Efectul grafenului asupra microstructurilor de asfalt modificate pe baza microscopiei cu forță atomică Ⅱ

3.4. Discuție despre microstructura asfaltului pe baza teoriei transformării fază lichid-solidă

În timpul răcirii, unele componente ale asfaltului topit pot suferi fază lichid-solidătranziție, care are ca rezultat separarea fazelor în asfalt. „Structura albinei” este rezultatulde separare a fazelor în asfalt. Potrivit lui Gibbs, procesul de schimbare a fazei poate ficlasificate în două, adică schimbarea de fază de nucleare-creștere și schimbarea de fază continuă.

Faceți clic aici pentru a obține mai multe informații despre plantele Cistanche pentru anti-îmbătrânire

Figura 6.Distribuția pe înălțime a micromorfologiei asfaltului

3.4. Discuții despre microstructura asfaltuluipe teoria transformării fază lichid-solidă

În opinia noastră, formarea „structurii de albineures” și efectul grafenului asupra„structurile albinelor” pot fi elucidate folosind bateoria sic a „tranziției de fază lichid-solid„. Conform echilibrului termodinamicm teorie, o tranziție de fază poate avea loc laformează o nouă fază când materialul este receed la temperatura de tranziție de fază. La fel deFigura 6.Distribuția pe înălțime a micromorfologiei asfaltului.3.4.1. Analiza formării „Structurii albinelor”.Formarea „structurii albinelor” a fost dezbătută, iar în opinia noastră, „albinastructurile” de asfalt se datorează cristalizării cerii sau asocierilor care implică ceară şialte betoane (cum ar fi asfaltenele și modificatoarele). În timpul înghețului asfaltului, brutși amestecuri de ulei rezidual-hidrocarburi cu puncte de topire ridicate capabile de precipitareprin cristalizare - sunt cunoscute în mod colectiv sub denumirea de ceară. Ceara este vitală pentru formarea „albineistructura." Apariția cristalelor de fulgi ac după răcire semnifică prezențaceară microcristalină în asfalt [37].

Cristalizarea cerii implică trecerea de la un embrion nuclear la un nucleu de cristal, urmat de un cristal. În timpul răcirii, moleculele de alcan care au fost distribuitealeatoriu în asfaltul topit trece de la o stare de energie liberă ridicată (stare lichidă) la una scăzutăstare de energie liberă (stare cristalină), în care moleculele de alcan se află în intervalul scurtsunt dispuse ordonat pentru a forma embrioni de nucleu ai „embrionului nuclear”, ceea ce faciliteazăformarea în continuare a unui nucleu cristalin stabil. Un embrion nuclear este o condiție prealabilă pentruconstruirea unui nucleu. Cu toate acestea, embrionul nuclear se va dezintegra dacă temperaturacrește, în timp ce va forma un nucleu stabil care se va mări și va dezvolta cristale dacătopitura continuă să fie răcită. Procesul de cristalizare cuprinde formarea nucleăriiși creșterea boabelor, ambele necesită un grad adecvat de suprarăcire. Dupa cumtemperatura scade, aceste molecule vor suferi o conexiune-fractură continuă șifractură – conectați procesul pentru a forma puncte de rețea ordonate până când se atinge o dimensiune critică (un noustare stabilă), adică un nucleu de cristal [38]. În cele din urmă, alte molecule din jur vor fi întotdeaunaacoperă punctele rețelei cristaline și formează treptat o structură de felii subțiri care se apropie denucleul de cristal și face ca nucleul de cristal să se dezvolte într-un cristal în formă de ac.

Creșterea cristalului are loc în regiunea în care se află energia de polimerizarecristalul și parafina liberă este cea mai mare, rezultând cea mai rapidă creștere a foiistructură situată pe partea laterală a nucleului cristalin. În celelalte componente ale microcristalinuluiceară și asfalt, moleculele de asfalt servesc ca miez pentru acumularea cristaluluiciorchine și apoi le dezvoltă în continuare în „structuri de albine”. Când sistemul de asfalt esterăcit la sub temperatura de cristalizare, uleiul din asfalt pe ambele părți aleFoaia de vârf va urca de-a lungul vârfului, ceea ce poate fi considerat un fenomen capilar înasfalt topit [39]. Figura7 prezintă o diagramă schematică a precipitaţiilor „albineistructuri." În stare topită, componentele asfaltice (saturate, aromatice, rășini șiasfaltenele) sunt amestecate într-o stare omogenă. Ulterior, prin modificare,Modificatorul de grafen este dispersat uniform în asfaltul topit pentru a forma un omogensistem. În timpul răcirii, grafenul și asfaltenele vor deveni locuri de nucleare, iarceara se va cristaliza cu ușurință, rezultând astfel „structuri de albine”.

