Порівняння властивостей бітумних в’яжучих після старіння різними методами

Опубліковано:
Номер: Випуск 26(2022)
Розділ: Будівництво та цивільна інженерія
Cторінковий інтервал статті: 92–107
Ключові слова: адгезія, в’язкий дорожній бітум, зчеплюваність, методи старіння, пенетрація, температура розм’якшеності
Як цитувати статтю: Пиріг Я. І., Галкін А. В., Оксак С. В. Порівняння властивостей бітумних в’яжучих після старіння різними методами. Дороги і мости. Київ, 2022. Вип. 26. С. 92–107.
Як цитувати статтю (references): Yan Pyrig, Andrii Galkin, Serhii Oksak. Comparison of properties of bituminous binders after aging by different methods. Dorogi і mosti [Roads and bridges]. Kyiv, 2022. Iss. 26. P. 92–107 [in Ukrainian].

Автори

Харківський національний автомобільно-дорожній університет, м. Харків, Україна
https://orcid.org/0000-0002-1904-5618
Харківський національний автомобільно-дорожній університет (ХНАДУ), м. Харків, Україна
https://orcid.org/0000-0002-3084-3469
Харківський національний автомобільно-дорожній університет, м. Харків, Україна
https://orcid.org/0000-0003-0957-2251

Анотація

Вступ. Експлуатаційні показники якості та довговічність асфальтобетонних покриттів автомобільних доріг значною мірою визначаються якістю бітумних в’яжучих.

Проблематика. Однією з вагомих вад асфальтобетонних покриттів є постійна зміна їх властивостей з часом експлуатації, що викликана старінням в’яжучого. Для прогнозування інтенсивності зміни властивостей бітумних в’яжучих, що відбуваються під час приготування асфальтобетонних сумішей на заводах та експлуатації асфальтобетону в покритті використовуються різноманітні лабораторні методи старіння. В Україні у зв’язку з впровадженням європейських принципів стандартизації та переходом на гармонізовані загальноєвропейські стандарти відбувається поступова заміна методу старіння згідно з ГОСТ 18180, що довгий час використовувався у вітчизняній дорожній галузі на загальноприйнятий у світі метод старіння RTFOT. У зв’язку із різними умовами, прийнятими в цих методах старіння, актуальним є питання щодо ідентичності умов старіння бітумних в’яжучих за цими методами та їх взаємозамінності.

Мета. Метою роботи було встановлення впливу, прийнятих в дорожній галузі України, методів старіння на зміну властивостей дорожніх в’язких бітумів та бітумних в’яжучих, модифікованих різноманітними добавками.

Матеріали та методи. В якості об’єктів дослідження використані в’язкі бітуми та бітумні в’яжучі, модифіковані різноманітними добавками (адгезійні добавки, полімери, структуруючі добавки), що використовуються у вітчизняній дорожній галузі. В якості методів старіння використано вітчизняний метод, що наведено в ГОСТ 18180 (протягом тривалого часу цей метод був єдиним в Україні, що використовувався для оцінювання зміни властивостей бітумних в’яжучих під дією технологічних температур і який за умовами випробування є близьким до стандартизованого методу TFOT), а також широко поширений в світі метод старіння RTFOT.

Результати. На основі отриманих експериментальних даних встановлено, що старіння за методом ГОСТ 18180 надає дещо більший вплив на зміну властивостей бітумних в’яжучих, ніж старіння за методом RTFOT. Найменш чутливим показником до умов старіння є температура крихкості – різниця між значеннями цього показника після старіння за різними методами знаходиться в межах збіжності методу. Найбільш чутливо умови методу старіння впливають на показники якості бітумів, модифікованих адгезійними добавками. Відносно малий час витримування в’яжучих за високої технологічної температури відповідно до умов методу старіння RTFOT призводить до меншої зміни зчеплюваності в’яжучих із поверхнею скла, що може бути причиною отриманню хибних результатів щодо термостабільності адгезійних добавок.

Висновки. При перегляді вітчизняних стандартів на технічні умови на бітумні в’яжучі, що передбачають заміну методу старіння за ГОСТ 18180 на метод RTFOT та встановлення граничних норм, щодо зміни стандартних показників якості в’яжучих після старіння, слід враховувати дещо меншу інтенсивність старіння в’яжучих за методом RTFOT. Особливо це стосується вимог щодо зчеплюваності бітумів, модифікованих адгезійними добавками.

