БИТУМДЫ ГИБРИДТІ МОДИФИКАЦИЯЛАУ: ҰЗАҚ МЕРЗІМДІ ЖӘНЕ ТҰРАҚТЫ АСФАЛЬТБЕТОН ЖАБЫНДАРЫ ҮШІН

Асфальттың қартаюы жол жабынының ұзақ мерзімді пайдалану сипаттамалары мен беріктігіне әсер ететін негізгі фактор болып табылады, өйткені ол битумды байланыстырғыштар мен асфальтобетон қоспаларында күрделі химиялық, реологиялық және микроструктуралық өзгерістерге әкеледі. Температура, оттегінің әсері, ультракүлгін сәулелену, ылғалдың енуі және көлік жүктемелері сияқты экологиялық және механикалық факторлар тотығу процестерін жеделдетіп, байланыстырғыштың қаттылығының артуына, морттанып кетуіне және жарықшақтарға және ылғал әсерінен бұзылуға төзімділіктің төмендеуіне әкеледі. Қоршаған ортаға қойылатын талаптардың күшеюіне және ресурстардың шектелуіне байланысты регенерацияланған асфальтобетон (RAP), био-негізді байланыстырғыштар, қайта өңделген полимерлер және өнеркәсіптік қалдық өнімдер сияқты тұрақты материалдар асфальтобетон қоспаларына кеңінен енгізілуде; алайда олардың қартаю механизмдеріне және ұзақ мерзімді беріктікке әсері әлі толық зерттелмеген.Бұл зерттеуде асфальттың қартаю механизмдері, тұрақты материалдармен модификациялау стратегиялары және беріктікті болжау тәсілдері бойынша әдебиеттерге кешенді шолу ұсынылған. Модификациялау технологияларын жіктеу және бағалау үшін пайдалану тиімділігі, экологиялық тұрақтылық, экономикалық тиімділік және әртүрлі климаттық және пайдалану жағдайларында қолдану мүмкіндігі критерийлеріне негізделген құрылымдалған көпсатылы шолу әдістемесі қолданылды. Шолуда химиялық қартаю процестері, микроструктураның эволюциясы, толтырғыш пен байланыстырғыштың өзара әрекеттесуі және көпфизикалық қартаю модельдері бойынша эксперименттік және модельдеу нәтижелері синтезделді. Қоршаған орта әсері жағдайларын, материалдың қартаю механизмдерін, микроструктуралық параметрлерді және реологиялық көрсеткіштерді байланыстыратын интеграцияланған тұжырымдамалық модель ұсынылды, ол берік және тұрақты жол жабындарын жобалауды қолдауға арналған. Қартаюды модельдеудің жетілдірілген протоколдарын әзірлеу, көпдеңгейлі сипаттау әдістері және тұрақты модификаторларды ұзақ мерзімді далалық валидациялау қажеттілігі сияқты негізгі ғылыми олқылықтар мен болашақ зерттеу бағыттары анықталды. Осы шолудың нәтижелері тұрақты және ұзақ мерзімді жол инфрақұрылымын дамыту үшін ғылыми негіз болып табылады.

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.