Effect of styrene/butadiene block copolymer composition on the properties of polymer bitumen binders

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Paving bitumens intended for use in the construction of road, bridge, and airfield pavements do not meet the requirements for crack resistance, heat resistance, elasticity, and adhesion to the surface of mineral materials. Pavement performance can be improved by the addition of thermoplastic elastomers to paving bitumens. These factors determine the relevance of research in this area. This study focused on obtaining polymer bitumen compositions by the addition of styrene/butadiene block copolymers and a plasticizer to paving bitumen, as well as studying some of its properties. Industrial oil I-40 produced by Angarsk Petrochemical Company was used as the plasticizer. BND 100/130 bitumen and styrene/butadiene block copolymers produced in Russia and China were tested. The infrared spectrum of the copolymers exhibits styrene-related absorption bands at 3061, 3024, 1640, 1601, 1450, 1493, 756, 730, and 659 cm-1; butadiene segments are recorded around 994, 964, and 911 cm-1. The elemental analysis shows that the content of butadiene segments is 3.1 times higher in the Chinese copolymer than in the copolymer produced in Russia. It was found that with the increasing percentage of copolymer content in the paving bitumens, the dynamic viscosity and extensibility of the composition increase, and its brittleness temperature decreases. With the growing content of butadiene units in the copolymer, dynamic viscosity, softening and brittleness temperatures, penetration, and extensibility increase; for the Chinese copolymer, these parameters are higher than those of the copolymer produced in Russia.

About the authors

A. А. Krivoshein

Irkutsk National Research Technical University

Email: andrey.krivoshein.97@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-5257-4093

N. S. Shaglaeva

Irkutsk National Research Technical University

Email: ShaglaevaNS@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7889-0574

