المركبات النانوية المهندسة في مجلدات الأسفلت 2

الرجاء التواصلoscar.xiao@wecistanche.comللمزيد من المعلومات

3.2 الخصائص الديناميكية اللزجة المرنة

تم تحليل خصائص المواد اللزجة المطاطية بواسطة اختبار DSR. تم قياس زاوية الطور （δ） ومعامل القص المعقد المقابل (G *) على مدى التردد (1 0 راديان / ثانية) ودرجة حرارة كبيرة (من 2 0 إلى 9 {{17) }} الدرجة العلمية ). تم فحص مقاومة المادة الرابطة للتشوه (التجزؤ) الدائم (البلاستيك) وفقًا للمعايير G * / sinδ 【38】. النتائج موضحة في الشكل 4 أ-ج. يتم النظر في مقاومة تشوه رابط الأسفلت بزاوية الطور والمعامل المعقد ، حيث يكون لتردد التحميل ومعلمات درجة الحرارة تأثير رئيسي على G * و δ 【8】. تُظهر العينة التي تحتوي على CSNPs بمقدار 0.2 بالمائة بالوزن أعلى مقاومة للتشوه قبل التقادم. الشيخوخة تؤدي إلى زيادة التيبس. دائمًا ما يتم ملاحظة الحد الأقصى من الصلابة في عينات القاعدة القديمة ، والتي ترتبط بزيادة في السلوك المرن [39] وبشكل غير ملائم مع زيادة الهشاشة [40]. تتغير ظروف المعامل المعقدة عند إضافة NPs إلى رابط الأسفلت. بالنسبة لعينات CSNP-mod-ified ، تكون الزيادة في الصلابة عند الشيخوخة أقل وضوحًا بسبب التأثير المعزز لـ NPs. بناءً على نتائج هذه الدراسة ، تمت إضافة 0.2 و 0.3 بالمائة بالوزن

يظهر NPS لرابط الأسفلت أعلى مقاومة للتشوه الدائم بعد التقادم على المدى القصير والطويل ، على التوالي. يمكن تحديد المحتوى الأمثل لـ CSNPs في رابطة الأسفلت للحصول على مواد رابطة معدلة CSNP ذات أعلى مقاومة للتلف.cistanche wirkungبعد تقادم PAV ، كانت زاوية المرحلة وترتيب المعامل المركب 3. 0 بالوزن 9 بالمائة NPs<1.0wt%><2.0><0.0 wt9="" nps,="" and="" 0.0wt%="" nps="">2.0wt% NPs>1.0 wt% NPs>3. 0 بالوزن في المئة NPs ، على التوالي.

في الشكل 4d-g ، يتم عرض معلمات rutting قبل وبعد الشيخوخة (عند 30 و 70 درجة مئوية). أظهرت العينات 6 و 12 التحسن الأكثر وضوحًا بعد التقادم على المدى القصير والطويل ، على التوالي. أظهرت النتائج مقاومة التشوه الدائم ، والتي تحسنت عند إضافة CSNPs.

الرجاء الضغط هنا لمعرفة المزيد

في هذا التحقيق ، تم أخذ كفاءة مقاومة التمزق في الاعتبار مع درجة حرارة العتبة لعامل التمزق. يقدم الجدول 1 درجة حرارة حدية قدرها 1. 0 قبل التقادم و 2.2 كيلو باسكال بعد التقادم (بناءً على معيار SHRP-A -369 [38]). أظهرت النتائج أن CSNPs تقلل مقاومة التمزق قبل التقادم. بعد التقادم ، تزداد درجة حرارة العتبة وتصلب عينات القاعدة ، بينما يتم قياس العكس للعينات المعدلة CSNP. تؤكد هذه الملاحظات أن CSNPs تقلل من الصلابة والتصلب بسبب الشيخوخة.بيوفلافونويدس الحمضياتعلاوة على ذلك ، أظهرت النتائج أن {{0}}. 1 بالوزن في المائة من CSNPs يؤدي أداءً أعلى مقارنة بـ 0.2 في المائة بالوزن.

3.3 التحليل الحراري والتحليل الطيفي تم إجراء القياس الحراري / التحليل الحراري التفاضلي (TG / DTA) للتحقق من الاستقرار الحراري ونمط التحلل الحراري. يوضح الشكل 5 نتائج التحليل الحراري الوزني (TGA) ، حيث يتم قياس فقدان الوزن للعينات مع زيادة درجة الحرارة حتى 900 درجة.

