Nanoorganinio palygorsito sinerginis poveikis žvaigždės formos SBS modifikuoto asfalto savybėms 1 dalis

Abstraktus: Sparčiai vystantis ekonominei statybai, greitkelių inžinerijoje vis plačiau naudojamas stireno-butadieno-stirolo (SBS) modifikuotas asfaltas, tačiau jo naudojimo procese vis dar yra daug trūkumų. Siekiant dar labiau pagerinti jo eksploatacines savybes, šiame tyrime buvo sumaišytas nano organinis palygorsitas (A-Pal) ir žvaigždės formos SBS, kad būtų gautas modifikuotas asfaltas. SBS modifikuoto asfalto stabilumas aukštoje temperatūroje buvo padidintas po to, kai dinaminiu šlyties reometru buvo naudojamas A-Pal, skirtas stabilumo aukštoje temperatūroje bandymui. A-Pal turėtų pagerinti SBS modifikuoto asfalto paviršiaus laisvąją energiją ir sukibimą atliekant vandens stabilumo bandymo analizę. Senėjimo testas rodo, kad A-Pal gali sumažinti terminį SBS deguonies skilimą ir pagerinti SBS modifikuoto asfalto senėjimą bei atsparumą nuovargiui. A-Pal turi tam tikrą pagerinimo poveikį SBS modifikuoto asfalto eksploatacinėms savybėms žemoje temperatūroje, kaip rodo žemos temperatūros atsparumo įtrūkimams bandymas. A-Pal sumaišytas SBS modifikuotas asfaltas pasižymi geru laikymo stabilumu esant normaliai temperatūrai ir žemiausia kritinė suderinamumo temperatūra.

Spustelėkite Kur galiu nusipirkti Cistanche

【Daugiau informacijos:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Raktažodžiai: palygorsitas; SBS; modifikuotas asfaltas; reologines savybes

1. Įvadas

Pastaraisiais metais nanomedžiagos ir nanotechnologijos vis dažniau taikomos dangos eismo medžiagų srityje, o nanomodifikuotas asfaltas tapo viena iš aktualiausių tyrimų temų [1–4]. Šiuo metu nanosluoksnės silikatinės medžiagos dažniausiai naudojamos asfalto medžiagoms dėl jų didelio našumo ir gerų savybių [5–7]. Ypatingos kristalinės struktūros nanosluoksnis silikatas, dėl kurio asfalto molekulės patenka į sluoksniuotą struktūrą, gali padidinti sluoksnių tarpus, pagerindamas formos lupimo struktūrą, o tai neleidžia deguoniui prasiskverbti į asfaltą ir lėtina jo senėjimą. Todėl nanomodifikuotas asfaltas pasižymi geromis provėžų ir senėjimo savybėmis [8–10]. Tuo pačiu metu organiškai modifikuotos nanomedžiagos taip pat gali pagerinti polimero dispersijos laipsnį asfalte, suteikdamos plačias modifikuoto asfalto plėtros perspektyvas ateityje.

Palygorsitas (Pal), taip pat žinomas kaip atapulgitas, yra sluoksniuota vandens turtingų magnio ir aliuminio silikatinio molio mineralų grandinė. Jis turi „žemės karaliaus“ reputaciją dėl plataus pritaikymo spektro. Pal kristalų struktūrai būdingi dvisluoksniai Si-O tetraedriniai lakštai, sujungti su vieno sluoksnio (Mg, Al)-O oktaedro lakštais, o vienetiniai sluoksniai yra sujungti deguonimi, kad susidarytų į poras panašus kristalas. struktūra [11]. Poros užpildytos ceolito vandeniu ir kristaliniu vandeniu, kad susidarytų pluoštinis monokristalas. Vieno pluošto ilgis yra apie 0,5–1.{10}} µm, kai kurių net iki 1 cm, o skersmuo – apie 20–30 µm [12]. Pal buvo plačiai naudojamas dangų [13], cemento [14], asfalto ir kitų statybinių medžiagų srityse dėl geros reologijos, adsorbcijos ir mažesnės sąnaudos [15–17].

Keletas tyrimų rodo, kad nanoorganinis Pal gali veiksmingai pagerinti asfalto atsparumą senėjimui ir polimero bei asfalto suderinamumą. Zhang ir kt. [10] susintetino organinį-Pal apšvitinimu mikrobangomis ir pritaikė jį stireno butadieno guma (SBR) modifikuotam asfaltui. Jie nustatė, kad organinis-Pal pagerino SBR modifikuoto asfalto suderinamumą ir laikymo stabilumą. Tada jie ištyrė SBR modifikuoto asfalto su organiniu-Pal reologines ir morfologines savybes ir nustatė, kad organinis-Pal turi teigiamą poveikį gerinant SBR modifikuoto asfalto klampumą ir antiprovėžus savybes [18]. Sun ir kt. [15] užtepė Pal ant epoksidinio asfalto ir nustatė, kad jis turi gerą poveikį tempimo ir sukibimo savybėms. Jin ir kt. [19] naudojo organinį-Pal asfaltui ir nustatė, kad asfalto atsparumas senėjimui labai pagerėjo. Šiuo metu organinio-Pal poveikis stirenu-butadien-stirenu (SBS) modifikuotam asfaltui tiriamas retai. Siekiant geriau suprasti jo poveikį ir pagerinti SBS modifikuoto asfalto veikimą, šiame tyrime buvo naudojamas žvaigždės formos SBS modifikatorius YH-801 ir nanoorganinis palygorsitas (A-Pal), kad būtų paruoštas sudėtinis SBS modifikuotas asfaltas. Lengvoji asfalto dalis gali būti adsorbuota Pal su stipria adsorbcija, kad būtų galima pakeisti koloidinę asfalto struktūrą ir pagerinti modifikuoto asfalto temperatūros stabilumą [20].

2. Medžiagų paruošimas ir tyrimo metodas

2.1. Medžiagos

70# asfaltą (AH-70) pagamino Maoming Petrochemical Co., Ltd. (Guangdžou, Kinija), o pagrindiniai eksploatacinių savybių bandymo rezultatai pateikti 1 lentelėje. Paligorskitas kilęs iš Jiangsu, Kinija. Pagrindiniai veikimo parametrai pateikti 2 lentelėje. Žvaigždės formos stireno-butadieno-stireno blokinį kopolimerą YH-801 (SBS4303) gamino Yueyang Baling Petrochemical (Hunanas, Kinija), kurio blokų santykis yra 30/70.

2.2. A-Pal sumaišyto SBS modifikuoto asfalto paruošimas

Remiantis mūsų ankstesniais tyrimais [19,21], Pal buvo apdorotas 1 mol/L HCl tirpalu 60 ◦C temperatūroje 1 val., kad būtų pašalintos kai kurios didelės dalelės ir katijoninės medžiagos iš žaliavos, po to plaunama iki neutralios ir džiovinti. Apdorotas Pal ir aminopropiltrietoksisilanas (APTES) buvo disperguoti ksileno tirpale, o kondensacijos refliukso metodas buvo naudojamas magnetiniam maišymui 10 valandų, po to keletą kartų plaunamas filtratu, išdžiovinamas ir susmulkintas, kad būtų gautas A-Pal, kad būtų padidintas suderinamumas su asfalto matrica. 0 masės procentų , 1 masės procentų , 3 masės procentų ir 5 masės procentų A-Pal kiekis, sudarantis 5 masės procentus SBS modifikuoto asfalto, buvo paruoštas lydalo maišymo metodu (pavadinimu AH{15}}). atitinkamai plius 5Y, AH-70 plius 5Y plius 1A, AH-70 plius 5Y plius 3A ir AH-70 plius 5Y plius 5A).

2.3. Charakteristika

Fluorescencinis mikroskopas (FM) buvo naudojamas modifikuoto asfalto fazės morfologijai apibūdinti su trumpabangiu mėlynos-violetinės šviesos (λ=420 nm) sužadinimu (DM3000, Leica). Fluorescencinio komponento fazinė morfologija asfalte buvo stebima optine mikroskopija, siekiant toliau tirti ryšį tarp mikrostruktūros ir makroskopinių savybių [22].

2.4. Aukštos temperatūros reologinis įvertinimas

Asfalto eksploatacinės savybės aukštoje temperatūroje reiškia asfalto gebėjimą atsispirti nuolatinei deformacijai veikiant apkrovai, kuri buvo įvertinta dinaminiu šlyties reometru (DSR, MCR 301, Anton Paar, Austrija) temperatūros nuskaitymui ir dažniui. skenavimo testai. Temperatūros nuskaitymo bandymą atliko AASHTO T315-05 [23], siekdamas ištirti temperatūros pokyčio poveikį kompleksiniam šlyties moduliui G* ir fazės kampui δ A-Pal sumaišyto SBS modifikuoto asfalto, su kaitinimo greitis 2 ◦C/min ir 40~90 ◦C temperatūra. Didžioji dalis asfalto pagal darbinę dangos temperatūrą priklauso pseudoplastiniam neniutono skysčiui, o asfalto klampumas mažėja didėjant šlyties greičiui. Kai šlyties greitis buvo labai didelis arba labai mažas, pseudoplastinio neniutono skysčio klampumas artėjo prie konstantos, o sritis, kurioje asfalto klampumas nesikeičia atsižvelgiant į šlyties greitį, buvo vadinamas pirmąja Niutono tėkmės sritimi ir antroji Niutono srauto sritis. Pseudoplastinio neniutono skysčio klampumas buvo pirmoje srityje ir pasiekė maksimumą, kai buvo pastovus, o tai vadinama nuliniu šlyties klampumu (ZSV) [24]. Pseudoplastinio ne Niutono skysčio klampumas buvo antrajame regione ir pasiekė minimumą, kai buvo pastovus, o tai vadinama sąsajos šlyties klampa (ISV). Bandymo rezultatai buvo pritaikyti Carreau modeliu ir ZSV skaičiavimu [25]. Bandymas esant 60 ◦C temperatūrai pagal AASHTO T315-05, dažnio skenavimo bandymui buvo naudojamas 25 mm svyruojančios plokštės ir 1 mm storio plėvelės 0,01–100 Hz diapazone, ir kreivė buvo nuskaityta eksponentiniu augimu.

2.5. Vandens stabilumo įvertinimas

A-Pal sumaišytų SBS modifikuotų asfalto mėginių kontaktiniai kampai buvo išmatuoti kontaktinio kampo matavimo prietaisu (DSA100, Kruss, Vokietija). Sėdimojo lašo metodas buvo atliktas grynu vandeniu, formamidu ir etilenglikoliu. Laisvoji paviršiaus energija buvo apskaičiuota Owens-Wendt-Rabel-Kaelble (OWRK) metodu [26], o ryšys tarp šių trijų buvo išreikštas OWRK metodu taip.

čia sl yra kietos ir skystos fazės laisvoji paviršiaus energija, l yra skysčio paviršiaus laisvoji energija, s yra kietosios medžiagos paviršiaus laisvoji energija, ld yra skysčio dispersijos komponentas, sd yra dispersijos komponentas kieta medžiaga, lp yra skysčio polinis komponentas, o sp yra kietosios medžiagos polinis komponentas.

Remiantis trijų įprastų mineralinių medžiagų paviršiaus laisvosios energijos duomenų analize, asfalto sukibimo su mineralinės medžiagos paviršiumi darbas (Was) buvo apskaičiuotas taip, kaip parodyta (3) [27,28] lygtyje.

Įtraukite (1) lygtį į (2) lygtį, kad gautumėte:

kur ad – asfalto dispersinis komponentas, sd – mineralinės medžiagos dispersinis komponentas, p a – polinis asfalto komponentas, o p s – mineralinės medžiagos poliarinis komponentas.

Gibso laisvosios energijos (∆Gaws) pokytis kiekviename skilimo pažeidimo etape gali būti išreikštas šveitimo darbu [29] ir skaičiavimo išraiška taip:

Įtraukite (1) lygtį į aukščiau pateiktą lygtį, kad gautumėte:

čia w – laisvoji vandens paviršiaus energija, d w – vandens dispersinė sudedamoji dalis, o p w – poliarinė vandens sudedamoji dalis.

2.6. Senėjimo efektyvumo vertinimas

The aging performance of A-Pal-compounded SBS-modified asphalt was evaluated by the short-term aging, long-term aging, and fatigue factor. The mass loss rate (MLR),  softening point increment index (∆S), rutting factor aging index (RAI), and zero shear viscosity aging index (ZSVAI) of asphalt samples were analyzed after aging treatment in the rolling thin film oven test (TFOT) and pressure aging vessel (PAV) to simulate the short-term and long-term aging of asphalt by AASHTO R28-09 [30]. The critical temperature (fatigue limit temperature) grade corresponding to the fatigue factor (G* × sinδ >5000 kPa) buvo išbandytas atliekant temperatūros nuovargio testą, kaip asfalto atsparumo nuovargiui vertinimo indeksą.

2.7. Žemos temperatūros reologinis įvertinimas

Asfalto eksploatacinės savybės žemoje temperatūroje reiškia asfalto gebėjimą atsispirti įtrūkimams veikiant apkrovai. Modifikuoto asfalto atsparumas įtrūkimams žemoje temperatūroje po TFOT ir PAV senėjimo buvo įvertintas lenkimo spindulio reometru (BBR), pagal specifikaciją AASHTO T313-12 [31]. Pagal specifikaciją 6 ◦C buvo bandymų diapazonas, kol asfalto savybės neatitiko reikalavimų. Lenkimo valkšnumo standumas ir m vertė buvo tikrinami esant 0, -6, -12, -18 ir -24 ◦C temperatūrai, kai apkrova yra {{10}},980 ± 0,05 N 240 s.

