1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Коллоидный журнал
  4. T. 85, № 6, 2023

Коллоидный журнал, 2023, T. 85, № 6, стр. 717-726

Влияние старения и модификации на межфазное взаимодействие в асфальтовых вяжущих

Т. В. Дударева 1, *, И. А. Красоткина 1, И. В. Гордеева 1, В. Г. Никольский 1, Л. А. Горелышева 2, В. Н. Гарманов 2

1 Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
119991 Москва, ул. Косыгина, 4, Россия

2 ФАУ “Российский дорожный научно-исследовательский институт”
125493 Москва, ул. Смольная, 2, Россия

* E-mail: yanadva@mail.ru

Поступила в редакцию 19.06.2023
После доработки 18.08.2023
Принята к публикации 18.08.2023

Аннотация

В диапазоне температур –10–30°С исследовано влияние термоокислительного старения, частоты и деформации на межфазное взаимодействие по параметрам K–B–G* и К–В–δ в асфальтовом вяжущем и модифицированном асфальтовом вяжущем на основе битума марки БНД60/90. Наполнитель вводили в битум в соотношении 1/1 по массе. Активный порошок дискретно девулканизованной резины (АПДДР) в качестве модификатора вводился в соотношении битум/АПДДР = 87.5/12.5 по массе. Показано, что модификация АПДДР обеспечивает большую по сравнению с асфальтовым вяжущим толщину адсорбированного слоя на поверхности частиц наполнителя при различных условиях внешних воздействий, причем эта толщина зависит от последовательности введения наполнителя и АПДДР.

Ключевые слова: межфазное взаимодействие, толщина адсорбированного слоя, битум, асфальтовое вяжущее, наполнитель, модификатор

Список литературы

  1. Davis C., Castorena C. Implications of physico-chemical interactions in asphalt mastics on asphalt microstructure // Construction and Building Materials. 2015. V. 94. P. 83–89. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2015.06.026

  2. Wu W., Jiang W., Yuan D., Lu R., Shan J., Xiao J., Ogbon A.W. A review of asphalt-filler interaction: Mechanisms, evaluation methods, and influencing factors // Construction and Building Materials. 2021. V. 299. P. 124279. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124279

  3. Li F., Yang Y., Wang L. Evaluation of physicochemical interaction between asphalt binder and mineral filler through interfacial adsorbed film thickness // Construction and Building Materials. 2020. V. 252. P. 119135. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119135

  4. Rahim A., Milad A., Yusoff N.I., Airey G., Nick Thom N. Stiffening effect of fillers based on rheology and micromechanics models // Applied Sciences. 2021. V. 11. № 14. P. 6521. https://doi.org/10.3390/app11146521

  5. Kim M., Buttlar W.G. Stiffening mechanisms of asphalt–aggregate mixtures: From binder to mixture // Transportation Research Record. 2010. V. 2181. № 1. P. 98–108. https://doi.org/10.3141/2181-11

  6. Clopotel C., Velasquez R., Bahia H. Measuring physico-chemical interaction in mastics using glass transition // Road Materials and Pavement Design. 2012. V. 13. № 1. P. 304–320. https://doi.org/10.1080/14680629.2012.657095

  7. Underwood B.S. Experimental investigation into the multiscale behaviour of asphalt concrete // International Journal of Pavement Engineering. 2011. V. 12. № 4. P. 357–370. https://doi.org/10.1080/10298436.2011.574136

  8. Cardone F., Frigio F., Ferrotti G., Canestrar F. Influence of mineral fillers on the rheological response of polymer-modified bitumens and mastics // Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). 2015. V. 2. № 6. P. 373–381. https://doi.org/10.1016/j.jtte.2015.06.003

  9. Dong Z., Liu Z., Wang P., Zhou T. Modeling asphalt mastic modulus considering substrate–mastic interaction and adhesion // Construction and Building Materials. 2018. V. 166. P. 324–333. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.140

  10. Guo M., Bhasin A., Tan Y. Effect of mineral fillers adsorption on rheological and chemical properties of asphalt binder // Construction and Building Materials. 2017. V. 141. P. 152–159. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.02.051