تظهر ثلاثة نطاقات رئيسية لفقدان الكتلة في التحلل الحراري: نطاقات درجة الحرارة 200-360 و 370-490 و 540 درجة. على مدى درجة حرارة 480-580 درجة مئوية ، تتحلل روابط الذرة غير المتجانسة لعينات القاعدة ، وتتأكسد الراتنجات ونزع الهيدروجين منها. في المرحلة التالية ، تنتج عملية البلمرة / التكسير الأسفلتين الذي يزيد من فقدان وزن المادة الرابطة [41،42].

يمكن للسيستانش مكافحة الشيخوخة

زادت عينات الموثق المعدلة CSNP من الاستقرار الحراري.فوائد cynomoriumحدث التحلل النهائي في المجلدات المعدلة CSNP في وقت أقرب مقارنة بالعينات الأساسية التي قد يكون هذا الموضوع مرتبطًا بها السيليكا NPs المدخنة (الشكل S4). تصل بقايا الكربون لعينات القاعدة إلى الصفر عند 800 درجة (أقصى خسارة للكتلة) ؛ ومع ذلك ، هناك بقايا كربون بنسبة 20-43 في المجلدات المعدلة CSNP. المواد اللاصقة المعدلة CSNP ذات فقدان الوزن المنخفض لديها ثبات حراري أعلى وتبخر أقل [43]. يحدث معظم فقد الكتلة لعينات رابط CSNP عند درجات حرارة أعلى من 200 درجة ، وهي أعلى بكثير من درجة حرارة التشغيل المطلوبة لخلائط الإسفلت ؛ لذلك ، فإن هذا المركب النانوي له أداء حراري مقبول في روابط الإسفلت.

يتم عرض توزيع درجة الحرارة على سطح العينة خلال 120 ثانية في أوقات مختلفة (باستخدام الصور الحرارية بالأشعة تحت الحمراء) - يتم حسابها دائمًا باختيار ثلاث نقاط على السطح [44،45] - كما هو موضح في الشكل 6. تظهر تغيرات درجة الحرارة من خلال تغير اللون في عينات رابطة الأسفلت.صفير الصحراءعند درجة حرارة منخفضة (الشكل 6 أ ، هـ ، ط ، م) ، يكون توزيع الحرارة منتظمًا ؛ ومع ذلك ، تزداد درجة الحرارة من 44.6 إلى 136،34.8 إلى 95 ، ومن 33.7 إلى 95 درجة للعينة بدون مضافة WMA ، مع مضافة WMA ، ومع مضافة WMA بالإضافة إلى CSNPs بعد 120 ثانية ، على التوالي. يوضح الشكل 6 أنه بدون WMA ، فإن العينات المضافة لها معدلات تسخين خطية واتجاه متزايد لدرجة حرارة السطح. يوضح الشكل 6 ح و ع أن عينات WMA يمكن أن تطلق حرارة بشكل موحد ؛ ومع ذلك ، فإن العينات الأساسية تخلق تراكمًا للحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي عينات WMA على توزيع درجة حرارة أكثر ملاءمة من العينات الأساسية عند أ

انخفاض مستوى الحرارة. يوضح الشكل 6 أ-د و il معدل الحرارة المنطلق للعينات بدون CSPs ومعها ، والتي تبلغ 0. 63 و 0. 62 درجة / ثانية ، على التوالي. تشير هذه الأرقام إلى أن إضافات WMA مع وبدون CSNPs لها آليات حرارية مماثلة.

تُظهر مقارنة توزيعات درجات الحرارة للعينات المعدلة بواسطة CSNPs و NPs السيليكا المدخنة (الشكل 6 والشكل S5) أن تأثير CSNPs على WMA أكثر فعالية من السليكا المدخنة. بالإضافة إلى ذلك ، يشير الأداء الكافي (توزيع درجة الحرارة) للعينات المعدلة باستخدام السيليكا NPs و NPS الصلصالية إلى ظاهرة الشفاء الذاتي في رابط الأسفلت [46 ، 47].

