ГИБРИДНАЯ МОДИФИКАЦИЯ БИТУМА ДЛЯ ДОЛГОВЕЧНЫХ И УСТОЙЧИВЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ
https://doi.org/10.53360/2788-7995-2026-1(21)-83
Аннотация
Старение асфальта является критическим фактором, влияющим на долговременные эксплуатационные характеристики и долговечность дорожных покрытий, поскольку оно вызывает сложные химические, реологические и микроструктурные преобразования в битумных вяжущих и асфальтобетонных смесях. Экологические и механические воздействия, включая температуру, воздействие кислорода, ультрафиолетовое излучение, проникновение влаги и транспортные нагрузки, ускоряют процессы окисления, что приводит к увеличению жесткости вяжущего, его охрупчиванию и снижению сопротивления растрескиванию и влагоразрушению. В ответ на возрастающие экологические ограничения и дефицит ресурсов устойчивые материалы, такие как регенерированный асфальтобетон (RAP), био-вяжущие, переработанные полимеры и промышленные побочные продукты, все чаще внедряются в асфальтобетонные смеси; однако их влияние на механизмы старения и долговременную долговечность остается недостаточно изученным. В данном исследовании представлен комплексный обзор литературы, посвященный механизмам старения асфальта, стратегиям модификации с использованием устойчивых материалов и подходам к прогнозированию долговечности. Для классификации и оценки технологий модификации была применена структурированная многоэтапная методология обзора, основанная на критериях эксплуатационной эффективности, экологической устойчивости, экономической целесообразности и применимости в различных климатических и эксплуатационных условиях. В обзоре синтезированы экспериментальные и моделирующие результаты, касающиеся химических процессов старения, эволюции микроструктуры, взаимодействия заполнителя и вяжущего, а также многофизических моделей старения. Предложена интегрированная концептуальная модель, связывающая условия внешнего воздействия, механизмы старения материала, микроструктурные параметры и реологические показатели для поддержки проектирования долговечных и устойчивых дорожных покрытий. Выявлены ключевые научные пробелы и направления дальнейших исследований, включая необходимость разработки усовершенствованных протоколов моделирования старения, многоуровневых методов характеризации и долгосрочной полевой валидации устойчивых модификаторов. Результаты данного обзора создают научную основу для разработки устойчивой и долговечной дорожной инфраструктуры.
Ключевые слова
Об авторах
А. УалихановКазахстан
Асылан Айдинович Уалиханов – докторант кафедры «Химия и экология»
071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А
Б. Нұржан
Казахстан
Нұржан Бекарыс – студент ОП 6В05301 кафедры «Химия и экология»
071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А
А. Сабитова
Казахстан
Альфира Нуржановна Сабитова – PhD, заведующий кафедрой «Химия и экология»
071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А
Ж. Шәріпхан
Казахстан
Жанна Шәріпханқызы Шәріпхан – докторант кафедры «Химия и экология»
071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А
Н. Мухамедияров
Казахстан
Нурлан Мухамедияров – докторант кафедры «Химия и экология»
071412, г. Семей, ул. Глинки, 20 А
Список литературы
1. Engineering bitumen for future asphalt pavements: A review of chemistry, structure and rheology / G. Pipintakos et al // Materials & Design. – 2024. – Vol. 244. – Article 113157. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113157.
2. Performance of hot-mix asphalt using polymer-modified bitumen and marble dust as a filler / D. Khan et al // Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). – 2023. – Vol. 10(3). – P. 385-398. https://doi.org/10.1016/j.jtte.2022.12.002.
3. Haroon W. Effect of low-content crumb rubber modification on the performance of bitumen and asphalt / W. Haroon, N. Ahmad // Engineering Research Express. – 2024. – Vol. 6. – Article 035116. https://doi.org/10.1088/2631-8695/ad7558.
4. Maha M.R.A. Full extraction of asbuton bitumen for binder replacement in warm mix asphalt / M.R.A. Maha, M.K. Idham, M.R. Hainin // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2024. – Vol. 1369. – Article 012026. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1369/1/012026.
