تأثير التآزر لـ Palygorskite النانوي العضوي على خصائص الإسفلت المعدل SBS على شكل نجمة الجزء 1

خلاصة: مع التطور السريع للبناء الاقتصادي ، يتم استخدام الإسفلت المعدل الستايرين بوتادين (SBS) على نطاق واسع في هندسة الطرق السريعة ، ولكن لا يزال هناك العديد من أوجه القصور في عملية استخدامه. لزيادة تحسين أدائها للاستخدام ، تم مضاعفة الباليغورسكيت العضوي النانوي (A-Pal) و SBS على شكل نجمة للحصول على الأسفلت المعدل في هذه الدراسة. تم تحسين استقرار الإسفلت المعدل مع SBS عند درجات الحرارة المرتفعة بعد الدمج مع A-Pal لاختبار ثبات درجة الحرارة المرتفعة بواسطة مقياس انسيابي القص الديناميكي. يجب أن يحسن A-Pal الطاقة الخالية من السطح والالتصاق بالإسفلت المعدل SBS من خلال تحليل اختبار ثبات الماء. يوضح اختبار الشيخوخة أن A-Pal يمكن أن يقلل من تحلل الأكسجين الحراري لـ SBS ويحسن الأداء المضاد للشيخوخة ومقاومة التعب للإسفلت المعدل SBS. A-Pal له تأثير تحسين معين على أداء درجات الحرارة المنخفضة للأسفلت المعدل SBS كما هو موضح في اختبار مقاومة الشقوق عند درجات الحرارة المنخفضة. يتميز الإسفلت المعدل SBS المركب من A-Pal باستقرار تخزين جيد في درجات الحرارة العادية مع أدنى درجة حرارة توافق حرجة.

انقر فوق أين يمكنني شراء Cistanche

【لمزيد من المعلومات: george.deng@wecistanche.com / WhatApp: 86 13632399501】

الكلمات الدالة: باليغورسكايت. SBS؛ الأسفلت المعدل خصائص الانسيابية

1 المقدمة

في السنوات الأخيرة ، تم تطبيق مواد النانو وتقنية النانو بشكل متكرر في مجال مواد حركة الرصف ، وأصبح الإسفلت المعدل بالنانو أحد الموضوعات الساخنة في البحث [1-4]. في الوقت الحاضر ، يتم تطبيق مواد السيليكات ذات الطبقات النانوية بشكل عام على مواد الإسفلت بسبب إنتاجها الكبير وأدائها الجيد [5-7]. سيليكات الطبقات النانوية ذات البنية البلورية الخاصة ، والتي تجعل جزيئات الإسفلت تدخل في بنية الطبقات ، يمكن أن تزيد من تباعد الطبقات ، مما يحسن بنية قشر الشكل ، مما يمنع الأكسجين من اختراق الأسفلت وتأخير الشيخوخة. لذلك ، فإن الأسفلت المعدل بالنانو يتميز بخصائص جيدة في مقاومة التمزق والشيخوخة [8-10]. في الوقت نفسه ، يمكن أيضًا للمواد النانوية المعدلة عضوياً تحسين درجة تشتت البوليمر في الأسفلت ، مما يوفر آفاق تطوير واسعة للإسفلت المعدل في المستقبل.

Palygorskite (Pal) ، المعروف أيضًا باسم أتابولجيت ، عبارة عن سلسلة طبقات من معادن طين سيليكات الألمنيوم والمغنيسيوم الغني بالمياه. تشتهر بأنها "ملك الأرض" لمجموعة واسعة من التطبيقات. يتميز الهيكل البلوري لـ Pal بطبقة مزدوجة Si-O رباعي السطوح متصلة بطبقة واحدة (Mg ، Al) -O ثماني السطوح ، وتتصل طبقات الوحدة بالأكسجين لتشكيل بلورة تشبه المسام. هيكل [11]. تمتلئ المسام بماء الزيوليت والمياه الكريستالية لتشكيل بلورة ليفية مفردة. يبلغ طول الألياف المفردة حوالي 0. 5 إلى 1. 0 ميكرومتر ، وبعضها يصل إلى 1 سم ، ويبلغ قطرها حوالي 20 إلى 30 ميكرومتر [12]. تم استخدام Pal على نطاق واسع في مجالات مواد الطلاء [13] ، والأسمنت [14] ، والأسفلت ، ومواد البناء الأخرى نظرًا لخصائصها الانسيابية الجيدة ، وقابليتها للامتصاص ، وانخفاض تكلفتها [15-17].

