nov način za staranje bitumna v laboratoriju.
Ta članek opisuje proces razvoja postopkov za staranje tanko (300 mikronov), film za krajše in daljše časovno obdobje.Novi postopek se razvija kot alternativa uporabljene preskusne metode: tanek film pečico (RTFO) in staranje tlaka (PAV) vozni.Nova tehnika, ki se imenuje preprost postopek staranja (preprost test staranje, SAT), se lahko uporabljajo za čiste in modificiranega bitumna emulzije in ostanka.Pred izvajanjem strateškega programa cestnih študijah je bil velik interes v staranju tankega filma v statičnih pogojih.Vendar pa je za kratkoročno staranje tehniki je bil sprejet RTFO, saj testi z upogibanja reometrom žarka zahteva veliko število starega asfalta.Od sprejetja standarda kot metode RTFO opredelila nekaj težav, ko poskušate ga uporabljajo za staranje močno spremenjenih veziv.S sklicevanjem na zmesi RTFO metodo toplo pri nižjih temperaturah (simulacije nizka temperatura proizvodnje) se lahko uvede določene omejitve valjan filmskega materiala za enotno staranja.Zasnovan je nedavno reometer deluje na principu dinamičnega strižnega (DSR) s 4-milimetrskimi vzporednih plošč omogoča testiranje pri temperaturah do -40 ° C, zahteva le 25 mg vezivo in omogoča, da oceni premik v m-vrednosti in togost do upogibanja reometrom žarka.Z uporabo te tehnike v povezavi s SAT ugotoviti reologije bitumna, starih kratkoročno in dolgoročno, z nizko in srednje temperature.Poleg tega obstajajo zadostni material za stari tip DSR reometrom s 25 mm ploščami.So Tehnika odpravlja problem "vozni" vzorcu polimerno modificirani asfaltov in toplo.Pri testiranju več vrst bitumna s postopkom bili so označena čas in temperatura staranja enakovredna teh parametrov z uporabo tehnik RTFO in pav.
Uvod
strjevanja o staranju pod vplivom oksidacijo - proces, ki poteka pri polaganju vroče mešanice, kot tudi v življenjskem ciklu pločniku.To v veliki meri vpliva na uspešnost premaza kot rutting, razpokane in ločevanje, kot rezultat, vzdržljivost.Modeliranje strjevanja staranja v laboratorijskih pogojih je izredno pomembno za razvoj specifikacij, ki temeljijo na uspešnosti.Ta študija opisuje novo metodo za preskušanje tankoplastnih vzorcev z oksidacijo, ki daje enakovredne rezultate standardnimi postopki tanek film pečico (RTFO, metoda ASTM D2872) valjanje in staranje v tlačno komoro (pav, metoda ASTM D6521) za čiste bitumna.Dosežek bo zagotovila učinkovitost tankega filma testno (nekaj sto nanometrov) - tehniko, nedavno razvila na principu dinamičnega reometrom strigu, ki omogoča testiranje vzorcev pri temperaturah do -40 ° C, ki jih potrebuje samo 25 mg vzorca in vključuje nobenih prilagoditev seva na napravi [1].Postopek
Testna tanek film bitumna v peči je bil razvit v zgodnjih 60-ih letih Hveem [2] je bila leta 1970 sprejela ASTM.V strateškem programu cestnem raziskave je bil izbran kot standard za modeliranje kratek staranje sušenja, ki se pojavi, ko tlakovanje.Trenutno tehniko uporabljajo v specifikacijah Superpave bitumnom.
Glavni test prednost Postopek po odličnem bitumna filma v peči vrtenja (RTFOT) pred testiranjem tankega filma v pečici v statičnem (TFOT, metodo ASTM D1754) je v tem, da med vrtenjem steklene posode staranja je pod veliko površino vzorca.Vendar pa je število vrtljajev in učinek na svežem vzorcu površini odvisna od viskoznosti bitumna pred testiranjem in viskoznosti sprememb med testiranjem.Proces gibanja in mešanje bitumna v bučah je dodatno zapleten zaradi modifikacije polimerov bitumna.Spuščanje teste temperature za simuliranje RTFO oksidacije, ki se pojavljajo pri proizvodnji tople mešanice, povzroča podobne težave.
