Published since 1923
DOI: 10.33622/0869-7019
Russian Science Citation Index (RSCI) на платформе Web of Science


  • BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS
  • Development Of A Stable Rubber Modified Bitumen Binder Resistant To Thermal-Oxidative Aging Processes
  • UDC 691.16
    doi: 10.33622/0869-7019.2025.09.35-44
    Svetlana Yu. OBUKHOVA1, shehovtsovasyu@mgsu.ru
    Angelina O. BUDKINA1, angelina-line@yandex.ru
    Evgeny V. KOROLEV2, korolev@nocnt.ru
    Vitaly A. GLADKIKH1, gladkikhva@mgsu.ru
    1 National Research Moscow State University of Civil Engineering, Yaroslavskoye shosse, 26, Moscow 129337, Russian Federation
    2 St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, ul. 2-ya Krasnoarmeyskaya, 4, St. Petersburg 190005, Russian Federation
    Abstract. Improving the operational reliability and stability of rubber-bitumen binders remains an urgent task in the context of the transition to resource-saving technologies of road construction as an element of the closed-cycle economy. This paper presents the results of the development of a stable rubber-bitumen binder resistant to thermal and oxidative aging. A modified rubber obtained by rolling in a fuel oil medium at a temperature of 150 ° C was used as a modifier, which ensures the production of a homogeneous thermoplastic film. The additional introduction of a mixture of used vegetable oils into the binder contributed to the compatibility of the phases and the formation of a stable dispersed system. Regulated parameters were used to assess the uniformity and stability of the binder: changes in softening temperature, penetration after prolonged thermal and oxidative aging, uniformity and delamination. Adequate experimental and statistical (regression) models have been obtained that establish the dependence of stability indicators on prescription factors, using which, according to the criteria of stratification and thermal instability, optimal ranges of variation of rubber-bitumen binder components have been established. The results obtained demonstrate the prospects of the developed approach for creating stable and resource-saving rubber bitumen compositions.
    Keywords: rubber crumb, rubber-bitumen binder, quality, stability, aging
  • REFERENCES
    1. Gureev A. A., Tyukilina P. M., Nguen T. T. I. On the problems of production and consumption of petroleum road binders in the Russian Federation. Trudy RGU nefti i gaza im. I. M. Gubkina, 2018, no. 1, pp. 110-128. (In Russ.).
    2. Solomentsev A. B. Classification and nomenclature of modifying additives for bitumen. Nauka i tekhnika v dorozhnoy otrasli, 2008, no. 1, pp. 14-16. (In Russ.).
    3. Gureev A. A., Chernysheva E. A., Konovalov A. A., Kozhevnikova Yu. V. Proizvodstvo neftyanykh bitumov [Production of petroleum bitumen.]. Moscow, RGU nefti i gaza im. I. M. Gubkina Publ., 2007. 103 p. (In Russ.).
    4. Pat. No. 2130954 Russian Federation. Adhesive additive for bitumen with multifunctional action / Krut' V. V., Solomentsev A. B. et al. Publ. 27.05.1999. 7 p. (In Russ.).
    5. Kolysheva E. O., Evdokimova N. G., Gaynanova R. N., Nigmatullin V. F. Petroleum bitumens with surface-active additives obtained on the basis of low-molecular polyethylene. Tezisy dokladov mezhvuzovskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii studentov, aspirantov i molodykh uchenykh [Abstracts of the interuniversity scientific and technical conference of students, postgraduates and young scientists]. Ufa, UGNTU Publ., 2012, pp. 23-25. (In Russ.).
    6. Kortyanovich K. V., Evdokimova N. G., Zhirnov B. S. Dielectric constant as an indicator characterizing the adhesive properties of bitumen. Neftegazovoe delo, 2006, no. 2, pp. 35. (In Russ.).