تظهر العديد من الدراسات أن وجود Pal العضوية النانوية يمكن أن يحسن بشكل فعال مقاومة الشيخوخة للأسفلت والتوافق بين البوليمر والأسفلت. تشانغ وآخرون. [10] مركب عضوي-بال تحت إشعاع الميكروويف وطبقه على إسفلت معدل من مطاط ستايرين بوتادين (SBR). ووجدوا أن شركة Organic-Pal حسنت التوافق واستقرار تخزين الأسفلت المعدل بـ SBR. بعد ذلك ، قاموا بدراسة الخصائص الانسيابية والمورفولوجية للأسفلت المعدل بـ SBR مع العضوية-Pal ووجدوا أن العضوية-Pal لها تأثير إيجابي على تحسين اللزوجة وخصائص مقاومة التآكل للأسفلت المعدل بـ SBR [18]. صن وآخرون. [15] طبقت بال على الأسفلت الإيبوكسي ووجدت أن لها تأثيرًا جيدًا على خصائص الشد والالتصاق. جين وآخرون. [19] طبق أورجانيك بال على الأسفلت ووجد أن مقاومة التقادم للأسفلت قد تحسنت بشكل كبير. في الوقت الحاضر ، نادرا ما يتم دراسة تأثير عضوي بال على الإسفلت المعدل بالستايرين بوتادين ستايرين (SBS). لفهم تأثيره بشكل أكبر وتحسين أداء الإسفلت المُعدَّل بـ SBS ، استخدمت هذه الدراسة مُعدِّل SBS على شكل نجمة YH -801 و palygorskite النانوي العضوي (A-Pal) لتحضير الإسفلت المركب المعدل بـ SBS. يمكن امتصاص الجزء الخفيف من الأسفلت بواسطة Pal مع امتصاص قوي ، بحيث يمكن تغيير الهيكل الغرواني للإسفلت وتحسين استقرار درجة حرارة الأسفلت المعدل [20].

2. تحضير المواد وطريقة الاختبار

2.1. مواد

تم إنتاج الأسفلت 70 # (AH -70) بواسطة Maoming Petrochemical Co.، Ltd. (قوانغتشو ، الصين) مع نتائج اختبار الأداء الأساسية الموضحة في الجدول 1. نشأ الباليجورسكايت في جيانغسو ، الصين. يتم عرض معلمات الأداء الأساسية في الجدول 2. تم إنتاج بوليمر كتلة ستايرين بوتادين ستيرين على شكل نجمة YH -801 (SBS4303) بواسطة Yueyang Baling Petrochemical (هونان ، الصين) بنسبة كتلة 30/70.

2.2. تحضير الأسفلت المعدل A-Pal- المركب SBS

بناءً على بحثنا السابق [19،21] ، تمت معالجة Pal بـ 1 مول / لتر من محلول حمض الهيدروكلوريك عند 6 0 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة لإزالة بعض الجسيمات الكبيرة والكاتيونية خارج المادة الخام ، ثم غسلها لتصبح متعادلة و جافة. تم تشتيت Pal و -aminopropyltriethoxysilane المعالج (APTES) في محلول زيلين ، واستخدمت طريقة تكثيف التكثيف للتقليب المغناطيسي لمدة 10 ساعات ، ثم غسلها عدة مرات باستخدام المرشح ، وتجفيفها وسحقها للحصول على A-Pal لتعزيز التوافق مع مصفوفة الأسفلت. تم تحضير كميات 0 بالوزن ، و 1 في المائة بالوزن ، و 3 في المائة بالوزن ، و 5 بالوزن في المائة من A-Pal ، والتي تتكون من 5 في المائة بالوزن من الأسفلت المعدل SBS ، بواسطة طريقة المزج المصهور (المسماة AH -70 بالإضافة إلى 5Y و AH -70 بالإضافة إلى 5Y + 1A و AH -70 بالإضافة إلى 5Y + 3A و AH -70 بالإضافة إلى 5Y + 5A ، على التوالي).

