Study into the effect of plasticizer nature on the properties of polymer-bitumen compositions via fluorescence microscopy

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper studies how the nature of the plasticizer affects the properties of polymer-bitumen compositions using the fluorescence microscopy. The current petroleum road bitumen used for the construction of road, bridge, and airfield pavements does not meet the requirements for cracking/heat resistance, elasticity, and adhesion to the mineral material surface. Pavement performance characteristics can be significantly improved by introducing thermoplastic elastomers, plasticizers, and surfactants into the composition of petroleum road bitumen. The best results were obtained when using a block copolymer of styrene and butadiene, industrial oil, and cationic surfactant on the basis of polyaminoamides and polyaminoimidazolines. The choice of industrial oil as a plasticizer is attributed to its good compatibility with bitumen and polymer, as well as its high flash point (200 °С). The content of paraffin-naphthenic hydrocarbons in industrial oil is over 70%. Although industrial oil is produced in large quantities, an acute shortage of this petrochemical product is observed due to its wide application; thus, intensive studies are underway to replace industrial oil in the composition of the polymer-bitumen binder. It is proposed to use heavy gas oil produced via catalytic cracking and delayed coking, heavy pyrolysis tar, solvent-extracted oil, and tall oil as plasticizers in the creation of the polymer-bitumen binder. In this connection, the effect of proposed plasticizers on the colloidal structure of the polymer-bitumen binder was studied using the method of fluorescence microscopy. Initial polymer-bitumen binders were produced at ANHK (Angarsk) according to GOST R 52056-2003 Polymer-Bitumen Road Binders Based on Styrene-Butadiene-Styrene-Type Block Polymers. The group composition of the plasticizers under study was determined. It was shown that in order to obtain a polymer-bitumen binder resistant to stratification, plasticizers having a content of aromatic compounds of over 60% are required.

About the authors

A. S. Lukin

Irkutsk National Research Technical University

Email: lukin3095@yandex.ru

R. G. Zhitov

LLC “Baikal bitumen terminal”

Email: zhitov@rambler.ru

V. V. Bayandin

Irkutsk National Research Technical University

Email: bayandinvv@yandex.ru

N. S. Shaglaeva

Irkutsk National Research Technical University

Email: shaglaevans@yandex.ru

References

  1. Гохман Л. М. Полимерно-битумные вяжущие материалы на основе СБС для дорожного строительства. М.: Информавтодор, 2002. 110 с.
  2. Airey G. D. Fundamental binder and practical mixture evaluation of polymer modified bituminous materials // International Journal of Pavement Engineering. 2004. Vol. 5, no. 3. P. 137-151. https://doi.10.1080/10298430412331314146.
  3. Polacco G. A review of the fundamentals of polymer-modified asphalts: asphalt/polymer interactions and principles of compatibility advances in colloid and interface science // Advances in Colloid and Interface Science. 2015. Vol. 224. P. 72-112. https://doi.10.1016/j.cis.2015.07.010.
  4. Gogoi R., Biligiri K. P., Das N. C. Performance prediction analyses of styrenebutadiene rubber and crumb rubber materials in asphalt road applications // Materials and Structures. 2016. Vol. 49, no. 9. P. 3479-3493. https://doi.10.1617/s11527-015-0733-0.
  5. Karger-Kocsis J., Meszaros L., Barany T. Ground tyre rubber (GTR) in thermoplastics, thermosets, and rubbers // Journal of Materials Science. 2013. Vol. 48, no. 1. P. 1-38. https://doi.10.1007/s10853-012-6564-2.
  6. Alonso S., Medina-Torres L., Zitzumbo R., Avalos F. Rheology of asphalt and styrene-butadiene blends // Journal of Materials Science. 2010. Vol. 45, no. 10. P. 2591-2597. https://doi.10.1007/s10853-010-4230-0.
  7. Diab A. Studying viscosity of asphalt binders and effect of varied production temperatures on engineering properties of hot mix asphalt mixtures // Canadian Journal of Civil Engineering. 2016. Vol. 44, no. 1. P. 1-9. https://doi.org/10.1139/cjce-2016-0383.
  8. Zhang F., Yu J., Wu S. Effect of ageing on rheological properties of storage-stable SBS/sulfur-modified asphalts // Journal of Hazardous Materials. 2010. Vol. 182, no. 1-3. P. 507-517. https://doi.10.1016/j.jhazmat.2010.06.061.
  9. Airey G. D. Rheological properties of styrene butadiene styrene polymer modified road bitumens // Fuel. 2003. Vol. 82, no. 14. P. 1709-1719. https://doi.10.1016/S0016-2361(03)00146-7.
  10. Гохман Л. М., Гавриленко О. В. Влияние эластичности вяжущих на усталостную прочность полимерасфальтобетона // Наука и техника в дорожной отрасли. 2011. Т. 59. N4. С. 21-25.
  11. Тюкилина П. М., Гуреев А. А. Закономерности влияния состава пластификатора на эластичность и когезионную прочность полимерно-битумных вяжущих // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. 2018. N2. C. 12-16.
  12. Гохман Л. М. Выбор полимера и приготовление ПБВ // Автомобильные дороги. 2016. N2. С. 55-61.
  13. Петров К. Р., Дауров З. С., Тихонов Р. С. Проблемы и способы устройства дорожных покрытий на слабых основаниях // Форум молодых ученых. 2017. Т. 16. N12. С. 1448-1452.
  14. Беляев П. С., Полушкин Д. Л., Макеев П. В., Фролов В. А. Модификация нефтяных дорожных битумов полимерными материалами для получения асфальтобетонных покрытий с повышенными эксплуатационными характеристиками // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2016. Т. 22. N2. С. 264-271. https://doi.10.17277/vestnik.2016.02.pp.264-271.
  15. 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 & Technologies. 2016. No. 4. P. 35-40. https://doi.10.17277/amt.2016.04.pp.035-040.
  16. Polacco G., Stastna J., Biondi D., Antonelli F., Vlachovicova Z., Zanzotto L. Rheologe of asphalts modified with glycidylmethacrylata functionalized polymers // Journal of Colloid and Interface Science. 2004. Vol. 280, no. 2. P. 366-373. https://doi.10.1016/j.jcis.2004.08.043.
  17. Abdullah M. E., Zamhari K. A., Shamshudin M. K., Mohd Rosli H., Idham M. K. Rheological properties of asphalt binder modified with chemical warm asphalt additive // Advanced Materials Research. 2013. Vol. 671. P. 1692-1699. https://doi.10.4028/www.scientific.net/amr.671-674.1692.
  18. Евдокимова Н. Г., Егорова Н. А., Султанова Д. П., Куннакулова Э. М., Сережкина Н. Г. Формирование золь-гелевой наноструктуры дорожных битумов методом подбора группового химического состава // Нанотехнологии в строительстве. 2019. Т. 11. N5. С. 512-525. https://doi.10.15828/2075-8545-2019-11-5-512-525.
  19. Высоцкая М. А., Кузнецов Д. А., Литовченко Д. П., Барковский Д. В., Ширяев А. О. Пластификатор при производстве полимерно-битумных вяжущих — как необходимость // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2019. N5. С. 16-22. https://doi.10.34031/article_5cd6df466bb9e0.32764094.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).