3.4.2. Efectul grafenului asupra structurilor apicole ale asfaltului

Concluziile anterioare au indicat că grafenul modificat „structurile de albine” appareau în cantitate mai mare și erau mai mici decât cele ale asfaltului de bază. Pentruformarea unui nucleu de cristal este primul pas în cristalizare și procesul de nuclearepot fi clasificate în nucleație neomogenă și omogenă pe bază de cristalteoria nucleării. Nuclearea omogenă se referă la aceeași probabilitate a nucleului genîn topituri subrăcite. Între timp, nuclearea neomogenă se referă la un pentruproces de procesare facilitat de diferite poziții catalitice, cum ar fi suprafața, interfața,crăpături și pereți.

Corpul modificatorului stabil de grafen va deveni locul catalitic al nucleuluiformarea în asfalt modificat, iar aceasta este clasificată în nuclearea neomogenă.Încorporarea grafenului oferă numeroase site-uri de nucleare și interfețe provezi șabloane regulate (sferice) pe care pot fi depuse molecule de ceară [40].Barade nucleare neomogenă (∆Gk*) este mai mică decât cea a nucleării omogene(∆Gk), iar relația există în asfalt, așa cum se arată în ecuația (3), undeθrepretrimite unghiul de contact dintre un nucleu în formă de capac și un substrat plat, așa cum este descris înteoria clasică a nucleării. Figura 8 share modelul în formă de capac de neomogennucleată.Cosθpoate fi calculată din ecuația lui Young (Ecuația (4)). În ecuația 4, Nl, Sl,și snse referă la energiile libere interfaciale dintrenucleul și lichidul, substratșisubstrat și respectiv nucleu. f(0) poate fi obținut din ecuația (5) a relației geometrice a modelului cap, iar valoarea sa este mai mică sau egală cu 1.

Când nucleul de cristal se formează pe agentul de nucleare, bariera de nuclearescade cu unghiul de contact (θ), iar bariera de nucleare neomogenă este mai micădecât bariera de nucleare omogenă, care facilitează cristalizarea. În bazăasfalt, asfaltena poate servi ca agent de nucleare. Prin contrast, în grafen-modificatasfalt, grafenul dispersat uniform în asfalt își va împărtăși rolul de agent de nuclearecu asfaltenă. Deși ceara poate fi detașată prin nucleare neomogenă în ambelebaza și asfaltul modificat, numărul de particule de agent de nucleare în ambele cazuri va diferi.În opinia noastră, modificatorul grafen poate servi ca o nucleare dispersată suplimentarăcentru care facilitează formarea unui număr mare de cristale de ceară mai mici [41]. Prin urmare,numărul de „structuri de albine” din asfaltul modificat cu grafen va fi mai mare decât atâta asfaltului de bază. În plus, grafenul poate duce la un volum mai mic al „structurii albinelor”.datorită în primul rând formării unei rețele de gel relativ compacte în cea modificatăasfalt. În opinia noastră, formarea „structurilor de albine” este clasificată în categoria difuzivătranziția de fază, iar vâscozitatea crescută a asfaltului modificat împiedică difuzia șitransferul moleculelor de ceară

Stadiul de creștere al „structurii albinelor” poate fi explicat pe baza teoriei difuziei.O explicație detaliată a fost prezentată în studiul nostru anterior [27]. Pe asfalt, o mai josvâscozitatea are ca rezultat mai puține interacțiuni intermoleculare, în timp ce o forță rezistentă mai mică cătremigrarea are ca rezultat o rată mai mare de migrare moleculară, ceea ce facilitează migrareacomponente de asfalt. Vâscozitatea asfaltului de bază este mai mică decât cea a asfaltului modificat cu grafenasfalt. Componentele de ceară pot migra rapid în asfaltul de bază, astfelfacilitând dezvoltarea „structurii albinelor”.

Între timp, numărul de nuclearelocațiile din asfaltul de bază este mai mică decât cea a asfaltului modificat cu grafen. Prin urmare,„structurile de albine” asfaltice ale asfaltului de bază se măresc, iar distribuţiile lor suntrisipite. Între timp, vâscozitatea asfaltului modificat este ridicată, rezultând o scădereviteza de migrare a moleculelor de ceară. În plus, grafenul ca asfaltenă poate servica loc de nucleare și împiedică migrarea particulelor. Factorii de mai sus pot duce lacantitate abundentă și dimensiune mai mică a „structurilor de albine” în asfaltul modificat

Micromorfologia asfaltului de bază neînvechit și îmbătrânit și a grafenului modificat caphalt au fost investigate prin AFM. Variațiile micrografiei au fost comparate și analizate.Mecanismul de formare a „structurilor de albine” asfaltice și efectul grafenului asupras-a discutat despre „structurile albinelor”. Principalele concluzii obținute sunt următoarele: