Jauns veids, kā novecošanas bitumena no laboratorijas

Jauns veids novecošanos bitumena laboratorijā.

Rakstā process novecošanās ārstēšanu, lai izstrādātu plāna (300 mikroni) filma par īstermiņa un ilgtermiņa laiku. Jaunā kārtība tiek izstrādāta kā alternatīva testa metodēm izmanto: ritošo plānu plēvi krāsni (RTFO) un spiediena Aging (PAV). Jauno tehniku, ko sauc vienkārša procedūra novecošanos (vienkāršs novecošanas tests, SAT), var izmantot, lai attīrītu un modificēta bitumena emulsiju un atlikumu. Pirms īstenošanas stratēģiskās programmas ceļa pētījumos bija ievērojama interese par novecošanu plānās statiskos apstākļos. Tomēr īstermiņa novecošanas procedūra tika pieņemts RTFO, kā testēšanas lieces gaismas reometru nepieciešams liels skaits vecumā asfalta. Kopš paņēmienu RTFO kā standarta atklājās dažas problēmas, kad jūs mēģināt pielietot to novecošanos augsti modificētu saistvielām. Attiecībā uz silto maisījumu RTFO metodi pie zemākām temperatūrām (simulācija zemas ražošanas temperatūra) var uzlikt noteiktus ierobežojumus rites filmu vienveidīgi novecošanos materiāla. Nesen izstrādātas reometru darbojas par dinamisku maiņas (DSR) Principā ar 4 mm paralēlām plāksnēm ļauj testēšanu pie temperatūras līdz -40 ° C, ir nepieciešama tikai 25 mg no saistvielu un ļauj novērtēt m vērtību un izturību, lai kompensētu lieces gaismas reometru. Izmantojot šo metodi kopā ar SAT nosaka reoloģiju no bitumena, īss vai ilgtermiņa vecumā zem zema un vidējas temperatūras. Bez tam, ir pietiekams materiāls izturēts DSR tipa rheometer ar 25mm plāksnēm. SAT metodika novērš problēmu "rites" paraugu polimēru modificēts asfaltēti un silts. pārbaudēm vairāku veidu no asfalta ir atzīmēti SAT procedūras laiku un novecošanās temperatūras ekvivalentu šiem parametriem, izmantojot RTFO un Pav procedūras laikā.

ievads

Sacietēšanas novecošanas reibumā oksidēšanās - process, kas notiek, nosakot karstā kombināciju, kā arī dzīves cikla ceļa virsmas laikā. Tas lielā mērā ietekmē pārklājuma rādītājus, piemēram, Riesta, plaisāšanu un atslāņošanos, un kā rezultātā, izturību. sacietēšanas modelēšana novecošanās laboratorijas apstākļos ir ārkārtīgi svarīgi, lai attīstība specifikācijas pamatojas uz darba rezultātiem īpašībām. Šajā pētījumā aprakstīta jauna metode oksidēšanās testa plānas filmu izlasi, kas dod līdzvērtīgus rezultātus ar standarta procedūrām, ritošo plānu plēvi krāsns (RTFO, ASTM D2872 metode) un novecošanas kamerā zem spiediena (PAV, ASTM D6521 metodi) tīru bitumenu. Sasniegšana nodrošinās efektivitāti testa plēvi (vairāki simti nm) - metodi, nesen izstrādāts reometru saskaņā ar dinamiskās bīdes principu, kas ļauj testēšanu paraugu temperatūrā līdz -40 ° C, ir nepieciešama tikai 25 mg parauga, un ietver korekciju deformāciju ierīcē [1 ].

Testa procedūra bitumena plāns filmas krāsnī tika izstrādāta sākumā 60s Hveem [2], un ir pieņemts ASTM 1970 gadā. īstenošanas stratēģiskās programmas satiksmes laikā pēta tas ir izvēlēts kā standarts modelējot īsu sacietēšanas novecošanos, kas notiek tad, kad bruģēšana. Pašlaik šī tehnika tiek izmantota specifikācijā bitumena Superpave.