Zmanjšanje vrtenja ali odpravo rotacijo pri testiranju z metodo RTFO za visoko modificiranega bitumna - problem je bil znan že nekaj let [3].Bahia [3] predlaga, da se reši s potapljanjem jekleno paličico v stekleničko in s tem zagotovi distribucijo filma.Poskusi ga Federal Highway Administration in proizvajalce asfaltnih skupin jugovzhodne izvedene so pokazale, da jeklene palice, ki zmanjšujejo raven bitumna staranja (tako spremenjene in nespremenjene) ter prispevati k puščanja bitumna (obeh vrst) iz bučk. [4]Čeprav jeklena palica res prispeva k uhajanja bitumna iz bučke se bitumni s polimeri modificiranih pogosto polije čez rob posode, čeprav ni gred.Razlog za to - Weissenberg učinek (vzpon na viskoelastične tekočine na vrtljivem drogu) [5].Predpostavlja se, da elastične sile (raztezanje polimernih verig), ki ga vrtenje steklenih čebulice povzročile, ima za posledico pozitiven navpični smeri sile, ki povzroča povečanje bitumna na notranjih stenah posode.
Rešitev teh vprašanj je bila podlaga za delo raziskovalnega inštituta zahodni (WRI) o novem postopku kratki in dolgi staranja, ki je bil imenovan preprost postopek staranja (SAT).Ona je namenjen ta članek.
metoda, so, kot alternativa standardom in RTFO RTFO / PAV, predstavila naslednje zahteve:
1) stopnja staranja mora biti enak tistemu na metode RTFOT.Do specifikacij Superpave temeljijo na testih RTFOT, vsaka nova tehnika, morajo biti v skladu s procesom staranja RTFOT za čiste bitumna.
2) Easy, ni potrebe za čiščenje bučk.Preskusni postopek je, da bi kratkoročno prostora stari vzorec neposredno v pečico za dolgoročno staranje.
3) Znesek bitumna bo zadostoval za ugotavljanje kategorije indeks penetracije (SHRP PG) in opisom kemične sestave.
4) Pri dajanju ali odstranjevanje vzorci ne bi bilo treba uporabiti topilo, ki je še posebej pomembno za polimerno modificirani bitumen.
5) Debelina filma mora biti dovolj nizka, da se odpravi problem difuzijo kisika je prisotna v testnem vzorcu miruje (TFOT).
6) Treba Metodologija omogočilo zmanjšanje temperature za simuliranje pogojih izdelave tople mešanice.
7) test mora biti manjša od testnega RTFO ali RTFO / pav.
metoda 8) Stroški morajo biti nizki.
9) Metodologija naj bi omogočilo staranje filmov iz ostanka emulzijo.
oksidativni staranje folije (debeline filma več sto mikronov) sposobna izpolniti vse zgoraj navedene zahteve, vendar za nadaljnje teste na asfaltni SHRP vzeti zelo veliko površino vzorca.Zlasti problemi postanejo preskus z upogibanja reometrom žarka, saj je za vsak vzorec palice vzeti 15 gramov bitumna in potrebujejo nekaj takih primerkov.SHRP Preskus na srednjih in visokih temperaturah, se izvajajo na dinamični strižni reometrom (DSR), ki zahteva le nekaj gramov bitumna.
Rečeno je bilo, da je izum s dinamični strižni reometrom (DSR) s 4-milimetrskimi vzporednih plošč omogoča testiranje pri temperaturah do -40 ° C, zahteva le 25 mg vezivo in omogoča, da oceni vrednost M in togost premik v [6] za reometromz ukrivljenega snopa.Next bodo imeli bolj podroben opis te tehnologije.Njena kombinacija z metodo staranja filma - alternativna metoda RTFOF.Poleg tega je po testu je dovolj bitumna za SHRP testiranje na nizke, srednje in visoke temperature.
Raziskave in razvoj novih testov v zadnjem desetletju, imajo predvsem naslednje cilje:
a) Pripravite test po nekaj gramov bitumna za naknadnem testu z upogibanja reometrom žarka;
b) rešiti problem odtekanje bitumna iz bučke med preskusno RTFO;
c) Da bi rešili problem vozni-polimerno modificirani testno bitumen RTFOT.
