Национальной академии наук республики казахстан

Известия Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
164  
системе Superpave - реометр динамического сдвига (DSR) (рисунок 3) и «Bending-Beam Rheometer» 
(BBR) - реометр с изгибаемой балкой (рисунки 4 и 5). С тех пор в институте изучаются реологи-
ческие свойства битумных вяжущих, применяемых на автомобильных дорогах республики.  
 
 
 
Рисунок 3 – Общий вид реометра динамического сдвига (DSR) 
 
 
 
Рисунок 4 – Общий вид реометра с изгибаемой балкой (BBR) 
 
 
Рисунок 5 – Схема конструкции реометра с изгибаемой балкой (BBR) 
 

ISSN 2224-5278                                                                                 Серия геологии  и технических наук. № 6. 2016 
 
 
165 
Реометр динамического сдвига (DSR) предназначен для измерения реологических характерис-
тик (комплексный модуль сдвига G* и фазовый угол δ) битумных вяжущих при средних и высоких 
температурах [2]. Битум  «прослаивается»  между  двумя  параллельными  пластинами  (рисунок 6), 
одна из которых фиксирована, а другая вибрирует с определенной частотой. Исследования прово-
дятся обычно в диапазоне изменения температуры от 46 до 88 
С. Данные температуры взяты со-
гласно  разработанной  КаздорНИИ  карте  районирования  территории  Казахстана  по  эксплуат-
ационным  температурам  асфальтобетонных  покрытий [3]. Перед  испытанием  вяжущее  подвер-
гается старению, соответствующему приготовлению смеси в асфальтобетонном заводе, транспор-
тировке, укладке и уплотнению (RTFOT) [4].  
По  результатам  испытаний  строятся  температурные  зависимости  комплексного  сдвигового 
модуля  G
*
  (кПа),  фазового  угла  δ  (град)  и  коэффициента  колееустойчивости  G
*
/sin(δ)  битумных 
вяжущих.  Считается,  что  высокотемпературная  устойчивость  асфальтобетона  сильно  зависит  от 
температурной  устойчивости  битумного  вяжущего  в  нем  и  при  правильном  выборе  вяжущего 
можно  предотвратить  появление  образование  колеи.  Так,  в  Технической  системе Superpave при-
нято, что высокотемпературная устойчивость битумного вяжущего обеспечена, если при расчетной 
высокой  температуре  значение  коэффициента  колееустойчивости  G
*
/sin(δ)  больше 2,2 кПа  в 
cостаренном (RTFOT) состоянии [1].  
 
 
 
Рисунок 6 – Испытание битумного вяжущего в реометре динамического сдвига (DSR) 
 
Реометр  с  изгибаемой  балкой [5] предназначен  для  оценки  свойств  вяжущего  при  низких 
температурах.  При  низкой  температуре  определяют  прогиб  образца  битумного  вяжущего  в  виде 
балки на двух опорах под действием постоянной вертикальной нагрузки. Значения температуры в 
испытаниях зависят от наиболее низкой температуры при эксплуатации покрытия, когда битумное 
вяжущее  ведет  себя  подобно  упругому  твердому  телу.  Вяжущее  не  должно  быть  очень  жестким 
при  расчетной  зимней  температуре,  оно  должно  сохранять  способность  деформироваться.  Прин-
цип работы прибора: в течение 240 секунд к балочке прилагается нагрузка 980 мН. Прогиб изме-
ряется  с  помощью  датчика  прогиба.  В  ходе  этого  испытания  на  экране  компьютера  непрерывно 
строятся графики зависимости нагрузки и прогиба от времени. По истечении 240 секунд испыта-
тельная  нагрузка  автоматически  снимается  и  компьютерная  программа  реометра  вычисляет 
жесткость  вяжущего S и  скорость  релаксации  m . Исследования  обычно  проводятся  в  диапазоне 
изменения температуры от -12 до -36 
С (рисунок 7). Данные температуры согласуются с разрабо-
танной  в  КаздорНИИ  картой  районирования  территории  Казахстана  по  эксплуатационным 
температурам асфальтобетонных покрытий [3].  
Перед  испытанием  вяжущее  подвергается  старениям,  соответствующим  приготовлению          
смеси  в  асфальтобетонном  заводе,  транспортировке,  укладке  и  уплотнению (RTFOT) [4] и 
длительной  эксплуатации  асфальтобетонного  покрытия  (во  время 5–10 летней  службы  покрытия 
(RTFOT+PAV)) [6].  
По  стандартам [2, 5] перед  испытанием  образцы  битумных  вяжущих  в  течение  одного  часа 
термостатируются при температурах испытания. А в реальных дорожных условиях  температурные  

