Nano-orgaanisen palygorskiitin synergiavaikutus tähtimäisen SBS-muunnetun asfaltin ominaisuuksiin, osa 1

Abstrakti: Taloudellisen rakentamisen nopean kehityksen myötä styreeni-butadieeni-styreeni (SBS) -muunnettua asfalttia käytetään yhä laajemmin moottoritiesuunnittelussa, mutta sen käyttöprosessissa on edelleen monia puutteita. Sen käytön tehokkuuden parantamiseksi edelleen nanoorgaanista palygorsiittia (A-Pal) ja tähden muotoista SBS:ää yhdistettiin modifioidun asfaltin saamiseksi tässä tutkimuksessa. SBS-modifioidun asfaltin stabiilisuus korkeissa lämpötiloissa parani sen jälkeen, kun se yhdistettiin A-Pal:n kanssa korkean lämpötilan stabiilisuustestiä varten dynaamisella leikkausreometrillä. A-Palin pitäisi parantaa SBS-modifioidun asfaltin pinnan vapaata energiaa ja tarttuvuutta vesistabiilisuustestianalyysin avulla. Vanhenemistesti osoittaa, että A-Pal voi vähentää SBS:n hapen lämpöhajoamista ja parantaa SBS-modifioidun asfaltin ikääntymistä estävää suorituskykyä ja väsymiskestävyyttä. A-Palilla on tietty parantava vaikutus SBS-modifioidun asfaltin suorituskykyyn alhaisissa lämpötiloissa, kuten matalan lämpötilan halkeamien kestävyystesti osoittaa. A-Pal-sekoitetulla SBS-modifioidulla asfaltilla on hyvä varastointikestävyys normaaleissa lämpötiloissa alhaisimman kriittisen yhteensopivuuslämpötilan kanssa.

Napsauta Mistä voin ostaa Cistanchea

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

Avainsanat: palygorsiitti; SBS; modifioitu asfaltti; reologiset ominaisuudet

1. Esittely

Viime vuosina nanomateriaaleja ja nanoteknologiaa on sovellettu entistä useammin jalkakäytäväliikenteessä ja nanomodifioitu asfaltti on noussut yhdeksi tutkimuksen kuumista aiheista [1–4]. Tällä hetkellä nanokerroksisia silikaattimateriaaleja käytetään yleisesti asfalttimateriaaleihin niiden suuren tehon ja hyvän suorituskyvyn vuoksi [5–7]. Nanokerroksinen silikaatti, jossa on erityinen kiderakenne, joka saa asfalttimolekyylit pääsemään kerrosrakenteeseen, voi lisätä kerrosten etäisyyttä parantaen muodon kuoriutumisrakennetta, mikä estää hapen tunkeutumisen asfalttiin ja viivästyttää sen ikääntymistä. Siksi nanomodifioidulla asfaltilla on hyvät urautumis- ja ikääntymistä estävät ominaisuudet [8–10]. Samaan aikaan orgaanisesti muunnetut nanomateriaalit voivat myös parantaa polymeerin dispersioastetta asfaltissa, mikä tarjoaa laajat kehitysnäkymät muunnetulle asfaltille tulevaisuudessa.

Palygorskiitti (Pal), joka tunnetaan myös nimellä attapulgiitti, on kerrostettu vesipitoisten magnesium-alumiinisilikaattisavimineraalien ketju. Se tunnetaan "maan kuninkaana" sen laajan valikoiman sovelluksia. Palin kiderakenteelle on tunnusomaista kaksikerroksiset Si-O-tetraedrilevyt, jotka on liitetty yksikerroksisiin (Mg, Al)-O-oktaedrilevyihin, ja yksikkökerrokset on yhdistetty hapella huokosmaisen kiteen muodostamiseksi. rakenne [11]. Huokoset täytetään zeoliittivedellä ja kidevedellä, jolloin muodostuu kuitumainen yksikiteinen kide. Yksittäisen kuidun pituus on noin 0,5-1.0 µm, jotkut jopa 1 cm ja halkaisija noin 20-30 µm [12]. Pal on laajalti käytetty pinnoitemateriaalien [13], sementin [14], asfaltin ja muiden rakennusmateriaalien aloilla sen hyvän reologian, adsorboituvuuden ja alhaisempien kustannusten vuoksi [15–17].

