Efectul de sinergie al palygorskitului nano-organic asupra proprietăților asfaltului modificat cu SBS în formă de stea partea 1
Jul 24, 2023
Abstract: Odată cu dezvoltarea rapidă a construcțiilor economice, asfaltul modificat cu stiren-butadienă-stiren (SBS) este din ce în ce mai utilizat în ingineria autostrăzilor, dar există încă multe deficiențe în procesul de utilizare. Pentru a-și îmbunătăți și mai mult performanța de utilizare, palygorskite nano organic (A-Pal) și SBS în formă de stea au fost combinate pentru a obține asfalt modificat în acest studiu. Stabilitatea la temperatură înaltă a asfaltului modificat cu SBS a fost îmbunătățită după încorporarea cu A-Pal pentru testul de stabilitate la temperatură înaltă printr-un reometru de forfecare dinamică. A-Pal ar trebui să îmbunătățească energia liberă la suprafață și aderența asfaltului modificat cu SBS prin analiza testului de stabilitate a apei. Testul de îmbătrânire arată că A-Pal poate reduce descompunerea termică a oxigenului SBS și poate îmbunătăți performanța anti-îmbătrânire și rezistența la oboseală a asfaltului modificat cu SBS. A-Pal are un anumit efect de îmbunătățire asupra performanței la temperatură scăzută a asfaltului modificat cu SBS, așa cum a arătat un test de rezistență la fisurare la temperatură joasă. Asfaltul modificat cu SBS compus cu A-Pal are o stabilitate bună la depozitare la temperaturi normale cu cea mai scăzută temperatură critică de compatibilitate.
Faceți clic pe De unde pot cumpăra Cistanche
【Pentru mai multe informații:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】
Cuvinte cheie: palygorskite; SBS; asfalt modificat; proprietăți reologice
1. Introducere
În ultimii ani, nano-materialele și nano-tehnologia au fost aplicate mai frecvent în domeniul materialelor de trafic pentru pavaj, iar asfaltul nanomodificat a devenit unul dintre subiectele fierbinți de cercetare [1–4]. În prezent, materialele silicate nano-stratificate sunt în general aplicate materialelor asfaltice datorită randamentului lor mare și performanței bune [5-7]. Silicatul nano-stratificat cu o structură cristalină specială, care face ca moleculele de asfalt să intre în structura stratificată, poate crește distanța dintre straturi, îmbunătățind structura de peeling, ceea ce împiedică oxigenul să pătrundă în asfalt și întârzierea îmbătrânirii acestuia. Prin urmare, asfaltul nanomodificat are proprietăți bune anti-rut și anti-îmbătrânire [8-10]. În același timp, nanomaterialele modificate organic pot îmbunătăți și gradul de dispersie a polimerului în asfalt, oferind perspective largi de dezvoltare pentru asfaltul modificat în viitor.
Palygorskite (Pal), cunoscut și sub denumirea de attapulgit, este un lanț stratificat de minerale argiloase silicate de magneziu și aluminiu bogate în apă. Are reputația de „regele pământului” pentru gama sa largă de aplicații. Structura cristalină a lui Pal este caracterizată de foile tetraedrice Si-O cu două straturi care sunt conectate cu foile octaedrice cu un singur strat (Mg, Al)-O, iar straturile unitare sunt conectate prin oxigen pentru a forma un cristal asemănător porilor. structura [11]. Porii sunt umpluți cu apă zeolit și apă cristalină pentru a forma un singur cristal fibros. Fibra unică are o lungime de aproximativ 0,5 până la 1,0 µm, unele chiar de până la 1 cm, și un diametru de aproximativ 20 până la 30 µm [12]. Pal a fost utilizat pe scară largă în domeniul materialelor de acoperire [13], ciment [14], asfalt și alte materiale de construcție datorită reologiei bune, adsorbabilității și costului mai mic [15-17].
