Petroleum ChemistryPetroleum ChemistryНефтехимия0028-24213034-5626The Russian Academy of Sciences65561010.31857/S0028242123030036JAHPYMArticlesСтатьиResearch ArticleBitumen Resistance to Plastic Deformation at High TemperaturesИсследование устойчивости битумов к пластическим деформациям при высоких температурахGordeevaI. V.ГордееваИ. В.ivgordeeva@bk.ruDudarevaT. V.ДудареваТ. В.petrochem@ips.ac.ruKrasotkinaI. A.КрасоткинаИ. А.petrochem@ips.ac.ruGorbatovaV. N.ГорбатоваВ. Н.petrochem@ips.ac.ruNikol'skiyV. G.НикольскийВ. Г.petrochem@ips.ac.ruZverevaU. G.ЗвереваУ. Г.petrochem@ips.ac.ruObukhovA. G.ОбуховА. Г.petrochem@ips.ac.ruSemenov Federal Research Center for Chemical Physics, Russian Academy of Sciences (FRCCP RAS)Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н. Н. Семенова РАНLUKOIL Lubricants companyООО «ЛЛК-Интернешнл»15062023633NO3 (2023)№3 (2023)31432811022025Copyright ©; 2023, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2023, Российская академия наук2023Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0028-2421/article/view/655610

A number of Russian bitumen samples with the penetration range of 60 to 120×0.1 mm were rheologically investigated in the temperature range of 46–70°C to evaluate their resistance to plastic rutting using relevant oscillatory and rotational rutting parameters. Based on an assessment of correlations between structural and rheological parameters, the best correlations were observed between the Gaestel Colloidal Index (CI) and the rheological parameters R3.2 and tgδ. The study demonstrated that modified bitumen must be used for pavements with extreme (“E”) traffic loading in Russian regions where PG 52 or higher grade binders are required.

В температурном диапазоне от 46 до 70°С выполнены реологические исследования российских битумов с диапазоном пенетрации от 60 до 120 × 0.1 мм с целью оценки их устойчивости к образованию колеи пластичности по осцилляционным и ротационным параметрам колееобразования. Исследована взаимосвязь структурных и реологических параметров, показано, что наилучшая корреляция наблюдалась при сопоставлении структурного параметра Gaestel Colloidal index (CI) с реологическими параметрами R3.2 и tg δ. Показана обоснованность модификации битумов для использования при укладке дорожных покрытий с экстремальным («E») типом транспортной нагрузки в регионах PФ, где требуется вяжущее марки PG52 и выше.

bitumengroup compositionstructural and rheological parametersplastic ruttingбитумгрупповой химический составструктурные и реологические параметрыколея пластичностиAdvances in Interlaboratory Testing and Evaluation of Bituminous Materials: State-of-the-Art Report of the RILEM Technical Committee 206-ATB (RILEM State-of-the-Art Reports, 9) 2013-th Edition by M.N. Partl, H.U. Bahia, F. Canestrari, C. de la Roche, H. Di Benedetto, H. Piber, D. Sybilski. Springer. 2013. 456 p.Рекомендации по выявлению и устранению колей на нежестких дорожных одеждах. Утверждено распоряжением Росавтодора № ОС-556-р от 24 06 2002.Liu H., Luo R., Xi L., Hu L. Development of two-step secant method to interpret the flow number test data of asphalt mixtures // J. Mater. Civ. Eng. 2020. V. 32. № 4. P. 04020027. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0003094.Никольский В.Г., Каплан А.М., Рочев В.Я., Густов В.В., Чекунаев Н.И., Бекешев В.Г., Красоткина И.А., Дударева Т.В., Стырикович Н.М., Внукова Л.В., Зверева У.Г., Гордеева И.В., Кретова Л.П., Лобачев В.А., Дубина С.И., Синкевич М.