2.3 التوصيف

تم استخدام مجهر مضان (FM) لوصف مورفولوجيا الطور للإسفلت المعدل بإثارة قصيرة الموجة من الضوء الأزرق البنفسجي (λ=420 نانومتر) (DM3000 ، لايكا). لوحظ شكل الطور لمكون الفلورسنت في الأسفلت بواسطة الفحص المجهري البصري لمزيد من دراسة العلاقة بين البنية المجهرية والخصائص العيانية [22].

2.4 التقييم الريولوجي لدرجات الحرارة العالية

يشير أداء الإسفلت في درجات الحرارة المرتفعة إلى قدرة الأسفلت على مقاومة التشوه الدائم تحت الحمل ، والتي تم تقييمها بواسطة مقياس قص ديناميكي (DSR ، MCR 3 0 1 ، أنطون بار ، النمسا) لفحص درجات الحرارة والتردد اختبارات المسح. تم إجراء اختبار مسح درجة الحرارة بواسطة AASHTO T 315-05 [23] لدراسة تأثير تغير درجة الحرارة على معامل القص المعقد G * وزاوية الطور δ للإسفلت المعدل A-Pal المركب SBS ، مع معدل تسخين 2 درجة مئوية / دقيقة ودرجة حرارة 40 ~ 90 درجة مئوية. ينتمي معظم الأسفلت تحت درجة حرارة العمل للرصيف إلى سائل بلاستيكي زائف غير نيوتوني ، وتنخفض لزوجة الأسفلت مع زيادة معدل القص. عندما كان معدل القص مرتفعًا جدًا أو صغيرًا جدًا ، كانت لزوجة السائل البلاستيكي الزائف غير النيوتوني تقترب من الثابت ، والمنطقة التي لم تتغير فيها لزوجة الإسفلت مع معدل القص كانت تسمى منطقة التدفق النيوتونية الأولى و منطقة التدفق النيوتونية الثانية. كانت لزوجة السائل البلاستيكي الزائف غير النيوتوني في المنطقة الأولى ووصلت إلى الحد الأقصى عندما كانت ثابتة ، وهو ما يسمى لزوجة القص الصفري (ZSV) [24]. كانت لزوجة السائل البلاستيكي الزائف غير النيوتوني في المنطقة الثانية ووصلت إلى الحد الأدنى عندما كانت ثابتة ، وهو ما يسمى لزوجة القص البيني (ISV). تم تركيب نتائج الاختبار بواسطة نموذج Carreau وحساب ZSV [25]. تم استخدام الاختبار عند درجة حرارة 60 درجة مئوية وفقًا لـ AASHTO T 315-05 ، 25 مم من اللوحة المتذبذبة وسماكة غشاء 1 مم لاختبار مسح التردد في نطاق 0.01-100 هرتز ، و تم مسح المنحنى بالنمو الأسي.

2.5 تقييم استقرار المياه

تم قياس زوايا التلامس لعينات الإسفلت المعدلة بواسطة SBS المعدلة بواسطة A-Pal بواسطة أداة قياس زاوية الاتصال (DSA100 ، كروس ، ألمانيا). تم تنفيذ طريقة القطرة اللاطئة بالماء النقي ، الفورماميد ، والإيثيلين جلايكول. تم حساب الطاقة السطحية الحرة بواسطة طريقة أوينز - وندت - رابل - كايبل (OWRK) [26] ، وتم التعبير عن العلاقة بين الثلاثة بطريقة OWRK على النحو التالي.