Mai multe studii arată că prezența pal nano-organic poate îmbunătăți în mod eficient rezistența la îmbătrânire a asfaltului și compatibilitatea dintre polimer și asfalt. Zhang şi colab. [10] a sintetizat organic-Pal sub iradiere cu microunde și l-a aplicat pe asfaltul modificat cu cauciuc stiren butadien (SBR). Ei au descoperit că organic-Pal a îmbunătățit compatibilitatea și stabilitatea la depozitare a asfaltului modificat cu SBR. Apoi, au studiat proprietățile reologice și morfologice ale asfaltului modificat cu SBR cu organic-Pal și au descoperit că organic-Pal are un efect pozitiv asupra îmbunătățirii viscoelasticității și proprietăților anti-rut ale asfaltului modificat cu SBR [18]. Sun și colab. [15] a aplicat Pal pe asfaltul epoxidic și a constatat că are un efect bun asupra proprietăților de tracțiune și adezive. Jin şi colab. [19] a aplicat organic-Pal pe asfalt și a constatat că rezistența la îmbătrânire a asfaltului a fost mult îmbunătățită. În prezent, efectul organic-Pal asupra asfaltului modificat cu stiren-butadienă-stiren (SBS) este rar studiat. Pentru a înțelege în continuare efectul său și a îmbunătăți performanța asfaltului modificat cu SBS, acest studiu a folosit modificatorul SBS în formă de stea YH-801 și palygorskite nano-organic (A-Pal) pentru a prepara asfaltul modificat cu SBS combinat. Partea ușoară a asfaltului poate fi adsorbită de Pal cu adsorbție puternică, astfel încât structura coloidală a asfaltului poate fi schimbată și stabilitatea la temperatură a asfaltului modificat poate fi îmbunătățită [20].
2. Pregătirea materialelor și metoda de testare
2.1. Materiale
Asfaltul de 70# (AH-70) a fost produs de Maoming Petrochemical Co., Ltd. (Guangzhou, China), cu rezultatele testelor de performanță de bază prezentate în tabelul 1. Palygorskite-ul provine din Jiangsu, China. Parametrii de bază de performanță sunt prezentați în Tabelul 2. Copolimerul bloc stiren-butadienă-stiren în formă de stea YH-801 (SBS4303) a fost produs de Yueyang Baling Petrochemical (Hunan, China) cu un raport de bloc de 30/70.
2.2. Prepararea asfaltului modificat cu SBS compus cu A-Pal
Pe baza cercetărilor noastre anterioare [19,21], Pal a fost tratat cu 1 mol/L soluție de HCl la 60 ◦C timp de 1 oră pentru a îndepărta unele particule mari și cationice din afara materiei prime, apoi a fost spălat la neutru și uscat. Pal tratat și -aminopropiltrietoxisilanul (APTES) au fost dispersați într-o soluție de xilen, iar metoda de reflux de condensare a fost utilizată pentru agitare magnetică timp de 10 ore, apoi spălate de mai multe ori cu filtratul, uscate și zdrobite pentru a obține A-Pal pentru a îmbunătăți compatibilitatea cu matricea de asfalt. Cantitățile de 0 procente în greutate, 1 procente în greutate, 3 procente în greutate și 5 procente în greutate A-Pal, care au compus 5 procente în greutate din asfaltul modificat cu SBS, au fost preparate prin metoda de amestecare în topitură (numită AH-70 plus 5Y, AH-70 plus 5Y plus 1A, AH-70 plus 5Y plus 3A și, respectiv, AH-70 plus 5Y plus 5A).
2.3. Caracterizare
Un microscop cu fluorescență (FM) a fost utilizat pentru a descrie morfologia de fază a asfaltului modificat cu excitație cu lumină albastru-violet (λ=420 nm) cu unde scurte (DM3000, Leica). Morfologia de fază a componentei fluorescente din asfalt a fost observată prin microscopie optică pentru a studia în continuare corelația dintre microstructură și proprietățile macroscopice [22].