Galvenā priekšrocība pārbaudes metodes plānas plēves bitumena krāsnī savstarpējā rotācijas (RTFOT) pirms testēšanas plānu plēvi krāsnī statiskā (TFOT, metode ASTM D1754), ir tāda, ka tad, kad rotējot stikla traukos novecošanās ir lielāks virsmas laukumu no parauga. Tomēr apgriezienu skaits un ietekme uz svaigu parauga virsmas atšķiras atkarībā no viskozitātes bitumena pirms testēšanas, un izmaiņas viskozitāte testa laikā. Dinamiskās un sajaucot bitumenu in kolbās ir arī sarežģī polimēru-bitumena modifikāciju. Samazināta RTFO testa temperatūra modelēšana oksidēšanās notiek ražošanā siltu maisījumu, kas izraisa līdzīgas grūtības.

Samazinot vai likvidējot rotāciju apjomi rotācijas kad pārbaudīta ar metodi RTFO par ļoti modificēto bitumenu - problēmu, kas ir pazīstama vairākus gadus [3]. Bahia [3] ierosināja, lai atrisinātu to, iegremdējot tērauda stienis kolbā un tādējādi nodrošināt filmu izplatību. Eksperimenti ar Federālais Lielceļu administrācija un Dienvidaustrumu grupas asfaltēti ražotāji veica parādīja, ka tērauda stieņi līmeni samazināt novecošanās bitumenu (kā modificēts un nemodificētu), un veicina noplūdes bitumena (abi veidi) no kolbām [4]. Kaut tērauda stienis tas veicina noplūdes bitumena no kolbas, tad polimēru modificēts bitumenu bieži plūst caur spuldzes reģionā, pat tad, ja rod nē. Šī iemesla dēļ - Weissenberg efekts (lift visco-elastīgs šķidrums pēc rotācijas stieņa) [5]. Tiek uzskatīts, ka elastīgs spēks (stiepjas no polimēru ķēdes), ko izraisa griešanās stikla sīpolu, kā rezultātā pozitīvā vertikāli spèka, kas izraisa paaugstināšanu bitumena uz iekšējās kolbas sienām.

Risinājums no šīm problēmām bija pamats darbs Rietumu pētniecības institūts (WRI) par jaunu metodi īstermiņa un ilgtermiņa novecošana, kas ir vienkārša procedūra, novecošanas (SAT) izsaukuma. Viņa ir veltīta šajā rakstā.

Ar SAT metodoloģiju, kā alternatīvu standarta RTFO un RTFO / PAV, iepazīstināja ar šādām prasībām:

1) novecošanās pakāpe ir jābūt vienādam ar to, no RTFOT metodi. Kamēr Superpave specifikācijas balstās uz testu rezultātiem RTFOT, jebkura jauna metode jāatbilst novecošanas procesu RTFOT tīru bitumenu.

2) Easy, nav nepieciešams tīrīt kolbas. Testa procedūra ir ļaut īstermiņa izvietošanu vecumā parauga tieši krāsnī ilgtermiņa novecošanas.

3) no bitumena daudzums būtu pietiekams, lai noteiktu pakāpi iespiešanās indekss (SHRP PG) un aprakstā ķīmiskais sastāvs.

4) Laižot vai noņemot paraugus nedrīkst izmantot šķīdinātājus, kas ir īpaši svarīga polimēru modificēta bitumena.

5) Filma biezumam jābūt zemai, lai novērstu problēmu skābekļa difūzijas ir klāt testa paraugu stacionārā stāvoklī (TFOT).

6) paņēmienam būtu ļauj samazināt temperatūru, lai modelētu ražošanas apstākļus, silts maisījumu.

7) Pārbaudes laiks nedrīkst būt mazāks par vai RTFO tests RTFO / PAV.

8) metodēm vajadzētu būt zemas izmaksas.

9) paņēmienam būtu ļaut novecošanos filmas no emulsijas atlikumu.

