Реологические свойства и групповой химический состав окисленного битума в присутствии волокнистых материалов различной структуры

Abstract

The rheological properties of oxidized bitumen in the presence of fibrous materials based on cellulose and chrysotile asbestos used as stabilizing additives in the production of crushed stone-mastic asphalt concrete mixtures have been studied. It has been established that the supramolecular structure of fibers characterizing the interaction between macromolecules largely determines the effectiveness of their structuring action for oxidized bitumen. Thus, the introduction of cellulose fiber leads to an increase in the ability of the bitumen colloidal structure to the simultaneous occurrence of elastic and plastic components of deformation. This is due to the uniform distribution of the fiber in the dispersion medium of bitumen due to the penetration of hydrocarbon components of bitumen into the interfibrillary space of cellulose and the rupture of hydrogen bonds between hydroxyl groups. Тhe presence of strong structural bonds between chrysotile-asbestos macromolecules prevents the formation of strong reinforcing mesh in bitumen oils. As a result, the values of the structural and rheological parameters Pk1, Pk2 and Pm of the bitumen/chrysotile-asbestos composition are 1.5–2 times lower compared to the values for the bitumen/cellulose composition. The results of the study of the group composition and structural-rheological properties of bitumen compositions after heating at T = 163 °C indicate a higher stability of the bitumen-cellulose structure to the processes of thermal oxidative degradation compared to the structure formed in the bitumen/chrysotile-asbestos composition. By the method of thin-layer chromatography, it was found that the concentration of oils in the bitumen/chrysotile-asbestos composition is higher as compared to the bitumen/cellulose composition, indicating that the weakening of rheological properties and thermal stability in the presence of chrysotile-asbestos is not related to the microstructure of its fibers, which, according to some researchers, is prone to selective diffusion of oils into the capillaries of fibrils. Изучены реологические свойства окисленного битума в присутствии волокнистых материалов на основе целлюлозы и хризотил-асбеста, используемых в качестве стабилизирующих добавок при производстве щебеночно-мастичных асфальтобетонных смесей. Установлено, что надмолекулярная структура волокон, характеризующая взаимодействие между макромолекулами, в значительной степени определяет эффективность их структурирующего действия для окисленного битума. Так, введение целлюлозного волокна приводит к повышению способности коллоидной структуры битума к одновременному возникновению упругой и пластической составляющих деформации, что обусловлено равномерным распределением волокна в дисперсионной среде битума вследствие проникновения углеводородных компонентов в межфибриллярное пространство целлюлозы и разрывам водородных связей между гидроксильными группами. В то же время наличие прочных структурных связей между макромолекулами хризотил-асбеста препятствует формированию прочной армирующей сетки в маслах битума и, как следствие, значения структурно-реологических параметров Pk1, Pk2 и Pm композиции битум–хризотил-асбест в 1,5–2 раза ниже по сравнению со значениями для композиции битум/целлюлоза. Результаты исследования группового состава и структурно-реологических свойств битумных композиций после прогрева при Т = 163 °С свидетельствуют о более высокой стабильности битумно-целлюлозной структуры к процессам термоокислительной деструкции по сравнению со структурой, сформированной в присутствии хризотил-асбеста. Методом тонкослойной хроматографии установлено, что концентрация масел в композиции битум–хризотил-асбест выше по сравнению с композицией битум–целлюлоза, свидетельствуя о том, что ослабление реологических свойств и термостабильности в присутствии хризотил-асбеста не связано с особенностями микроструктуры его волокон, склонной, по мнению ряда исследователей, к избирательной диффузии масел в капилляры фибрилл.