Effett ta' Sinerġija Ta' Palygorskite Nano-Organiku Fuq Il-Proprjetajiet Ta' Asfalt Modifikat SBS-Forma ta' Stilla Parti 1

Astratt: Bl-iżvilupp mgħaġġel tal-kostruzzjoni ekonomika, l-asfalt modifikat styrene-butadiene-styrene (SBS) qed jintuża dejjem aktar fl-inġinerija tal-awtostrada, iżda għad hemm ħafna nuqqasijiet fil-proċess tal-użu tiegħu. Biex tkompli ttejjeb il-prestazzjoni tagħha għall-użu, palygorskite nano organiku (A-Pal) u SBS forma ta 'stilla ġew komposti biex jiksbu asfalt modifikat f'dan l-istudju. L-istabbiltà f'temperatura għolja tal-asfalt modifikat bl-SBS ġiet imsaħħa wara l-inkorporazzjoni ma 'A-Pal għat-test ta' stabbiltà f'temperatura għolja permezz ta 'rheometer ta' shear dinamiku. L-A-Pal għandu jtejjeb l-enerġija ħielsa mill-wiċċ u l-adeżjoni tal-asfalt modifikat bl-SBS mill-analiżi tat-test tal-istabbiltà tal-ilma. It-test tat-tixjiħ juri li A-Pal jista 'jnaqqas id-dekompożizzjoni tal-ossiġnu termali tal-SBS u jtejjeb il-prestazzjoni kontra t-tixjiħ u r-reżistenza għall-għeja tal-asfalt modifikat bl-SBS. A-Pal għandu ċertu effett ta 'titjib fuq il-prestazzjoni f'temperatura baxxa ta' asfalt modifikat bl-SBS kif muri minn test ta 'reżistenza għall-qsim f'temperatura baxxa. L-asfalt immodifikat bl-SBS kompost minn A-Pal għandu stabbiltà tajba tal-ħażna f'temperaturi normali bl-inqas temperatura ta 'kompatibilità kritika.

Ikklikkja fuq Fejn Nista 'Nixtri Cistanche

【Għal aktar informazzjoni:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Kliem ewlieni: palygorskite; SBS; asfalt modifikat; proprjetajiet reoloġiċi

1. Introduzzjoni

F'dawn l-aħħar snin, in-nano-materjali u n-nano-teknoloġija ġew applikati b'mod aktar frekwenti fil-qasam tal-materjali tat-traffiku tal-bankini, u l-asfalt nano-modifikat sar wieħed mis-suġġetti jaħarqu tar-riċerka [1–4]. Fil-preżent, materjali tas-silikat b'nano-saffi huma ġeneralment applikati għal materjali tal-asfalt minħabba l-produzzjoni kbira tagħhom u l-prestazzjoni tajba [5-7]. Is-silikat nano-saffi bi struttura tal-kristall speċjali, li jagħmel il-molekuli tal-asfalt jidħlu fl-istruttura f'saffi, jista 'jżid l-ispazjar tas-saffi, itejjeb l-istruttura tal-qoxra tal-forma, li jipprevjeni l-ossiġnu milli jippenetra l-asfalt u jdewwem it-tixjiħ tiegħu. Għalhekk, l-asfalt nano-modifikat għandu proprjetajiet tajbin kontra t-tidwir u kontra t-tixjiħ [8-10]. Fl-istess ħin, nanomaterjali modifikati b'mod organiku jistgħu wkoll itejbu l-grad ta 'dispersjoni tal-polimeru fl-asfalt, u jipprovdu prospetti wesgħin ta' żvilupp għal asfalt modifikat fil-futur.

Palygorskite (Pal), magħrufa wkoll bħala attapulgite, hija katina f'saffi ta 'minerali tat-tafal tas-silikat tal-manjeżju-aluminju b'ħafna ilma. Għandha reputazzjoni bħala "ir-re tad-dinja" għall-firxa wiesgħa ta 'applikazzjonijiet tagħha. L-istruttura tal-kristall ta 'Pal hija kkaratterizzata mill-folji tetrahedral Si-O b'saff doppju li huma konnessi mal-folji octahedron b'saff wieħed (Mg, Al) -O, u s-saffi tal-unità huma konnessi bl-ossiġnu biex jiffurmaw kristall li jixbaħ il-pori. struttura [11]. Il-pori jimtlew b'ilma taż-żeolit ​​u ilma tal-kristall biex jiffurmaw kristall wieħed fibruż. Il-fibra waħda għandha tul ta' madwar 0.5 sa 1.{10}} µm, xi wħud saħansitra sa 1 ċm, u dijametru ta' madwar 20 sa 30 µm [12]. Pal intuża ħafna fl-oqsma tal-materjali tal-kisi [13], siment [14], asfalt, u materjali oħra tal-bini minħabba r-reoloġija tajba, l-adsorbibbiltà, u l-ispiża aktar baxxa [15-17].