Известия Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
166  
 
 
Рисунок 7 – Битумная балочка при испытании на реометре с изгибаемой балкой (BBR) 
 
условия  изменяются  в  широких  пределах  и  продолжительность  периодов  с  определенной  темпе-
ратурой  могут  составить  от  нескольких  десятков  часов  до  нескольких  десятков  суток.  Поэтому  с 
целью учесть это, в настоящей работе битумные вяжущие перед испытанием термостатированы в 
течение 10, 20, 30 и 40 часов. 
Битумные вяжущие. В настоящей работе с использованием реометров DSR и BBR испытаны 
следующие  битумные  вяжущие: 1) битум  марки  БНД 100/130 Павлодарского  нефтехимического 
завода  (ПНХЗ); 2) битум марки  БНД 100/130 ПНХЗ с  добавкой  полимера Elvaloy 4170 (1,4 % по 
массе битума); 3) битум марки БНД 100/130 ПНХЗ с добавкой полимера Butonal NS 198 (3,0 %); 4) 
битум  марки  БНД 100/130 ПНХЗ  с  добавкой  полимера Calprene 501(4,0 %). Битумы  чистый  и 
модифицированные  (полимербитумы)  удовлетворяют  требованиям  стандартов [7, 8]. Основные 
стандартные показатели чистого битума и полимербитумов представлены в таблицах 1 и 2.  
 
Таблица 1 – Основные стандартные показатели битума 
 
Показатель 
Единица измерения 
Требования СТ РК 1373-2013 
Значение 
Глубина проникания иглы: 
                                                 - 25 °С 
                                                 - 0 °С 
 
0,1 мм 
 
 
101-130 
30 
 
110 
37 
Индекс пенетрации PI 
– 
-1,0… +1,0 
-0,82 
Растяжимость:  
 
 
                          - 25 
С 
см 
≥ 90 
135 
                           - 0 
С 
 
≥ 4,0 
6,6 
Температура размягчения 
С 
≥ 43 
44,0 
Температура хрупкости 
С 
≤ -22 
-30.2 
Динамическая вязкость, 60 
С 
Па·с 
≥ 120 
121,0 
Кинематическая вязкость 
мм
2
/с 
≥ 180 
329,0 
 
Таблица 2 – Основные стандартные показатели полимербитумов 
 
Показатель 
 
Единица 
изме- 
рения 
Требования
СТ РК 
2534-2014 
Значение 
БНД 100/130 + 
+ Elvaloy 4170 -1,4 %
БНД 100/130 +  
+ Calprene 501 - 4,0 % 
БНД 100/130 + Butonal 
NS 198 - 3,0 % 
Глубина проникания иглы: 
                               25 °С 
0,1 
мм 
≥ 70-100 
(51-70) 
86 58  83 
Растяжимость:      25 
С 
см 
≥ 25 (20) 
70 
42,5 
51,0 
Температура размягчения 
ºС 
≥ 60 (62) 
63,5 
73,0 
61,0 
Температура хрупкости 
ºС 
≤ -18 (-16) 
-29,1 
-32,3 
-27,4 
Эластичность, при 25 °С %  ≥60 72 
84 
71 
В скобках указаны требования для БМП 50/70. 