  11. Alfaqawi R.M., Airey G.D., Presti D.Lo, Grenfell J. Effects of mineral fillers on bitumen mastic chemistry and rheology // In: Transport Infrastructure and Systems 2017.Proceedings of the AIIT International Congress on Transport Infrastructure and Systems (TIS 2017), Rome, Italy, 10–12 April 2017. https://doi.org/10.1201/9781315281896-48

  12. Moraes R., Bahia H.U. Effect of mineral filler on changes in molecular size distribution of asphalts during oxidative ageing // Road Materials and Pavement Design. 2015. V. 16. № S2. P. 55–72. https://doi.org/10.1080/14680629.2015.1076998

  13. Tan Y., Guo M. Interfacial thickness and interaction between asphalt and mineral fillers // Materials and Structures. 2014. V. 47. P. 605–614. https://doi.org/10.1617/s11527-013-0083-8

  14. Diab A., You Z. Linear and nonlinear rheological properties of bituminous mastics under large amplitude oscillatory shear testing // Journal of Materials in Civil Engineering. 2018. V. 30. № 3. P. 04017303. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002179

  15. Guo M., Tan Y.Q., Yu J.X., Hou Y., Wang L.B. A direct characterization of interfacial interaction between asphalt binder and mineral fillers by atomic force microscopy // Materials and Structures. 2017. V. 50. P. 141. https://doi.org/10.1617/s11527-017-1015-9

  16. Xu W., Qiu X., Xiao S., Hong H., Wang F., Yuan J. Characteristics and mechanisms of asphalt–filler interactions from a multi-scale perspective // Materials. 2020. V. 13. № 12. P. 2744. https://doi.org/10.3390/ma13122744

  17. Palierne J.F. Linear rheology of viscoelastic emulsions with interfacial-tension // Rheologica Acta. 1990. V. 29. № 3. P. 204–214. https://doi.org/10.1007/BF01331356

  18. Ziegel K.D., Romanov A. Modulus reinforcement in elastomer composites. I. Inorganic fillers // Journal of Applied Polymer Science. 1973. V. 17. № 4. P. 1119–1131. https://doi.org/10.1002/app.1973.070170410

  19. Ibarra L., Panos D. Dynamic properties of thermoplastic butadiene-styrene (SBS) and oxidized short carbon fiber composite materials // Journal of Applied Polymer Science. 1998. V. 67. № 10. P. 1819–1826. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4628(19980307) 67:10<1819::AID-APP15>3.0.CO;2-R

  20. Liu G., Zhao Y., Zhou J., Li J., Yang T., Zhan J. Applicability of evaluation indices for asphalt and filler interaction ability // Construction and Building Materials. 2017. V. 148. P. 599–609. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.089

  21. Guo M., Tan Y., Hou Y., Wang L., Wang Y. Improvement of evaluation indicator of interfacial interaction between asphalt binder and mineral fillers // Construction and Building Materials. 2017. V. 151. P. 236–245. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.003

  22. Guo M., Tan Y. Interaction between asphalt and mineral fillers and its correlation to mastics’viscoelasticity // International Journal of Pavement Engineering. 2021. V. 22. № 1. P. 1–10. https://doi.org/10.1080/10298436.2019.1575379

  23. Frigio F., Ferrotti G., Cardone F. Fatigue Rheological characterization of polymer-modified bitumens and mastics // In: 8th RILEM International Symposium on Testing and Characterization of Sustainable and Innovative Bituminous Materials. 2016. V. 11. P. 655–666. https://doi.org/10.1007/978-94-017-7342-3_53

  24. Mazzoni G., Virgili A., Canestrari F. Influence of different fillers and SBS modified bituminous blends on fatigue, self-healing and thixotropic performance of mastics // Road Materials and Pavement Design. 2019. V. 20. № 3. P. 656–670. https://doi.org/10.1080/14680629.2017.1417150

  25. Li F., Yang Y. Understanding the temperature and loading frequency effects on physicochemical interaction ability between mineral filler and asphalt binder using molecular dynamic simulation and rheological experiments // Construction and Building Materials. 2020. V. 244. P. 118311. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118311