Useat tutkimukset osoittavat, että nanoorgaanisen Palin läsnäolo voi parantaa tehokkaasti asfaltin ikääntymisenkestävyyttä sekä polymeerin ja asfaltin yhteensopivuutta. Zhang et ai. [10] syntetisoi orgaanisen Palin mikroaaltosäteilytyksen alaisena ja sovelsi sitä styreenibutadieenikumilla (SBR) modifioituun asfalttiin. He havaitsivat, että orgaaninen-Pal paransi SBR-modifioidun asfaltin yhteensopivuutta ja säilytyskestävyyttä. Sitten he tutkivat SBR-modifioidun asfaltin reologisia ja morfologisia ominaisuuksia orgaanisella-Palilla ja havaitsivat, että orgaanisella-Palilla on positiivinen vaikutus SBR-modifioidun asfaltin viskoelastisuuden ja urienestoominaisuuksien parantamiseen [18]. Sun et ai. [15] levitti Palia epoksiasfalttiin ja havaitsi, että sillä on hyvä vaikutus veto- ja tarttumisominaisuuksiin. Jin et ai. [19] käytti orgaanista Pallia asfalttiin ja havaitsi, että asfaltin ikääntymisenkestävyys parani huomattavasti. Tällä hetkellä orgaanisen Pal:n vaikutusta styreeni-butadieeni-styreeni (SBS) -modifioituun asfalttiin tutkitaan harvoin. Ymmärtääkseen paremmin sen vaikutusta ja parantaakseen SBS-modifioidun asfaltin suorituskykyä tässä tutkimuksessa käytettiin tähdenmuotoista SBS-muuntajaa YH-801 ja nanoorgaanista palygorskiittia (A-Pal) yhdistetyn SBS-modifioidun asfaltin valmistukseen. Asfaltin kevyt osa voidaan adsorboida Palilla vahvalla adsorptiolla siten, että asfaltin kolloidista rakennetta voidaan muuttaa ja modifioidun asfaltin lämpötilakestävyyttä voidaan parantaa [20].

2. Materiaalien valmistus ja testausmenetelmä

2.1. Materiaalit

70# asfaltin (AH-70) valmisti Maoming Petrochemical Co., Ltd. (Guangzhou, Kiina) suorituskyvyn perustestituloksilla, jotka on esitetty taulukossa 1. Palygorskiitti on peräisin Jiangsusta, Kiinasta. Perussuorituskykyparametrit on esitetty taulukossa 2. Tähtimäisen styreeni-butadieeni-styreenilohkokopolymeerin YH-801 (SBS4303) valmisti Yueyang Baling Petrochemical (Hunan, Kiina) lohkosuhteella 30/70.

2.2. A-Pal-yhdisteen SBS-modifioidun asfaltin valmistus

Aiemman tutkimuksemme [19,21] perusteella Pal käsiteltiin 1 mol/L HCl-liuoksella lämpötilassa 60 ◦C 1 tunnin ajan suurten hiukkasten ja kationisten hiukkasten poistamiseksi raaka-aineen ulkopuolelta, minkä jälkeen se pestiin neutraaliksi ja kuivattu. Käsitelty Pal ja -aminopropyylitrietoksisilaani (APTES) dispergoitiin ksyleeniliuokseen, ja kondensaatiorefluksointimenetelmää käytettiin magneettisekoitukseen 10 tunnin ajan, pestiin sitten useita kertoja suodoksella, kuivattiin ja murskattiin A-Pal:n saamiseksi yhteensopivuuden parantamiseksi asfalttimatriisi. Määrät 0 painoprosenttia, 1 painoprosenttia, 3 painoprosenttia ja 5 painoprosenttia A-Pal, jotka koostuivat 5 painoprosenttia SBS-modifioidusta asfaltista, valmistettiin sulasekoitusmenetelmällä (nimeltään AH-70). plus 5Y, AH-70 plus 5Y plus 1A, AH-70 plus 5Y plus 3A ja AH-70 plus 5Y plus 5A).

2.3. Karakterisointi

Fluoresenssimikroskooppia (FM) käytettiin kuvaamaan modifioidun asfaltin faasimorfologiaa lyhytaaltoisella sinipurppuraisella valolla (λ=420 nm) virityksellä (DM3000, Leica). Fluoresoivan komponentin faasimorfologiaa asfaltissa tarkkailtiin optisella mikroskopialla mikrorakenteen ja makroskooppisten ominaisuuksien välisen korrelaation tutkimiseksi edelleen [22].