ISSN 2224-5278                                                                                 Серия геологии  и технических наук. № 6. 2016 
 
 
167 
Результаты и их обсуждение 
 
На рисунках 8 и 9 показаны  гистограммы значений комплексного  модуля  сдвига G* и  фазо-
вого угла  δ  битумных  вяжущих,  полученных  по  результатам  их  испытания  на  реометре  DSR.  
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 8 – Комплексный модуль сдвига битумных вяжущих  
при разных температурах и продолжительностях термостатирования 

Известия Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
168  
 
 
 
 
 
Рисунок 9 – Фазовый угол битумных вяжущих при разных температурах и продолжительностях термостатирования 
 
Напомним, что чем больше значение G
*
, тем жесткость вяжущего выше и чем меньше значение δ, 
тем оно обладает большей способностью деформироваться упруго. Из этих рисунков видно, что: 
– добавка полимеров существенно повышает жесткость и уменьшает фазовый угол вяжущих. 
При этом наиболее эффективным оказался полимер Calprene 501; 

ISSN 2224-5278                                                                                 Серия геологии  и технических наук. № 6. 2016 
 
 
169 
– при всех температурах длительность термостатирования практически не оказывает влияние 
на фазовый угол битумных вяжущих; 
– влияние длительности термостатирования при  всех  температурах оказалось ощутимым для 
всех  трех  полимербитумов.  С  учетом  разброса  результатов  испытаний  можно  сделать  предвари-
тельную рекомендацию о принятии равной 30-40 часам длительность термостатирования при всех 
температурах  испытания  битумных  вяжущих,  так  как  при  этой  продолжительности  термостати-
рования битумные вяжущие в большинстве случаев показали наименьшую жесткость. 
 
 
 
 
 
Рисунок 10 – Жесткость битумных вяжущих при разных температурах и продолжительностях термостатирования 

Известия Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
170  
 
 
 
 
 
 
Рисунок 11 – Скорость релаксации битумных вяжущих  
при разных температурах и продолжительностях термостатирования 
 
Гистограмма значений жесткости S и скорости релаксации m битумных вяжущих, полученных 
по  результатам  их  испытания  на  приборе BBR, представлены  на  рисунках 10 и 11. Как  видно,  с 
понижением  температуры  и  увеличением  продолжительности  термостатирования  жесткость 
вяжущих повышается. Эффект повышения жесткости проявляется сильнее и особенно при наибо-
лее низких температурах термостатирования. Так, например, все три полимербитума при темпера-

ISSN 2224-5278                                                                                 Серия геологии  и технических наук. № 6. 2016 
 