А. Исследование реологических свойств и структурных особенностей дорожных битумов и вяжущих на основе композиционных материалов "ПОЛИЭПОР", предназначенных для модификации битумов и асфальтобетонных смесей. М.: Восход-А. 2016. 168 с. ISBN 978-5-93055-415-1.Смирнов Д.С., Лобанова А.С. Исследование пластического колееобразования дорожных покрытий из щебеночно-мастичного асфальтобетона в Республике Татарстан // Техника и технология транспорта. 2019. № 11. С. 38. http://transport-kgasu.ru/files/N11-38CTC19.pdfRadhakrishnan V., Sri M.R., Reddy K.S. Evaluation of asphalt binder rutting parameters // Construction and Building Materials. 2018. № 173. P. 298-307.Petersen J.C., Robertson R.E., Branthaver J.F., Harnsbarger P.M., Duvall J.J., Kim S.S. Binder Characterization and Evaluation. V. 4. Test Methods. Report No SHRP-A-370. Strategic Highway Research Program (SHRP), National Research Council (NRC). Washington: DC. 1994.Singh D., Kataware A.V. Comparison of different rheological parameters for rutting susceptibility of SBS + WMA modified binders // Innov. Infrastruct. Solut. 2016. V. 1. № 28. https://doi.org/10.1007/s41062-016-0026-7Mturi G.A., Komba J., Zoorob S.S. // Quintin viljoen ranking rutting performance of bituminous binders in asphalt specimens using linear viscoelastic properties // Conference: CAPSA 2014.D'Angelo J. New high-temperature binder specification using multistress creep and recovery // Transportation research circular E-C147. Development in asphalt binder specifications. Sponsored by characteristics of bituminous materials committee transportation research board. Transportation Research Board. Washington: DC. 010. https://doi.org/10.17226/22903Dongré R., D'Angelo J., Reinke G., Shenoy A. New criterion for Superpave high- temperature binder specification // Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board. 2004. V. 1875. № 1. P. 22-32. https://doi.org/10.3141/1875-04Shenoy A. High temperature performance grading of asphalts through a specification criterion that could capture field performance // J. Transp. Eng. 2004. V. 130. № 1. P. 132-137.De Visscher J., Vanelstraete A. Practical test methods for measuring the zero shear viscosity of bituminous binders // Mat. Struct. 2004. V. 37. № 5. P. 360-364.CEN/TS 15324 Bitumen and bituminous binders - determination of equiviscous temperature based on low shear viscosity using dynamic shear rheometer in low frequency oscillatory mode. Brussels: European Committee for Standardization. 2008.D'Angelo J., Kluttz R., Dongre R.N., Stephens K., Zanzotto L. Revision of the superpave high temperature binder specification: the multiple stress creep recovery test // J. Assoc. Asphalt Paving Technol. 2007. V. 76. P. 123-162.Wasage T.L.J., Stastna J., Zanzotto L. Rheological analysis of multi-stress creep recovery (MSCR) test // Int. J. Pave. Eng. 2011. V. 12. № 6. P. 561-568.Laukkanen O.-V., Soenen H., Pellinen T., Heyrman S., Lemoine G. Creep-recovery behavior of bituminous binders and its relation to asphalt mixture rutting // Mater. Struct. 2015. V. 48. № 12. P. 4039-4053.D'Angelo J.A. The relationship of the MSCR test to rutting // Road Mater. Pave. Des. 2009. V. 10. Sup 1. P. 61-80.Domingos M.D.I., Faxina A.L. Creep-recovery behavior of asphalt binders modified with SBS and PPA // J. Mater. Civ. Eng. 2014. V. 26. № 4. P. 781-783.Golalipour A., Bahia H.U., Tabatabaee H.A. Critical considerations toward better implementation of the multiple stress creep and recovery test // J. Mater. Civ. Eng. 2017. V. 29 № 5. P. 04016295.Sharma A., Naga G.R., Kumar P., Raha S. Development of an empirical relationship between non-recoverable creep compliance & zero shear viscosity for wide-ranging stiffness of asphalt binders // Construction and Building Materials. 