Межфазное взаимодействие и усталостные характеристики асфальтовых вяжущих

В диапазоне температуры от 30 до -10^о на реометре динамического сдвига определены реологические характеристики пяти дорожных битумов с различным групповым составом и пенетрацией при 25^оС от 60 до 115х0,1 мм и асфальтовых вяжущих на их основе с объемным содержанием наполнителя (минерального порошка марки МП1) – 0,275 (массовое отношение битум: наполнитель – 1:1). Исследовано влияние температуры и частоты на параметр межфазного взаимодействия K-B-G* и толщину адсорбированного слоя исходных и подвергнутых термоокислительному старению образцов асфальтовых вяжущих. Показано, что во всех образцах K-B-G* уменьшается при понижении температуры и увеличении частоты испытаний. Отмечено уменьшение K-B-G* и толщины адсорбированного слоя в асфальтовых вяжущих после старения в случае использования битумов с коллоидным индексом Гестеля CI=0,46–0,53, определенным как CI=(S+A)(/R+Ar), и стабильность K-B-G* и толщины адсорбированного слоя при использовании битумов с CI=0,61. Не выявлено связи между групповым химическим составом битума и толщиной адсорбированного слоя в несостаренных асфальтовых вяжущих. В состаренных асфальтовых вяжущих большую толщину адсорбированного слоя имеют образцы на основе битумов с более высоким содержанием асфальтенов. Исследованы особенности усталостного поведения битумов и асфальтовых вяжущих в тесте линейной амплитудной развертки. Для состаренных образцов отмечена корреляция между толщиной адсорбированного слоя и углом наклона кривых зависимости максимального напряжения сдвига (τ_max) от комплексного модуля (G*).

Т.В. ДУДАРЕВА, старший научный сотрудник (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
И.А. КРАСОТКИНА, старший научный сотрудник,
В.Н. ГОРБАТОВА, младший научный сотрудник,
И.В. ГОРДЕЕВА, канд. техн. наук, научный сотрудник

Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (119991, г. Москва, ул. Косыгина, 4)