 
171 
туре -36 °С при продолжительности термостатирования 1 час имели жесткость около 180–190 МПа, а 
при продолжительности 20 часов практически все они (с учетом разброса экспериментальных дан-
ных) показали значения, превышающие допустимую по методике Superpave величину (S = 300 МПа) 
[1, 9]. Отчетливо  видно,  что  добавка  полимера  существенно  уменьшает  жесткость  вяжущих  при 
продолжительностях термостатирования до 10 часов. С повышением длительности термостатиро-
вания положительный эффект модификации полимером исчезает. 
Как  следовало  ожидать,  с  понижением  температуры  и  увеличением  продолжительности  тер-
мостатирования скорость релаксации вяжущих  монотонно уменьшается.  Но даже  при  самой  низ-
кой температуре (-36 °С) и максимальной продолжительности термостатирования (40 часов) ни у 
одного вяжущего скорость релаксации не достигла минимально допустимой величины, равной 0,3 
[1, 9]. Также следует подчеркнуть, что эффект модификации битума полимером практически не об-
наружен в скорости релаксации при всех температурах и продолжительностях термостатирования.  
Заключение.  Результаты  экспериментальной  оценки  влияния  температуры  и  длительности 
термостатирования  на  высо-  и  низкотемпературные  реологические  характеристики  битумных 
вяжущих показали, что: 
1.  Обнаружено  ощутимое  влияние  длительности  термостатирования  при  высоких  температу-
рах на комплексный модуль сдвига вяжущих, тогда как их фазовый угол не зависит от указанного 
фактора.  Добавка  полимеров  существенно  повышает  комплексный  модуль  сдвига  и  уменьшает 
фазовый угол. 
2.  При  отрицательных  температурах  с  понижением  температуры  и  увеличением  продолжи-
тельности термостатирования жесткость вяжущих повышается. Модификация полимером сущест-
венно уменьшает жесткость вяжущих только при продолжительности термостатирования до 10 ча-
сов, а при более продолжительном термостатировании эффект полимерной модификации исчезает. 
Эффект  полимерной  модификации  вяжущих  также  не  проявлен  в  скорости  релаксации  при  всех 
температурах и продолжительностях термостатирования. 
3. Установленный в работе сложный характер влияния модификации полимером, температуры 
и  продолжительности  термостатирования  на  реологические  характеристики  битумных  вяжущих 
требует  проведения  дальнейших  исследований  по  выбранному  направлению  в  тесной  увязке  с 
климатическими условиями регионов республики. 
Работа  выполнена  по  договору  № 36 от 21 июля 2016 года «Совершенствование  нормативно-техни-
ческой базы автодорожной отрасли» с Комитетом автомобильных дорог Министерства по инвестициям и 
развитию Республики Казахстан. 
 
ЛИТЕРАТУРА 
 
[1] Performance Graded Asphalt Binder Specification and Testing. Superpave. – Asphalt Institute, 1999. – Series № 1.  
[2] AASHTO Designation: T 315-08 Standard Method of Test for. Determining the Rheological Properties of Asphalt 
Binder Using a Dynamic Shear Rheometer (DSR). 2008. 
[3] Teltayev B., Kaganovich E. Bitumen and asphalt concrete requirements improvement for the climatic conditions of the 
Republic of Kazakhstan /Proceedings of the XXIVth World Road Congress. – Mexico, 2011. 
[4] ASTM D 2872-08. Standard Test Method for Effect of Heat and Air on a Moving Film of Asphalt (Rolling Thin-Film 
Oven Test). – 2008.  
[5] ASTM D 6648-08. Standard Test Method for. Determining the Flexural Creep Stiffness of Asphalt Binder. Using the 
Bending Beam Rheometer (BBR). – 2008. 
[6] ASTM D 6521-08. Standard Practice for Accelerated Aging of Asphalt Binder Using a Pressurized Aging Vessel (PAV). 
–
 
2008. 
[7] СТ РК 1373-2013 Битумы нефтяные дорожные вязкие. Технические условия. – Астана, 2013. 
[8] СТ РК 2534-2014 Битум и битумные вяжущие. Битумы нефтяные модифицированные, дорожные.Технические 
условия. Астана, 2014. 
[9] Радовский Б.С., Телтаев Б.Б. Вязкоупругие характеристики битума и их оценка по стандартным показателям. – 
Алматы: «Білім» баспасы, 2013. – 152 с.  
  
REFERENCES 
 
[1] Performance Graded Asphalt Binder Specification and Testing. Superpave Asphalt Institute, 1999. Series № 1. (in Eng.). 
[2] AASHTO Designation: T 315-08 Standard Method of Test for. Determining the Rheological Properties of Asphalt 
Binder Using a Dynamic Shear Rheometer (DSR). 2008. (in Eng.). 

