ВПЛИВ ПРИСАДОК НА ВЛАСТИВОСТІ НАФТОВИХ БІТУМІВ: ОГЛЯД СУЧАСНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-5364.2025.4.05Ключові слова:
бітуми, присадки, полімерні модифікатори, поверхнево-активні речовини, антиоксиданти, пластифікатори, наноматеріали, біополімери, вторинна сировина, асфальтобетон, довговічність покриттяАнотація
Стаття присвячена систематичному огляду сучасних підходів до модифікації нафтових бітумів різними класами присадок з метою підвищення довговічності та надійності дорожніх покриттів (УДК 665.775:66.095.26). Розглянуто класифікацію та функціональне призначення основних груп добавок: полімерні модифікатори (СБС, ЕВА, ПЕ), поверхнево-активні речовини (ПАР), антиоксиданти, пластифікатори, а також технологічні антипінні та антифрикційні агенти. Окрему увагу приділено інноваційним трендам — наноматеріалам (наноглина, графен) та використанню біополімерів і вторинної сировини.
Показано, що полімерні присадки формують у в’яжучому просторову сітку, яка одночасно підвищує температурну стійкість, еластичність і тріщиностійкість без істотних змін стандартних температурних режимів приготування сумішей. Для ПАР наведено експериментальні дані про зростання адгезії бітуммінеральний матеріал за малих дозувань (0,2–0,4 %), стабілізацію в’язкості та стримування термоокиснювального старіння. Антиоксиданти продемонстрували зниження критичної температури жорсткості після RTFOT/PAV, покращення параметрів опору колієутворенню та водочутливості (зростання TSR), що підтверджує їхню ефективність у зниженні швидкості деградації в’яжучого. Пластифікатори (ТСО, вакуумний газойль, технічні масла та рецикляти) забезпечують зменшення в’язкості та зниження температур укладання (на 10–15 °C за дозувань 5–15 %), за умови сумісності з колоїдною структурою бітуму.
Розділ про механізми дії зіставляє фізичну модифікацію (розподіл, диспергування, зниження міжфазної напруги) з хімічними взаємодіями (зв’язування радикалів антиоксидантами, утворення міцних зв’язків ПАР з полярними фрагментами асфальтенів, можливе часткове зшивання полімерів). Методичний блок охоплює ключові випробування: пенетрацію, температуру розм’якшення (кільцекуля), в’язкість (Brookfield, DSR), старіння (RTFOT/PAV), а також тести сумішей (Marshall, ITS, Hamburg), і містить приклад графічної залежності «вміст СБС — температура розм’якшення».
У блоці «Сучасні тренди» узагальнено результати новітніх досліджень щодо наноглини та графенових нанопластин (підвищення G*, опір колієутворенню, покращення втомної витривалості), а також застосування біополімерів і вторинної сировини як шляху до зменшення вуглецевого сліду та вартості матеріалів. Завершальні висновки підкреслюють доцільність багатокомпонентної модифікації та необхідність стандартизації сумісності інноваційних присадок із рециклованими компонентами.
Посилання
Kovalchuk V. I., Polishchuk Yu. O. Vplyv poverkhnevo-aktyvnykh rechovyn na adheziini vlastyvosti dorozhnikh bitumiv. Avtoshliakhovyk Ukrainy. 2018. № 2. P. 28–33. URL: https://nidi.org.ua/ files/ upload/Avtoshliakhovyk% 20%20Ukrainy%20 _2018%20№%.
Dessouky S., Ilias M., Park D.W., Kim I. T. Influence of antioxidant-enhanced polymers in bitumen rheology and bituminous concrete mixtures mechanical performance. Advances in Materials Science and Engineering. Vol. 2015. Iss.1. ID статті 214585. 9 p. DOI: https://doi.org/10.1155/2015/214585.
Al-Hadidy A. I., Yi-Qiu T., Al-Mashakbeh A. Effects of used lubricating oil and crumb rubber on properties of asphalt binder. Construction and Building Materials. 2017. No. 152. P. 891–902.
Halkin A. V., Pyrih Ya. I. Ohliad bitumnykh viazhuchykh, shcho vykorystovuiutsia v Ukraini. Dorohy i mosty. 2021. №. 23. P. 60–75.
Li Y., Jiang G., Yan S., Feng J., Li D. Performance and mechanism of high-viscosity and high-elasticity bitumen (HVE-MB) modified with five additives. Sustainability. 2023. No. 15(19), P. 14089.
Arabani M., Mirabdolazimi S. M., Hamedi G. H. Sustainable asphalt pavements with nanoclay: Laboratory evaluation of fatigue and rutting performance. Sustainability. 2020. No. 12(19). P. 8044.
Yusoff N. I. M., Bakar W. A., Hainin M. R., Airey G. D. Evaluation of the effects of graphene-nanoplatelets on the rutting, fatigue performance, and moisture sensitivity of hot-mix asphalt. Construction and Building Materials. 2023. No. 392. P. 131918.
Pérez I., Pasandín A. R., Pais J. C., Pereira P. A. A. Use of lignin biopolymer from industrial waste as bitumen extender for asphalt mixtures. 2019.
Saudy M., Guirguis M., Saeed A., Elshenawy A., Elkaramany F., Dawoud N., Darwish M., AbouZeid M. Crumb rubber (CR) and low-density polyethylene (LDPE)- modified asphalt pavement assessment: A mechanical, environmental, and life cycle cost analysis study. Sustainability. 2025. No. 17(13). P. 5785.
Werkovits C., Pahnke M., Mirwald J., Schirp C. Chemical changes in polymer-modified bitumen during natural and laboratory ageing: A combined analytical study. Fuel. 2025. No. 380. P. 127466. DOI: https://doi.org/ 10.1016/ j.fuel. 2024.127466.
Guo Y., Li H., Wang L., Zhang J. Synergistic effect of graphene oxide and polyurethane on the rheological properties and aging resistance of asphalt binder. Scientific Reports. 2025. No. 15. P. 4567. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-86078-9.
Almusawi A. A., Mohammed A. H., Hameed A. A., Kadhim A. Multi-component modification of asphalt binders using SBS, animal bone powder and waste cooking oil. Buildings. 2025. No. 15(3). P. 306. DOI: https://doi.org/ 10.3390/ buildings15030306.
Almashaqbeh H. A., Qasem R., Al-Mistarehi A. H. Effect of graphene nanoplatelet size on high-temperature performance of asphalt binder. Materials and Structures. 2024. No. 57. P. 302. DOI: https://doi.org/10.1617/s11527-024-02302-4.
Wang Y., Liu Z., Chen H., Zhang P. Storage stability and rutting resistance of SBR/graphene modified asphalt binders. International Journal of Pavement Engineering. 2025. Advance online publication. DOI: https://doi.org/10.1080/ 14680629.2025.2523397.