Diversi studji juru li l-preżenza ta 'Pal nano-organiku tista' ttejjeb b'mod effettiv ir-reżistenza tat-tixjiħ tal-asfalt u l-kompatibilità bejn il-polimer u l-asfalt. Zhang et al. [10] sintetizzat organiku-Pal taħt irradjazzjoni microwave u applikah għall-asfalt modifikat Styrene butadiene rubber (SBR). Sabu li l-organiku-Pal tejbet il-kompatibilità u l-istabbiltà tal-ħażna tal-asfalt modifikat bl-SBR. Imbagħad, studjaw il-proprjetajiet reoloġiċi u morfoloġiċi ta 'asfalt modifikat SBR b'organiku-Pal u sabu li organiku-Pal għandu effett pożittiv fuq it-titjib tal-viscoelasticity u l-proprjetajiet kontra r-rutting ta' asfalt modifikat SBR [18]. Sun et al. [15] applika Pal għall-asfalt epossidiku u sab li għandu effett tajjeb fuq il-proprjetajiet tat-tensjoni u li jwaħħlu. Jin et al. [19] applika organiku-Pal għall-asfalt u sab li r-reżistenza tat-tixjiħ tal-asfalt tjiebet ħafna. Fil-preżent, l-effett tal-Pal organiku fuq l-asfalt modifikat styrene-butadiene-styrene (SBS) rarament jiġi studjat. Biex tifhem aktar l-effett tagħha u ttejjeb il-prestazzjoni tal-asfalt modifikat bl-SBS, dan l-istudju uża l-modifikatur SBS b'forma ta 'stilla YH-801 u l-palygorskite nano-organiku (A-Pal) biex jipprepara asfalt immodifikat bl-SBS kompost. Il-parti ħafifa tal-asfalt tista 'tiġi adsorbita mill-Pal b'assorbiment qawwi, b'tali mod li l-istruttura kollojdali tal-asfalt tista' tinbidel u l-istabbiltà tat-temperatura tal-asfalt modifikat tista 'titjieb [20].

2. Preparazzjoni tal-Materjali u Metodu tat-Test

2.1. Materjali

L-asfalt 70# (AH-70) kien prodott minn Maoming Petrochemical Co., Ltd. (Guangzhou, iċ-Ċina) bir-riżultati bażiċi tat-test tal-prestazzjoni murija fit-Tabella 1. Il-palygorskite oriġina f'Jiangsu, iċ-Ċina. Il-parametri tal-prestazzjoni bażiċi huma murija fit-Tabella 2. Il-kopolimeru blokk styrene-butadiene-styrene YH -801 (SBS4303) kien prodott minn Yueyang Baling Petrochemical (Hunan, iċ-Ċina) bi proporzjon ta 'blokk ta' 30/70.

2.2. Preparazzjoni ta 'A-Pal-Compounded SBS-Modifikat Asfalt

Ibbażat fuq ir-riċerka preċedenti tagħna [19,21], Pal ġie ttrattat b'soluzzjoni 1 mol/L HCl f'6 0 ◦C għal siegħa biex tneħħi xi partiċelli kbar u katjoniċi barra l-materja prima, imbagħad maħsula għal newtrali u imnixxef. Il-Pal u -aminopropyltriethoxysilane (APTES) ittrattati ġew imxerrda f'soluzzjoni ta 'xylene, u l-metodu ta' rifluss ta 'kondensazzjoni intuża għat-taħwid manjetiku għal 10 sigħat, imbagħad maħsul diversi drabi bil-filtrat, imnixxef u mgħaffeġ biex jinkiseb A-Pal biex tittejjeb il-kompatibilità ma' il-matriċi tal-asfalt. L-ammonti ta' 0 wt fil-mija, 1 wt fil-mija, 3 wt fil-mija, u 5 wt fil-mija A-Pal, li komposta 5 wt fil-mija tal-asfalt modifikat bl-SBS, ġew ippreparati bil-metodu tat-taħlit tat-tidwib (imsemmi AH-70 flimkien ma’ 5Y, AH-70 flimkien ma’ 5Y flimkien ma’ 1A, AH-70 flimkien ma’ 5Y flimkien ma’ 3A, u AH-70 flimkien ma’ 5Y flimkien ma’ 5A, rispettivament).