2.4. Korkean lämpötilan reologinen arviointi

Asfaltin suorituskyky korkeissa lämpötiloissa viittaa asfaltin kykyyn vastustaa pysyvää muodonmuutosta kuormituksen alaisena, mikä arvioitiin dynaamisella leikkausreometrillä (DSR, MCR 301, Anton Paar, Itävalta) lämpötilan skannausta ja taajuutta varten. skannaustestit. Lämpötilaskannaustestin suoritti AASHTO T315-05 [23] lämpötilan muutoksen vaikutuksen tutkimiseksi A-Pal-seoksen SBS-modifioidun asfaltin kompleksiseen leikkausmoduuliin G* ja vaihekulmaan δ. kuumennusnopeus 2 ◦C/min ja lämpötila 40-90 ◦C. Suurin osa asfaltista päällysteen käyttölämpötilan alla kuuluu pseudoplastiseen ei-newtoniseen nesteeseen, ja asfaltin viskositeetti laskee leikkausnopeuden kasvaessa. Kun leikkausnopeus oli erittäin suuri tai hyvin pieni, pseudoplastisen ei-newtonilaisen nesteen viskositeetti lähestyi vakiota, ja aluetta, jossa asfaltin viskositeetti ei muuttunut leikkausnopeuden mukana, kutsuttiin ensimmäiseksi newtonilaiseksi virtausalueeksi ja toinen Newtonin virtausalue. Pseudoplastisen ei-newtonilaisen nesteen viskositeetti oli ensimmäisellä alueella ja saavutti maksiminsa, kun se oli vakio, jota kutsutaan nollaleikkausviskositeettiksi (ZSV) [24]. Pseudoplastisen ei-newtonilaisen nesteen viskositeetti oli toisella alueella ja saavutti miniminsä, kun se oli vakio, jota kutsutaan rajapinnan leikkausviskositeetiksi (ISV). Testitulokset sovitettiin Carreaun mallilla ja ZSV:n laskennalla [25]. Testissä 60 ◦C:n lämpötilassa AASHTO T315-05:n mukaan 25 mm värähtelevää levyä ja 1 mm:n kalvon paksuus käytettiin taajuuden pyyhkäisytestiin alueella 0,01–100 Hz, ja käyrä skannattiin eksponentiaalisella kasvulla.

2.5. Veden stabiilisuuden arviointi

A-Pal-yhdistettyjen SBS-modifioitujen asfalttinäytteiden kosketuskulmat mitattiin kosketuskulman mittauslaitteella (DSA100, Kruss, Saksa). Istumaton pudotusmenetelmä suoritettiin puhtaalla vedellä, formamidilla ja etyleeniglykolilla. Pinta vapaa energia laskettiin Owens–Wendt–Rabel–Kaelble (OWRK) menetelmällä [26], ja näiden kolmen välinen suhde ilmaistiin OWRK-menetelmällä seuraavasti.

missä sl on kiinteä-nestefaasin pinnan vapaa energia, l on nesteen pinnan vapaa energia, s on kiinteän aineen pinnan vapaa energia, ld on nesteen dispersiokomponentti, sd on aineen dispersiokomponentti kiinteä, lp on nesteen polaarinen komponentti ja sp on kiinteän aineen polaarinen komponentti.

Kolmen yleisen mineraalimateriaalin pinnattoman energian data-analyysin perusteella laskettiin asfaltin tartuntatyö (Was) mineraalimateriaalin pinnalla yhtälössä (3) [27,28] esitetyllä tavalla.

Tuo yhtälö (1) yhtälöön (2) saadaksesi:

missä ad on asfaltin dispersiokomponentti, sd on mineraalimateriaalin dispersiokomponentti, p a on asfaltin polaarinen komponentti ja p s on mineraalimateriaalin polaarinen komponentti.

Gibbsin vapaan energian (∆Gaws) muutos halkeiluvaurion kussakin vaiheessa voidaan ilmaista kuorintatyöllä [29] ja laskentalausekkeella seuraavasti:

Tuo yhtälö (1) yllä olevaan yhtälöön saadaksesi:

missä w on veden pinnan vapaa energia, d w on veden dispersiokomponentti ja p w on veden polaarinen komponentti.

2.6. Ikääntymisen suorituskyvyn arviointi

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) testattiin lämpötilaväsymystestistä asfaltin väsymiskestävyyden arviointiin.

2.7. Matalan lämpötilan reologinen arviointi

Asfaltin suorituskyky alhaisessa lämpötilassa viittaa asfaltin kykyyn vastustaa halkeilua kuormituksen alaisena. Modifioidun asfaltin halkeilukestävyys matalassa lämpötilassa TFOT- ja PAV-vanhenemisen jälkeen arvioitiin taivutuspalkkireometrillä (BBR), spesifikaatiolla AASHTO T313-12 [31]. Erittelyn mukaan 6 ◦C oli testialue, kunnes asfaltin suorituskyky ei vastannut vaatimuksia. Taivutusviruman jäykkyys ja m-arvo testattiin lämpötiloissa 0, −6, −12, −18 ja −24 ◦C kuormalla {{10}},980 ± 0,05 N 240 s.

