Roads and railways», Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov (308012, Belgorod, Kostyukova st.46).
Шеховцова Светлана Юрьевна (г. Белгород, Россия) - кандидат технических наук, ассистент кафедры «Строительные материалы и материаловедение», ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (129337, Москва, Ярославское шоссе, д. 26).
Shekhovtsova Svetlana Yur'yevna (Belgorod, Rossia)
- Ph.D. in Technical Science Assistant of the Department Building Materials and Materials Science, National Research Moscow State University of Civil Engineering» (129337, Moscow, Yaroslavskoe hw, 26).
Обухов Александр Геннадьевич (г. Белгород, Россия)
- аспирант кафедры «Автомобильные и железные дороги» ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им В.Г. Шухова» (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46)
Obukhov Alexander Gennad'yevich (Belgorod, Rossia)
- postgraduate of the Department «Roads and railways», Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov (308012, Belgorod, Kostyukova st.46).
Есипова Юлия Юрьевна (г. Москва, Россия) - магистрант кафедры «Автомобильные и железные дороги» ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им В.Г. Шухова» (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46)
Esipova Julia Yur'yevna (Moscow, Rossia) - graduate student of the Department «Roads and railways», Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov (308012, Belgorod, Kostyukova st.46).