5. Optimization of bio asphalt derived from pyrolysis bio oil for bitumen modification / L. Gungat et al // MATEC Web of Conferences. – 2024. – Vol. 397. – Article 02002. https://doi.org/10.1051/matecconf/202439702002.
6. Evaluating the effect of plastomer modified asphalt mixture on high/low temperature performance / R. Ullah et al // Mehran University Research Journal of Engineering and Technology. – 2021. – Vol. 40(3). – P. 680-691. https://doi.org/10.22581/muet1982.2103.20.
7. A review of the use of reclaimed asphalt pavement for road paving applications / A. Milad et al // Jurnal Teknologi. – 2020. – Vol. 82(3). – P. 35-44. https://doi.org/10.11113/jt.v82.14320.
8. Jamshidi A. Evaluation of performance and challenges of use of waste materials in pavement construction: A critical review / A. Jamshidi, G. White // Applied Sciences. – 2020. – Vol. 10. – Article 226. https://doi.org/10.3390/app10010226.
9. Experimental and statistical analysis of bitumen’s field ageing in asphalt pavements / H. Zhang et al // Transportation Research Record. – 2022. – Vol. 2676(7). – P. 495-511. https://doi.org/10.1177/03611981221079823.
10. Energy consumption and environmental impact of rubberized asphalt pavement / T. Wang et al // Journal of Cleaner Production. – 2018. – Vol. 180. – P. 139-158. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.01.086.
11. Riekstins A. Economic and environmental analysis of crumb rubber modified asphalt / A. Riekstins, V. Haritonovs, V. Straupe // Construction and Building Materials. – 2022. – Vol. 335. – Article 127468. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127468.
12. Influence of soft binder and rejuvenator on the mechanical and chemical properties of bituminous binders / G. Jacobs et al // Journal of Cleaner Production. – 2021. – Vol. 287. – Article 125596. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125596.
13. Milad A. A review of the utilisation of recycled waste material as an alternative modifier in asphalt mixtures / A. Milad, A.S.B. Ali, N.I.M. Yusoff // Civil Engineering Journal. – 2020. – Vol. 6 (Special Issue). – P. 42-60. https://doi.org/10.28991/cej-2020-SP(EMCE)-05.
14. Study on the effect of microwave processing on asphalt-rubber / J. Xu et al // Materials. – 2020. – Vol. 13. – Article 411. https://doi.org/10.3390/ma13020411.
15. Gunathilaka S. Using social and economic factors for ranking pavement maintenance and rehabilitation projects / S. Gunathilaka, N. Amarasingha // Asian Transport Studies. – 2020. – Vol. 6. – Article 100026. https://doi.org/10.1016/j.eastsj.2020.100026.
16. Mix design, development, production and policies of recycled hot mix asphalt: A review / A. Sharma et al // Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). – 2022. – Vol. 9(5). – P. 765-794. https://doi.org/10.1016/j.jtte.2022.06.004.
17. Abo El-Naga, I., Ragab, M. Benefits of utilization the recycle polyethylene terephthalate waste plastic materials as a modifier to asphalt mixtures / I. Abo El-Naga, M. Ragab // Construction and Building Materials. – 2019. – Vol. 219. – P. 81-90. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.05.172.
18. Investigation of the internal structure change of two-layer asphalt mixtures during the wheel tracking test based on 2D image analysis / J. Jiang et al // Construction and Building Materials. – 2019. – Vol. 209. – P. 66-76. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.02.156.
19. Zhang R. Evaluation of the cracking and aging susceptibility of asphalt mixtures using viscoelastic properties and master curve parameters / R. Zhang, J.E. Sias, E.V. Dave // Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). – 2022. – Vol. 9(1). – P. 106-119. https://doi.org/10.1016/j.jtte.2020.09.002.
20. Bio-based palm oil as an additive for asphalt binder: Chemical characterization and rheological properties / A.F.J. Uchoa et al // Construction and Building Materials. – 2021. – Vol. 285. – Article 122883. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122883.