    7. Yang Q., Lin J., Wang X. et al. A review of polymer-modified asphalt binder: Modification mechanisms and mechanical properties [Обзор полимерно-модифицированного асфальтобетонного вяжущего: механизмы модификации и механические свойства]. Cleaner Materials, 2024, no. 12, p. 100255. doi: 10.1016/j.clema.2024.100255
    8. Behnood A., Gharehveran M. M. Morphology, rheology, and physical properties of polymer-modified asphalt binders [Морфология, реология и физические свойства полимерно-модифицированных асфальтобетонных вяжущих]. European Polymer Journal, 2019, no. 112, pp. 766-791. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2018.10.049
    9. Obukhova S. Yu., Karpunina A. O., Korolev E. V. Status and prospects of using rubber-containing waste in road construction. Regional'naya arkhitektura i stroitel'stvo, 2023, no. 1(54), pp. 15-27. (In Russ.). doi: 10.54734/20722958_2023_1_15
    10. Shekhovtsova S. Yu., Bezverkhova E. O. Tire industry waste for road construction. Stroitel'noe materialovedenie: nastoyashchee i budushchee. Sbornik materialov I Vserossiyskoy nauchnoy konferentsii, posvyashchennoy 90-letiyu Yu. M. Bazhenova [Construction materials science: present and future : collection of materials of the First All-Russian Scientific Conference dedicated to the 90th anniversary of Yuri Bazhenov (Moscow, October 1-2, 2020)]. Moscow, NIU MGSU Publ., 2020, pp. 300-304. (In Russ.).
    11. Irfan M., Ali Y., Ahmed S., Hafeez I. Performance evaluation of crumb rubber-modified asphalt mixtures based on laboratory and field Investigations [Оценка эксплуатационных характеристик асфальтобетонных смесей, модифицированных резиновой крошкой, на основе лабораторных и полевых исследований]. Arab. Journal Sci. Eng., 2018, no. 43, pp. 1795-1806. doi: 10.1007/s13369-017-2729-2
    12. Li H., Jiang H., Zhang W. et al. Laboratory and field investigation of the feasibility of crumb rubber waste application to improve the flexibility of anti-rutting performance of asphalt pavement [Лабораторные и полевые исследования возможности применения резиновой крошки для повышения эластичности и противоколейных свойств асфальтового покрытия]. Materials, 2018, no. 11(9), p. 1738. doi: 10.3390/ma11091738
    13. Poovaneshvaran S., Hasan M. R. M., Jaya R.P. Impacts of recycled crumb rubber powder and natural rubber latex on the modified asphalt rheological behaviour, bonding, and resistance to shear [Влияние переработанной резиновой крошки и натурального каучукового латекса на реологические свойства модифицированного асфальта, его сцепление и сопротивление сдвигу]. Construction and Building Material, 2020, no. 234, p. 117357. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.117357
    14. Wang T., Xiao F., Amirkhanian S. et al. A review on low temperature performances of rubberized asphalt materials [Обзор низкотемпературных свойств резинобитумных материалов]. Construction and Building Materials, 2017, vol. 145, pp. 483-505. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.04.031
    15. Singh D., Das A. K., Habal А., Bhonsle S. Effectiveness of hydrated lime filler on fracture and cracking properties of polymer and crumb rubber-modified asphalt mastics [Влияние гашеной извести на свойства разрушения и растрескивания полимерных и модифицированных резиновой крошкой асфальтовых мастик]. Advances in Civil Engineering Materials, 2021, vol. 10, pp. 107-121. doi: 10.1520/ACEM20200051
    16. Wang T., Xiao F., Zhu Х. Et al. Energy consumption and environmental impact of rubberized asphalt pavement [Энергопотребление и воздействие резиноасфальтового покрытия на окружающую среду]. Journal Cleaner Prod., 2018, vol. 180, pp. 139-158. doi: 10.1016/j.jclepro.2018.01.086
    17. Obukhova S. Yu., Budkina A. O., Korolev E. V. Features of structure formation of modified binder in the presence of crumb rubber. Part 1. Compatibility of crumb rubber with hydrocarbon plasticizers. Regional'naya arkhitektura i stroitel'stvo, 2024, no. 1(58), pp. 24-32. (In Russ.). doi: 10.54734/20722958_2024_1_24