3.4 زوايا التلامس لرابطات الأسفلت

يوضح الشكل 7 زوايا التلامس (CAs ؛ بين الماء وسطح رابط الأسفلت) لمختلف مواد رابطة الأسفلت قبل وبعد التقادم. تظهر قيم CA أعلى أو أقل من 90 درجة كراهية للماء أو مقاومة الماء للعينات ، على التوالي. العينات المعدلة CSNP هي أكثر كارهة للماء ، وبالتالي ، يتم احتجاز عدد أقل من جزيئات الماء في سطح المادة الرابطة. بعبارة أخرى ، تقلل CSNP بشكل كبير جزيئات الماء المتبقية في خليط الأسفلت وتغير قابلية البلل لمواد رابطة الأسفلت. تشير هذه الظاهرة إلى أن الروابط المعدلة CSNP لديها حساسية أعلى بكثير للرطوبة مقارنة بعينات الموثق الأساسية. تقارن مقاطع الفيديو 4-6 (راجع المواد التكميلية) المراجع المصدقة للعينات المعدلة قبل التقادم وبعده.

في الشكل 7 ، تظهر الزيادة في CA من 91 إلى 97 درجة لعينة معدلة CSNP. يمكن أن تكون هذه الملاحظة مرتبطة بالطبيعة الكارهة للماء للسيليكا المدخنة. يمكن أن تلعب نسبة NPs السيليكا المدخنة في رابطة الأسفلت دورًا رئيسيًا في قابلية البلل الموثق (تظهر CAs من السيليكا المدخنة NPs في الشكل S6). بالإضافة إلى ذلك ، أظهر تصوير CA أنه من أجل زيادة مستويات الشيخوخة ، هناك زيادة طفيفة (من 6 إلى 79) في كاليفورنيا. لوحظ الشيخوخة على المدى الطويل.

3.5 آلية CSNPs والبيتومين

تؤثر العديد من الآليات على عملية مكافحة الشيخوخة لمواد رابطة الأسفلت المعدلة بواسطة CSNPs. في هذا التفاعل ، تؤدي الزيادة في الطاقة السطحية إلى زيادة روابط مجموعة الهيدروكسيل بين السيليكا NPs والبيتومين [8،48]. إلى جانب ذلك ، تزداد نسبة مساحة السطح إلى الحجم العالية لطبقات الطين النانوية لتجمع جزيئات رابطة الأسفلت مع طبقات الطين [49]. يمكن إنشاء روابط كيميائية مع جزيئات البيتومين مع السليكا NPs ، وأيضًا ، تدعم NPS مكونات البيتومين من خلال التفاعلات الفيزيائية (قوة فان دير فال) [50]. يلعب Asphaltene دورًا رئيسيًا في الخصائص الانسيابية للقار.طريقة استخراج الفلافونويد pdfبناءً على البنية الغروية للقار (الشكل 8) ، يتم تشتيت الزيت والأسفلتين في مرحلة المذيب. كما هو مبين في الشكل 8 ، نظرًا للحجم المناسب لـ CSNPs (متوسط ​​أحجام جزيئات جزيئات السيليكا وطبقات الطين حوالي 33 و 12 نانومتر ، على التوالي) ، يتم تفريقها بسهولة بين هذه الأبعاد الغروية وتغطي جزيئات الأسفلتين (متوسط ​​القطر ، 0. 5-40 نانومتر [51) ؛

وبالتالي ، يمكن تعديل الخواص الميكانيكية والحرارية باستخدام هذا التحسين الكيميائي الجزيئي. علاوة على ذلك ، تتمتع الطبقات النانوية للطين بقدرات رائعة على تغيير الخصائص على سطح البيتومين. يتم فصل طبقات الطين النانوية في البنية الغروية للقار وتمنع تغلغل الأكسجين في مصفوفة البيتومين بالمقياس النانوي [52]. الخصائص الفيزيائية والكيميائية الأخرى لـ CSNP مثل تغيير قابلية البلل [53] وتفاعلات التبادل الأيوني تعزز استقرار البيتومين المعدل وتجنب تحلل البنية الكيميائية للقار.

3.6 تحويل فورييه لتحليل التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء ورامان

لدراسة الروابط الكيميائية لرابط الأسفلت ، تم استخدام التحليل الطيفي FTIR في النطاق 650-4 ، 000 / سم (الشكل 9 أ). يوضح الشكل 9 معدل التغير (CR) في أكسيد السولفين ومؤشر الكربونيل للشيخوخة القصيرة والطويلة الأجل. فيما يتعلق بالعينات ذات العمر فوق البنفسجي ، زاد مؤشر الكربونيل أكثر من المادة الرابطة الأساسية. تم تخفيض مؤشر سلفوكسيد وكربونيل لمواد ربط الأسفلت المعدلة CSNP. بالإضافة إلى ذلك ، فإن توسع زمن الشيخوخة يزيد من مؤشر السلفوكسيد والكربونيل.

