Uus viis vananemise bituumen laboris

Uus viis vananemise bituumen laboris.

Artiklis kirjeldatakse vananemisprotsessi ravi arendada õhuke (300 mikronit) film lühi- ja pika aja jooksul. Uus menetlus töötatakse alternatiivina kasutatud katsemeetodite: veerema kilega ahjus (RTFO) ja rõhu vananemise (PAV). Uus tehnika kutsus lihtne protseduur vananemine (liht- vananemine test, SAT), mida saab kasutada puhastada ja bituumenist emulsioon ja jääk. Enne rakendamist strateegilist programmi tee uuringuid oli märkimisväärne huvi vananemine kilega staatilises olukorras. Kuid lühiajalise vananemise kord võeti vastu RTFO, nagu testimiseks painutamine tala ühikulise vajalik suur hulk vanuses asfalt. Kuna standardi vastuvõtmist meetodina RTFO kindlaks mõned probleemid kui püüate seda rakendada vananemine kõrgelt modifitseeritud sideaineid. Seoses soojale segule RTFO meetodi madalamatel temperatuuridel (simulatsioon madala tootmisega temperatuur) võib määrata teatud piirangud libiseva kile ühtseks vananemine materjalist. Plastometer hiljuti väljatöötatud põhimõttel töötava dünaamiliste nihkepinge (DSR) 4-mm paralleelsete plaatide lahtrisse testimise temperatuuridel kuni -40 ° C, vajab vaid 25 mg sideainet ning võimaldab hinnata m-väärtust ja diagonaal jäikust painutamiseks tala reomeetriga. Selle tehnika kasutamine koos SAT määrab selle voolavuse bituumenite, lühike või pikaajalise vanuses madala ja keskmise temperatuuriga. Lisaks on olemas piisav materjali vanandatud DSR tüüpi reomeeter 25mm plaatidel. SAT metoodika kõrvaldab probleemi "jooksva" proovid polümeer-modifitseeritud asfalt- ja soe. Katsete ajal mitut tüüpi asfaldi on märgistatud SAT protseduuri ajal ja vanandamistemperatuur samaväärne nende parameetrite kasutamisel RTFO ja PAV protseduure.

sissejuhatus

Tahkumise vananemiskultuur mõjul oksüdatsiooni - protsess, mis leiab aset siis, kui millega kuumsegu, samuti elutsükli jooksul teepinna. See mõjutab oluliselt katmistoimet nagu Kiimassa, lõhenemine ja kihistumisele ja selle tulemusena vastupidavuse. tahkumise modelleerimine vananemise laboritingimustes on äärmiselt oluline arengu kirjeldused põhinevad omadusi. See uuring kirjeldab uut meetodit oksüdeerumist test kilega prooviga, mis annab samaväärseid tulemusi standardseid protseduure veerema kilega ahjus (RTFO, ASTM D2872 meetod) ja vananemine kambris rõhu all (PAV, ASTM D6521 meetod) puhast bituumeniga. Saavutamisel tagab efektiivsuse test kilega (mitusada nm) - meetod töötati hiljuti reomeeter põhimõtte kohaselt dünaamilise nihkepinge, mille abil Proovide temperatuuridel kuni -40 ° C, vajab vaid 25 mg proovi ja hõlmab korrigeerimist deformatsiooni seadmes [1 ].

Katse käik bituumeni kilega ahjus töötati alguses 60 Hveem [2] ja on heaks kiidetud ASTM 1970 aastal. Rakendamise ajal strateegilise programmi liiklus uuringute põhjal on valitud standard modelleerimiseks lühike kuivatamise vananemise, mis toimub siis, kui sillutis. Praegu tehnikat kasutatakse selles kirjelduses bituumen Superpave.

Peamine eelis tehnikat kilega bituumen ahjus temperatuuril test pöörangu (RTFOT) enne kilega ahjus test staatilises (TFOT, ASTM D1754 Method) seisneb asjaolus, et pööramiseks klaasanumad allutatakse vananeva suure pindalaga proovi pinnale. Kuid pöörete arv ja mõju värsket proovi pinna sõltub viskoossus bituumen enne katsetamist ja muutused viskoossus katse vältel. Liikumisest ja segades bituumenkatte kolbidest keerulisem ka polümeeriga bituumeni muutmist. Vähendatud RTFO Katsetemperatuuri modelleerimiseks oksüdatsiooni esinevate tootmiseks Sooja segu, põhjustades sarnased raskused.

Vähendades või kõrvaldades pöörlemisest mahud pöörangu testimisel RTFO kõrgelt bituumenist - probleem, mis on tuntud juba mitu aastat [3]. Bahia [3] ettepanek lahendada seda kastes terasvarras kolbi ning seega pakkuda kilet levikut. Poolt läbi viidud eksperimendid Federal Highway Administration ja Kagu rühma asfaldid tootjad näitasid, et armatuurvardad taseme vähendamiseks vananeva bituumeni (nagu modifitseeritud ja modifitseerimata) ning aidata kaasa lekke bituumen (mõlemat tüüpi) kolbist [4]. Kuigi armatuurvarras ei kaasa lekke bituumen kolvist, polümeer-modifitseeritud bituumenid sageli läbivoolu Karvasibul isegi siis, kui varras nr. Selle põhjuseks - Weissenberg efekti (lifti viskoelastne vedela pöörleval vardal) [5]. Oletatakse, et elastset jõudu (venitamine polümeeriahelad) põhjustatud pöörlemise klaasist sibulad, mille tulemuseks on positiivne vertikaalsuunas jõudu, mis põhjustab suurendamise bituumeni siseseinad kolbi.