    18. Hu K., Yu С., Chen Y. et al. Multiscale mechanisms of asphalt performance enhancement by crumbed waste tire rubber: Insight from molecular dynamics simulation [Многофункциональные механизмы улучшения характеристик асфальта с помощью измельченной резины из шин: выводы из моделирования молекулярной динамики]. Journal of Molecular Modeling, 2021, vol. 27(6), pp. 170. doi: 10.1007/s00894-021-04786-1
    19. Mashaan N. S., Ali A. H., Karim M. R., Abdelaziz M. A review on using crumb rubber in reinforcement of asphalt pavement [Обзор использования резиновой крошки для армирования асфальтобетонных покрытий]. The Scientific World Journal, 2014, pp. 214612. doi: 10.1155/2014/214612
    20. Khan A. F. S. A. R., Tabassum N. Enhancing pavement performance and economy through crumb rubber modified bitumen: a sustainable engineering approach [Повышение эффективности и экономичности дорожного покрытия с помощью модифицированного битума с резиновой крошкой: устойчивый инженерный подход]. Smart and Green Materials, 2025, vol. 2, no. 1, pp. 47-61. doi: 10.70028/sgm.v2i1.39
    21. Presti D.L. Recycled tyre rubber modified bitumens for road asphalt mixtures: a literature review [Битумы, модифицированные переработанной шинной резиной для дорожных асфальтобетонных смесей: обзор литературы]. Construction and Building Materials, 2013, vol. 49, pp. 863-881. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2013.09.007
    22. Karakurt C. Microstructure properties of waste tire rubber composites: an overview [Микроструктурные свойства резиновых композитов из отработанных шин: обзор]. Journal of Material Cycles and Waste Management, 2015, vol. 17, pp. 422-433. doi: 10.1007/s10163-014-0263-9
    23. Wang H., Liu Х., Erkens S., Skarpas А. Experimental characterization of storage stability of crumb rubber modified bitumen with warm-mix additives [Экспериментальная характеристика стабильности при хранении битума, модифицированного резиновой крошкой, с добавками для теплой смеси]. Construction and Building Materials, 2020, vol. 249, p. 118840. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118840
    24. Li J., Xiao Х., Chen Z. et al. Internal de-crosslinking of scrap tire crumb rubber to improve compatibility of rubberized asphalt [Внутреннее разрушение резиновой крошки из шинных отходов для улучшения совместимости с асфальтовым вяжущим]. Sustainable Materials and Technologies, 2022, vol. 32, e00417. doi: 10.1016/j.susmat.2022.e00417
    25. Ma T., Wang Н., He L. et al. Property characterization of asphalt binders and mixtures modified by different crumb rubbers [Характеристика свойств асфальтобетонных вяжущих и смесей, модифицированных различными видами резиновой крошки]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2017, vol. 29, no. 7, p. 04017036. doi: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001890
    26. Hallmark-Haack B. L., Hernandez N. B., Williams R. C., Cochran E. W. Ground tire rubber modification for improved asphalt storage stability [Модификация шинной резины для повышения стабильности битума при хранении]. Energy & Fuels, 2019, vol. 33(4), pp. 2659-2664.
    27. Li H., Li W. , Temitope А. А. et al. Analysis of the influence of production method, crumb rubber content and stabilizer on the performance of asphalt rubber [Анализ влияния способа производства, содержания резиновой крошки и стабилизатора на эксплуатационные характеристики резины для вяжущего]. Applied Sciences, 2020, vol. 10(16), p. 5447. doi: 10.3390/app10165447
    28. Zhang H., Zhang Y., Chen J. et al. Effect of activation modes on the property characterization of crumb rubber powder from waste tires and performance analysis of activated rubber-modified asphalt binder [Влияние режимов активации на характеристики свойств резиновой крошки из изношенных шин и анализ эксплуатационных характеристик битумного вяжущего, модифицированного активированной резиной]. Polymers, 2022, vol. 14(12), p. 2490. doi: 10.3390/polym14122490
    29. Liang M., Ren S., Fan W. et al. Characterization of fume composition and rheological properties of asphalt with crumb rubber activated by microwave and TOR [Характеристика парового состава и реологических свойств асфальта с резиновой крошкой, активированной микроволнами и TOR]. Construction and Building Materials, 2017, vol. 154, pp. 310-322. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.07.199
