jauns veids, kā novecošana bitumena laboratorijā.
Šajā rakstā procesu izstrādājot kārtību, kādā novecošanas plānas (300 mikronu) filmu uz īsu un ilgu laiku.Jaunā kārtība tiek izstrādāta kā alternatīva testa metodēm, ko izmanto: ritošais plānas filmas krāsni (RTFO) un novecošanos spiediena (PAV).Jaunā tehnoloģija, ko sauc vienkārši novecošanās procedūra (vienkāršs novecošanas tests, SAT), var izmantot tīru un modificētu bitumena emulsiju un atlikuma.Pirms īstenošanas stratēģiskās programmas ceļa studiju bija ievērojams interese par novecošanu plānu plēvi statiskos apstākļos.Tomēr īstermiņa novecošanās tehnikā tika pieņemts RTFO, jo testos ar locīšanas staru rheometer nepieciešams liels skaits vecumā asfalta.Kopš standarta pieņemšana kā metodi RTFO konstatētas dažas problēmas, kad jūs mēģināt to piemērot attiecībā uz novecošanu ļoti modificēto saistvielas.Atsaucoties uz silto maisījuma RTFO metodi pie zemākām temperatūrām (zema temperatūra simulācijas gads) var uzlikt dažus ierobežojumus attiecībā uz velmēta filmu materiālu vienotu novecošanos.Paredzēti nesen reometru darbojas par dinamiskajām nobīdes (DSR) principa ar 4 mm paralēlām plāksnēm ļauj testēšanu pie temperatūru līdz -40 ° C, prasa tikai 25 mg saistviela un ļauj novērtēt m-vērtības pārvietošanos un stīvumu pret saliekuma staru rheometer.Izmantojot šo metodi, kopā ar SAT, lai noteiktu reoloģiju bitumena, vecumā īstermiņā un ilgtermiņā, ar zemu un vidēju temperatūru.Turklāt ir pietiekami daudz materiāla, lai vecumā tipa DSR rheometer ar 25mm plāksnēm.SAT Tehnika novērš problēmu "ritošais" parauga polimēru modificēts asphalts un silts.Pārbaudot vairāku veidu bitumena ar procedūru SAT atzīmēta laiku un temperatūru novecošanās līdzvērtīga šiem parametriem, izmantojot metodes RTFO un Pav.
Ievads
sacietināšana par novecošanu reibumā oksidēšanās - process, kas notiek tad, kad, ar ko karstu kombināciju, kā arī dzīves cikla ietves laikā.Tas ievērojami ietekmē veiktspēju pārklājuma, piemēram, Riesta, plaisāšanu un atdalīšana, kā rezultātā, izturību.Modelēšana sacietēšanas novecošanās laboratorijas apstākļos ir ārkārtīgi svarīgi specifikāciju izstrādei, pamatojoties uz darbības rezultātiem.Šajā pētījumā aprakstīta jaunu metodi plānas plēves paraugu testēšanu, oksidējot, kas dod līdzvērtīgus rezultātus standarta procedūrām slīdošo plānu plēvi krāsns (RTFO, metode ASTM D2872) un novecošanās ar spiediena kameras (PAV, metode ASTM D6521) tīra bitumenu.Sasniegums nodrošinās efektivitāti testa plēvi (vairāki simti nanometri) - tehnika, nesen izveidota uz dinamisko rheometer bīdes principu, kas ļauj paraugu testēšana temperatūrā līdz -40 ° C, tas prasa tikai 25 mg parauga, un ietver pielāgojumus celma uz ierīces [1].
Testa procedūra kārtiņa bitumena krāsns tika izstrādāta agrīnā 60s Hveem [2] tika pieņemti 1970. gadā ar ASTM.Laikā Stratēģiskās Programmas Ceļu Research tas tika izvēlēts par standartu modelējot īsu sacietēšanas novecošanos, kas notiek, kad bruģēšana.Pašlaik tehnika izmanto specifikācijas Superpave bitumenu.
galvenā priekšrocība testēšanas metode smalkas bitumena filmas krāsnī rotācijas (RTFOT) pirms testēšanas plānas filmu krāsnī statiskā (TFOT, metode ASTM D1754), ir fakts, ka griešanās stikla traukiem novecošanas laikā ir veiktas lielu platību parauga.Tomēr apgriezienu skaits un ietekme uz svaigu parauga virsmas mainās atkarībā viskozitāti bitumena pirms testēšanas un viskozitātes izmaiņas testēšanas laikā.Par kustības un sajaukšanu bitumena kolbām process ir vēl vairāk sarežģī polimēru modifikāciju bitumenu.Pazeminot temperatūru testus, lai modelētu RTFO oksidāciju rodas ražošanā siltu samaisa, tas rada līdzīgas grūtības.
