Influence of bitumen binder compounding on the properties of slurry surfacing

Authors

  • Iu. Sidun* Ph.D, Associate Professor Lviv Polytechnic National University
  • V. Gunka DSc, Associate Professor Lviv Polytechnic National University
  • D. Kulikov Associate Professor, Ph.D. in Engineering Lviv Polytechnic National University
  • N. Teshchyshyn Student Lviv Polytechnic National University
  • M. Kalmuk Student Lviv Polytechnic National University

DOI:

https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2025-14(24)-37

Keywords:

compounding, light and heavy crude oils, acid tar, bituminous emulsions, cement, slurry surfacing mixtures.

Abstract

The possibility of using compounded bituminous binders for the production of cationic bituminous emulsions, as a component in slurry surfacing mix, was investigated. Compounding was carried out by mixing a base 70/100 bitumen from PKN Orlen, produced from light crude oil, with 70/100 and 100/150 distilled bitumens from Nynas (Sweden), produced from heavy crude oil. Additionally, the base bitumen was mixed with pre-prepared acidic pitch (Hrybovychi, Lviv region). The study examined the properties of the acidic pitch and the main physical and mechanical characteristics of the compounded binders, including their acid numbers. For the production of cationic bituminous emulsions, both compounded and non-compounded binders were used for comparison. The composition of the bituminous emulsion also included a cationic emulsifier (amine-based), hydrochloric acid, and potable water. Emulsions were prepared using a laboratory bitumen–emulsion unit of the colloid mill type. Slurry surfacing mixtures were produced using emulsion binders, potable water, Portland cement grade PC II/A-Ш-400, and a breaking regulator in the form of a 10% wt. solution of the emulsifier used for the preparation of the cationic bituminous emulsions. The slurry surfacing mixtures were tested for mixture breakdown, material loss during wet abrasive wear, and cohesion strength parameters, specifically the onset of cohesion strength development, the express indicator of mixture formation, and the failure types NS and SS (allowing determination of transport opening with and without restrictions, respectively). The study demonstrated that effective compounding options include a ratio of distilled bitumen from heavy crude oil to bitumen from light crude oil of 50% wt. to 50% wt., and the addition of 10–15% wt. acidic pitch to the bitumen from light crude oil.

Downloads

Download data is not yet available.

References

1. ДСТУ EN 12597:2018 Бітум та бітумні в`яжучі. Словник термінів (EN 12597:2014, IDT)

2. ДСТУ 4044:2019 Бітуми нафтові дорожні в’язкі. Технічні умови

3. Asphalt Institute and Eurobitume. (2015). The bitumen industry – a global perspective: production, chemistry, use, specification, and occupational exposure. Third edition.

4. Błażejowski, K. & Wójcik-Wiśniewska, M. (2017). Bitumen Handbook. Poland: ORLEN Asfalt. https://asfalt.orlen.pl

5. Revuelta, M. B. (2021). Construction Materials: Geology, Production and Applications. Springer Nature. https://doi.org/10.1007/978-3-030-65207-4

6. Гунька В. М. (2024) Основи технологій хімічного модифікування нафтових залишків і бітумів: дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук : 05.17.07 – хімічна технологія палива та паливно-мастильних матеріалів Національний університет «Львівська політехніка», 451 с. https://uacademic.info

7. Золотарьов В.О., Пиріг Я.І, Галкін А.В, Кудрявцева-Вальдес С.В. (2010) Порівняльне дослідження властивостей окиснених і залишкових бітумів Автошляховик України, 4, 32‑37.

8. Grynyshyn, Oleg & Donchenko, Myroslava & Khlibyshyn, Yuriy & Poliak, Olha. (2021). Investigation of Petroleum Bitumen Resistance to Aging. Chemistry & Chemical Technology, 15, 438-442. 10.23939/chcht15.03.438

9. Копинець, І. В. (2021). Підвищення довговічності асфальтобетонного покриття шляхом зменшення технологічного старіння бітумів. Кандидатська дисертація, Національний транспортний університет. 188 с https://uacademic.info/download/file/0421U102035/Kopynets_dis.pdf

10. Маляр, В. В., Повзун, О. І. (2025). Груповий склад бітумів як основа їх температурних властивостей. Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету, 108, 244-244. https://dspace.khadi.kharkov.ua

11. Кіщинський, С. В., Копинець, І. В. (2015). Підвищення стійкості окислених бітумів до старіння шляхом їх компаундування з дистиляційними бітумами. Автошляховик України, 5 , 50-52. http://diser.ntu.edu.ua/

12. Teltayev, Bagdat, Radovskiy, Boris, Seilkhanov, T. , Oliviero, Cesare & Amirbayev, Erik. (2022). Low and high temperature characteristics of compounded and modified bitumens. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 648. 129308. 10.1016/j.colsurfa.2022.129308. https://www.sciencedirect.com

13. Teltayev, B., Seilkhanov, T., Oliviero Rossi, C., Amirbayev, Y., & Begaliyeva, S. (2021). Low Temperature Resistance Increase for Bitumen by Compounding with Tar. Applied Sciences, 11(18), 8579. https://doi.org/10.3390/app11188579.

14. Khlibyshyn, Y. Y., Grynyshyn, O. B., & Pochapska, I. Y. (2025). Feasibility of producing bitumen from different types of tar. Issues of Chemistry & Chemical Technology, 2. 134-143. https://udhtu.edu.ua/

15. Evdokimova, N.G. & Makhmutova, A.R. & Aliyeva, Narmina & Guseinova, E.A.. (2022). Production of thermostable road bitumens by the method of "oxidation-compounding". Azerbaijan Chemical Journal. 102-108. 10.32737/0005-2531-2022-4-102-108. https://akj.az/

16. Львов О. М. (2007) Дослідження можливості використання кислих гудронів в дорожньому будівництві Вісник Національного університету "Львівська політехніка", Теорія і практика будівництва, 602, 135–138.

17. Фридер І.В., Топільницький П.І., Гринишин О.Б.(2013) Використання кислих гудронів у виробництві нафтових бітумів. Вісник НУ «ЛП», 761,452-457. https://science.lpnu.ua/uk/node/4547

18. П. І. Топільницький,М. І. Приварська, В. В. Романчук, Є. О.Дідун (2015) Проблеми утилізації ставкових кислих гудронів Захист навколишнього середовища. Енергоощадність. Збалансоване природокористування : збірник матеріалів 2-го Міжнародного конгресу, с. 66.

19. Волошин П. (2016) Аналіз впливу Львівського сміттєзвалища на природне середовище Вісник Львівського університету. Серія : Геологічна, 26, 139-147. http://nbuv.gov.ua/UJRN/VLNU_geol_2012_26_13

20. ДСТУ 4044:2019 Бітуми нафтові дорожні в’язкі. Технічні умови

21. ASTM D664 Standard Test Method for Acid Number of Petroleum Products by Potentiometric Titration

22. ДСТУ EN ISO 3675:2012 Нафта сира та нафтопродукти рідкі. Метод лабораторного визначення густини ареометром (EN ISO 3675:1998, IDT)

23. ДСТУ EN ISO 6245:2012 Нафтопродукти. Метод визначення золи (EN ISO 6245:2002, IDT)

24. ДСТУ EN ISO 9029:2022 Сира нафта. Визначення води. Метод дистиляції (EN ISO 9029:1995, IDT; ISO 9029:1990, IDT)

25. ДСТУ EN ISO 8754:2022 Нафтопродукти. Визначення вмісту сірки. Енергодисперсійна рентгенівська флуоресцентна спектрометрія (EN ISO 8754:2003, IDT; ISO 8754:2003, IDT)

26. ДСТУ EN ISO 3016:2022 Нафта та супутні продукти з природних або синтетичних джерел. Визначення температури застигання (EN ISO 3016:2019, IDT; ISO 3016:2019, IDT)

27. ДСТУ EN ISO 3104:2022 Нафтопродукти. Прозорі та непрозорі рідини. Визначення кінематичної в`язкості та обчислення динамічної в`язкості (EN ISO 3104:2020, IDT; ISO 3104:2020, IDT)

28. ДСТУ ISO 1928:2006 Палива тверді мінеральні. Визначення найвищої теплоти згоряння методом спалювання в калориметричній бомбі та обчислення найнижчої теплоти згоряння (ISO 1928:1995, IDT)

29. ISSA A105 Recommended Performance Guidelines for Emulsified Asphalt Slurry Seal // Design Technical Bulletin, International Slurry Surfacing Association, Annapolis, MD, (Revised) May 2010.

30. ISSA A143 Recommended Performance Guidelines for Micro-Surfacing // Design Technical Bulletin, International Slurry Surfacing Association, Annapolis, MD, (Revised) February 2010.

31. ISSA Technical Bulletin 113 Test Method for Determining Mix Time for Slurry Surfacing Systems, International Slurry Surfacing Association, Revised 2021

32. Сідун Ю. В. (2017) Підвищення швидкості набору когезійної міцності литих холодних емульсійно-мінеральних сумішей: дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук: 05.23.05 – будівельні матеріали та вироби Національний університет "Львівська політехніка", С. 172. https://ena.lpnu.ua:8443/server/api/core/bitstreams/6c924642-2648-4a4a-b236-46bee2fb00c5/content

33. Сідун Ю. В., Гунька В. М., Поляк О. Є., Куліков Д. О.(2024) Кислотні числа – критерій придатності бітумів для шарів зносу із литих емульсійно-мінеральних сумішей дорожніх покривів. Сучасні технології та методи розрахунків у будівництві : збірник наукових праць, 22, 206–214. https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2024-12(22)-21

34. ДСТУ Б В.2.7-46:2010 Будівельні матеріали. Цементи загальнобудівельного призначення. Технічні умови

35. Сідун Ю. В., Соболь Х. С., Бідось В. М., Стаднік В. Є., Станчак С. А. (2025) Литі емульсійно-мінеральні суміші з використанням сульфату алюмінію. Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету, 109, 111–118. http://bulletin.khadi.kharkov.ua/article/view/336094

Published

2025-12-24

How to Cite

Sidun, I., Gunka, V., Kulikov, D., Teshchyshyn, N., & Kalmuk, M. (2025). Influence of bitumen binder compounding on the properties of slurry surfacing. Modern Technologies and Methods of Calculations in Construction, 24, 427-439. https://doi.org/10.36910/6775-2410-6208-2025-14(24)-37

Most read articles by the same author(s)