References

  1. Polacco G., Filippi S., Merusi F., Stasta G. A review of the fundamentals of polymer-modified asphalts: asphalt/polymer interactions and principles of compatibility //Advances in Colloid and Interface Science. 2015. Vol. 224. P. 72–112. doi: 10.1016/j.cis.2015.07.010.
  2. Брызгалов Н.И., Кемалов А.Ф., Кемалов Р.А. Влияние бутадиен-стирольного термоэластопласта на физико-химические показатели полимер-битумных вяжущих // Вестник технологического университета. 2022. Т. 25. N 9. С. 76–84. doi: 10.55421/1998-7072_2022_25_9_76. EDN: JCAHEO.
  3. Лукин А.С., Житов Р.Г., Баяндин В.В., Шаглаева Н.С. Исследование влияния природы пластификатора на свойства полимер-битумных композиций методом флуоресцентной микроскопии // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2022. Т. 12. N 3. С. 471–478. doi: 10.21285/2227-2925-2022-12-3-471-478. EDN: ZMVOML.
  4. Chen S., Jin E., Xu G., Zhuo S., Chen X. Factors influencing the low-temperature properties of styrene-butadiene-styrene modified asphalt based on orthogonal tests // Polymers. 2023. Vol. 15, no. 1. P. 52. doi: 10.3390/polym15010052.
  5. Jexembayeva A., Konkanov M., Aruova L., Kirgizbayev A., Zhaksylykova L. Modifying bitumen with recycled PET plastics to enhance its water resistance and strength characteristics // Polymers. 2024. Vol. 16, no. 23. P. 3300. doi: 10.3390/polym16233300.
  6. Airey G.D. Styrene butadiene styrene polymer modification of road bitumens // Journal of Materials Science. 2004. Vol. 39, no. 3. P. 951–959. doi: 10.1023/B:JMSC.0000012927.00747.83.
  7. Zhitov R.G., Kizhnyaev V.N., Shirokov V.V. Copolymerization of styrene with methacrylates in petroleum bitumen and properties of resulting composites // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2019. Vol. 53. P. 860–863. doi: 10.1134/S0040579518050305.
  8. Yu H., Jin Y., Liang X., Dong F. Preparation of waste-LDPE/SBS composite high-viscosity modifier and its effect on the rheological properties and microstructure of asphalt // Polymers. 2022. Vol. 14, no. 18. P. 3848. doi: 10.3390/polym14183848.
  9. Liu K., Xu Y., Wang H., Wang L. Experimental and molecular dynamics study on the properties of amorphous poly alpha olefin (APAO)reinforcing styrene butadiene rubber (SBR) modified asphalt // Construction and Building Materials. 2024. Vol. 443. P. 137844. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2024.137844.
  10. Евдокимова Н.Г., Егорова Н.А., Султанова Д.П., Кунаккулова Э.М., Сережкина Н.Г. Формирование золь-гелевой наноструктуры дорожных битумов методом подбора группового химического состава // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. 2019. Т. 11. N 5. С. 512–525. DOI: https://doi.org/10.15828/2075-8545-2019-11-5-512-525. EDN: KPPGIH.
  11. 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. N 5. С. 16–22. doi: 10.34031/article_5cd6df466bb9e0.32764094. EDN: VRPVEJ.
  12. Алексеев А.А., Лобанов А.В., Осипчик В.С., Жуков А.Ф., Алексеев А.А. Пластификация индустриальным маслом бутадиен-стирольного блок-сополимера с повышенным содержанием стирола // Известия высших учебных заведений. Серия Химия и химическая технология. 2013. Т. 56. N 8. С. 85–89. EDN: QZESWJ.
  13. 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. N 2. С. 264–271. doi: 10.17277/vestnik.2016.02.pp.264-271. EDN: VWDSXH.
  14. 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. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.06.061.
  15. Bansal S., Gupta V., Chopra T., Mehta R. Styrene-Butadiene-Styrene polymer modified bitumen: a review on compatibility and physico-chemical properties // Physica Scripta. 2024. Vol. 99. P. 122001. doi: 10.1088/1402-4896/ad9113.
  16. Liu K., Liu Y., Wang X., Dong L., Wang P. Evolution in thermal storage stability of SBS-polymer modified asphalt induced by differences in microscopic characteristics of base asphalt // Journal of Adhesion Science and Technology. 2024. P. 1–26. doi: 10.1080/01694243.2024.2430655.
  17. Гохман Л.М. Выбор полимера и приготовление ПБВ // Автомобильные дороги. 2016. N 2. С. 55–61.
  18. Dong F., Zhao W., Zhang Y., We J., Fan W., Yu Y., et al. Influence of SBS and asphalt on SBS dispersion and the performance of modied asphalt // Construction and Building Materials. 2014. Vol. 62. P. 1–7. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2014.03.018.
  19. Chen M., Geng J., Xia C., He L., Liu Z. A review of phase structure of SBS modified asphalt: Affecting factors, analytical methods, phase models and improvements // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 294. P. 123610. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2021.123610.
  20. Zhou S., Wang J., Li S., Yan C. Investigating the rheological behaviour of styrene-butadiene-styrene modified asphalt // Road Materials and Pavement Design. 2023. Vol. 25, no. 9. P. 1964–1979. doi: 10.1080/14680629.2023.2287715.
  21. Li L., Huang C., Zeng Xu., Yang H., Gao W., Chen Y., et al. Rheological performance and UV aging resistance of buton rock asphalt and styrene-butadiene-styrene composite modified asphalt under high temperature // Coatings. 2024. Vol. 14, no. 12. P. 1589. doi: 10.3390/coatings14121589.
  22. Dong F., Zhao W., Zhang Y., Fan W., Wei J., Luo H., et al. High-temperature performance and microstructure of composite modified hard asphalt // Petroleum Science and Technology. 2018. Vol. 36, no. 7. P. 481–486. doi: 10.1080/10916466.2014.919006.
  23. Баданов С.В., Урумов А.В., Баяндин В.В., Шаглаева Н.С. Реакционная способность 2,3-дихлорпропена в реакциях радикальной сополимеризации // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. N 4. С. 517–522. doi: 10.21285/2227-2925-2021-11-4-517-522. EDN: GHSPJJ.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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).