samazināšana rotācijas vai novērstu rotāciju, kad pārbaudīta ar metodi RTFO par ļoti modificēto bitumena - problēma ir pazīstama jau vairākus gadus [3].Bahia [3] ierosināts risināt, iemērcot tērauda stieni kolbā un tādējādi nodrošinātu filmu izplatīšanu.Eksperimenti ar Federālais Lielceļu administrācija un Dienvidaustrumu grupas asfalta ražotāju veiktās parādīja, ka tērauda stieņi līmeni samazināt bitumena novecošanās (gan pārveidots un nemodificētu) un sekmēt noplūdes bitumenu (abi veidi) no kolbām. [4]Lai gan tērauda stienis patiešām veicina noplūdes bitumena no kolbas, polimēru modificēti bitumenu bieži vien rada ietekmi malu, kolbas, pat tad, ja šahtas nav.Iemesls tam - Weissenberg efekts (pieaugums par viskoelastīgo šķidruma uz rotējoša stieņa) [5].Tiek uzskatīts, ka elastīgo spēks (stiepjas no polimēru ķēdes), ko izraisa griešanās stikla sīpolu, rezultātā pozitīvā vertikālā virzienā spēku, kas izraisa pieaugumu bitumena uz iekšējās sienas kolbā.
Solution no šiem jautājumiem veidoja pamatu darbam Rietumu pētniecības institūta (STI) par jaunu procedūru īstermiņa un ilgtermiņa novecošana, kas tika nosaukts vienkārši novecošanās procedūra (SAT).Viņa ir veltīta šo rakstu.
A metode SAT, kā alternatīvu standarta un RTFO RTFO / PAV iepazīstināja šādām prasībām:
1) novecošanās pakāpe ir līdzvērtīga tai, kura Metodes RTFOT.Līdz ar Superpave specifikācijām, pamatojoties uz testiem RTFOT, jebkura jauna metode jāatbilst procesu novecošanās RTFOT tīra bitumenu.
2) Easy, nav nepieciešams tīrīt kolbas.Testa procedūra ir ļaut īstermiņa kosmosa vecumā paraugu tieši krāsnī ilgtermiņa novecošanas.
3) bitumena summa būs pietiekama, lai noteiktu pakāpi iespiešanās indekss (SHRP PG) un aprakstu par ķīmisko sastāvu.
4) Laižot vai noņemot paraugi nav jāizmanto šķīdinātāju, kas ir īpaši svarīgi polimēriem modificētu bitumenu.
5) Par filmu biezumam jābūt pietiekami zems, lai novērstu problēmu skābekļa difūzijas ir klāt testa paraugā ir stacionārs (TFOT).
6) metodika būtu jāļauj samazināt temperatūru, lai modelētu ražošanas apstākļiem siltajam maisījumam.
7) testa jābūt mazākam par testa RTFO vai RTFO / PAV.
8) Izmaksu metode ir zems.
9) Metodika jāļauj novecošanos filmu no emulsijas atlikumu.
oksidatīvā novecošana filmas (plēves biezums vairākiem simtiem mikroni) spēj izpildīt visas iepriekš minētās prasības, bet par turpmākiem testiem asfaltbetona SHRP veikt ļoti lielu virsmas laukumu parauga.Proti, problēmas kļūst tests ar lieces staru rheometer, jo katram paraugam nūjiņas ņemt 15 gramus bitumena un vajag dažus šādus paraugus.SHRP tests vidēja un augsta temperatūra tiek veikta uz dinamisko bīdes rheometer (DSR), kas prasa tikai dažus gramus bitumenu.
Ir teikts, ka izgudrojums ar dinamisko bīdes rheometer (DSR) ar 4 mm paralēlām plāksnēm ļauj testēšanu temperatūrā līdz -40 ° C, prasa tikai 25 mg saistviela un ļauj novērtēt M-vērtības un stīvumu nobīdi [6] par rheometerar liekšanas gaismu.Tālāk tiks dots sīkāks apraksts par šo tehnoloģiju.Tās kombinācija ar metodi novecošanās filmu - alternatīva metode RTFOF.Turklāt, pēc testa ir pietiekami bituma SHRP testēšanai pie zema, vidēja un augsta temperatūra.
Pētniecība un jaunu testu, kas pēdējo desmit gadu laikā, galvenokārt, ir šādi mērķi:
a) Sagatavot testu pēc pāris gramus bituma turpmākajos testos ar locīšanas staru rheometer;
b) lai atrisinātu problēmu aizplūšanu bitumena no kolbas testa RTFO laikā;
c) Lai atrisinātu problēmu, ritošā polimēra modificētā bitumena testa RTFOT.
piemērus var minēt šādas metodes: testa novecošanos rotējošu cilindru (RCAT) [7], modificēts vācu vērpējs kolba (MGRFT) [4], testu ar piespiedu ventilācijas (SAFT) [8].
Eksperimentālā daļa materiāli
reometru ir dinamiska pāreja uz 4 mm paralēlajām plāksnēm
domstarpībām par moduļa glicerīna ar stiklveida stāvoklī (GG) iesniedza SCHRÖTER [9] izstrādāt metodi pielāgojot par kļūdu dinamiskās bīdes rheometer, toinstrumenti un plates.Sui [1], ko piemēro šo korekciju mērījumiem dinamiskajām nobīdes bitumena pie zemām temperatūrām (~ 5 ° C ... -40 ° C) 4 mm paralēlajām plāksnēm spraugu 1,7 mm (izstrādājumā, šī metode tiek minēti kā 4 mm dinamiskā bīdes rheometer).
Pie zemas frekvences (augstas temperatūras) bitumena kalšanai, un kļūdu labošanas rīks niecīgu.Pie augstas frekvences (zema temperatūra) iegūstot mainās, un, lai iegūtu patieso vērtību moduļa lūzumiem trausluma dēļ bitumena mērīšanai bīdes rheometer piemērot korekciju.
Lai testa prasa tikai 25 mg materiāla (praksē - ap 150 mg ražošanai parauga modelis), kas ir vairākas kārtām mazāks, nekā tas nepieciešams, lai ražotu bāra testēšanai ar liekšanas staru rheometer.Ir nepieciešama
sagatavošana paraugu.Grāmatzīmi rheometer tiek veikta pie relatīvi zemā temperatūrā (60-70 ° C).
Šajā pētījumā pētījums par reoloģisko īpašību tiek veikts, izmantojot 4 mm dinamiska bīdes rheometer.M-vienība un bīdes stinguma S (t) lēš, korelācija ar 4 mm dinamisko bīdes rheometer izstrādāta Sui [6].Ar šo metodi sui bāze līkne leņķis un modulis relaksācijas bīdes stresa 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 iegūstrezultātā mērījumus ar lieces staru rheometer.Metode sui mainīt, izmērot leņķi un lielumu G (T) 60 sekundes pie temperatūras 10 ° C virs tam, kad temperatūra SP pakāpē.Reoloģija pie vidēja un zema temperatūra, ko mēra uz plāksnēm ar diametru 8 mm un 25 mm.
savstarpēja pārveidošana uzglabāšanas modulis G "(ω), kas relaksācijas moduli apmierina vienādojumu tuvināšanu atvasināts Christensen [10]:
G (t) ~ G" (ω) | ω = 2 / πt
moduļa mērījumiem dinamiskās bīdesTā tika veikta rotējošas dinamiskajām nobīdes rheometers Malvern Kinexus un TA Ares.Reading frekvence sweep tika veikta ik pēc 15 ° C robežās no -30 līdz + 45 ° C temperatūrā ar leņķisko frekvenču diapazonā no 0,1 līdz 100 rad / sec.Pie zemām temperatūrām, augstas frekvences robeža slaucīšana tika samazināts līdz 50 rad / s.
tehnoloģiju izmantošana 4 mm dinamiskā bīdes reometru var izmantot "laukā" par analīzes mikro paraugu novērtēšanā veiktspējas īpašības pārklājumu un analīzes materiālu, lai aprakstītu reoloģiskās īpašības bitumena un atjaunotās saistošu vidēja un zemā temperatūrā, lai aprakstītu reoloģiju no emulsijas dūņu un materiāluaizpildot plaisas, kā arī, lai attīstītu testēšanas metodi, plānas plēves - objekta šo rakstu.
Infrasarkanās spektroskopijas
IR analīze tika veikta režīmā "pārvade" kamerā 1,0 mm ar paraugu 50 mg bitumena uz 1 ml oglekļa disulfīdu.Tika veikts 32 ciklus skenēšanas iekārtu: Perkina Elmer Spectrum 100, 4 cm-1 izšķirtspēju.
materiāli
1. tabula apraksta pētīja veidus bitumenu.Paraugi tika ņemti no tvertnes ceļu būvniecības laikā.Trīs no četriem saistvielu sagatavots testa vietni Rochester, Minesota, Savienotās Valstis (celta 2006. gadā).Bitumena "MV" (Manitoba) saņēma testēšanas pamatu siltu mix Manitoba, Kanāda, tika uzcelta 2010. gadā.
Rezultāti un diskusija
attīstības metodoloģija SAT, salīdzinot ar tās RTFO un RTFO / PAV
Jāatceras, ka ideja nav jauna SAT.Novecošana plānas bitumena filmas, lai modelētu īstermiņa un ilgtermiņa oksidatīvā novecošanos, kas notiek kādā faktisko darbību, plaši pētīta pēdējos 70 gadus.Par avotu analīze notika Airey [11].Attīstība metodes
SAT ir pielāgot un padziļināt esošos pētījumus par novecošanu plānu plēvi, jo īpaši, pētniecība Glover [8, 12] un Petersen [13].Papildinājums ir izmantot 4 mm dinamiskā bīdes rheometer, kas ļauj mums, lai apsvērt šo metodi kā alternatīvu RTFOT.
Izstrādājot SAT problēmas bija nodrošināt minimālo slāņa biezumu un tādējādi samazinātu ietekmi difūzijas.Ar mēģinājumu un kļūdu, tas ir palielinājies biezumu 300 nm, kas ļauj nodrošināt plānu plēvi, neizmantojot šķīdinātāju.Parauga apjoms reoloģiskās un ķīmisko pētījumu bija vēl viens ierobežojošais faktors.
SAT testa protokoli tiek dots 2. tabulā: īstermiņa tests siltā asfalta maisījumu pie 130 ° C temperatūrā 50 minūtes krāsnī ar piespiedu pūš.Sākotnējais protokols, jo pašlaik mēs esam tikko sākuši darbu pie salīdzinājumu novecošanos, ar šo protokolu un novecošanās, kas patiesībā notiek uz ceļa, kas lika silto maisījumu veikta.
Fig.2 parādīts jaunāko paredzēta ierīce, īslaicīgas un ilgtermiņa novecošanos plānas plēves ar metodi SAT.Plāksne ir 3 sloti novecošanās 3 dažādas filmas, katrs no tiem ir nepieciešams 1,00 g bitumena, kas dod kārtas biezumu apm.300 nm.
sagatavošana plānās kārtiņās bitumena testu veic šādi.Augstspiediena strādājot kaste piepildīta ar slāpekli, izvietotas silda (aptuveni 120 ° C) statīvu, un nodot to uz šķīvja, lai pārbaudītu SAT (bitumena).Kad uzkarsēts līdz 120 ° C mirdz bitumens apmēram 2/3 no virsmas plāksnes.Lāpstiņa bitumens ir sadalīts pārējā plāksnes, un tad atstāt to kastē uz pāris minūtēm tur bija saskaņošana virsma bitumena filmu.Tad plāksne tiek izņemta no apkures un nostādina ar kameru, kura pildīta ar slāpekļa atomu, pie atdzist līdz istabas temperatūrai (23 ° C).
Gala plāksne tika urbts caurums, lai ievietotu termopāri ar kuru temperatūra tika ierakstīts cepeškrāsnī ar piespiedu pūš.Plati ievieto uzkarsētā alumīnija bloku, kas nodrošina ātru apkuri testa plāksnes krāsnī.Fig.3A rāda datus par temperatūras krāsnī (termopāri datu plāksnes).Reģistrācija tika veikta 50 minūtes, krāsns temperatūra - 150 ° C.Plate temperatūra strauji pieaug no ambient līdz aptuveni 140 ° C vai sasniedz 146 ° C pēc 50 minūtēm.
shēma īstermiņa un ilgtermiņa novecošanas tiek parādīts attēlā.3B.Izmēri plāksnes ir izvēlēti tā, ka plāksnes var ievietot standarta paplātes novecošanās kuģi zem spiediena.
konstatēts, ka tests plēves biezums 300 nm apmēram 40 stundas krāsnī ar piespiedu putu pie 100 ° C temperatūrā un spiedienā 0,74 atm dot rezultātus, kas atbilst PAV (ASTM D6521) Tests plēve ar biezumu 3,2 mm20 bar standarta paplātes.No 40 stundas ilgums ir aptuvens, jo ir atšķirība spiediens novecošanu [14] bitumenu.Novecošanās no plēves biezuma 300 nm kuģa zem spiediena, kas 20 atm 8 stundas, lai dotu līmeni novecošanās standarta testos ar paplāti un plēves biezuma saskaņā ar specifikācijas.
Lai noteiktu aptuveno laiku un temperatūru, pie kuras imitētā novecošanās, salīdzināms ar šiem standartiem un RTFO RTFO / PAV, izmanto infrasarkano spektroskopiju.Sākotnējās prognozes bija, tad, salīdzinot ar liecību reoloģisko analīzi.Tādējādi, in Fig.4A rāda relatīvo IS spektri (SAT, RTFO, RTFO / PAV) bitumens "MV" par protokoliem, kas uzskaitīti tabulā 2. attēlā.4B parāda atbilstošo datu Reoloģiskās analīze - komplekss bīdes modulis G * (ω).To var redzēt, ka spektri ir ļoti līdzīgas.