Oksidatīvā novecošanās plēve (plēves biezums vairāku simtu mikroniem) spēj izpildīt visas iepriekš minētās prasības, tomēr turpmākās testi SHRP asfalta prasa ļoti lielu platību parauga virsmas. Jo īpaši, šī problēma kļūst testus ar saliekšanas staru rheometer, jo par katru izlases nūjiņas ņemt 15 grami bituma, un šie paraugi ir nepieciešams zināms. SHRP tests vidēja un augstām temperatūrām notiek ar dinamisko bīdes rheometer (DSR), kas paredz tikai dažus gramus bitumenu.

Tas ir teikt, ka izgudrojums ar dinamisko bīdes rheometer (DSR) ar 4-mm paralēlajām plāksnēm ļauj testēšanu pie temperatūras līdz -40 ° C, ir nepieciešams tikai 25 mg saistvielu, un ļauj, lai novērtētu m vērtību un izturību ofseta [6], izliecoties rheometer gaismas. Tālāk tiks dots detalizētāks apraksts šo tehnoloģiju. Tās kopā ar metodi, filmu novecošanos - RTFOF alternatīvu metodi. Turklāt pēc tam, kad testa ir pietiekams bituma SHRP testiem ar zemu, vidēju un augstu temperatūru.

Pētniecība un attīstība jaunu testu pēdējā desmitgadē, galvenokārt ir šādi mērķi:

a) Sagatavot testu pēc pāris gramus bituma turpmākām pārbaudēm attiecībā uz lieces staru rheometer;

b) Lai atrisinātu problēmu, bitumena plūst ārā no kolbas RTFO testa laikā;

c) Lai atrisinātu problēmu ritošā polimēru modificēts bitumens par RTFOT testu.

Piemēri var kalpot šādas metodes: Test par novecošanu rotējošā cilindra (RCAT) [7], modificēta vācu zirneklis kolba (MGRFT) [4], tests ar piespiedu ventilāciju (SAFT) [8].

Eksperimentālā daļa Materiāli

Reometru dinamiskās bīdes principa 4 mm paralēlām plāksnēm

Domstarpības par glicerīna moduli stiklveida stāvoklī (Gg) izgatavots Schröter [9] izstrādāja metodi kļūdu labošanu dinamiskās bīdes rheometer, tās savienotājelementu un plates. Sui [1] piemēro korekciju mērījumiem dinamisko bīdes bitumena pie zemas temperatūras (~ 5 ° C ... -40 ° C) 4-mm paralēlajām plāksnēm ar spraugu 1,7 mm (rakstā, šī metode tiek saukta par 4 mm dinamiska bīdes rheometer ).

Pie zemas frekvences (augstas temperatūras) bitumena kalšanai, un kļūdu labojums ir niecīga rīks. Pie augstas frekvences (zems temperatūra) iegūstot mainās, un, lai iegūtu patieso vērtību moduļa trauslu sabrukšanu bitumena Mērīšanas bīdes reometru korekcija attiecas.

Lai testa prasa tikai 25 mg materiāla (praksē - aptuveni 150 mg uz ražošanas parauga modelis), kas ir vairākām kārtām zemāka, nekā nepieciešams, lai ražo bārs pārbaudi lieces gaismas rheometer.

ir nepieciešama pirmapstrāde paraugiem. Grāmatzīmi rheometer tiek veikta pie relatīvi zemā temperatūrā (60-70 ° C).

Šajā pētījumā pētījums par reoloģijas tiek veikta, izmantojot 4-mm dinamisku bīdes rheometer. M-vērtība un bīdes stinguma S (t) novērtē, korelējot ar 4mm dinamisko bīdes rheometer paredzēts Sui [6]. Metode Sui bāze līkne leņķis, un relaksācijas modulis bīdes stress G (t) par 2 stundām korelē ar atbilstošajām vērtībām S (t) un m 60 sekundes pie temperatūras 10 ° C virs patieso zemā temperatūrā uz konkrētai pakāpei, ko iegūst kā rezultātā mērījumiem rheometer ar lieces gaismu. Sui metode ir mainīta, mērot slīpuma leņķi un lielumu G (T) uz 60 sekundēm pie temperatūras 10 ° C augstākas temperatūras pakāpē SP. Reoloģija pie vidējā un zemā temperatūrā tika mērīts uz plates 8 mm diametrā un 25 mm.

Savstarpēja pārveidošana dinamisku elastīgo moduli G '(omega) relaksācijas modulī, ko veic aproksimējošiem vienādojumu atvasināts Christensen [10]:

G (t) ~ G '(ω) | ω = 2 / πt

Mērījumi dinamiskās bīdes moduļiem tika veikta rotējošu dinamiskajām nobīdes rheometers un Malvern Kinexus TA ARES. Reading barjeras biežums tika veikta ik pēc 15 ° C diapazonā no -30 līdz + 45 ° C, ar leņķiskās frekvences diapazons no 0,1-100 rad / sec. Pie zemām temperatūrām, augstfrekvences robeža slaucīt tika pazemināta līdz 50 rad / s.

Application Technology 4mm dinamiska bīdes reometru var izmantot "laukā", lai analizētu microsamples vērtējot veiktspējas īpašības materiālu pārklājuma un analīzi, lai aprakstītu reoloģiskās īpašības bitumena un reģenerēts saistvielu pie vidējā un zemā temperatūrā, lai aprakstītu reoloģiju no emulsijas nogulšņu un materiālu plaisu aizpildīšanas kā arī izstrādājot testa metodes plānas plēves - objekts šī raksta.

infrasarkano spektroskopiju

IR analīze tika veikta "pārraides" režīmā šūnā 1,0 mm ar paraugu 50 mg bitumena 1 ml oglekļa disulfīdu. 32 skenēšanas cikli tika veiktas Aprīkojums: Perkin Elmer Spectrum 100, izšķirtspēja 4 cm-1.

materiāli

1. tabula apraksta veidu bitumena izmeklēti. Paraugi tika ņemti no tvertnes ceļu būvniecības darbu laikā. Trīs no četriem saistvielām sagatavoti testa vietni Rochester, Minesota, Amerikas Savienotajās Valstīs (celta 2006. gadā). Asfalta "MV" (Manitoba) sagatavots ar daudzstūri testa siltu sajauciet Manitoba, Canada, tika uzcelta 2010. gadā.

Rezultāti un diskusija

Attīstība SAT paņēmieniem, tās salīdzinot ar RTFO un RTFO / PAV

Jāatceras, ka ideja nav jauna SAT. Novecošana plānas bitumena filmas simulēt īstermiņa un ilgtermiņa oksidatīvo novecošanos, kas notiek kādā faktisko darbību, plaši pētīja par pēdējo 70 gadu laikā. Analīze avotu notika Eirijas [11].

Metodes izstrādāšana SAT ir pielāgot un padziļināt esošo pētījumu par novecošanās plānas plēves, it īpaši, pētījumi Glover [8, 12] un Petersen [13]. Komplements izmantošanai 4 mm dinamiskā bīdes rheometer ir, kas ļauj mums uzskatīt šo metodi kā RTFOT alternatīvas.

Izstrādājot SAT problēmas bija nodrošināt minimālo slāņa biezumu un tādējādi samazināt difūzijas efektu. Caur tiesu un kļūda tika izvēlēts biezumu 300 nm, kas ļauj nodrošināt plānu plēvi, neizmantojot šķīdinātāju. No parauga reoloģisko un ķīmisko pētījumu apjoms ir bijis vēl viens ierobežojošais faktors.

SAT testa protokoli ir dotas 2. tabulā: īstermiņa tests karstā asfaltbetona maisījuma pie 130 ° C temperatūrā 50 minūtes krāsnī ar piespiedu triecienu. Protokols pagaidu, jo tagad mēs esam tikai sākuši darbu, salīdzinot novecošanos veikts saskaņā ar protokolu un novecošanos, kas faktiski notiek uz ceļa, kur stacked silto maisījumu.