  26. Chen M., Javilla B., Hong W., Pan C., Riara M., Mo L., Guo M. Rheological and interaction analysis of asphalt binder, mastic and mortar // Materials. 2019. V. 12. № 1. P. 128. https://doi.org/10.3390/ma12010128

  27. Nikol’skii V., Dudareva T., Krasotkina I., Gordeeva I., Vetcher A.A., Botin A. Ultra-dispersed powders produced by high-temperature shear-induced grinding of worn-out tire and products of their interaction with hot bitumen // Polymers. 2022. V. 14. № 17. P. 3627. https://doi.org/10.3390/polym14173627

  28. Nikol’skii V., Dudareva T., Krasotkina I., Gordeeva I., Gorbativa V., Vetcher A.A., Botin A. Mechanism of multi-stage degradation in hot bitumen of micronized Elastomeric Powder Modifiers from worn-out tire’s rubber // Polymers. 2022. V. 14. № 19. P. 4112. https://doi.org/10.3390/polym14194112

  29. Никольский В.Г., Красоткина И.А., Дударева Т.В., Горелышева Л.А., Гарманов В.Н. Влияние старения и модификации на релаксационные свойства нефтяного дорожного битума и асфальтового вяжущего // Клеи. Герметики. Технологии. 2022. № 10. С. 31–39. https://doi.org/10.31044/1813-7008-2022-0-10-31-39

  30. ГОСТ 22245-90. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия

  31. Методика измерений группового химического состава тяжелых нефтепродуктов методом жидкостно-адсорбционной хроматографии с градиентным вытеснением. Уфа, 2014. 18 с.

  32. ГОСТ Р 52129-2003. Порошок минеральный для асфальтобетонных и органоминеральных смесей. Технические условия

  33. Gordeeva I.V., Dudareva T.V., Krasotkina I.A., Nikol’skii V.G., Naumova Yu.A., Sinkevich M.Yu., Lobachev V.A. Methodological aspects of evaluating the particle size distribution of powder elastomeric materials // Key Engineering Materials. 2021. V. 899. P. 58−66. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.899.58

  34. Berlin A.A., Nikolskiy V.G., Krasotkina I.A., Dudareva T.V., Gorbarova V.N., Gordeeva I.V., Sorokin A.V., Lobachev V.A., Dubina S.I., Sinkevich M.Yu. Rubber and rubber-polymer modifiers of asphalt concrete mixtures produced by method of high-temperature shear grinding. Part 3. Evaluation of modification efficiency // Polymer Science, Ser. D. 2022. V. 15. № 1. P. 71–78. https://doi.org/10.1134/S199542122201004X

  35. ГОСТ 33140-2014. Дороги автомобильные общего пользования. Битумы нефтяные дорожные вязкие. Метод определения старения под воздействием высокой температуры и воздуха (метод RTFOT). [AASHTO T 240-13 Standard Method of Test for Effect of Heat and Air on a Moving Film of Asphalt (Rolling Thin-Film Oven Test)] (2017).

  36. Laukkanen O.V., Soenen H., Winter H.H., Seppälä J. Low-temperature rheological and morphological characterization of SBS modified bitumen // Construction and Building Materials. 2018. V. 179. P. 348–359. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.160

  37. Gorbatova V.N., Gordeeva I.V., Dudareva T.V., Krasotkina I.A., Nikol’skii V.G., Egorov V.M. Effect of the active powder of discretely devulcanized rubber on bitumen properties at low temperatures // Nanotechnologies in Construction. 2023. V. 15 № 1. P. 72–83. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2023-15-1-72-83

  38. Ma X., Chen H., Gui C., Xing M., Yang P. et al. Influence of the properties of an asphalt binder on the rheological performance of mastic // Construction and Building Materials. 2019. V. 227. P. 116659. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.08.040

  39. Mturi G., O’Connell J., Zoorob S.E., De Beer M. A study of crumb rubber modified bitumen used in South Africa // Road Materials and Pavement Design. 2014. V. 15. № 4. P. 774–790. https://doi.org/10.1080/14680629.2014.910130

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска содержание выпуска

Коллоидный журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал