uus võimalus vananemine bituumen laboris.
See artikkel kirjeldab väljatöötamisel kord vananemine õhuke (300 mikronit) film lühikese ja pika aja jooksul.Uus kord töötatakse alternatiivina kasutatud katsemeetodite: veerema kilega ahjus (RTFO) ja vananemine rõhk (PAV).Uus tehnika, mida nimetatakse lihtsalt vananemise korras (lihtne vananemine test, SAT), mida saab rakendada puhas ja bituumenist emulsioon ja jääk.Enne rakendamist strateegilist programmi tee uuringuid oli märkimisväärne huvi vananemine kilega staatilises olukorras.Kuid lühiajaliste vananemine tehnikat võeti vastu RTFO, kuna testid painutamine tala reomeetrit vajalik suur hulk vanuses asfalt.Kuna standardi vastuvõtmist meetodina RTFO kindlaks mõned probleemid, kui sa püüad seda kohaldada laagerdamiseks kõrgelt modifitseeritud sideaineid.Viidates soojale segule RTFO meetod madalamatel temperatuuridel (madal temperatuur simulatsioon tootmine) võib kehtestada teatavaid piiranguid valtsitud film materjali ühtseks vananemist.Mõeldud hiljuti reomeetrit põhimõttel töötava dünaamiline nihke (DSR) koos 4-mm paralleelsete plaatide võimaldab testimise temperatuuril kuni -40 ° C, vajab vaid 25 mg sideaine ja võimaldab hinnata m-väärtus nihe ja jäikust painutamine tala reomeetrit.Kasutades seda tehnikat koos SAT määrata reoloogiat bituumen, vanuses lühi- ja pikaajaline, madala ja keskmise temperatuuriga.Lisaks on olemas piisav materjali eaka tüüpi DSR reomeeter 25mm plaatidel.SAT Tehnika kõrvaldab probleemi "veerema" proov polümeer-modifitseeritud bituumeni ja soe.Testimisel mitut liiki bituumeni protseduuril SAT märgitud aeg ja temperatuur vananeva samaväärne nende parameetrite kasutades tehnika RTFO ja PAV.
Sissejuhatus
Tahkestumispunkt vananemise mõju all oksüdatsiooni - protsess, mis toimub siis, millega kuumsegu, samuti elutsükli jooksul kõnniteel.See mõjutab suuresti täitmisel katte nagu Kiimassa, lõhenemine ja lahutamist ja selle tulemusena vastupidavus.Modelleerimine tahkestumistsooni vananemise laboritingimustes on äärmiselt oluline, spetsifikatsioonide väljatöötamiseks põhineb tulemuslikkuse.See uuring kirjeldab uut katsemeetod õhuke kile proovide oksüdatsiooni, mis annab samaväärseid tulemusi standard protseduurid veerema kilega ahjus (RTFO, ASTM D2872) ja vananemine survekambrisse (PAV meetod ASTM D6521) puhas bituumen.Saavutamine tagab efektiivsuse test kilega (mitusada nanomeetrit) - tehnika hiljuti välja põhimõttel dünaamiline reomeetrit nihke, mis võimaldab näidiste katsetamine temperatuuril kuni -40 ° C, see vajab vaid 25 mg proovi ning hõlmab mis tahes muudatusi pinget seadme [1].
Katse käik õhuke bituumen ahju töötati alguses 60 Hveem [2] võeti vastu 1970. aastal ASTM.Ajal strateegiline programm Road Research ta valiti standard modelleerimiseks lühike kuivatamise vananemine, mis tekib siis, kui sillutis.Praegu kasutatav tehnika spetsifikatsioonis Superpave bituumen.
peamine eelis test meetod trahvi bituumen film ahjus rotatsiooni (RTFOT) enne katsetamist kilega ahjus staatiline (TFOT, ASTM D1754) on selles, et ajal rotatsiooni klaasnõud vananemine läbib suur pindala proovi.Kuid pöörete arv ja mõju värske proovi pinnale sõltub viskoossus bituumen enne katsetamist ja viskoossuse muutusi katse ajal.Protsessi liikumise ja segamine bituumeni kolvid veelgi keerulisemaks polümeer oleva bituumeni.Temperatuuri alandamine katsed, mis simuleerivad RTFO oksüdatsiooni esinevate tootmiseks sooja mix, see põhjustab sarnased raskused.
Reduction pöörlemistelje või kõrvaldada pöörlemist kui testimisel RTFO kõrgelt bituumenist - probleem on tuntud juba mitu aastat [3].Bahia [3] ettepaneku lahendada see kastes terasvarda kolbi ja seega tagada jaotus film.Läbi viidud katsed Federal Highway Administration ja Kagu-grupi asfalt tootjate näitas, et terasprofiilid vähendada bituumeni vananemist (nii muudetud ja muutmata) ning aidata kaasa lekke bituumeni (mõlemad liigid) pudelitest. [4]Kuigi armatuurvarras tõesti aitab kaasa lekke bituumen kolvist, polümeer-modifitseeritud bituumenid sageli kanduda serva kolbi, isegi kui šaht puudub.Põhjuseks - Weissenberg mõju (tõus viskoelastne vedeliku rotatsiooni rod) [5].Võib oletada, et elastsusjõudu (venitamine polümeeriahelad), mis on põhjustatud pöörlemise klaasist sibulad, tulemuseks positiivse vertikaalsuunas jõu, mis põhjustab tõusu bituumeni siseseintele kolbi.
Lahendus nende küsimuste aluseks töö Lääne-uuringute Instituudi (WRI) uue korra lühike ja pikk vananemine, mis sai nimeks lihtsalt vananemise korras (SAT).Ta on pühendanud sellele artiklile.
meetod, SAT, kui alternatiiv standard ja RTFO RTFO / PAV, esitatakse järgmised nõuded:
1) vananemise taseme peaks olema sama suur kui meetod RTFOT.Kuni Superpave tehnilised tingimused põhinevad testid RTFOT iga uus tehnika peab vastama vananemisprotsess RTFOT puhas bituumen.
2) Lihtne, ei ole vaja puhastada kolvid.Katse on võimaldada lühiajaline ruumi vanuses proovi otse ahjust pikaajalise vananemist.
3) kogus bituumeni piisab, et teha kindlaks klass tungimise indeks (SHRP PG) ja kirjeldus keemilist koostist.
4) Kui asetades või eemaldades proovid ei pea kasutama lahustis, mis on eriti oluline polümeeri-bituumenist.
5) kile paksus peaks olema piisavalt madal, et kõrvaldada probleem hapniku difusiooni esineb uuritavas proovis on paigal (TFOT).
6) metoodika peaks võimaldama vähendada temperatuuri simuleerida tootmise soojale segule.
7) test peab olema väiksem kui test RTFO või RTFO / PAV.
8) meetodit tuleks madal.
9) Metoodika peaks võimaldama vananemine filmi emulsiooni jäägi.
oksüdatiivse vananemine film (paksus mitusada mikronit) on võimeline täitma kõik eespool nimetatud nõuetele, kuid järgnenud katsed asfaldil SHRP võtta väga suure pindalaga proovi.Eelkõige muutuvad probleemid test painutamine tala reomeetrit, sest iga proovi pulgad võtta 15 grammi bituumeni ja vaja mõned sellised isendid.SHRP Test keskmise ja kõrge temperatuuriga tehakse dünaamiline lõikumiseks reomeetrit (DSR), mis nõuab ainult paar grammi bituumen.
On öeldud, et leiutis, mille dünaamiline põikjõuga reomeeter (DSR) koos 4-mm paralleelsete plaatide lahtrisse katsetamine temperatuuril kuni -40 ° C, vajab vaid 25 mg sideainet ja võimaldab hinnata m-väärtust ja jäikus töömaht [6] võtta vastu reomeeterpainutamine tala.Järgmine antakse üksikasjalikum kirjeldus seda tehnoloogiat.Selle kombinatsioonis meetodi vanandamist film - alternatiivne meetod RTFOF.Pealegi, pärast katset on piisavalt bituumeni SHRP testimine madala, keskmise ja kõrge temperatuuriga.
Teadus- ja arendustegevus uute testide viimase kümne aasta jooksul, peamiselt on järgmised eesmärgid:
a) Valmistatakse ette mõne grammi bituumen hilisema test painutamine tala reomeetrit;
b) Et lahendada probleemi väljavool bituumen kolvist katse ajal RTFO;
c) Et lahendada probleemi veeretada polümeer-bituumenist test RTFOT.
näited hõlmavad järgmisi meetodeid: test vananemine pöörleva silindri (RCAT) [7], modifitseeritud Saksa spinnerkolb (MGRFT) [4], katse sundventilatsioon (SAFT) [8].
Eksperimentaalne osa Materjalid
reomeetrit on dünaamiline Vahetada 4-mm paralleelsete plaatide
erimeelsuste moodul glütserool klaasjas riik (GG) tehtud Schröter [9] välja töötada meetod korrigeerimist viga liikuva murdepinna reomeetrit, siisinstrumentaarium ja plaadid.Sui [1] rakendatakse käesoleva reguleeritav mõõtmisi liikuva murdepinna bituumeni madalatel temperatuuridel (~ 5 ° C ... -40 ° C) 4-mm paralleelse plaadi vahe 1,7 mm (artikkel, see meetod on edaspidi 4-mm liikuva murdepinna reomeeter).
madalatel sagedustel (kõrge temperatuur) bituumeni kohanev ning vigade parandamise tööriista tühine.Kõrgete sageduste (madal temperatuur) saades erinev, ja selleks, et saada tegelik väärtus moodul haprusmõra bituumen mõõtmiseks lõikumiseks reomeetrit kohaldatud korrektsiooni.
To test nõuab vaid 25 mg materjali (praktikas - umbes 150 mg valmistamiseks proovi muster), mis on mitu suurusjärku väiksem kui valmistamiseks vajalike juhtplaadi katsetamiseks koos painutus beam reomeeter.
eelkonditsioneerimine proovid on vaja.Järjehoidja reomeetrit toimub suhteliselt madalal temperatuuril (60-70 ° C).
Selles uuringus uuringu reoloogiliste omaduste viiakse läbi 4-mm dünaamiline lõikumiseks reomeetrit.M-üksuse ja põikjõuga jäikus S (t) hinnangul korrelatsioonile 4-mm liikuva murdepinna reomeeter projekteeritud Sui [6].Meetod Sui baaskõverusega nurk ja moodulus lõõgastumiseks nihkepinge G (t) 2 tundi korrelatsioonis vastavad väärtused S (t) ja m 60 sekundit temperatuuril 10 ° C üle true madalal temperatuuril konkreetses klassis, mis saadaksetulemuseks mõõtmised painutades tala reomeetrit.Meetod Sui muutunud mõõtes nurk ja suurusjärku G (t) 60 sekundit temperatuuril 10 ° C üle temperatuuri SP klass.Rheology keskmise ja madala temperatuuri mõõdeti plaadid, mille läbimõõt on 8 mm ja 25 mm.
vastastikune konverteerimine elastsusmooduli G "(ω) lõõgastumisalal moodul on rahuldatud võrrand ühtlustamise saadud Christensen [10]:
G (t) ~ G" (ω) | ω = 2 / πt
moodul mõõtmine liikuva murdepinnaSee viidi läbi pöörleva liikuva murdepinna rheometers Malvern Kinexus ja TA ARES.Reading sageduse pühkimise viidi läbi vahedega 15 ° C vahemikus -30 kuni + 45 ° C juures nurksagedus vahemikus 0,1 kuni 100 rad / s.Madalatel temperatuuridel, kõrgsageduslike piiri pühkima vähendati 50 rad / s.
tehnoloogia kasutamise 4-mm liikuva murdepinna reomeeter saab kasutada "väljal" analüüsimiseks micro proovi tõhususe hindamise katte omadustest ja materjalide analüüsi, et kirjeldada Teoloogilised omadused bituumen ja regenereeritud seondumise keskmises ja madalatel temperatuuridel, et kirjeldada rheology emulsiooni setted ja materjalipragude täiteks, samuti arendamiseks katsemeetod kilega - objektiks see artikkel.
Infrapunaspektroskoopia
IR analüüs viidi läbi viis, "ülekanne" kambris 1,0 mm proovi 50 mg bituumeni kohta 1 ml süsinikdisulfiidi.See viidi läbi 32 tsüklit skannerseadmed: Perkin Elmer Spectrum 100 eraldusvõime 4 cm-1.
Materjalid
Tabel 1 kirjeldab uuritud liikide bituumen.Proovid võeti tank maantee ehitamise ajal.Kolm neljast sideained valmis test site in Rochester, Minnesota, Ameerika Ühendriigid (ehitatud 2006).Bituumen "MV" (Manitoba) sai katsebaasi sooja mix Manitoba, Canada, ehitati 2010. aastal.
Tulemused ja arutelu
Development metoodika SAT, võrreldes selle RTFO ja RTFO / PAV
Tuleb meeles pidada, et idee ei ole uus SAT.Vananemine õhuke bituumen filme simuleerida lühi- ja pikaajalised oksüdatiivse vananemine, mis toimub tegelik töö, laialdaselt uuritud viimased 70 aastat.Analüüsi allikate toimunud Airey [11].Development meetodi
SAT on kohandada ja süvendada olemasolevaid uuringuid vananemine kilega, eelkõige teadusuuringute Glover [8, 12] ja Petersen [13].Täiend on kasutada 4-mm dünaamiline lõikumiseks reomeetrit, mis võimaldab meil uurida seda tehnikat alternatiivina RTFOT.
arendamisel on SAT probleeme oli sätestada minimaalne kihipaksus ja seeläbi vähendada mõju levikut.Katse-eksituse meetodil, on kiirenenud paksus 300 nm, mis võimaldab anda kilega kasutamata lahustis.Proovi maht reoloogiliste ja keemilised uuringud oli üheks piiravaks teguriks.
SAT test protokollid on toodud tabelis 2: lühiajaline test soe asfaltsegu 130 ° C juures 50 minutit ahjus forsseeritud puhub.Esialgne protokoll, nagu praegu oleme just alustanud tööd võrdlus vananemist, täidab käesoleva protokolli ja vananemise, mis tegelikult toimub teedel, mis pani sooja segu.
joon.2 näitab kõige uuem konstrueeritud seadme nii lühi- kui ka pikaajalise vananemise õhukese meetodiga SAT.Plaat on 3 teenindusajad vananemise 3 erinevat filme, igaüks neist nõuab 1.00 g bituumeni, mis annab paksus u.300 nm.
ettevalmistamine õhukestel bituumen katse tehakse järgmiselt.Rõhu all töötav box täidetud lämmastikuga, mis on paigutatud kuumutatakse (umbes 120 ° C) seista ja panna see plaat testimiseks SAT (bituumen).Kui kuumutati 120 ° C levib bituumeni umbes 2/3 pindalast plaat.Spaatel bituumen on jagunenud ülejäänud plaat ja siis jätke see box mõneks minutiks oli ühtlustamine pinnale bituumeni film.Seejärel plaat eemaldatakse kütte- ja lasti seista kambrisse täidetud lämmastikuga jahtuda toatemperatuurini (23 ° C).
otsplaat oli puuritud auk lisada termopaar, mille temperatuur oli registreeritud ahju forsseeritud puhub.Plaati paigutati eelkuumutatud alumiiniumist ploki mis näeb kiirkuumutamisel katsealuse koldes.Joon.3A näitab andmeid temperatuuri koldes (termopaar andesildil).Registreerimine tehti 50 minutit, ahju temperatuur - 150 ° CPlate temperatuur tõuseb kiiresti ümbritseva kuni umbes 140 ° C või jõuab 146 ° C juures pärast 50 minutit.
kava lühiajaline ja pikaajaline vananemine on näidatud joonisel.3B.Mõõdud plaadi valitakse nii, et plaati saab sisestada standardse salve vananeva laeva surve all.
kindlaks tehtud, et test paksus võib 300 nm juures umbes 40 tundi ahjus koos sunnitakse puhub temperatuuril 100 ° C ja rõhul 0,74 atm neid tulemusi, mis vastavad PAV (ASTM D6521) test kile paksusega 3,2 mm20 bar in standard salve.Kestus 40 tundi on ligikaudne, sest seal on vahe rõhk vananemine bituumen [14].Vananemine on paksus 300 nm laeva rõhul 20 atm 8 tundi andma tase vananemise standard testid salve ja kihi paksus vastavalt spetsifikatsioonidele.
määramiseks ligikaudne aeg ja temperatuur, mille juures simuleeritud vananemist, on võrreldavad standardite ja RTFO RTFO / PAV, kasutatud IR spektroskoopia.Esialgsed prognoosid olid siis võrreldes ütlused rheological analüüsi.Seega joonisel.4A näitab suhtelist IR spektrid (SAT, RTFO, RTFO / PAV) bituumeni "MV" kohta protokollid tabelis 2. Joonis.4B näitab vastavate andmete rheological analüüs - keeruline nihkemoodulit G * (ω).Võib näha, et spektreid on väga sarnased.
