Investigation of the properties of large-tonnage products of forest chemistry as plasticizers of road bitumen

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. An increase in the transport load on highways due to the growth of freight transportation by road and shift of business activity in the Urals, Siberia and the Far East require ensuring satisfactory inter-repair terms of road surfaces in harsh natural and climatic conditions. At the same time, a systematic increase in the depth of oil refining leads to a decrease in the content of marginal low molecular weight hydrocarbons in the composition of oxidized petroleum bitumen, which are widely used in our country. Therefore, the task of increasing the low-temperature characteristics of bitumen and modified binders based on it is becoming more and more urgent. Promising in many respects is the use of by-products of wood processing and forestry chemistry for the above purposes, the production of which is concentrated mainly in regions where frost-resistant bitumen grades are required.Materials and methods. As the materials under study, we considered the traditional Russian bitumen oil road oxidized grades BND 70/100 and specimens of tall pitch, which is produced in large quantities during wood processing at a number of domestic enterprises. Methods of differential scanning calorimetry and thermogravimetric analysis were used to determine the physico-mechanical characteristics specific to the studied specimens.Results. The paper presents the results of comprehensive studies of the possibility of using plant plasticizers — products of wood processing and forestry chemistry as regulators of the physico-mechanical properties of complex road binders, thermogravimetric analysis of the component composition of bitumen, as well as commercial products of wood processing.Conclusions. The recommendations developed on the basis of a set of practical studies allow us to predict an improvement in the performance of mixed binders when their physico-chemical composition changes at the stage of preparation for the production of asphalt concrete mixtures.

About the authors

D. Yu. Nebratenko

Russian University of Transport (RUT (MIIT))

Email: nebratenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3607-8876
SPIN-code: 8398-9130