21. Preparation process of bio-oil and bio-asphalt, their performance, and the application of bioasphalt: A comprehensive review / H. Wang et al // Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). – 2020. – Vol. 7(2). – P. 137-151. https://doi.org/10.1016/j.jtte.2020.03.002.
22. High-temperature rheological behavior and fatigue performance of lignin modified asphalt binder / J. Gao et al // Construction and Building Materials. – 2020. – Vol. 230. – Article 117063. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.117063.
23. Parametric analysis and field validations of oxidative ageing in asphalt pavements using multiphysics modelling approaches / E.L. Omairey et al // International Journal of Pavement Engineering. – 2023. – Vol. 24(2). – Article 2020267. https://doi.org/10.1080/10298436.2021.2020267.
24. Distribution of mortar film thickness and its relationship to mixture cracking resistance / J. Jiang et al // International Journal of Pavement Engineering. – 2020. – Article. https://doi.org/10.1080/10298436.2020.1774767.
25. Fadhli A. Preservation of roads and bridge using cold paving hot mix Asbuton asphalt mixture (CPHMA) / A. Fadhli, A.R. Meldi // Journal of Scientech Research and Development. – 2022. – Vol. 4(2). – P. 150-158.
26. Mixture-based rheological evaluation tool for cracking in asphalt pavements / C. Ogbo et al // Road Materials and Pavement Design. – 2019. https://doi.org/10.1080/14680629.2019.1592010.
27. Analisis penerapan green building pada bangunan gedung klinik Universitas Pahlawan / H. Adeswastoto et al // Journal of Engineering Science and Technology Management. – 2023. – Vol. 3(1). – P. 37-43.
28. Using biochar to control nitric oxide air pollution / G.O. Mohamed et al // Journal of Physics: Conference Series. – 2022. – Vol. 2305. – Article 012029. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2305/1/012029.
29. Pouranian M.R. A new framework for understanding aggregate structure in asphalt mixtures / M.R. Pouranian, J.E. Haddock // International Journal of Pavement Engineering. – 2019. https://doi.org/10.1080/10298436.2019.1660340.
30. Lin J.T. Microstructure and performance characteristics of cold recycled asphalt mixtures / J.T. Lin, Y. Xiao // In: Eco-efficient Pavement Construction Materials. – 2020. – Elsevier. – P. 51-88. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818981-8.00004-7.
31. Effect of laboratory aging on chemistry and rheology of crumb rubber modified bitumen / H. Wang et al // Materials and Structures. – 2020. – Vol. 53. – Article 26. https://doi.org/10.1617/s11527-020-1451-9.
32. Review of sustainability, pretreatment, and engineering considerations of asphalt modifiers from the industrial solid wastes / M.R.M. Hasan et al // Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). – 2019. – Vol. 6(3). – P. 209-244. https://doi.org/10.1016/j.jtte.2018.08.001.
33. Sustainable lignin to enhance asphalt binder oxidative aging properties and mix properties / S. Arafat et al // Journal of Cleaner Production. – 2019. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.01.238.
34. The impact of bio-oil as rejuvenator for aged asphalt binder / R. Zhang et al // Construction and Building Materials. – 2019. – Vol. 196. – P. 134-143. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.10.168.
35. Characterization of recycled crumb rubber modified binders containing wax warm additives / H.H. Kim et al // Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). – 2018. – Vol. 5(3). – P. 197-206. https://doi.org/10.1016/j.jtte.2017.10.002.
36. Optimization of bio asphalt derived from pyrolysis bio oil for bitumen modification / L. Gungat et al // MATEC Web of Conferences. – 2024. – Vol. 397. – Article 02002. https://doi.org/10.1051/matecconf/202439702002.
37. Investigation on physical, thermal and chemical properties of palm kernel oil polyol bio-based binder as a replacement for bituminous binder / M.Y. Alamawi et al // Construction and Building Materials. – 2019. – Vol. 204. – P. 122-131. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.01.144.