Известия Национальной академии наук Республики Казахстан  
 
 
   
172  
[3] Teltayev B., Kaganovich E. Bitumen and asphalt concrete requirements improvement for the climatic conditions of the 
Republic of Kazakhstan /Proceedings of the XXIVth World Road Congress. Mexico, 2011. (in Eng.). 
[4] ASTM D 2872-08. Standard Test Method for Effect of Heat and Air on a Moving Film of Asphalt (Rolling Thin-Film 
Oven Test) 2008. (in Eng.). 
[5] ASTM D 6648-08. Standard Test Method for. Determining the Flexural Creep Stiffness of Asphalt Binder. Using the 
Bending Beam Rheometer (BBR) 2008. (in Eng.). 
[6] ASTM D 6521-08. Standard Practice for Accelerated Aging of Asphalt Binder Using a Pressurized Aging Vessel (PAV)
 
2008. (in Eng.). 
[7] ST RK 1373-2013. Bitumens and bitumen binders. Oil road viscous bitumens. Technical specifications. Astana, 2013. 
(in Russ.). 
[8] SТ РК 2534-2014 Bitumen and bitumen binders. Oil road modified bitumens. Technical specifications. Astana, 2014. (in 
Russ.). 
[9] Radovskiy B., Teltayev B. Visco-elastic properties of asphalts based on penetration and softening point. Almaty: 
Publisher «Bilim», 2013. 152 p. (in Russ.). 
 
 
Б. Б. Телтаев, Е. Д. Амирбаев  
 
Қазақстан жол ғылыми-зерттеу институты, Алматы, Қазақстан 
 
ТҮРЛІ ТЕРМОСТАТТАУ ҰЗАҚТЫҚТАРЫНДА  
БИТУМ ТҰТҚЫРҒЫШТАРДЫҢ РЕОЛОГИЯЛЫҚ СИПАТТАРЫН БАҒАЛАУ 
 
Аннотация.  Жұмыс  барысында  динамикалық  ығысу  реометрі (DSR) мен  иілетін  балкалы  реометрді 
(BBR)  қолдана  отырып,  таза  битум  мен  полимербитумдардың  реологиялық  сипаттары  (комплекстік  ығысу 
модулі,  фазалық  бұрыш,  қаттылық,  релаксация  жылдамдығы)  зерттелді.  БНД 100/130 маркалы  таза  битум 
Павлодар  мұнай-химиялық  заутында  өндірілді,  ал  полимербитумдар  таза  битумға  зертхана  жағдайында 
Elvaloy 4170 (битум массасынан 1,4 %), Butonal NS 198 (3,0 %) жəне Calprene 501 (4,0 %) полимерлерін қосу 
арқылы дайындалды. Тұтқырғыштар зерттеудің алдында сынау температураларында 10, 20, 30 жəне 40 сағат 
термостатталды.  Жоғары  температураларда (52, 58, 64 °С)  полимер  қоспалары комплекстік  ығысу  модулін 
айтарлықтай  арттырып,  тұтқырғыштардың  фазалық  бұрышын  азайтатыны  анықталды.  Олардың  ішінде 
Calprene 501 полимері мейлінше жоғары нəтиже көрсетті. Сынаудың барлық температураларында термостат-
таудың  ұзақтықтығы  битум  тұтқырғыштарының  фазалық  бұрыштарына  іс  жүзінде  əсер  етпейді.  Төменгі 
температураларда (-24, -30, -36 °С) температураның төмендеуі мен термостаттау ұзақтықтығының артуымен 
тұтқыршыштардың  қаттылығы  артады.  Термостаттау  ұзақтықтығы 10 сағатқа  дейін  болған  жағдайда, 
полимер қоспасы тұтқырғыштардың қаттылығын төмендетеді, ал ұзағырақ термостаттауда полимермен мо-
дификациялау əсері жоғалады. Сондай-ақ, тұтқырғыштың полимермен модификациялау əсері сынаудың бар-
лық температураларында жəне термостаттаудың ұзықтықтарында релаксация жылдамдығында байқалмайды.  
Түйін  сөздер:  битум,  полимерлер,  термостаттау, 
динамикалық  ығысу  реометрі,  иілетін  балкалы  рео-метр, 
комплекстік ығысу модулі, фазалық бұрыш, қаттылық, релаксация жылдамдығы. 
 