A. N. Zhemerikin

D.I. Mendeleev Russian University of Chemical Technology

Email: zhan170961@mail.ru

D. I. Lyamkin

D.I. Mendeleev Russian University of Chemical Technology

Email: nat.liamkina@yandex.ru
SPIN-code: 4083-9535

References

  1. Дубина С.И., Кандрашин В.Г. Качество российских автомобильных дорог // Транспорт Российской Федерации. Журнал о науке, практике, экономике. 2006. № 2 (2). С. 48–50. EDN KDNKIZ.
  2. Ерофеев В.Т., Ликомаскина М.А., Афонин В.В., Архипова А.И. Стойкость асфальтобетонов в условиях воздействия биосреды // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 10. С. 1358–1371. doi: 10.22227/1997-0935.2022.10.1358-1371. EDN SKBEFD.
  3. Inozemtcev S.S., Korolev E.V. Mineral carriers for nanoscale additives in bituminous concrete // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 1040. Pp. 80–85. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/amr.1040.80' target='_blank'>www.scientific.net/amr.1040.80
  4. Гохман Л.М. Дорожный полимерасфальтобетон. М. : Экон-Информ, 2017. 477 с.
  5. Chen M., Javilla B., Hong W., Pan C., Riara M., Mo L. et al. Rheological and Interaction Analysis of Asphalt Binder, Mastic and Mortar // Materials. 2019. Vol. 12. Issue 1. P. 128. doi: 10.3390/ma12010128
  6. 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. Vol. 145. Issue 1–2. Рp. 42–82. doi: 10.1016/j.cis.2008.08.011
  7. Колбановская А.С., Михайлов В.В. Дорожные битумы. М. : Транспорт, 1973. 261 с.
  8. Schaur A., Unterberger S., Lackner R. Impact of molecular structure of SBS on thermomechanical properties of polymer modified bitumen // European Polymer Journal. 2017. Vol. 96. Pp. 256–265. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2017.09.017
  9. Kök B.V., İrhan B., Yılmaz M., Yalçın E. Research on the rheological properties of bitumen modified with waste photopolymer // Construction and Building Materials. 2022. Vol. 346. P. 128446. doi: 10.1016/j.con-buildmat.2022.128446
  10. Сафина И.Р., Ибрагимова Д.А., Яушев Э.А., Хисмиев Р.Р. Применение метода SARA-анализа для характеристики нефтяных дисперсных систем // Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т. 17. № 24. С. 212–213. EDN THHJPH.
  11. Adams J.J., Rovani J.F., Planche J.-P., Loveridge J., Literati A., Shishkova I. et al. SAR-AD Method to Characterize Eight SARA Fractions in Various Vacuum Residues and Follow Their Transformations Occurring during Hydrocracking and Pyrolysis // Processes. 2023. Vol. 11. Issue 4. P. 1220. DOI. 10.3390/pr11041220
  12. Иванова Л.В., Буров Е.А., Кошелев В.Н. Асфальтосмолопарафиновые отложения в процессах добычи, транспорта и хранения // Электронный научный журнал Нефтегазовое дело. 2011. № 1. С. 268–284. EDN OOVKYV.
  13. Абдрафикова И.М., Каюкова Г.П., Вандюкова И.И., Морозов В.И., Губайдуллин А.Т. Фракционный состав асфальтенов из природных битумов пермских отложений Татарстана // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 3. С. 180–186. EDN NDPLCP.
  14. Прокопович С.С. Система учета лесных ресурсов в составе национального богатства страны: оценка состояния и перспективы развития // Труды БГТУ. Экономика и управление. 2011. № 7. С. 102–105. EDN SQTLQT.
  15. Zhang R., Wang H., You Z., Jiang X., Yang X. Optimization of bio-asphalt using bio-oil and distilled water // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 165. Рp. 281–289. doi: 10.1016/j.jclepro.2017.07.154
  16. Ферару Г.С. Эколого-экономические аспекты образования и переработки отходов (на примере лесопромышленного комплекса) // Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2010. № 2 (82). С. 86–99. EDN MJBGZV.
  17. Головин А.И., Трофимов А.Н., Узлов Г.А. и др. Лесохимические продукты сульфатно-целлюлозного производства. М. : Лесн. промышленность, 1988. 286 с.
  18. Исмагилов Р.М., Радбиль А.Б., Радбиль Б.А. Модифицирование таллового пека параформальдегидом // Химия растительного сырья. 2003. № 2. С. 59–64. EDN HYPXXR.
  19. Семенычева Л.Л., Маврина Е.А., Ильичев И.С., Щепалов А.А. Анализ свойств таллового пека как исходного сырья для получения связующего пека анодной массы электролизеров для производства алюминия // Химия растительного сырья. 2014. № 4. С. 229–233. EDN TQBWWJ.
  20. Исмагилов Р.М., Радбиль А.Б., Радбиль Б.А. Пути квалифицированного использования таллового пека // Химия растительного сырья. 2004. № 2. С. 73–76. EDN HYPYUJ.
  21. Chen G., Zhang B., Zhao J., Chen H. Improved process for the production of cellulose sulfate using sulfuric acid/ethanol solution // Carbohydrate Polymers. 2013. Vol. 95. Issue 1. Pp. 332–337. doi: 10.1016/j.car-bpol.2013.03.003
  22. Zhang K. et al. Synthesis of carboxyl cellulose sulfate with various contents of regioselectively introduced sulfate and carboxyl groups // Carbohydrate Polymers. 2010. Vol. 82. Issue 1. Pp. 92–99.
  23. Пижурин А.А., Пижурин А.А. Основы научных исследований в деревообработке. М. : МГУЛ, 2005. 304 с. EDN QNJGPF.
  24. Schweiger R.G. New cellulose sulfate derivatives and applications // Carbohydrate Research. 1979. Vol. 70. Issue 2. Pp. 185–198. doi: 10.1016/S0008-6215(00)87099-8
  25. Курзин А.В., Евдокимов А.Н., Трифонова А.Д., Курзина О.С. Получение сопряженных жирных кислот таллового масла // Химия растительного сырья. 2011. № 2. С. 183–184. EDN OCQQYR.
  26. Ситникова В.Е., Пономарева А.А., Успенская М.В. Методы термического анализа : учебное пособие. СПб. : ИТМО, 2021. 152 с. EDN SXYAMM.
  27. Дудочкина Е.А., Лямкин Д.И., Черкашин П.А., Жемерикин А.Н. Структурно-механические свойства высоконаполненных полиолефиновых композиций для кабельного заполнения // Успехи в химии и химической технологии. 2013. Т. 27. № 2 (142). С. 126–130. EDN RNJNON.
  28. Скрозников С.В., Лямкин Д.И., Рудаков Г.Ф., Прокофьева И.А., Жемерикин А.Н., Кобец А.В. и др. Особенности эксплуатационных свойств кабельных изделий с полимерным заполнением // Успехи в химии и химической технологии. 2012. Т. 26. № 3 (132). С. 34–37. EDN RCCFSZ.
  29. Аскадский А.А. Количественный анализ влияния химического строения на физические свойства полимеров // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 1995. Т. 37. № 2. С. 332–357.
  30. Notani M.A., Nejad F.M., Fini E.H., Hajikarimi P. Low-Temperature Performance of Toner-Modified Asphalt Binder // Journal of Transportation Engineering, Part B: Pavements. 2019. Vol. 145. Issue 3. P. 04019022. doi: 10.1061/JPEODX.0000123
  31. Sandrasagra J., Ma J., Hesp S.A.M. Understanding the field performance of asphalt binders in continental climates through modulated differential scanning calorimetry // Construction and Building Materials. 2023. Vol. 391. P. 131857. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2023.131857
  32. Ding H., Hesp S.A.M. Another look at the use of modulated differential scanning calorimetry to study thermoreversible aging phenomena in asphalt binders // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 267. P. 121787. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121787
  33. Фролов И.Н., Башкирцева Н.Ю., Зиганшин М.А., Фирсин А.А. Особенности идентификации низкотемпературных термических эффектов на ДСК термограммах битумов // Вестник Технологического университета. 2016. Т. 19. № 18. С. 58–61. EDN WYBRZZ.
  34. Frolov I.N., Firsin A.A., Okhotnikova E.S., Yusupova T.N., Ziganshin M.A. The study of bitumen by differential scanning calorimetry: the interpretation of thermal effects // Petroleum Science and Technology. 2019. Vol. 37. No. 4. Pp. 417–424. doi: 10.1080/10916466.2018.1550499. EDN CQYTWV.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».