2.3. Karatterizzazzjoni

Intuża mikroskopju fluworexxenti (FM) biex jiddeskrivi l-morfoloġija tal-fażi ta 'asfalt modifikat b'eċitazzjoni ta' dawl blu-vjola b'mewġ qasir (λ=420 nm) (DM3000, Leica). Il-morfoloġija tal-fażi tal-komponent fluworexxenti fl-asfalt ġiet osservata permezz ta 'mikroskopija ottika biex tistudja aktar il-korrelazzjoni bejn il-mikrostruttura u l-proprjetajiet makroskopiċi [22].

2.4. Evalwazzjoni Reoloġika f'Temperatura Għolja

Il-prestazzjoni f'temperatura għolja tal-asfalt tirreferi għall-kapaċità tal-asfalt li jirreżisti d-deformazzjoni permanenti taħt tagħbija, li ġiet evalwata permezz ta 'shear rheometer dinamiku (DSR, MCR 301, Anton Paar, l-Awstrija) għall-iskannjar tat-temperatura u l-frekwenza testijiet tal-iskannjar. It-test tal-iskannjar tat-temperatura sar mill-AASHTO T315-05 [23] biex jistudja l-effett tal-bidla fit-temperatura fuq il-modulu kumpless ta' shear G* u l-angolu tal-fażi δ ta' asfalt immodifikat bl-SBS kompost minn A-Pal, b' rata ta 'tisħin ta' 2 ◦C/min u temperatura ta '40 ~ 90 ◦C. Il-biċċa l-kbira tal-asfalt taħt it-temperatura tax-xogħol tal-bankina jappartjeni għall-fluwidu psewdo-plastik mhux Newtonjan, u l-viskożità tal-asfalt tonqos biż-żieda tar-rata ta 'shear. Meta r-rata ta 'shear kienet estremament għolja jew żgħira ħafna, il-viskożità tal-fluwidu psewdo-plastik mhux Newtonjan avviċinat kostanti, u r-reġjun fejn il-viskożità ta' l-asfalt ma nbidlitx bir-rata ta 'shear kien imsejjaħ l-ewwel reġjun tal-fluss Newtonjan u l- it-tieni reġjun tal-fluss Newtonjan. Il-viskożità tal-fluwidu psewdo-plastik mhux Newtonjan kienet fl-ewwel reġjun u laħqet massimu meta kienet kostanti, li tissejjaħ zero shear viscosity (ZSV) [24]. Il-viskożità tal-fluwidu psewdo-plastik mhux Newtonjan kienet fit-tieni reġjun u laħqet minimu meta kienet kostanti, li tissejjaħ il-viskożità interfacial shear (ISV). Ir-riżultati tat-test ġew imwaħħla mill-mudell Carreau u l-kalkolu ta 'ZSV [25]. It-test f'temperatura ta '60 ◦C skond l-AASHTO T315-05, 25 mm tal-pjanċa oxxillanti u ħxuna tal-film ta' 1 mm intuża għat-test ta 'skanjar tal-frekwenza fil-medda ta' 0.01-100 Hz, u il-kurva ġiet skennjata minn tkabbir esponenzjali.

2.5. Evalwazzjoni tal-Istabbiltà tal-Ilma

L-angoli ta 'kuntatt tal-kampjuni ta' asfalt modifikat bl-SBS komposti minn A-Pal ġew imkejla mill-istrument tal-kejl tal-angolu ta 'kuntatt (DSA100, Kruss, il-Ġermanja). Il-metodu tal-qatra sessile twettaq b'ilma pur, formamide, u ethylene glycol. L-enerġija ħielsa mill-wiċċ ġiet ikkalkulata bil-metodu Owens–Wendt–Rabel–Kaelble (OWRK) [26], u r-relazzjoni bejn it-tlieta ġiet espressa bil-metodu OWRK kif ġej.

fejn sl hija l-enerġija ħielsa mill-wiċċ tal-fażi solida-likwidu, l hija l-enerġija ħielsa mill-wiċċ tal-likwidu, s hija l-enerġija ħielsa mill-wiċċ tas-solidu, ld hija l-komponent dispersjoni tal-likwidu, sd huwa l-komponent dispersjoni tal- solidu, lp huwa l-komponent polari tal-likwidu u sp huwa l-komponent polari tas-solidu.