2.4. Evaluare reologică la temperatură înaltă
Performanța la temperatură ridicată a asfaltului se referă la capacitatea asfaltului de a rezista la deformarea permanentă sub sarcină, care a fost evaluată de un reometru de forfecare dinamică (DSR, MCR 301, Anton Paar, Austria) pentru scanarea temperaturii și frecvența. teste de scanare. Testul de scanare a temperaturii a fost efectuat de AASHTO T315-05 [23] pentru a studia efectul schimbării temperaturii asupra modulului complex de forfecare G* și unghiului de fază δ al asfaltului modificat cu SBS compus cu A-Pal, cu o viteza de încălzire de 2 ◦C/min și o temperatură de 40~90 ◦C. Majoritatea asfaltului la temperatura de lucru a pavajului aparține fluidului pseudo-plastic non-newtonian, iar vâscozitatea asfaltului scade odată cu creșterea ratei de forfecare. Când viteza de forfecare a fost extrem de mare sau foarte mică, vâscozitatea fluidului pseudo-plastic non-newtonian s-a apropiat de o constantă, iar regiunea în care vâscozitatea asfaltului nu s-a modificat odată cu viteza de forfecare a fost numită prima regiune newtoniană de curgere și a doua regiune newtoniană de curgere. Vâscozitatea fluidului pseudo-plastic non-newtonian a fost în prima regiune și a atins un maxim atunci când a fost constant, ceea ce se numește vâscozitate de forfecare zero (ZSV) [24]. Vâscozitatea fluidului pseudo-plastic non-newtonian a fost în a doua regiune și a atins un minim atunci când a fost constant, ceea ce se numește vâscozitate de forfecare interfacială (ISV). Rezultatele testelor au fost ajustate prin modelul Carreau și calculul ZSV [25]. Testul la o temperatură de 60 ◦C conform AASHTO T315-05, 25 mm din placa oscilantă și o grosime a filmului de 1 mm a fost utilizat pentru testul de scanare în frecvență în intervalul 0,01–100 Hz și curba a fost scanată prin creștere exponențială.
2.5. Evaluarea stabilității apei
Unghiurile de contact ale probelor de asfalt modificat cu SBS compus cu A-Pal au fost măsurate cu instrumentul de măsurare a unghiului de contact (DSA100, Kruss, Germania). Metoda picăturii sesile a fost efectuată cu apă pură, formamidă și etilenglicol. Energia liberă de suprafață a fost calculată prin metoda Owens–Wendt–Rabel–Kaelble (OWRK) [26], iar relația dintre cele trei a fost exprimată prin metoda OWRK după cum urmează.
unde sl este energia liberă de suprafață a fazei solid-lichid, l este energia liberă de suprafață a lichidului, s este energia liberă de suprafață a solidului, ld este componenta de dispersie a lichidului, sd este componenta de dispersie a lichidului solid, lp este componenta polară a lichidului și sp este componenta polară a solidului.
Pe baza analizei datelor de energie liberă de suprafață a trei materiale minerale comune, munca de aderență (Was) pentru asfaltul pe suprafața materialului mineral a fost calculată așa cum se arată în ecuația (3) [27,28].
Aduceți ecuația (1) în ecuația (2) pentru a obține:
unde ad este componenta de dispersie a asfaltului, sd este componenta de dispersie a materialului mineral, p a este componenta polară a asfaltului și p s este componenta polară a materialului mineral.
Modificarea energiei libere Gibbs (∆Gaws) în fiecare etapă de deteriorare prin despicare poate fi exprimată prin munca de exfoliere [29] și expresia de calcul după cum urmează:
Aduceți ecuația (1) în ecuația de mai sus pentru a obține:
unde w este energia liberă de suprafață a apei, d w este componenta de dispersie a apei și pw este componenta polară a apei.
2.6. Evaluarea performanței în vârstă
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) a fost testat din testul de oboseală la temperatură, ca indice pentru evaluarea rezistenței la oboseală a asfaltului.
2.7. Evaluare reologică la temperatură joasă
Performanța la temperatură scăzută a asfaltului se referă la capacitatea asfaltului de a rezista la fisurare sub sarcină. Rezistența la fisurare la temperatură joasă a asfaltului modificat după îmbătrânirea TFOT plus PAV a fost evaluată printr-un reometru cu fascicul de îndoire (BBR), după specificația AASHTO T313-12 [31]. Conform specificației, 6 ◦C a fost domeniul de testare până când performanța asfaltului nu a îndeplinit cerințele. Rigiditatea la fluaj la încovoiere și valoarea m au fost testate la temperaturile 0, −6, −12, −18 și −24 ◦C cu o sarcină de {{10}},980 ± 0,05 N timp de 240 s.