3. Rezultatai ir aptarimas

3.1. Morfologinės charakteristikos

FM buvo atlikta siekiant stebėti SBS ir A-Pal pasiskirstymą ir struktūrą modifikuotame asfalte [32]. Siekiant geriau atskirti asfaltą ir modifikatorius, vaizdo asfalto dalis rodoma kaip juoda, o polimero dalis rodoma kaip žalios ryškios dėmės, reguliuojant 1 pav. parodytą ryškumą. Asfaltas rodomas kaip ištisinė fazė, o išsklaidyta -fazės SBS buvo išsklaidytas kaip salelės forma matricos žingsnyje [33]. 1b paveiksle parodytas didelis kiekis mažų blokuotų SBS skersinių jungčių asfalte, o tai sudaro nedidelę asfalto dalį ir išsklaidytą asfalto pasiskirstymą be A-Pal. SBS pasižymi mažu gebėjimu absorbuoti minkštus asfaltenus iš asfalto, todėl yra mažas suderinamumas. Pridėjus 1 masės procentą A-Pal (1c pav.), fluorescencinių medžiagų dalis šiek tiek padidėjo, o dispersija asfalte vis tiek pasiskirstė netolygiai. SBS polimero gebėjimas absorbuoti minkštus asfaltenus po A-Pal pridėjimo tam tikru būdu padidėjo, todėl SBS polimero tūris padidėjo ir brinkimo laipsnis padidėjo [22]. Pridėjus A-Pal (1d, e pav.), fluorescencinių medžiagų dalis ir toliau didėja, o dispersijos laipsnis tampa vis tolygesnis. Pridėjus A-Pal, SBS polimero suderinamumas su asfaltu tam tikru mastu pagerėjo; turėtų pagerėti modifikuoto asfalto žemos temperatūros ir nuovargio savybės [19].

3.2. A-Pal sumaišyto SBS modifikuoto asfalto našumas aukštoje temperatūroje

Stabilumas aukštoje temperatūroje yra svarbus asfalto rodiklis. Provėžų faktoriaus kitimas, gautas atliekant temperatūros nuskaitymo testą, parodytas 2 paveiksle. Matyti, kad SBS ir A-Pal pridėjimas prisideda prie provėžų faktoriaus ir atsparumo provėžoms pagerėjimo. Į asfaltą įpylus SBS, asfalto provėžų faktorius labai padidėjo ir pagerėjo atsparumas provėžoms. Provėžų atsiradimo koeficientas toliau didėjo, kai buvo įtraukta A-Pal, siekiant dar labiau padidinti atsparumą provėžoms. Palyginti su ankstesniu tyrimu, jis yra nuoseklus ir nepasikeitė dėl skirtingų SBS tipų [18, 19]. Mėginys, kurio A-Pal kiekis yra 5 masės procentai, turėjo didžiausią provėžų susidarymo faktorių ir stipriausią antiprovėžų savybę, o tai rodo, kad A-Pal įterpimas gali pagerinti SBS modifikuoto asfalto temperatūros stabilumą. Provėžos faktoriaus reikšmė didėja didėjant temperatūrai, o greitis buvo toks pat, o tai rodo, kad visi modifikuoti asfalto pavyzdžiai turi tas pačias reologines savybes.

Provėžos faktoriaus kritinė temperatūra yra atitinkamas temperatūros faktorius G*/sin δ {{0}},0 kPa, atliekant Strateginių greitkelių tyrimų programos (SHRP) provėžos faktoriaus testą. Kiekvieno mėginio kritinė temperatūra parodyta 3 lentelėje. SBS gali pakelti kritinę temperatūrą 7,2 ◦C, palyginti su AH-70. Pridėjus A-Pal, provėžų faktoriaus kritinė temperatūra nuolat didėjo, o maksimali temperatūra pakilo iki 75,7 ◦C, o tai buvo 20 procentų aukštesnė nei matricinio asfalto.

Modifikuoto asfalto ZSV didėja didėjant A-Pal kiekiui, o tai buvo panašu į provėžų faktoriaus tyrimo rezultatą (4 lentelė). Asfalto matricos ZSV padidėjo 296 procentais, pridėjus SBS. Pridėjus 1 masės procentą A-Pal, modifikuoto asfalto ZSV padidėjo iki 949,4 Pa·s, o tai buvo didesnis nei modifikuoto asfalto su tik SBS. Didėjant A-Pal kiekiui, ZSV vertė ir toliau didėja, o 5 masės procentų mišinio SBS modifikuoto asfalto ZSV reikšmė padidėja iki 1291,8 Pa·s, o tai buvo 423 procentais didesnė nei asfalto matricos. Tai parodė, kad mišinio metodas buvo veiksmingas gerinant asfalto rišiklio stabilumą aukštoje temperatūroje.

【Daugiau informacijos:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】