Primeri vključujejo naslednje načine: testno staranje vrtečega se valja (RCAT) [7], spremenjeni nemščina spinner bučko (MGRFT) [4], se preskus s prisilnim prezračevanjem (SAFT) [8].
Eksperimentalni del gradiva
reometer je dinamičen premik v 4-mm vzporednima ploščama
nesoglasij glede modula glicerola v steklasto stanje (Gg), ki Schröter [9] razviti metodo prilagajanja za napako dinamičnega strižnega reometrom, gaorodje in plošče.Sui [1] uporablja za te prilagoditve meritev dinamičnih strižnih bitumna pri nizkih temperaturah (~ 5 ° C ... -40 ° C) za 4-mm vzporednih plošč z odmikom 1,7 mm (v članku, je ta metoda se imenuje 4-mm dinamičnega strižnega reometrom).
Ob nizki frekvenci (visoke temperature) bitumna voljne in napak orodje popravek zanemarljivo.Pri visoki frekvenci (nizka temperatura) dobimo spreminja, in da bi dobili pravo vrednost modula krhkih bitumna loma za merjenje strižne reometra uporabiti korekcijo.
Za preizkus zahteva le 25 mg materiala (v praksi - okoli 150 mg za izdelavo vzorca vzorca), ki je nekajkrat manjša, kot je potrebno za izdelavo vrat za testiranje s upogibanja reometrom žarka.Je potrebno
predpriprava vzorcev.Zaznamek v reometrom izvedemo pri relativno nizki temperaturi (60-70 ° C).
V tej študiji je bila študija reoloških lastnosti se izvaja z uporabo 4 mm dinamična strižne reometra.M-enota in strižno togost S (t), ki jo korelaciji s 4 mm dinamično strigom reometrom ocenjen zasnovan sui [6].Postopek sui baza krivulja kot, in stres modul sprostitev strižne G (t) za 2 uri v korelaciji z ustreznimi vrednostmi S (t) in m za 60 sekund pri temperaturi 10 ° C nad prave nizki temperaturi za določen razred, pridobljeniNastalo meritve z upognjenim reometrom snopa.Postopek sui spremenila z merjenjem kota, in obseg G (t) za 60 sekund pri temperaturi 10 ° C višja od temperature na SP razreda.Reologija na srednje- in nizke temperature, izmerjene na krožnikih premera 8 mm in 25 mm.
Vzajemno pretvorba shranjevanje modul G '(w) v sprostitvenem modula je zadovoljen s približevanjem enačbo izpeljati Christensen [10]:
G (t) ~ G (ω) | ω = 2 / πt merjenje
modula dinamične strigizvedena je bila na vrteči dinamičnih strižnih reometer Malvern Kinexus in TA Ares.Branje frekvenca brisanja je bila izvedena v intervalih 15 ° C v območju od -30 do + 45 ° C s kotnim frekvenčnem območju od 0,1 do 100 rad / s.Pri nizkih temperaturah, je bila mejna visoke frekvence med skeniranjem zmanjša na 50 rad / s.
tehnologija uporaba 4-mm dinamični strižni reometer se lahko uporabljajo "v polju" za analizo mikro vzorcev pri ocenjevanju lastnosti uspešnosti premaza in analizo materialov, za opis reoloških lastnosti bitumna in regenerirane vezavo na srednjih in nizkih temperaturah, opisati reologije blata emulzijo in materialapolnjenje razpok kot tudi za razvoj testno metodo tankega filma - predmet tega članka.
infrardeča spektroskopija
IR analiza je bila opravljena na način "prenosa" v komori 1,0 mm z vzorcem 50 mg bitumna na 1 ml ogljikovega disulfida.Opravljena je bila 32 ciklov oprema za skeniranje: Perkin Elmer Spectrum 100, ločljivost 4 cm-1.
materiali
Tabela 1 opisuje študiral vrste bitumna.Vzorci so bili odvzeti iz rezervoarja med gradnjo cest.Tri od štirih veziv pripravljeno testno stran v Rochester, Minnesota, Združene države Amerike (zgrajena leta 2006).Bitumen "MV" (Manitoba) prejel poligon za toplo mešanico v Manitoba, Kanada, je bila zgrajena leta 2010.
rezultatov in diskusija
razvoj metodologije so, v primerjavi z njeno moral RTFO in RTFO / PAV
Treba je opozoriti, da je ideja ni nova soStaranje tanke bitumen filme simulirati kratko in dolgoročno staranje oksidativni, ki se pojavlja v dejanskem delovanju, pogosto študiral v zadnjih 70 letih.Analiza virov potekala Airey [11].Razvoj metode
SAT je prilagoditi in poglobitev obstoječih raziskav o staranju tankega filma, zlasti raziskave Glover [8, 12] in Petersen [13].Dopolnilo je uporaba 4-mm dinamični strižni reometrom, ki nam omogoča, da to tehniko kot alternativo RTFOT.
