Investigation of the process of modification of petroleum road bitumen by maleic anhydride

Abstract

Вивчено можливість модифікації окисненого нафтового бітуму 70/100 виробництва ВАТ “Укртатнафта” (м. Кременчук, Україна) малеїновим ангідридом. Детально досліджено фізико-механічні властивості бітуму 70/100 виробництва ВАТ “Укртатнафта”. Наведено технологічні особливості та приладдя для модифікації бітуму малеїновим ангідридом у лабораторних умовах. Досліджено вплив кількості малеїнового ангідриду, тривалості процесу та температури на основні фізико-механічні характеристики модифікованого бітуму. Встановлено оптимальну кількість введення малеїнового ангідриду до бітуму. Встановлено, що 2 мас. % малеїнового ангідриду дає змогу збільшити температуру розм’якшеності модифікованого бітуму (із 46 °С до 52 °С) також зростає зчеплюваність із щебенем (з 2,5 бала до 4,5 балів) та змінюється глибина проникнення голки (пенетрація). Достатній час для модифікації бітуму за допомогою малеїнового ангідриду становив 30 хв. Визначили термостійкість бітуму модифікованого малеїновим ангідритом за температури модифікації 130 °С та 170 °С та вихідного бітуму 70/100 виробництва ВАТ “Укртатнафта” за методом визначення опору до твердіння під впливом теплоти та повітря (RTFOT). Встановлено, що структура зразка бітуму з малеїновим ангідридом, який був модифікований за температури 130 °С, руйнується за нагрівання зі значним зниженням теплостійкості. Для отримання модифікованого бітуму малеїновим ангідридом оптимальною температурою модифікації є 130 °С. Збільшення температури модифікації негативно впливає на кінцеві фізико-механічні показники в’язкого. Висунуто припущення, що за додавання малеїнового ангідриду до вихідного бітуму 70/100 виробництва ВАТ “Укртатнафта” відбувається не фізична модифікація бітуму, а хімічна.The possibility of modification of oxidized petroleum bitumen 70/100 produced by JSC “Ukrtatnafta” (Kremenchuk, Ukraine) with maleic anhydride was studied. The influence of maleic anhydride amount, process duration, and temperature on the main physical and mechanical characteristics of modified bitumen was studied. The optimal amount of maleic anhydride introduction to bitumen was established. It is found that 2 wt. % maleic anhydride allows to increase the softening temperature of the modified bitumen (from 46 °C to 52 °C). Adhesion to crushed stone also increases (from 2.5 points to 4.5 points) and other indicators improve. Sufficient time to modify the bitumen with maleic anhydride was 30 minutes. The optimum modification temperature for obtaining the modified bitumen with maleic anhydride is 130 °C. Increasing the temperature of the modification has a negative effect on the final physical and mechanical properties of the binder.