38. Lakawa I. Characteristics of AC-BC asphalt concrete mix using oil asphalt and LGA Asbuton as binders / I. Lakawa, Sulaiman, D.A. Wulandari // International Journal of Management and Education in Human Development. – 2022. – Vol. 2(1). – P. 58-63.
39. Interpreting the effectiveness of antioxidants to increase the resilience of asphalt binders: A global interlaboratory study / D. Adwani et al // Construction and Building Materials. – 2023. – Vol. 366. – Article 130231. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.130231.
40. Chemical and mechanical analysis of field and laboratory aged bitumen / K. Primerano et al // Road Materials and Pavement Design. – 2023. – Vol. 24(Suppl. 1). – P. 160-175. https://doi.org/10.1080/14680629.2023.2180297.
41. Omairey E.L. An equation-based multiphysics modelling framework for oxidative ageing of asphalt pavements / E.L. Omairey, F. Gu, Y. Zhang // Journal of Cleaner Production. – 2020. – Vol. 270. – Article 124401. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124401.
42. Omairey, E.L.S. Multiphysics modelling and mitigation of ageing in asphalt pavements: PhD Thesis. – Birmingham: Aston University, 2021. – 197 p.
43. Proceedings of the 9th International Conference on Maintenance and Rehabilitation of Pavements (MAIREPAV9) / C. Raab et al // Lecture Notes in Civil Engineering. – 2020. – Vol. 76. – Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-48679-2.
44. Evaluation of asphalt-aggregate interaction based on the rheological properties / J. Zhang et al // International Journal of Pavement Engineering. – 2016. https://doi.org/10.1080/10298436.2016.1199868.
45. Investigating bitumen long-term-ageing in the laboratory by spectroscopic analysis of the SARA fractions / J. Mirwald et al // Construction and Building Materials. – 2020. – Vol. 258. – Article 119577. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119577.
46. Karyawan, I.D.M.A. Impact curing time and compaction methods to the performance of hot mix asphalt Asbuton / I.D.M.A. Karyawan // Journal of Physics: Conference Series. – 2022.
47. Oxidative aging of bitumen: a structural and chemical investigation / X. Lu et al // Road Materials and Pavement Design. – 2021. https://doi.org/10.1080/14680629.2021.1871936.
48. Simulation of the field aging of asphalt binders in different reclaimed asphalt pavement materials in Hong Kong through laboratory tests / Y. Qian et al // Construction and Building Materials. – 2020. – Vol. 265. – Article 120651. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.120651.
49. Analysis of rheological properties and aging mechanism of bitumen after short-term and longterm aging / W. Jiang et al // Construction and Building Materials. – 2020. – Article 121777. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.121777.
50. Mirwald J. Recommendations for handling bitumen prior to FTIR spectroscopy / J. Mirwald, D. Nura, B. Hofko // Materials and Structures. – 2022. – Vol. 55. – Article 26. https://doi.org/10.1617/s11527-022-01884-1.
Рецензия
Для цитирования:
Уалиханов А., Нұржан Б., Сабитова А., Шәріпхан Ж., Мухамедияров Н. ГИБРИДНАЯ МОДИФИКАЦИЯ БИТУМА ДЛЯ ДОЛГОВЕЧНЫХ И УСТОЙЧИВЫХ АСФАЛЬТОБЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ. Вестник Университета Шакарима. Серия технические науки. 2026;1(1(21)):788-799. https://doi.org/10.53360/2788-7995-2026-1(21)-83
For citation:
Ualikhanov A., Nurzhan B., Sabitova A., Sharipkhan Z., Mukhamediyarov N. HYBRID MODIFICATION OF BITUMEN FOR DURABLE AND SUSTAINABLE ASPHALT PAVEMENTS. Bulletin of Shakarim University. Technical Sciences. 2026;1(1(21)):788-799. https://doi.org/10.53360/2788-7995-2026-1(21)-83
JATS XML