Att. 2 rāda jaunāko paredzēts ierīci īstermiņa un ilgtermiņa novecošanas plānas kārtiņas ar metodi SAT. Plāksne 3 ir slots novecošanās 3 dažādi filmas, katrs no viņiem prasa 1,00 g bitumens, kas dod biezums ir apm. 300 nm.

Sagatavošana plānās kārtiņās bitumena testu veic šādi. Zem spiediena darba kaste, piepildīta ar slāpekļa, tika izvietotas apsildāma (aptuveni 120 ° C), stends, un dot to plate tests SAT (bitumens). Kad tiek sasildīta līdz 120 ° C izplatās ar bitumenu par aptuveni 2/3 no virsmas plāksnes. Lāpstiņa bitumens ir sadalīts pārējās virsmas plates, un tad atstāt to kastē uz pāris minūtēm, lai notikt bituma izlīdzināšana filmu virsmu. Plāksne pēc tam tika izņemta no apkures un nostādina kamerā līdz atdzist līdz istabas temperatūrai (23 ° C), kas piepildīta ar slāpekli.

Gala plāksne tika urbts caurums, lai ievietošanai termopāri ar kuru temperatūra tika reģistrēta krāsnī ar piespiedu trieciens. Plāksne tiek likts uz alumīnija bloka iepriekš uzkarsētā, kas nodrošina ātru apkure testa paneļa krāsnī. Att. 3A rāda datus no apkārtējās vides temperatūras kurtuvē (a thermocouple dati plāksnes). Reģistrācija tika veikta 50 minūtes, krāsns temperatūru - 150 ° C. No plate strauji palielinās temperatūra no istabas temperatūrai līdz aptuveni 140 ° C, un sasniedz 146 ° C pēc 50 minūtēm.

Par īstermiņa un ilgtermiņa novecošanas shēma parādīta attēlā. 3B. Dimensions of the plate tiek izvēlēti tā, ka plate var ievietot standarta receptacle paplātes zem spiediena novecošanos.

Ir konstatēts, ka pārbaudes biezums ir 300 nm aptuveni 40 stundas krāsnī ar piespiedu trieciens 100 ° C temperatūrā un spiedienā 0,74 atm dod rezultātus, kas atbilst PAV standartam (ASTM D6521) filmai par 3,2 mm biezu tests 20 atm standarta paplāte. Ilgums 40 stundas ir aptuvens, jo pastāv atšķirība spiedienu bitumena novecošanās [14]. Novecošanās no plēves biezuma 300 nm traukā pie spiediena 20 atm 8 stundas, lai dotu līmeni novecošanās saskaņā ar standarta testu ar paplāti un biezuma plēve saskaņā ar šīs specifikācijas.

Lai noteiktu aptuveno laiku un temperatūru, pie kuras modelētā novecošanās, salīdzināms ar standartiem un RTFO RTFO / PAV, IR spektroskopijas tika izmantota. Sākotnējais jutīgo dati ir tad, salīdzinot ar rādījumiem reoloģiskās analīzes. Piemēram, att. 4A parāda salīdzinājumu IS spektri (SAT, RTFO, RTFO / PAV) bitumens "MV", par protokoliem, kas uzskaitīti 2. tabulā att. 4B parāda atbilstošo datu reoloģiskās analīzi - kompleksā bīdes modulis G * (ω). To var redzēt, ka spektri ir ļoti līdzīgi.

Salīdzinājums IP un reoloģijas

3. tabulā salīdzinājums SP bitumena trenēti RTFO tehnoloģijām, RTFO / PAV un SAT. Ir konstatēts, ka īstermiņā un ilgtermiņa novecošanas iegūto izmantojot dažādas tehnoloģijas, rezultāti ir labā līgumā.