2022. V. 326. P. 126764. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.126764Zeiada W., Liu H., Ezzat H., Al-Khateeb G.G., Underwood B.S., Shanableh A., Samarai M. Review of the Superpave performance grading system and recent developments in the performance-based test methods for asphalt binder characterization // Construction and Building Materials. 2022. V. 319. P. 126063. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.126063База данных Спецификаций (Технических требований) к битумным вяжущим США (он-лайн) US State Binder Specifications - Asphalt Institute. URL: https://www.asphaltinstitute.org/engineering/specification-databases/us-state-binder-specificationsSoenen H., Blomberg T., Pellinen T., Laukkanen O.-V. The multiple stress creep-recovery test: a detailed analysis of repeatability and reproducibility // Road Mater. Pave. Des. 2013. V. 14. Sup 1. P. 2-11."Методика измерений группового химического состава тяжелых нефтепродуктов методом жидкостно-адсорбционной хроматографии с градиентным вытеснением". Уфа. 2014. 18 с.Gaestel C., Smadja R., Lamminan K.A. Contribution à la connaissance des propriétés des bitumes routiers // Rev. Gé Nérale des Routes Aérodromes. 1971. V. 466. P. 85-97.Lesueur D. The colloidal structure of bitumen: Consequences on the rheology and on the mechanisms of bitumen modification // Advances in Colloid and Interface Science. 2009. V. 145. P. 42-82.Печеный Б.Г. Битумы и битумные композиции. М.: Химия. 1990. 256 сКолбановская А.С., Михайлов В.В. Дорожные битумы. М.: Транспорт. 1973. 261 сEvdokimova N.G., Egorova N.A., Sultanova D.P., Kunakkulova E.M., Serezhkina N.G. The formation of the sol-gel nanostructures of road bitumen by selecting chemical group composition // Nanotehnologii v stroitel'stve (Nanotechnologies in Construction). 2019. V. 11. № 5. P. 512-525. https://doi.org/10.15828/2075-8545-2019-11-5-512-525Masson J-F., Leblond V., Margeson J., Bundalo-Perc S. Low-temperature bitumen stiffness and viscous paraffinic nano-and micro-domains by cryogenic AFM and PDM NRCC-49710 // J. of Microscopy. 2007. V. 227. №. 3. P. 191-202.De Moraes M.B., Pereira R.B., Simão R.A., Leite L.F.M. High temperature AFM study of CAP 30/45 pen grade bitumen // J. of Microscopy. 2010. V. 239. P. 46-53. https://doi.org/10.1111/j.1365-2818.2009.03354.xJäger A., Lackner R., Elsenmenger-Sittner C., Blab R. Identification of microstructural components of bitumen by means of atomic force microscopy (AFM) // Proc. Appl. Math. Mech. 2004. V. 4. P. 400-401. https://doi.org/10.1002/pamm.200410181Masson J-F, Leblond V., Margeson J. Bitumen morphologies by phase-detection atomic force microscopy // J. of Microscopy. V. 221. № 1. 2006. Р. 17-29. https://doi.org/10.1111/j.1365-2818.2006.01540.xPauli A.T., Grimes R.W., Beemer A.G., Miller J.J., Beiswenger J.D., Branthaver J.F. Studies if the Physico-Chemical Nature of the SHRP Asphalts: PART-I & II // Proceedings of the international workshop on chemo-mechanics of bituminous materials. 2009. P 25-30, 49-53. ISBN 978-94-90284-04-6Pauli A.T., Grimes R.W., Beemer A.G., Turner T.F., Branthaver J.F. Morphology of asphalts, asphalt fractions and model wax-doped asphalts studied by atomic force microscopy // Intern. J. of Pavement Engineering. 2011. V. 12. №. 4. P. 291-309. ISSN 1029-8436. https://doi.org/10.1080/10298436.2011.575942