Pri razvoju SAT težav je bil zagotoviti minimalno debelino plasti in s tem zmanjšajo učinek difuzije.Poskusa in napake, je bilo pobrali debelino 300 nm, ki omogoča, da se zagotovi tankim slojem brez uporabe topila.Volumen vzorca za reološke in kemične raziskave je bil še en omejevalni dejavnik.Testni protokoli
SAT, so navedene v tabeli 2: kratkotrajno test za toplo asfaltne zmesi pri 130 ° C za 50 minut v pečici s prisilno pihanja.Predhodni protokol, kot je trenutno smo šele začeli delati na primerjavo staranja, ki jih ta protokol in staranja, kar se dejansko dogaja na cesti, ki iz toplo mešanico izvedli.
Sl.2 prikazuje najnovejši oblikovano napravo za kratko- in dolgoročno staranja tankega filma po metodi SAT.Tablica ima 3 reže za staranje 3 različne filme, vsak od njih zahtevajo 1,00 g bitumna, ki daje debelino filma cca.300 nm.
Priprava tankih plasti testa bitumna izvedemo kot sledi.Pod tlakom delajo škatla napolnjena z dušikom, umeščeni segreva (okoli 120 ° C) stojalo, in ga dal na pladnju, a testiranje SAT (bitumen).Pri segrevanju do 120 ° C, ki se širi bitumna za približno 2/3 površine plošče.Lopatico, bitumen se širi v ostalem plošče, nato pa ga pusti v škatli za nekaj minut, je bila površina približevanje bitumen film.Plošča se nato odstrani iz ogrevanja in pustili stati v komori, napolnjeni z dušikom, da se ohladi na sobno temperaturo (23 ° C).
končno ploščo smo izvrtali luknjo za vstavljanje termočlenom, pri katerem je bila temperatura zabeležena v pečici s prisilno pihanja.Tablica se namesti v segreto aluminijasto bloka, ki zagotavlja hitro segrevanje preskusno ploščo v peči.Sl.3A prikazuje podatke o temperaturi v peči (termoelementom na tablici).Registracija je bila izvedena za 50 minut, temperaturo peči - 150 ° C.Temperature Plate hitro narašča iz okolice do približno 140 ° C ali doseže 146 ° C v 50. minuti.
shema kratkoročnega in dolgoročnega staranja je prikazano na sliki.3B.Dimenzije plošče so izbrani tako, da se lahko vstavi plošča v starajoči posode pod tlakom standardni pladenj.
ugotovljeno, da rezultate, ki ustrezajo pav (ASTM D6521) Test film z debelino 3,2 mm debeline test filma 300 nm za okoli 40 ur v pečici s prisilno vpihavanjem pri temperaturi 100 ° C in tlaku 0,74 atm dobimo20 bar v standardni pladenj.Trajanje 40 ur je približek, saj je razlika v tlaku v staranju [14] bitumna.Staranje debelini folije 300 nm v posodi pod tlakom 20 atm 8 ur, da smo dobili stopnjo staranja v standardnih testov s pladnja in debeline filma v skladu s specifikacijami.
želite ugotoviti približen čas in temperaturo, pri kateri se simulirano staranje, primerljiva s temi standardi in RTFO RTFO / pav, ki se uporablja IR spektroskopijo.Prvotne napovedi so nato primerjali s pričevanjem reološke analize.Tako je na sl.4A prikazuje relativno IR spektre (SAT, RTFO, RTFO / PAV) bitumen "MV" o protokolih, navedenih v tabeli 2. sliki.4B prikazuje ustrezno podatkovno reološki analizo - kompleks strižni modul G * (ω).Razvidno je, da so spektri zelo podobni.