Посилання

  1. Колбановская А.С., Михайлов В.В. Дорожные битумы. Москва, 1973. 264 с.
  2. Bell C.A. Summary report on aging of asphalt-aggregate systems. Strategic Highway Research Program, National Research Council, 1989. Т. 89. №. 4. 121 р.
  3. Richardson C. The modern asphalt pavement. New York – London. J. Wiley & Sons, 1907. 652 p.
  4. Lewis R.H., Welborn J.Y. The Properties of the Residues of 50-60 and 85-100 Penetration Asphalts from Oven Tests and Exposure. Public Roads. 1941. № 22. Р. 27–49.
  5. Lee D.Y. Durability and Durability Tests for Paving Asphalt: A State of the Art Report. Engineering Research Institute, Iowa State University, 1969. 50 p.
  6. Airey G.D. State of the art report on ageing test methods for bituminous pavement materials. International Journal of Pavement Engineering. 2003, Т.4, №. 3. P.165–176.
  7. Welborn J.Y. Physical properties as related to asphalt durability: State of the art. Transportation Research Record, 1984.  №. 999. Р. 31–36.
  8. Davison R.R. et al. Development of Gel Permeation Chromatography, Infrared and Other Tests to Characterize Asphalt Cements and Correlate with Field Performance. Volume I. Austin, Texas. 1989. 274 р.
  9. Speight J.G. Asphalt materials science and technology. Butterworth-Heinemann, Oxford, UK. 2016. 631 р.
  10. Finn F.N., Yapp M.T., Coplantz J.S., Durrani A.Z. Asphalt properties and relationship to pavement performance. Literature Review. Scotts Valley, California. 1990. 404 р.
  11. Słowik M., Adamczak P. Evaluation of short-term ageing influence on the properties of SBS elastomer modified road bitumens. Roads and Bridges. Drogi i Mosty. 2007. Т. 6. №.1. Р. 41–58.
  12. Lu X., Isacsson U. Effect of ageing on bitumen chemistry and rheology. Construction and Building materials. 2002. Т. 16. №. 1. Р. 15–22.
  13. Button J.W., Little D.N., Gallaway B.M., Epps J.A. Influence of asphalt temperature susceptibility on pavement construction and performance. NCHRP Report. 1983. №. 268. 72 р.
  14. Glover C.J., Davison R.R., Vassiliev N., Hausman T., Williamson S. A. Development of stirred air-flow test (SAFT) for improved HMAC plant binder aging simulation and studies of asphalt air blowing. Texas Transportation Institute. 2001. 80 р.
  15. Shiau J.M., Tia M., Ruth B.E., Page C.G. Evaluation of aging characteristics of asphalts by using TFOT and RTFOT at different temperature levels. Transportation Research Record. 1992. №. 1342. Р. 58–66.
  16. Phromsorn C. J., Kennedy T.W. Evaluation of laboratory methods simulating aging effects of asphalt binder. Transportation research record. № 1488. 1995. Р. 13–20.
  17. Старицкий М.Г. Методы испытания битумных и дегтевых дорожно-строительных материалов. М.: Дориздат ГУШОСДОРА НКВД СССР, 1941. 216 с.
  18. Шиперович В.Л. Нефтяные битумы и их применение в дорожном деле. М.: Нефтесиндикат, 1929. 40 с.
  19. Метцгер Г. Исследование свойств дорожных битуминозных материалов СССР. Ленинград: Государственное транспортное издательство, 1935. 74 с.
  20. ГОСТ 2400-51. Битумы нефтяные. Методы испытаний [Не действует]. Москва: Управление по стандартизации при Совете Министров СССР. 1952. 5 с.
  21. ГОСТ 18180-72. Битумы нефтяные. Метод определения изменения массы после прогрева [Не действует]. Москва: Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. 1972. 4 с.
  22. Besamusca J., Sorensen A., Southwell С. Addressing ageing characteristics of bituminous binders in Europe. Eurasphalt & Eurobitume Congress, 5th, 2012, Istanbul, Turkey. 2012.  Р. 1–11.
  23. ДСТУ Б EN 12607-1:2015 (EN 12607-1:2014, IDT). Бітум та бітумні в’яжучі. Визначення опору до твердіння під впливом теплоти та повітря. Частина 1. Метод RTFOT. [Чинний з 2016-07-01]. Київ, 2016. 23 с. (Інформація та документація).
  24. ДСТУ EN 12607-2:2019 (EN 12607-2:2014, IDT). Бітум та бітумні в’яжучі. Визначення опору до твердіння під впливом тепла та повітря. Частина 2. Метод TFOT. [Чинний з 2020-01-01]. Київ, 2019. 20 с. (Інформація та документація).
  25. Копинець І.В. Стійкість окислених бітумів до термоокислювального старіння. Дороги і мости. 2014. №. 14. С. 14–20.
  26. Кіщинський С.В., Копинець І.В. Підвищення стійкості окислених бітумів до старіння шляхом їх компаундування з дистиляційними бітумами. Автошляховик України. 2015. № 5. С. 50–52.
  27. Золотарев В.А., Копинец И.В. Сравнительное исследование окисленных и остаточных битумов в статическом и динамическом режимах старения. Дороги и мосты. 2017. № 35/1. С. 215–232.
  28. ДСТУ EN 12593:2018 (EN 12593:2015, IDT). Бітум та бітумні в’яжучі. Визначення температури крихкості за методом Фрааса. [Чинний з 2019-01-06]. Київ, 2019. 18 с. (Інформація та документація).
  29. ДСТУ EN 1427 (EN 1427:2015, IDT). Бітум та бітумні в’яжучі. Визначення температури розм’якшеності за методом кільця і кулі. [Чинний з 2019-01-06]. Київ, 2019. 20 с. (Інформація та документація).
  30. ДСТУ Б.В.2.7-81-98. Будівельні матеріали. Бітуми нафтові дорожні в’язкі. Метод визначення показника зчеплення з поверхнею скла та кам’яних матеріалів. [Чинний з 1999-01-03]. Київ, 1999. 5 с. (Інформація та документація).
  31. Гун Р.Б. Нефтяные битумы. М.: Химия, 1973. 432 с.
  32. Glover C. J. et al. Development of a new method for assessing asphalt binder durability with field validation. Texas Dept Transport. 2005. Т. 1872. Р. 1–334.
  33. Bahia H.U. et al. Characterization of modified asphalt binders in Superpave mix design. Transportation Research Board, NCHRP report 459. 2001. 53 р.
  34. ДСТУ 8825:2019 Бітум та бітумні в’яжучі. Метод визначення розтяжності. Київ, 2020. 9 с. (Інформація та документація).