SAT metode nav būtiskas ietekmes uz IP bituma (ieskaitot testēšanas protokolu ST SAT HMA LT FDO, kas var atšķirties no testa apstākļos ST SAT LT Pav un RTFO / Pav dēļ spiediena atšķirībām. Rezultāti ir ļoti līdzīgi.)

Salīdzināt SP zemā (m-value), vidējas (G * / sinδ) un augstas (G * / sinδ) temperatūru, metodēm SAT, RTFO un RTFO / pav ir parādīts Figs. 5., 6. un 7. Kad SP anālize zemas temperatūras rāda tikai m vērtību, kā bitumenu pētīja m kontrolē. Vērtības ir ievadīt ar precizitāti viens operators pēc ASTM (D2S%). Piemēram, precizitāte viena operatora m lielākā ASTM D6648-08 ir 4,0%.

Par vienu operatora kļūda ir vērtība, par eksperimentiem, kas veikti no viena operatora vienā laboratorijas rheometer. Trīs no četriem veidiem bitumena izpildīt noteiktos līmeņu precizitāti, kas nozīmē, ka Reoloģija dati, kas iegūti ar metodēm SAT un RTFO RTFO / PAV salīdzināms.

Procentuālās izmaiņas masas

Percent svara izmaiņas no procedūras RTFO novecošanās tika mērīta saskaņā ar metodi, AASHTO T240. Svaru maiņa īsā nogatavināšanas metode SAT mēra līdzīgi, t.i., izmaiņas bitumena masu izsaka procentos no sākotnējā masas. No masas zudums ir negatīvs, pieaugums - pozitīvs. svara zudums ir bieži novērota testa RTFOT laikā, lai gan pieaugums ir iespējams [15]. Salīdzinot svara izmaiņas testa, SAT un RTFO metodes laikā ir dotas 4. tabulā.

Divi asfalta ir svars, izteikts procentos izmaiņu starpība ir niecīga. Citi testi var redzēt, ka metode SAT ir lielāks svara zudums nekā RTFO, kaut nedaudz. Apgalvot, ka SAT ir statistiski atšķirīgs no RTFO svara zudums viedokļa, ir nepieciešama papildu eksperimentus.

secinājums

Izmeklēšanā tīra bituma salīdzinājumu atklāja, ka SAT metode dod rezultātus, kas salīdzināmas ar testu rezultātiem par standarta un RTFO RTFO / PAV no viedokļa reoloģijas, un mazākā mērā salīdzināmā pārbaudījumiem sadalīšanās karbonilgrupu un sulfoksīda laikā.

Metodes ar SAT testa 4 mm dinamisko bīdes rheometer ar paralēlajām plāksnēm kombinācija, lai noteiktu reoloģiskās īpašības un specifikācija parametrus (m-vērtību un stingrība maiņu) zemā temperatūrā. Lai veiktu īss novecošanās SAT metode prasa tikai 50 minūtes, 35 minūtes, kas ir mazāk nekā nepieciešams RTFOT standartu.

Vēl svarīgāk ir tas, lai ilgtermiņā novecošanās zem spiediena ar kuģi ar metodi SAT vajadzīgs 8 stundas, 12 stundas pirms noteiktā standarta testa PAV. Šobrīd ir uzsākts darbs pie izmantošanu SAT metode polimēru modificēts bitumena emulsiju dūņām atgūtās bitumenu, kā arī, lai modelētu oksidatīvo novecošanos, kas notiek pie rūpnīcas, lai ražotu silto maisījumu.

Katrs SAT testa metodes plāksne ļauj iegūt 3 g vecumā bitumenu. Tas ir pietiekami, lai aprakstītu reoloģiskās un ķīmiskās īpašības zemā, vidējā un augstā temperatūrā. Ja Jums ir nepieciešama papildus vecumā saistviela var sagatavot un pakļautas novecošanās, tajā pašā laikā dažas plāksnes.

Pants: Jauns veids novecošanos bitumena laboratorijā.

Apkalimov Denis, SIA "EPC" Rotor "