تم استخدام المعادلات في المواد التكميلية (انظر الجدول S4) للتحقيق في الروابط الكيميائية العطرية (C=C) ، والإيثيلين (CH=CH) ، والكاربونيل (C=O ) ، الأليفاتية (CH of CHz) ، الأليفاتية (CH of - (CH) n-) ، وفهارس سلفوكسيد (S=O) [54،55].

يظهر التغيير في نسبة النطاقات في الشكل 9 ب لجميع عينات الموثق. خلال عملية الشيخوخة قصيرة وطويلة الأجل ، زادت مؤشرات الكربونيل والسلفوكسيد والعطرية ؛ ومع ذلك ، بعد التقادم ، تظهر النتائج أن فهارس السلفوكسيد والكربونيل قد انخفضت في المواد اللاصقة المعدلة CSNP. بسبب عملية التقادم ، يتم توليد الإسفلت بالماء في الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات أو الهيدروآربونات الهيدروكربونية ويؤدي إلى زيادة المركبات العطرية. على العكس من ذلك ، بعد الشيخوخة ، بسبب التعارض بين المركبات الأليفاتية والعطرية ، كان هناك انخفاض في الجزيئات الأليفاتية. بالإضافة إلى ذلك ، في الرابط المعدل CSNP ، زاد مؤشر الإيثيلين (CH=CH) بعد التقادم ، مما يشير إلى أن CSNP عبارة عن درع واقي مناسب لتقليل التفاعلات المؤكسدة والحرارية [54،56]. بعبارة أخرى ، تتمتع الجسيمات ذات القطر النانوي بقدرة ممتازة على استخدامها كدرع مضاد للشيخوخة [57].

تم تحديد متوسط ​​حجم الورقة العطرية للقار بواسطة مطياف رامان (الشكل 10). تتكون أطياف رامان لكل عينة من نطاقي D و G ، باستثناء البيتومين الطازج [58،59]. يُظهر النطاقان G و D اهتزاز ذرات الكربون الممتد داخل الصفيحة العطرية للسداسية وحدود هيكل الإسفلت المرتب ، على التوالي [58]. موضع الذروة للنطاقين G و D (Ic and I) في الشكل 10 هو في 1 ، 585-1 ، 599 و 1 ، 264-1 ، 377 / سم ، على التوالي (الشكل S7) [59].

على الرغم من وجود أوجه تشابه كبيرة بين أطياف رامان بين عينات البيتومين ، إلا أن هناك العديد من الاختلافات الرئيسية. على سبيل المثال ، كانت النسبة النسبية للحلقات العطرية أعلى بشكل ملحوظ في عينة الشيخوخة طويلة المدى ، مقارنةً بالحلقات العطرية المنخفضة المنصهرة في عينات القاعدة. في وجود NPS ، يمكن أن يُعزى التغيير في قمم النطاق G و D إلى قدرة الجسيم النانوي نفسه على تغيير تفاعلات الحلقة العطرية في محلول البيتومين.

عند الفحص الدقيق للشكل 10 ، تؤدي إضافة NPs إلى عينات البيتومين إلى تغيير شدة صفائح الإسفلت. ويرجع ذلك إلى التفاعلات بين NPs والحلقات العطرية المنصهرة. الذروة الأكثر كثافة في النطاق D هي في عينة الشيخوخة طويلة المدى ، والتي تعتمد على الوضع الاهتزازي لشبكة جرافيت مضطربة مع تناظر Ag [60]. بالمقابل ، يُظهر البيتومين الأساسي أن جزيئات العطرية المشغولة منخفضة للغاية مقارنة بالعينات الأخرى بسبب انخفاض حجم الصفيحة العطرية الإسفلتية [61].

3.7 أداء درجات الحرارة المنخفضة وتقادم اللزوجة

تم استخدام اختبار BBR لحساب معدل الزحف (قيمة m) وصلابة الزحف (S) لمواد رابطة الأسفلت في وظيفة وقت التحميل في ظروف درجات الحرارة المنخفضة [62]. تعتبر قيمة S و m معلمتين أساسيتين للتكسير بدرجة حرارة منخفضة لمواد الإسفلت [63].