    30. Yang X., Shen A., Li B. et al. Effect of microwave-activated crumb rubber on reaction mechanism, rheological properties, thermal stability, and released volatiles of asphalt binder [Влияние активированной микроволнами резиновой крошки на механизм реакции, реологические свойства, термическую стабильность и выделение летучих веществ битумного вяжущего]. Journal of Cleaner Production, 2020, vol. 248, p. 119230. doi: 10.1016/j.jclepro.2019.119230
    31. Zhang H., Zhang Y., Chen J. et al. Effect of desulfurization process variables on the properties of crumb rubber modified asphalt [Влияние параметров процесса десульфуризации на свойства асфальтобетона, модифицированного резиновой крошкой]. Polymers, 2022, vol. 14, no. 7, p. 1365. doi: 10.3390/polym14071365
    32. Zhang H., Khan S., Zhang L. et al. The effect of wax structures and chemical activated scrap rubber on performance of warm rubberized bitumen: insights from model wax compounds [Влияние восковых структур и химически активированных резиновых отходов на эксплуатационные характеристики теплого прорезиненного битума: выводы из модельных восковых составов]. Fuel, 2025, vol. 402, p. 136034. doi: 10.1016/j.fuel.2025.136034
    33. Gong Y., Wu S., Zhang Y. et al. Investigation of the high-temperature and rheological properties for asphalt sealant modified by SBS and rubber crumb [Исследование высокотемпературных и реологических свойств асфальтового герметика, модифицированного СБС и резиновой крошкой]. Polymers, 2022, vol. 14, no. 13, p. 2558. doi:10.3390/polym14132558
    34. Laftah W. A., Abdulrahman W. A. W. A Comprehensive review of tire recycling technologies and applications [Комплексный обзор технологий переработки и применения шин]. Materials Advances, 2025. doi: 10.1039/D5MA00463B
    35. Xu O., Li M., Han S. et al. Effect of diesel and microwave on the properties of crumb rubber and its modified binders [Влияние дизельного топлива и микроволн на свойства резиновой крошки и модифицированных ею вяжущих]. Construction and Building Materials, 2021, vol. 271, p. 121580. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121580
    36. Chen Y., Hu K., Chen Y., Zhang T., Zhang W. Preparation and modification mechanism study of microwave-treated crumb rubber and waste engine oil-modified asphalt [Исследование механизма приготовления и модификации резиновой крошки, обработанной микроволновым излучением, и асфальта, модифицированного отходами моторного масла]. Environmental Science and Pollution Research, 2024, vol. 31, no. 8, pp. 12483-12498. doi: 10.1007/s11356-023-31144-w
    37. Li B., Zhou J., Zhang Z., Yang X., Wu Y. Effect of short-term aging on asphalt modified using microwave activation crumb rubber [Влияние кратковременного старения на асфальт, модифицированный с помощью микроволновой активации резиновой крошки]. Materials, 2019, vol. 12, no. 7, p. 1039. doi: 10.3390/ma12071039
    38. Zhou T., Zhou J., Li Q., Li B. Aging properties and mechanism of microwave-activated crumb rubber modified asphalt binder [Свойства и механизм старения асфальтобетонного вяжущего, модифицированного резиновой крошкой, активированной микроволновым излучением]. Frontiers in Materials, 2020, vol. 7, p. 603938. doi: 10.3389/fmats.2020.603938
    39. Ma T., Zhao Y., Huang X., Zhang Y. Characteristics of desulfurized rubber asphalt and mixture [Характеристики вяжущего и асфальтобетонной смеси с десульфурированной резиной]. KSCE Journal of Civil Engineering, 2016, vol. 20, pp. 1347-1355. doi: 10.1007/s12205-015-1195-1
    40. Goevert D. The value of different recycling technologies for waste rubber tires in the circular economy - a review [Значение различных технологий переработки изношенных резиновых шин в экономике замкнутого цикла - обзор]. Frontiers in Sustainability, 2024, vol. 4, pp. 1282805. doi:10.3389/frsus.2023.1282805
  • For citation: Obukhova S. Yu., Budkina A. O., Korolev E. V., Gladkikh V. A. Development of a Stable Rubber Modified Bitumen Binder Resistant to Thermal-Oxidative Aging Processes. Promyshlennoye i grazhdanskoye stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering], 2025, no. 9, рp. 35-44. (In Russ.). doi: 10.33622/0869-7019.2025.09.35-44

BACK