حيث sl هي الطاقة السطحية الحرة للمرحلة الصلبة - السائلة ، l هي الطاقة السطحية الحرة للسائل ، s هي الطاقة السطحية الحرة للمادة الصلبة ، ld هي مكون تشتت السائل ، sd هي مكون تشتت صلب ، lp هو المكون القطبي للسائل و sp هو المكون القطبي للمادة الصلبة.

بناءً على تحليل بيانات الطاقة السطحية الحرة لثلاث مواد معدنية شائعة ، تم حساب عمل الالتصاق (كان) للإسفلت على سطح المادة المعدنية كما هو موضح في المعادلة (3) [27 ، 28].

أحضر المعادلة (1) إلى المعادلة (2) لتحصل على:

حيث ad هو مكون تشتت الأسفلت ، sd هو مكون تشتت المادة المعدنية ، p a هو المكون القطبي للإسفلت ، و p s هو المكون القطبي للمادة المعدنية.

يمكن التعبير عن تغيير طاقة جيبس ​​الحرة (∆Gaws) في كل مرحلة من مراحل الضرر المتقطع من خلال عمل التقشير [29] والتعبير الحسابي على النحو التالي:

أحضر المعادلة (1) في المعادلة أعلاه للحصول على:

حيث w هي الطاقة السطحية الحرة للمياه ، و d w هي مكون تشتت الماء ، و p w هي المكون القطبي للماء.

2.6. شيخوخة تقييم الأداء

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 كيلو باسكال) من اختبار إجهاد درجة الحرارة ، كمؤشر لتقييم مقاومة إجهاد الأسفلت.

2.7. التقييم الريولوجي لدرجات الحرارة المنخفضة

يشير أداء الأسفلت عند درجات الحرارة المنخفضة إلى قدرة الأسفلت على مقاومة التشقق تحت الحمل. تم تقييم مقاومة تشقق الأسفلت عند درجات الحرارة المنخفضة بعد تقادم TFOT بالإضافة إلى PAV بواسطة مقياس شعاع الانحناء (BBR) ، وفقًا للمواصفة AASHTO T 313-12 [31]. وفقًا للمواصفات ، كانت 6 درجات مئوية هي نطاق الاختبار حتى لا يلبي أداء الإسفلت المتطلبات. تم اختبار صلابة زحف الانحناء وقيمة m تحت درجات الحرارة 0 ، −6 ، −12 ، −18 ، 24 درجة مئوية مع حمولة تبلغ {{1 {12}}}. 980 ± 0.05 N لمدة 240 ثانية.

3. النتائج والمناقشة

3.1. الخصائص المورفولوجية

تم تنفيذ FM لمراقبة توزيع وهيكل SBS و A-Pal في الأسفلت المعدل [32]. لتعزيز التمييز بين الأسفلت والمعدلات ، يتم عرض الجزء الأسفلت من الصورة باللون الأسود ، ويتم عرض جزء البوليمر كنقاط مضيئة خضراء عن طريق ضبط السطوع الموضح في الشكل 1. يتم عرض الأسفلت كمرحلة مستمرة ، والجزء المشتت تم تشتيت المرحلة SBS كجزيرة في طبقة المصفوفة [33]. يوضح الشكل 1 ب كمية كبيرة من الروابط المتقاطعة SBS الصغيرة الممتلئة في الأسفلت ، والتي تمثل نسبة صغيرة والتوزيع المتناثر للإسفلت بدون A-Pal. يتميز SBS بقدرة منخفضة على امتصاص الأسفلت الناعم من الأسفلت ، مما يؤدي إلى توافق منخفض. بعد إضافة 1 في المائة بالوزن A-Pal (الشكل 1 ج) ، زادت نسبة المواد الفلورية بشكل طفيف ، ولا يزال التشتت موزعًا بشكل غير متساوٍ في الأسفلت. إن قدرة بوليمر SBS على امتصاص الأسفلتين الناعم بعد إضافة A-Pal لها زيادة معينة ، مما يؤدي إلى تمدد حجم بوليمر SBS وزيادة درجة التورم [22]. مع إضافة A-Pal (الشكل 1 د ، هـ) ، تستمر نسبة المواد الفلورية في الزيادة ، وتصبح درجة التشتت أكثر وأكثر اتساقًا. بعد إضافة A-Pal ، تم تحسين توافق بوليمر SBS مع الأسفلت إلى حد ما ؛ يجب أن يتحسن أداء الإسفلت المعدل في درجات الحرارة المنخفضة والتعب [19].

3.2 أداء درجات الحرارة العالية للأسفلت المعدل SBS المعدل بـ A-Pal

يعتبر ثبات درجة الحرارة العالية مؤشرًا مهمًا على الإسفلت. يظهر التباين في عامل التمزق الذي تم الحصول عليه عن طريق اختبار مسح درجة الحرارة في الشكل 2. ويمكن ملاحظة أن إضافة SBS و A-Pal تساهم في تحسين عامل التمزق ومقاومة التمزق. بعد إضافة SBS إلى الأسفلت ، أظهر عامل التجزؤ للأسفلت زيادة كبيرة ومقاومة أفضل للتخلف. استمر عامل التمزق في الزيادة مع دمج A-Pal لزيادة مقاومة التمزق. بالمقارنة مع الدراسة السابقة ، فهي متسقة ولم تتغير بسبب الأنواع المختلفة من SBS [18 ، 19]. كانت العينة التي تحتوي على نسبة 5 بالوزن من A-Pal تحتوي على أعلى عامل تكسير وأقوى قدرة على مقاومة التمزق ، مما يشير إلى أن دمج A-Pal يمكن أن يحسن ثبات درجة حرارة الأسفلت المعدل SBS. تقل قيمة عامل الشق مع زيادة درجة الحرارة ، وكان المعدل ثابتًا ، مما يشير إلى أن جميع عينات الأسفلت المعدلة لها نفس الخصائص الريولوجية.

درجة الحرارة الحرجة لعامل التجزؤ هي عامل درجة الحرارة المقابل لـ G * / sin δ {0}. 0 كيلو باسكال في اختبار عامل التجزؤ في برنامج أبحاث الطرق السريعة الإستراتيجية (SHRP). يتم عرض درجة الحرارة الحرجة لكل عينة في الجدول 3. يمكن أن ترفع SBS درجة الحرارة الحرجة بمقدار 7.2 درجة مئوية ، مقارنة بـ AH -70. بعد إضافة A-Pal ، زادت درجة الحرارة الحرجة لعامل الشق بشكل مستمر ، وزادت درجة الحرارة القصوى إلى 75.7 درجة مئوية ، والتي كانت أعلى بنسبة 20 في المائة من الأسفلت المصفوفة.

يزداد ZSV للأسفلت المعدل مع زيادة محتوى A-Pal ، والذي كان مشابهًا لنتيجة اختبار عامل التمزق (الجدول 4). زاد ZSV لمصفوفة الأسفلت بنسبة 296 في المائة مع إضافة SBS. بعد إضافة 1٪ بالوزن A-Pal ، زاد ZSV للأسفلت المعدل إلى 949.4 Pa · s ، وهو أعلى من الأسفلت المعدل باستخدام SBS فقط. مع زيادة محتوى A-Pal ، تستمر قيمة ZSV في الزيادة ، وتزداد قيمة ZSV للأسفلت المركب المعدل بنسبة 5 في المائة بالوزن إلى 1291.8 باسكال ، والتي كانت أعلى بنسبة 423 في المائة من مصفوفة الأسفلت. أظهر أن طريقة التركيب كانت فعالة في تحسين ثبات درجة الحرارة العالية لمادة الأسفلت.

【لمزيد من المعلومات: george.deng@wecistanche.com / WhatApp: 86 13632399501】