Ibbażat fuq l-analiżi tad-dejta tal-enerġija ħielsa mill-wiċċ ta 'tliet materjali minerali komuni, ix-xogħol ta' adeżjoni (Was) għall-asfalt fuq il-wiċċ tal-materjal minerali ġie kkalkulat kif muri fl-Ekwazzjoni (3) [27,28].

Ġib l-Ekwazzjoni (1) fl-Ekwazzjoni (2) biex tikseb:

fejn ad huwa l-komponent ta 'dispersjoni ta' l-asfalt, sd huwa l-komponent ta 'dispersjoni tal-materjal minerali, p a huwa l-komponent polari ta' l-asfalt, u p s huwa l-komponent polari tal-materjal minerali.

Il-bidla tal-enerġija ħielsa ta' Gibbs (∆Gaws) f'kull stadju ta' ħsara li tixxerja tista' tiġi espressa mix-xogħol ta' tqaxxir [29] u l-espressjoni tal-kalkolu kif ġej:

Ġib l-Ekwazzjoni (1) fl-Ekwazzjoni ta’ hawn fuq biex tikseb:

fejn w hija l-enerġija ħielsa mill-wiċċ ta 'l-ilma, d w huwa l-komponent ta' dispersjoni ta 'l-ilma, u p w huwa l-komponent polari ta' l-ilma.

2.6. Evalwazzjoni tal-Prestazzjoni tax-Xjuħija

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) ġie ttestjat mit-test tal-għeja tat-temperatura, bħala indiċi għall-evalwazzjoni tar-reżistenza għall-għeja tal-asfalt.

2.7. Evalwazzjoni Reoloġika b'Temperatura Baxxa

Il-prestazzjoni f'temperatura baxxa tal-asfalt tirreferi għall-abbiltà tal-asfalt li jirreżisti l-qsim taħt tagħbija. Ir-reżistenza għall-qsim f'temperatura baxxa tal-asfalt modifikat wara t-tixjiħ tat-TFOT flimkien mal-PAV ġiet evalwata minn rheometer tar-raġġ tal-liwi (BBR), bl-ispeċifikazzjoni AASHTO T313-12 [31]. Skont l-ispeċifikazzjoni, 6 ◦C kienet il-firxa tat-test sakemm il-prestazzjoni tal-asfalt ma laħqitx ir-rekwiżiti. L-ebusija tal-flessjoni u l-valur m ġew ittestjati taħt it-temperaturi 0, −6, −12, −18, u −24 ◦C b'tagħbija ta' {{10}}.980 ± 0.05 N għal 240 s.

3. Riżultati u Diskussjoni

3.1. Karatteristiċi Morfoloġiċi

FM sar biex josserva d-distribuzzjoni u l-istruttura ta 'SBS u A-Pal fl-asfalt modifikat [32]. Biex tissaħħaħ id-diskriminazzjoni bejn l-asfalt u l-modifikaturi, il-parti tal-asfalt tal-immaġni tintwera bħala iswed, u l-parti tal-polimer tintwera bħala tikek ħodor qawwi billi taġġusta l-luminożità murija fil-Figura 1. L-asfalt jintwera bħala l-fażi kontinwa, u l-imxerred -phase SBS kien imxerred bħala l-forma ta 'gżira fil-pitch matriċi [33]. Il-Figura 1b turi ammont kbir ta 'crosslinks SBS imblokkati żgħar fl-asfalt, li jammonta għal proporzjon żgħir u d-distribuzzjoni mxerrda tal-asfalt mingħajr A-Pal. SBS għandu kapaċità baxxa li jassorbi asfalteni rotob mill-asfalt, li jirriżulta f'kompatibilità baxxa. Wara li żiedet 1 wt fil-mija A-Pal (Figura 1c), il-proporzjon ta 'sustanzi fluworexxenti żdied ftit, u t-tixrid kien għadu mqassam b'mod irregolari fl-asfalt. Il-kapaċità tal-polimeru SBS li jassorbi asfalteni rotob wara li A-Pal ġie miżjud kellha ċerta żieda, li twassal għall-espansjoni tal-volum tal-polimeru SBS u ż-żieda fil-grad ta 'nefħa [22]. Biż-żieda ta 'A-Pal (Figura 1d, e), il-proporzjon ta' sustanzi fluworexxenti jkompli jiżdied, u l-grad ta 'dispersjoni jsir aktar u aktar uniformi. Wara li żżid A-Pal, il-kompatibilità tal-polimer SBS mal-asfalt tjiebet sa ċertu punt; it-temperatura baxxa u l-prestazzjoni tal-għeja tal-asfalt modifikat għandhom jitjiebu [19].