3. Rezultate si discutii
3.1. Caracteristici morfologice
FM a fost efectuat pentru a observa distribuția și structura SBS și A-Pal în asfaltul modificat [32]. Pentru a spori discriminarea dintre asfalt și modificatori, partea de asfalt a imaginii este afișată ca negru, iar partea de polimer este afișată ca pete verzi luminoase prin ajustarea luminozității prezentate în Figura 1. Asfaltul este afișat ca fază continuă, iar cel dispersat. -faza SBS a fost dispersată sub formă de insulă în pasul matricei [33]. Figura 1b prezintă o cantitate mare de legături încrucișate SBS mici blocate în asfalt, care reprezintă o proporție mică și distribuția împrăștiată a asfaltului fără A-Pal. SBS are o capacitate scăzută de a absorbi asfaltenele moi din asfalt, rezultând o compatibilitate scăzută. După adăugarea a 1% în greutate A-Pal (Figura 1c), proporția de substanțe fluorescente a fost ușor crescută, iar dispersia a fost încă distribuită neuniform în asfalt. Capacitatea polimerului SBS de a absorbi asfaltenele moi după ce a fost adăugat A-Pal a avut o anumită creștere, ceea ce duce la extinderea volumului polimerului SBS și la creșterea gradului de umflare [22]. Odată cu adăugarea de A-Pal (Figura 1d, e), proporția de substanțe fluorescente continuă să crească, iar gradul de dispersie devine din ce în ce mai uniform. După adăugarea A-Pal, compatibilitatea polimerului SBS cu asfaltul a fost îmbunătățită într-o oarecare măsură; temperatura scăzută și performanța la oboseală a asfaltului modificat ar trebui să se îmbunătățească [19].
3.2. Performanța la temperatură înaltă a asfaltului modificat cu SBS compus A-Pal
Stabilitatea la temperaturi ridicate este un indicator important al asfaltului. Variația factorului de rut obținut prin testul de scanare a temperaturii este prezentată în Figura 2. Se poate observa că adăugarea de SBS și A-Pal contribuie la îmbunătățirea factorului de rut și a rezistenței la rut. După ce SBS a fost adăugat la asfalt, factorul de rut al asfaltului a arătat o creștere mare și o rezistență mai îmbunătățită la rut. Factorul de rut a continuat să crească odată cu încorporarea A-Pal pentru a crește și mai mult rezistența la rut. În comparație cu studiul anterior, este consistent și nu s-a schimbat din cauza diferitelor tipuri de SBS [18,19]. Proba cu conținut de A-Pal de 5 procente în greutate a avut cel mai mare factor de rut și cea mai puternică capacitate anti-rut, indicând faptul că încorporarea A-Pal poate îmbunătăți stabilitatea temperaturii asfaltului modificat cu SBS. Valoarea factorului de rut scade odată cu creșterea temperaturii, iar rata a fost aceeași, ceea ce indică faptul că toate probele de asfalt modificat au aceleași proprietăți reologice.
Temperatura critică a factorului de rut este factorul de temperatură corespunzător G*/sin δ {{0}},0 kPa în testul factorului de rut din Programul Strategic de Cercetare a Autostrăzilor (SHRP). Temperatura critică a fiecărei probe este prezentată în Tabelul 3. SBS ar putea crește temperatura critică cu 7,2 ◦C, în comparație cu AH-70. După adăugarea A-Pal, temperatura critică a factorului de rut a crescut continuu, iar temperatura maximă a crescut la 75,7 ◦C, care a fost cu 20 la sută mai mare decât asfaltul cu matrice.
ZSV al asfaltului modificat crește odată cu creșterea conținutului de A-Pal, care a fost similar cu rezultatul testului factorului de rut (Tabelul 4). ZSV-ul matricei de asfalt a crescut cu 296 la sută odată cu adăugarea de SBS. După adăugarea a 1% în greutate A-Pal, ZSV a asfaltului modificat a crescut la 949,4 Pa·s, care a fost mai mare decât cea a asfaltului modificat doar cu SBS. Odată cu creșterea conținutului de A-Pal, valoarea ZSV continuă să crească, iar valoarea ZSV a 5% în greutate asfalt modificat cu SBS compus crește la 1291,8 Pa·s, care a fost cu 423% mai mare decât cea a matricei de asfalt. Acesta a arătat că metoda de amestecare a fost eficientă în îmbunătățirea stabilității la temperatură ridicată a liantului de asfalt.
【Pentru mai multe informații:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】
