ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ ПІРОЛІЗУ НА МІЖФАЗНУ ВЗАЄМОДІЮ ТА СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ АСФАЛЬТНИХ СУМІШЕЙ, МОДИФІКОВАНИХ БІОВУГІЛЛЯМ
DOI:
https://doi.org/10.32782/2415-8151.2026.40.4Ключові слова:
біовугілля, асфальтобетонні суміші, температура піролізу, міжфазна взаємодія, мікропористість, змочуваність, адгезія, водостійкість, колієстійкість, тріщиностійкість, старіння, бітумне в’яжуче, дорожні покриття, структуроутворення, експлуатаційна довговічністьАнотація
Мета. Встановити вплив температури піролізу на міжфазну взаємодію в системі «біовугілля – бітум – мінеральний наповнювач» і закономірності структуроутворення асфальтних сумішей, модифікованих біовугіллям. Методологія. Використано теоретичний аналіз і узагальнення сучасних досліджень щодо піролізного одержання біовугілля та його застосування в асфальтних сумішах. Оцінювання проведено за показниками, що визначають ефективність біовугілля: питомою поверхнею, мікропористістю, вмістом функціональних груп, змочуваністю, здатністю до адсорбції легких фракцій бітуму та характером зчеплення з мінеральним наповнювачем. Результати. Встановлено, що температура піролізу є визначальним чинником формування функціональних властивостей біовугілля в асфальтній суміші. За температур нижче 550 °C у його структурі зберігаються леткі та кисневмісні компоненти, які погіршують когезію бітумного шару, підвищують водочутливість і ускладнюють формування суцільного міжфазного контакту. За температур вище 750 °C біовугілля набуває надмірно інертного характеру, що супроводжується зменшенням кількості функціональних груп і погіршенням змочуваності бітумом. Найсприятливіші умови для міжфазної взаємодії та структурної стабілізації суміші досягаються в діапазоні 600–700 °C. Наукова новизна. Обґрунтовано зв’язок між температурою піролізу біовугілля і механізмами його дії в асфальтній суміші через зміну поверхневої енергії, змочуваності, адсорбційної здатності та характеру контакту з бітумом і мінеральним наповнювачем. Практична значущість. Результати можуть бути використані для вибору параметрів одержання біовугілля, призначеного для модифікації асфальтних сумішей, з метою підвищення їх водостійкості, стійкості до старіння та структурної однорідності.
Посилання
Krayushkina K. V., Bondarchuk V. S. (2025). Analiz mozhlyvosti vykorystannia biovuhillia v asfaltobetoni [Analysis of the possibility of using biochar in asphalt concrete]. Teoriia ta praktyka dyzainu. Arkhitektura ta budivnytstvo - Theory and Practice of Design. Architecture and Construction, 2(36), 54–64. DOI: 10.32782/2415-8151.2025.36.5. [in Ukrainian].
Barszcz, W., Kaźmierczak, B., Szeląg, M., Swat, M., Wystalska, K., & Kwarciak-Kozłowska, A. (2024). Impact of pyrolysis process conditions on the structure of biochar obtained from apple waste. Scientific Reports, 14, Article 11291. https://doi.org/10.1038/s41598-024-61394-8.
Dassanayake, C., & Mashaan, N. S. (2025). Biochar as additive and modifier in bitumen and asphalt mixtures. Eng, 6, 341. https://doi.org/10.3390/eng6120341.
Jahirul, M. I., Rasul, M. G., Chowdhury, A. A., & Ashwath, N. (2012). Biofuels production through biomass pyrolysis – A technological review. Energies, 5(12), 4952–5001. https://doi.org/10.3390/en5124952.
Kumar, A., Choudhary, R., Narzari, R., Kataki, R., & Shukla, S. K. (2018). Evaluation of bioasphalt binders modified with biochar: A pyrolysis byproduct of Mesua ferrea seed cover waste. Cogent Engineering, 5(1), Article 1548534. https://doi.org/10.1080/23311916.2018.1548534.
Lehmann, J. (2009). Biochar for environmental management: An introduction. In J. Lehmann & S. Joseph (Eds.), Biochar for environmental management: Science, technology and implementation (pp. 1–12). Earthscan.
Li, Q., Xu, L., Chen, X., Li, W., Li, Y., Wang, H., & Liu, K. (2024). Study on the adhesion performance of biochar-modified asphalt based on surface free energy and atomic force microscopy. Coatings, 14(11), Article 1390. https://doi.org/10.3390/coatings14111390.
Lin, Y., Ma, X., Peng, X., Yu, Z., Fang, S., Lin, Y., & Fan, Y. (2016). Combustion, pyrolysis and char CO₂-gasification characteristics of hydrothermal carbonization solid fuel from municipal solid wastes. Fuel, 181, 905–915. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.05.031.
Loise, V., Calandra, P., Policicchio, A., Madeo, L., Oliviero Rossi, C., Porto, M., Abe, A., Agostino, R. G., & Caputo, P. (2024). The efficiency of bio-char as bitumen modifier. Heliyon, 10(1), Article e23192. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e23192.
Ma, F., Dai, J., Fu, Z., Li, C., Wen, Y., Jia, M., Wang, Y., & Shi, K. (2022). Biochar for asphalt modification: A case of high-temperature properties improvement. Science of the Total Environment, 804, Article 150194. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150194.
Martinez-Toledo, C., Valdes-Vidal, G., Calabi-Floody, A., Gonzalez, M. E., & Reyes-Ortiz, O. (2024). Evaluation of rheological properties of asphalt binder modified with biochar from oat hulls. Materials, 17(17), Article 4312. https://doi.org/10.3390/ma17174312.
Remisova, E., & Briliak, D. (2023). Evaluation of the effect of thermo-oxidative aging and UV radiation on asphalt stiffness. Materials, 16(10), Article 3716. https://doi.org/10.3390/ma16103716.
Rondón-Quintana, H. A., Reyes-Lizcano, F. A., Chaves-Pabón, S. B., Bastidas-Martínez, J. G., & Zafra-Mejía, C. A. (2022). Use of biochar in asphalts: Review. Sustainability, 14(8), Article 4745. https://doi.org/10.3390/su14084745.
Sharma, A., Pareek, V., & Zhang, D. (2015). Biomass pyrolysis – A review of modelling, process parameters and catalytic studies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 50, 1081–1096. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.04.193.
Sohi, S. P., Krull, E., Lopez-Capel, E., & Bol, R. (2010). A review of biochar and its use and function in soil. Advances in Agronomy, 105, 47–82. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(10)05002-9.
Wei, J., Tu, C., Yuan, G., Liu, Y., Bi, D., Xiao, L., et al. (2019). Assessing the effect of pyrolysis temperature on the molecular properties and copper sorption capacity of a halophyte biochar. Environmental Pollution, 251, 56–65. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.04.069.
Wu, Y., Cao, P., Shi, F., Liu, K., Wang, X., Leng, Z., Tan, Z., & Zhou, C. (2020). Modeling of the complex modulus of asphalt mastic with biochar filler based on the homogenization and random aggregate distribution methods. Advances in Materials Science and Engineering, 2020, Article 2317420. https://doi.org/10.1155/2020/2317420.
Yaro, N. S. A., Sutanto, M. H., Habib, N. Z., Usman, A., Kaura, J. M., Murana, A. A., Birniwa, A. H., & Jagaba, A. H. (2023). A comprehensive review of biochar utilization for low-carbon flexible asphalt pavements. Sustainability, 15(8), Article 6729. https://doi.org/10.3390/su15086729
Zhang, R., Dai, Q., You, Z., Wang, H., & Peng, C. (2018). Rheological performance of bio-char modified asphalt with different particle sizes. Applied Sciences, 8(9), Article 1665. https://doi.org/10.3390/app8091665.
Zhao, S., Huang, B., Shu, X., & Ye, P. (2014). Laboratory investigation of biochar-modified asphalt mixture. Transportation Research Record, 2445(1), 56–63. https://doi.org/10.3141/2445-07.
Zhao, S., Huang, B., Ye, X. P., Shu, X., & Jia, X. (2014). Utilizing bio-char as a bio-modifier for asphalt cement: A sustainable application of bio-fuel byproduct. Fuel, 133, 52–62. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.05.002
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