 
 
Сведения об авторах:  
Телтаев  Багдат  Бурханбайулы – доктор  технических  наук,  профессор,  президент  АО  «Казахстанский 
дорожный научно-исследовательский институт», e-mail: bagdatbt@yahoo.com 
Амирбаев  Ерик  Диханбаевич – начальник  отдела  дорожно-строительных  материалов  АО  «Казахстан-
ский дорожный научно-исследовательский институт», e-mail: erik_neo@mail.ru 
 
 
 
 

ISSN 2224-5278                                                                                 Серия геологии  и технических наук. № 6. 2016 
 
 
173 
N E W S 
OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN 
SERIES OF GEOLOGY AND TECHNICAL SCIENCES 
ISSN 2224-5278 
Volume 6, Number 420 (2016), 173 – 177
 
 
 
Kh. A. Sarsenbayev
1
, B. S. Khamzina
2
, G. A. Koldassova
2
, G. B. Issayeva
2
 
 
1
South-Kazakhstan State University named after M. Auezov, Shymkent, Kazakhstan,  
2
Kazakh National University named after al-Farabi, Almaty, Kazakhstan. 
E-mail: sarsenbayev80@mail.ru, kuzyamake@mail.ru  
 
THE ANALYSIS OF THE RESEARCH OF REAGENTS  
FOR SIMPLIFICATION OF SOLUTION DENSITY  
WHEN CARRYING OUT LAYER DEVELOPMENT  
 
Abstract. In presented work is the analysis of application existing reagents for simplification of a chisel solu-
tion and research of influence them on process of drilling of wells is submitted. The use of oxalyl as additives in the 
muds resulting in higher performance and quality of drilling drilling into productive formations. The first is achieved 
by reducing the friction in the contact zones "metal-metal" and "metal filter cake." The second is due to the hydro-
phobic properties of adsorption films of oxalyl on the surface of quartz sand, the destruction of tightly bound water 
boundary layers in the collector channels. However, when using oxalyl in low concentrations (up to 1-3%) and 
oxalyl conjunction with cationic surfactants (cationic surfactant) enhanced foaming occurs as artificial (of clay 
powder) and natural (produced at the holes) of drilling mud. In this case, the active drilling aerating the washing 
liquid is prevented by addition of conventional defoamers. High foaming ability of complex additives oxal + cationic 
surfactant in the dispersions can be advantageously used in the preparation of technological solutions in the low 
density of development wells.  
A complex study of surface-active substance SCA-515 containing Neonol AF 9-12 – oxyethylated mono-
alkylphenol as a nonionic surfactant has been performed. It is shown that the SCA-515 does not interact with the de-
posit water, shows demulsifying properties, reduces the interfacial tension to ultralow values, adsorbs slightly on the 
core. The effects of ionic strength and nature of electrolyte on the surface properties of surfactant have been studied. 
The composition of the punching liquid for secondary access technologies based on the surface-active substance 
SCA-515 and an aqueous solution of potassium chloride has been found. Researches of the designed punching fluid 
have shown its high inhibitory ability, compatibility with formation fluid and mud filtrate. Industrial (Pescha-
noozerskoe field) tests have shown high efficiency of surfactants: flow rates increasing, the term reduction of well 
development and decrease of skin effect. 
Key words: layer, lathering in the drilling fluids, washing of well, drilling fluid.  
 
 
УДК 621.233.5  
 
Х. А. Сарсенбаев
1
, Б. С. Хамзина
2
, Г. А. Колдасова
2
, Г. Б. Исаева
2
 
 
1
Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова, Шымкент, Казахстан,  
2
Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Казахстан 
 
АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАГЕНТОВ  
ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЛОТНОСТЬЮ РАСТВОРА  
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ОСВОЕНИИ ПЛАСТА 
 

жүктеу/скачать 14,97 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: