Анализ структуры битумно-полимерных композитов по данным ИК-спектроскопии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Обоснование. Использование битумно-полимерных композитов является актуальным направлением для улучшения эксплуатационных характеристик битумных материалов в дорожном строительстве. Изучение структуры и механизмов взаимодействия компонентов в таких композициях позволяет оптимизировать составы и повысить качество конечного продукта.

Цель. Целью работы является исследование структуры и характера взаимодействия компонентов битумно-полимерных композитов на основе битума, полипропилена и тяжёлых нефтяных остатков с использованием метода инфракрасной (далее – ИК) спектроскопии.

Материалы и методы. В исследовании использовали метод ИК-спектроскопии для анализа структурных изменений в композитах. Изучались спектры исходных компонентов (битума, полипропилена, тяжёлых нефтяных остатков) и модифицированного битума. Проводили сравнительный анализ положения и интенсивности характеристических полос поглощения, соответствующих основным функциональным группам.

Результаты. Установлено, что при введении полипропилена происходят изменения в спектрах поглощения битума, особенно в области валентных колебаний углерод-водородных и углерод-кислородных связей. Это свидетельствует о структурных преобразованиях и перераспределении молекулярных взаимодействий в системе. Дополнительное введение тяжёлых нефтяных остатков усиливает эти эффекты, приводя к изменению физических характеристик композита, в частности, увеличению температуры размягчения и снижению пенетрации. Показано, что степень взаимодействия компонентов зависит от концентрации полимера и условий модификации.

Заключение. Полученные результаты раскрывают механизмы структурообразования и взаимодействия компонентов в битумно-полимерных композитах, обеспечивая научную основу для оптимизации рецептур модифицированных битумов. Работа способствует развитию методов исследования и расширению применения битумных материалов в строительной и дорожной индустрии.

Об авторах

Гайни Жумагалиевна Сейтенова

Ассоциация производителей и потребителей нефтегазохимической продукции

Email: gainiseitenova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6202-3951

канд. хим. наук

Казахстан, г. Астана

Аяжан Галымкызы Сыздык

Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

Email: ayazhanka.syzdyk@gmail.com
ORCID iD: 0009-0007-4435-0976
Казахстан, г. Астана

Асель Ермековна Джексембаева

Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева

Email: dzhexembayeva_aye@enu.kz
ORCID iD: 0009-0009-6153-9580

PhD

Казахстан, г. Астана

Ризагуль Муслимовна Дюсова

Торайгыров Университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: rizagul.dyussova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3083-5255

кандидат технических наук

Казахстан, г. Павлодар

Список литературы

  1. Weigel S, Stephan D. Bitumen Characterization with Fourier Transform Infrared Spectroscopy and Multivariate Evaluation: Prediction of Various Physical and Chemical Parameters. Energy & Fuels. 2018;32(10):10437–10442. doi: 10.1021/acs.energyfuels.8b02096.
  2. Ma L, Varveri A, Jing R, Erkens S. Chemical characterisation of bitumen type and ageing state based on FTIR spectroscopy and discriminant analysis integrated with variable selection methods. Road Materials and Pavement Design. 2023;24:506–520. doi: 10.1080/14680629.2023.2181008.
  3. Xing C, Liu L, Li M. Chemical Composition and Aging Characteristics of Linear SBS Modified Asphalt Binders. Energy & Fuels. 2020;34(4):4194–4200. doi: 10.1021/acs.energyfuels.9b04523.
  4. Werkovits S, Bacher M, Theiner J, et al. Multi-spectroscopic characterization of bitumen and its polarity-based fractions. Construction and Building Materials. 2022;352:128992. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128992.
  5. Yadykova AY, Strelets LA, Ilyin SO. Infrared Spectral Classification of Natural Bitumens for Their Rheological and Thermophysical Characterization. Molecules. 2023;28(5):2065. doi: 10.3390/molecules28052065.
  6. Olabemiwo OM, Esan AO, Bakare HO, Agunbiade FO. Polymer modified-natural bitumen thermal aging resistance studies. International Journal of Pavement Engineering. 2019;20(10):1207–1215. doi: 10.1080/10298436.2017.1394102.
  7. Fini EH, Hosseinnezhad S, Oldham DJ, Sharma BK. Investigating the effectiveness of liquid rubber as a modifier for asphalt binder. Road Materials and Pavement Design. 2016;17(4):825–840. doi: 10.1080/14680629.2015.1124800.
  8. Marafi A, Albazzaz H, Rana MS. Hydroprocessing of heavy residual oil: Opportunities and challenges. Catalysis Today. 2019;329(1):125–134. doi: 10.1016/j.cattod.2018.10.067.
  9. Zofka A, Maliszewska D, Maliszewski M, Boratyński J. Application of FTIR ATR method to examine the polymer content in the modified bitumen and to assess susceptibility of bitumen to ageing. Roads and Bridges. 2015;14(3):163–174. doi: 10.7409/rabdim.015.011.
  10. Muraza O, Galadima A. Aquathermolysis of heavy oil: A review and perspective on catalyst development. Fuel. 2015;157(1):219–231. doi: 10.1016/j.fuel.2015.04.065.
  11. Belyaev PS, Frolov VA, Belyaev VP, et al. Petroleum bitumen and polymer-bitumen binders: Current state and Russian specifics. Review. Oil and Gas Engineering. 2021;2412(1):060001. doi: 10.1063/5.0075420.
  12. Kayukova GP, Vakhin AV, Mikhailova AN, et al. Road bitumen’s based on the vacuum residue of heavy oil and natural asphaltite: Part I – chemical composition. Petroleum Science and Technology. 2017;35(16):1680–1686. doi: 10.1080/10916466.2017.1356852.
  13. Primerano K, Mirwald J, Lohninger J, Hofko B. Characterization of long-term aged bitumen with FTIR spectroscopy and multivariate analysis methods. Construction and Building Materials. 2023;409:133956. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2023.133956.
  14. Elwardany M, Habbouche J, Andriescu A, et al. Comprehensive performance evaluation of high polymer-modified asphalt binders beyond linear viscoelastic rheological surrogates. Construction and Building Materials. 2022;351:128902. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2022.128902.
  15. Luo S, Tian J, Liu Z, et al. Rapid determination of styrene-butadiene-styrene (SBS) content in modified asphalt based on Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer and linear regression analysis. Measurement. 2020;151:107204. doi: 10.1016/j.measurement.2019.107204.
  16. Lim CS, Jang DS, Yu SM, Lee JJ. Analysis of the Properties of Modified Asphalt Binder by FTIR Method. Materials. 2022;15(16):5743. doi: 10.3390/ma15165743.
  17. Sun G, Li B, Sun D, et al. Chemo-rheological and morphology evolution of polymer modified bitumens under thermal oxidative and all-weather aging. Fuel. 2021;285:118989. doi: 10.1016/j.fuel.2020.118989.
  18. Yang Q, Lin J, Wang X, et al. A review of polymer-modified asphalt binder: Modification mechanisms and mechanical properties. Cleaner Materials. 2024;12:100255. doi: 10.1016/j.clema.2024.100255.
  19. Weigel S, Stephan D. The prediction of bitumen properties based on FTIR and multivariate analysis methods. Fuel. 2017;208:655–661. doi: 10.1016/j.fuel.2017.07.048.
  20. Xu M, Zhang Y, Zhao P, Liu C. Study on aging behavior and prediction of SBS modified asphalt with various contents based on PCA and PLS analysis. Construction and Building Materials. 2020;265:120732. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120732.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рисунок 1. ИК-спектры битума, тяжёлого нефтяного остатка и вторичного полипропилена

Скачать (145KB)
Метаданные
3. Рисунок 2. ИК-спектры битумно-полимерных композитов с разными массовыми соотношениями битума и полимера

Скачать (121KB)
Метаданные
4. Рисунок 3. ИК-спектры битумно-полимерных композитов с различным содержанием битума, полимера и тяжёлого нефтяного остатка

Скачать (51KB)
Метаданные

© Сейтенова Г.Ж., Сыздык А.Г., Джексембаева А.Е., Дюсова Р.М., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

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».