3.2. Prestazzjoni f'Temperatura Għolja ta 'A-Pal-Compounded SBS-Modifikat Asfalt

L-istabbiltà f'temperatura għolja hija indikatur importanti tal-asfalt. Il-varjazzjoni tal-fattur rutted miksub mit-test tal-iskannjar tat-temperatura hija murija fil-Figura 2. Wieħed jista 'jara li ż-żieda ta' SBS u A-Pal tikkontribwixxi għat-titjib tal-fattur tar-rutting u r-reżistenza tar-rutting. Wara li l-SBS ġie miżjud ma 'l-asfalt, il-fattur tar-rutting ta' l-asfalt wera żieda kbira u aktar reżistenza mtejba għar-rutting. Il-fattur tar-rutting kompla jiżdied bl-inkorporazzjoni ta 'A-Pal biex tkompli tiżdied ir-reżistenza tar-rutting. Meta mqabbel mal-istudju preċedenti, huwa konsistenti u ma nbidilx minħabba t-tipi differenti ta 'SBS [18,19]. Il-kampjun b'kontenut ta 'A-Pal ta' 5 wt fil-mija kellu l-ogħla fattur ta 'rutting u l-aktar kapaċità b'saħħitha kontra r-rutting, li jindika li l-inkorporazzjoni ta' A-Pal tista 'ttejjeb l-istabbiltà tat-temperatura ta' l-asfalt modifikat bl-SBS. Il-valur tal-fattur tar-rutting jonqos bit-temperatura dejjem tiżdied, u r-rata kienet l-istess, li tindika li l-kampjuni kollha tal-asfalt modifikat għandhom l-istess proprjetajiet reoloġiċi.

It-temperatura kritika tal-fattur tar-radda hija l-fattur tat-temperatura korrispondenti ta' G*/sin δ {{0}}.0 kPa fit-test tal-fattur tar-rutting fil-Programm ta' Riċerka Strateġika tal-Awtostrada (SHRP). It-temperatura kritika ta' kull kampjun tidher fit-Tabella 3. SBS jista' jgħolli t-temperatura kritika b'7.2 ◦C, meta mqabbel ma' AH-70. Wara li żżid A-Pal, it-temperatura kritika tal-fattur tar-rutting żdiedet kontinwament, u t-temperatura massima żdiedet għal 75.7 ◦C, li kienet 20 fil-mija ogħla mill-asfalt tal-matriċi.

Iż-ZSV tal-asfalt modifikat jiżdied biż-żieda tal-kontenut A-Pal, li kien simili għar-riżultat tat-test tal-fattur tar-rutting (Tabella 4). Iż-ZSV tal-matriċi tal-asfalt żdiedet b'296 fil-mija biż-żieda tal-SBS. Wara li żiedet 1 wt fil-mija A-Pal, iż-ZSV tal-asfalt modifikat żdied għal 949.4 Pa·s, li kien ogħla minn dak tal-asfalt modifikat b'SBS biss. Biż-żieda fil-kontenut A-Pal, il-valur ta 'ZSV ikompli jiżdied, u l-valur ZSV tal-5 wt fil-mija kompost asfalt immodifikat SBS jiżdied għal 1291.8 Pa·s, li kien 423 fil-mija ogħla minn dak tal-matriċi tal-asfalt. Wera li l-metodu ta 'taħlit kien effettiv fit-titjib tal-istabbiltà f'temperatura għolja tal-binder tal-asfalt.

【Għal aktar informazzjoni:george.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】