في هذه الدراسة ، تم تحديد قيمة S و m لمجلدات الإسفلت المعدلة NP عند ثلاث درجات حرارة مختلفة (الشكل 1la و b). تم تقليل قيم صلابة الزحف الملحوظة لمواد ربط الأسفلت المعدلة NP بشكل ملحوظ. ومن ثم ، تعمل CSNPs على تحسين مقاومة التكسير في درجات الحرارة المنخفضة. أظهرت العينات 7 و 11 باستخدام 0. 2٪ بالوزن من CSNPs أظهرت التحسينات الأكثر أهمية بعد التقادم على المدى القصير / الطويل. انخفض معدل الزحف (بعد عملية الشيخوخة) مع درجة الشيخوخة ؛ ومع ذلك ، فإن إضافات الجسيمات النانوية زادت بشكل كبير من معدل الزحف. حسنت نواتج السيليكا المدخنة من مقاومة الأسفلت للتكسير. هذا يرجع إلى حقيقة أن NPS يعزز أسطح وجزيئات رابطة الأسفلت ، وبالتالي يقلل من الشيخوخة ، وبالتالي ، تكتسب عينات رابطة الأسفلت المعدلة مرونة كافية عند درجات حرارة منخفضة [16 ، 64].

يوضح الشكل 11 ج دليل عينات رابط الأسفلت التي تقادم اللزوجة (IVA) بعد التقادم على المدى القصير والطويل. يتم استخدام IVA لدراسة خصائص الشيخوخة (الجدول S4 في المواد التكميلية).

إن IVA في العينات المعدلة NP بعد التقادم على المدى القصير أصغر من IVA لعينات القاعدة. وبالتالي ، فإن مقاومة التقادم لماكينة الإسفلت تزداد مع تعديل NPS. وفقًا للنتائج الموضحة في الشكل 11 ج ، يرتبط IVA ارتباطًا مباشرًا بالشيخوخة ويزيد مع مدة الشيخوخة. تم تعديل عينة رابط الأسفلت بواسطة 0. 2 في المائة بالوزن من NPS مناسبة ⅣA بعد التقادم على المدى القصير ، والعينة المعدلة بواسطة 0. 3 في المائة بالوزن من NPS بها أصغر مستوى من IVA بعد فترة طويلة شيخوخة المدى. تشير النتائج إلى أن IVA تقل مع زيادة تركيز NPs.

4. الخلاصة

يمكن أن يوفر تعديل مواد ربط الأسفلت من خلال NPS وجهات نظر جديدة في تكنولوجيا ربط الأسفلت وقد يكون ذا فائدة كبيرة لتطوير الجيل التالي من مواد رصف الطريق الأسفلت. قد تكون الأنواع الجديدة من المركبات النانوية قادرة على زيادة المتانة الفنية والاستدامة بشكل كبير مع الحفاظ على البيئة والفعالية من حيث التكلفة.

يقدم هذا البحث أحدث النتائج على مادة رابطة إسفلتية نانوية جديدة ، تم تعديلها بواسطة CSNPs. يمثل هذا النوع الجديد من المواد الرابطة خصائص حرارية وكيميائية وميكانيكية محسنة إلى حد كبير بالمقارنة مع مواد رابطة الأسفلت التقليدية. تم إثبات المزايا المثيرة للاهتمام في مقاومة الشيخوخة المحسنة ومقاومة الرطوبة ، وتقليل درجة حرارة إنتاج خليط الأسفلت ، وتحسين الأداء على المدى الطويل.

أظهرت النتائج التجريبية المقدمة في هذا البحث أن تعديل المادة اللاصقة باستخدام CSNP يغير قابلية البلل بشكل مفيد ويعزز الخصائص المقاومة للماء لمواد رابطة الأسفلت التقليدية. تظهر النتائج التي توصلنا إليها إمكانات كبيرة لحل واحدة من أكثر المشكلات تحديًا في تقنية WMA ، وهي الحساسية للرطوبة. علاوة على ذلك ، تشير الدراسات الكيميائية والريولوجية التفصيلية إلى تحسن كبير في مقاومة الشيخوخة لمواد رابطة الأسفلت المعدلة CSNP.

يمكن اعتبار تعديل رابط الأسفلت من خلال تقنية CSNPs و WMA تقنية مثيرة للاهتمام منخفضة التكلفة وصديقة للبيئة في هندسة رصف الأسفلت مما يوفر وجهات نظر جديدة في جعل مواد الأسفلت أكثر متانة. من منظور أوسع ، فإن النتائج التي توصلنا إليها للتفاعلات الجزيئية بين NPs ورابط الأسفلت ستفتح طريقًا جديدًا سيكون مصدر إلهام لمفهوم تكنولوجيا النانو في الأسفلت.

تم استخراج هذه المقالة من مراجعات تقنية النانو 2022 ؛ 11: 1047-1067