1. Lu Y., Wang L.B. Molecular dynamics simulation to characterize asphalt–aggregate interfaces. In: Ebook Characterization and Behavior of Interfaces. Atlanta, Georgia, USA. 2008, pp. 125–130. https://doi.org/10.3233/978-1-60750-491-7-125
2. Kоролев И.В. Модель строения битумной пленки на минеральных зернах в асфальтобетоне //Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура. 1981. Т. 8. С. 63–67.
2. Korolev I.V. Model of the structure of a bitumen film on mineral grains in asphalt concrete. Izvestiya of the higher educational institutions. Construction and architecture. 1981. Vol. 8, pp. 63–67. (In Russian).
3. Guo M., Tan Y., Yu J., Hou Y., Wang L. A direct characterization of interfacial interaction between asphalt binder and mineral fillers by atomic force microscopy. Materials and Structures. 2017. Vol. 50. 141. https://doi.org/10.1617/s11527-017-1015-9
4. Zhang J., Airey G.D., Grenfell J.R. A. Experimental evaluation of cohesive and adhesive bond strength and fracture energy of bitumen-aggregate systems. Materials and Structures. 2016. Vol. 49, pp. 2653–2667. https://doi.org/10.1617/s11527-015-0674-7
5. Chen H., Bahia H.U. Modelling effects of aging on asphalt binder fatigue using complex modulus and the LAS test. International Journal of Fatigue. 2021. Vol. 146. 106150. https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2021.106150
6. Xu W., Qiu X., Xiao S., Hong H., Wang F., Yuan J. Characteristics and mechanisms of asphalt–filler interactions from a multi-scale perspective. Materials. 2020. Vol. 13. 2744. https://doi.org/10.3390/ma13122744
7. Alfaqawi R.M., Airey G.D., Presti D.Lo., Grenfell J. Effects of mineral fillers on bitumen mastic chemistry and rheology. In book: Transport Infrastructure and Systems. 2017, pp. 359–364. Publisher: proceedings of the Aiit International Congress on Transport Infrastructure and Systems (Tis 2017). Rome, Italy. 10–12 April 2017. https://doi.org/10.1201/9781315281896-48
8. Tanakizadeh A., Shafabakhsh Gh. Viscoelastic characterization of aged asphalt mastics using typical performance grading tests and rheological-micromechanical models. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 188, pp. 88–100. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.08.043
9. Li F., Yang Y. Understanding the temperature and loading frequency effects on physicochemical interaction ability between mineral filler and asphalt binder using molecular dynamic simulation and rheological experiments. Construction and Building Materials. 2020. Vol. 244. 118311. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118311
10. Guo M., Tan Y. Interaction between asphalt and mineral fillers and its correlation to mastics’ viscoelasticity. International Journal of Pavement Engineering. 2019. Vol. 22 (1), pp. 1–10 DOI: 10.1080/10298436.2019.1575379
11. Clopotel C.S., Bahia H. The effect of bitumen polar groups adsorption on mastics properties at low temperatures. Road Materials and Pavement Design. 2013. Vol. 14, pp. 38–51. https://doi.org/10.1080/14680629.2013.774745
12. Chen M., Javilla B., Hong W., Pan C., Riara M., Mo L., Guo M. Rheological and interaction analysis of asphalt binder, mastic and mortar. Materials. 2019. Vol. 12 (1). 128. https://doi.org/10.3390/ma12010128
13. Wu W., Jiang W., Yuan D., Lu R., Shan J., Xiao J., Ogbon A.W. A review of asphalt-filler interaction: mechanisms, evaluation methods, and influencing factors. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 299. 124279. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.124279
14. Palierne J.F. Linear rheology of viscoelastic emulsions with interfacial-tension. Rheologica Acta. 1990. Vol. 29. No. 3, pp. 204–214. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01331356
15. Wang D., Yi J., Feng D. Modelling and laboratory studies on the adhesion fatigue performance for thin-film asphalt and aggregate system. Scientific World Journal. 2014. Vol. 7. 819083. https://doi.org/10.1155/2014/819083
16. Qiu X., Xiao S., Yang Q. et al. Meso-scale analysis on shear failure characteristics of asphalt-aggregate interface. Materials and Structures. 2017. Vol. 50. 209. https://doi.org/10.1617/s11527-017-1075-x
17. Johnson C.M. Estimating asphalt binder fatigue resistance using an accelerated test method. 2010. University of Wisconsin – Madison. Open Dissertations and Theses. 2010. URL: http://digital.library.wisc.edu/1793/46799
18. AASHTO Designation: T391-20. Standard method of test for estimating fatigue resistance of asphalt binders using the linear amplitude sweep. URL: https://uwmarc.wisc.edu/files/linearamplitudesweep/AASHTO%20T391-20.pdf
19. Методика измерений группового химического состава тяжелых нефтепродуктов методом жидкостно-адсорбционной хроматографии с градиентным вытеснением. Уфа, 2014. 18 с.
19. Metodika izmereniy gruppovogo khimicheskogo sostava tyazhelykh nefteproduktov metodom zhidkostno-adsorbtsionnoy khromatografii s gradiyentnym vytesneniyem [Methodology for measuring the group chemical composition of heavy petroleum products using liquid adsorption chromatography with gradient displacement]. Ufa. 2014. 18 p. (In Russian).
20. Gaestel C., Smadja R., Lamminan K.A. Contribution à la connaissance des propriétés des bitumes routiers. Rev. Gé Nérale des Routes Aérodromes. 1971. Vol. 466, pp. 85–97.
21. 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, pp. 42–82. https://doi.org/10.1016/j.cis.2008.08.011
22. Spreadsheet for analysis of linear amplitude sweep Test_V1.57 URL: https://uwmarc.wisc.edu/linear-amplitude-sweep.php