3. Tulokset ja keskustelu

3.1. Morfologiset ominaisuudet

FM suoritettiin SBS:n ja A-Pal:n jakautumisen ja rakenteen havainnoimiseksi modifioidussa asfaltissa [32]. Asfaltin ja modifikaattorien välisen eron parantamiseksi kuvan asfalttiosa näytetään mustana ja polymeeriosa vihreinä kirkkaina täplinä säätämällä kuvan 1 mukaista kirkkautta. Asfaltti näytetään jatkuvana faasina ja hajaantuneena -faasin SBS dispergoitiin saarekkeen muodossa matriisivälissä [33]. Kuvassa 1b on esitetty suuri määrä pieniä lohkomaisia ​​SBS-silloituksia asfaltissa, mikä muodostaa pienen osuuden ja hajallaan olevan asfaltin ilman A-Palia. SBS:llä on alhainen kyky imeä pehmeitä asfalteeneja asfaltista, mikä johtaa huonoon yhteensopivuuteen. Kun oli lisätty 1 painoprosentti A-Pal (kuva 1c), fluoresoivien aineiden osuus kasvoi hieman ja dispersio jakautui edelleen epätasaisesti asfaltissa. SBS-polymeerin kyky absorboida pehmeitä asfalteeneja A-Pal:n lisäämisen jälkeen lisääntyi jonkin verran, mikä johtaa SBS-polymeerin tilavuuden laajenemiseen ja turpoamisasteen nousuun [22]. A-Pal:n lisäyksen myötä (kuva 1d,e) fluoresoivien aineiden osuus jatkaa kasvuaan ja dispersioaste muuttuu yhä tasaisemmaksi. A-Pal:n lisäämisen jälkeen SBS-polymeerin yhteensopivuus asfaltin kanssa parani jossain määrin; modifioidun asfaltin alhaisen lämpötilan ja väsymissuorituskyvyn pitäisi parantua [19].

3.2. A-Pal-yhdisteen SBS-modifioidun asfaltin suorituskyky korkeissa lämpötiloissa

Stabiliteetti korkeissa lämpötiloissa on tärkeä asfaltin indikaattori. Lämpötilapyyhkäisytestillä saatu urautumiskertoimen vaihtelu on esitetty kuvassa 2. Voidaan nähdä, että SBS:n ja A-Pal:n lisääminen myötävaikuttaa urautumiskertoimen ja urautumiskestävyyden paranemiseen. Sen jälkeen kun SBS:ää lisättiin asfalttiin, asfaltin urakerroin osoitti suurta nousua ja parantunutta urautumiskestävyyttä. Urautumiskerroin kasvoi edelleen, kun A-Pal lisättiin lisäämään urautumiskestävyyttä entisestään. Edelliseen tutkimukseen verrattuna se on johdonmukainen eikä ole muuttunut erilaisten SBS-tyyppien vuoksi [18,19]. Näytteellä, jonka A-Pal-pitoisuus oli 5 painoprosenttia, oli korkein urautumiskerroin ja vahvin urautumisenestokyky, mikä osoittaa, että A-Pal:n lisääminen voi parantaa SBS-modifioidun asfaltin lämpötilastabiilisuutta. Uutuvuustekijän arvo pienenee lämpötilan noustessa ja nopeus oli sama, mikä viittaa siihen, että kaikilla modifioiduilla asfalttinäytteillä on samat reologiset ominaisuudet.

Urautumistekijän kriittinen lämpötila on vastaava lämpötilakerroin G*/sin δ {0}},0 kPa Strategic Highway Research Program (SHRP) -urakokeilussa. Kunkin näytteen kriittinen lämpötila on esitetty taulukossa 3. SBS voi nostaa kriittistä lämpötilaa 7,2 ◦C verrattuna AH-70. A-Palin lisäämisen jälkeen uratekijän kriittinen lämpötila nousi jatkuvasti ja maksimilämpötila nousi 75,7 ◦C:seen, mikä oli 20 prosenttia korkeampi kuin matriisiasfaltti.

Modifioidun asfaltin ZSV kasvaa A-Pal-pitoisuuden kasvaessa, mikä oli samanlainen kuin urautumiskertoimen testitulos (taulukko 4). Asfalttimatriisin ZSV nousi 296 prosenttia SBS:n lisäyksen myötä. Kun oli lisätty 1 painoprosentti A-Pal, modifioidun asfaltin ZSV nousi arvoon 949,4 Pa·s, mikä oli korkeampi kuin vain SBS:ää sisältävän modifioidun asfaltin. A-Pal-pitoisuuden kasvaessa ZSV:n arvo jatkaa nousuaan, ja 5 painoprosenttia yhdistetyn SBS-modifioidun asfaltin ZSV-arvo nousee arvoon 1291,8 Pa·s, mikä oli 423 prosenttia korkeampi kuin asfalttimatriisin. Se osoitti, että seostusmenetelmä oli tehokas parantamaan asfaltin sideaineen kestävyyttä korkeissa lämpötiloissa.

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