Lahendus nendele probleemidele oli aluseks töö Western Research Institute (WRI) uue meetodi lühiajaliste ja pikaajaliste vananemise, mis on lihtne protseduur vananemist (SAT) on kutsutud. Ta on pühendatud see artikkel.

Autor SAT metoodika, alternatiivina standard RTFO ja RTFO / PAV, esitatakse järgmised nõuded:

1) vananemise taseme peab olema sama suur RTFOT meetodit. Niikaua kui Superpave kirjeldused põhinevad katsete tulemused RTFOT iga uus tehnika peab vastama vananemisprotsessi RTFOT puhta bituumen.

2) Easy, ei ole vaja puhastada kolvid. Katse on võimaldada lühiajalise paigutamine vanuses proovi otse ahju pikaajalise vananemise.

3) kogus bituumeni piisab, et teha kindlaks klass läbitungivuse indeks (SHRP PG) ja kirjelduse keemilist koostist.

4) Kui asetades või eemaldades proovid ei tohi kasutada lahusteid, mis on eriti oluline polümeer-modifitseeritud bituumenid.

5) kihi paksus peaks olema madal, et probleemi kõrvaldamiseks hapniku difusiooni, esineb katsenäidistelt statsionaarses olekus (TFOT).

6) tehnikat peaks võimaldama langetatakse temperatuur simuleerida tootmistingimuste soe segu.

7) Test aeg peab olema väiksem või RTFO test RTFO / PAV.

8) analüüsimeetodid olema madala hinnaga.

9) Tehnikat peaks võimaldama vananemine filmide emulsiooni jäägi.

Oksüdatiivse vananemise film (paksus mitusada mikronit) on võimalik täita kõiki eespool nimetatud nõuetele, aga järgneva teste SHRP asfalt nõuavad väga suur ala proovi pinnale. Eelkõige probleem muutub testid painutamine tala ühikulise, sest iga proovi pulgad võtta 15 grammi bituumeni ja nende proovide vajan. SHRP teste keskmisel ja kõrgel temperatuuril hoitakse reomeeter dünaamilised vahetustega (DSR), mis nõuab vaid mõne grammi bituumen.

On öeldud, et leiutis, mille dünaamiline põikjõuga reomeeter (DSR) 4-mm paralleelsete plaatide lahtrisse testimise temperatuuridel kuni -40 ° C, vajab vaid 25 mg sideainet ning võimaldab hinnata m-väärtust ja jäikuse nihe [6] kaardub reomeeter tala. Järgmine antakse üksikasjalikum kirjeldus selle tehnoloogia. Selle kombinatsioonis meetodi film vananemise - RTFOF alternatiivset meetodit. Veelgi enam, pärast katse piisab bituumeni SHRP katsed madala, keskmise ja kõrge temperatuuriga.

Teadus- ja arendustegevus uute testide viimasel kümnendil, peamiselt on järgmised eesmärgid:

a) Valmistatakse ette mõne grammi bituumeni täiendavaid katseid painutamise tala reomeeter;

b) Et lahendada probleemi bituumen välja voolab kolbi ajal RTFO testi kohta;

c) Et lahendada probleemi veeretada polümeer-modifitseeritud bituumeni RTFOT test.

Näited võivad olla järgmised meetodid: Katse vananemisele rootortorusse (RCAT) [7], modifitseeritud Saksa spinnerkolvist (MGRFT) [4], katse sundventilatsiooniga (SAFT) [8].

Eksperimentaalne osa Materjalid

Rheometer dünaamiliseks põikjõuga põhimõtteliselt 4 mm paralleelsete plaatide

Vasturääkivusi käsitleb glütserool mooduli klaasja oleku (Gg) esines Schröter [9] töötanud meetodi veaparandus dünaamilise põikjõuga reomeetriga, selle sisseseade ja plaati. Sui [1] rakendatakse käesoleva reguleeritav mõõtmisega dünaamilise põikjõuga bituumeni madalatel temperatuuridel (-5 ° C ... -40 ° C) 4-mm paralleelsete plaatide, vahe 1,7 mm (artikkel, see meetod on edaspidi 4-mm dünaamiline põikjõuga reomeeter ).

Madalatel sagedustel (kõrge temperatuur) bituumeni vormitav ning veaparandust on tühine vahend. Kõrgetel sagedusega (madal temperatuur) Saadi suur, ning selleks, et saada õige väärtuse mooduli haprusmõra bituumeni Measuring põikjõuga reomeeter reguleeritav kehtib.

Et testi vajab vaid 25 mg material (praktikas - umbes 150 mg valmistamiseks näidismustri), mis on mitu suurusjärku madalam tootmiseks vajalik juhtplaadi katse painutus tala reomeetriga.

Eelkonditsioneerimine proove on vaja. Järjehoidja reomeeter toimub suhteliselt madalal temperatuuril (60-70 ° C).

Selles uuringus uuring Teoloogilised omadused viiakse läbi, kasutades 4 mm dünaamiline põikjõuga reomeetriga. M-väärtuse ja nihkepinge jäikus S (t) tarbib võrdluse teel 4-mm dünaamiline põikjõuga reomeeter projekteeritud Sui [6]. Meetod Sui baaskõverusega nurka ja lõõgastust mooduliga nihkepingestusstress G (t) 2 tundi korrelatsioonis vastavad väärtused S (t) ja m 60 sekundit temperatuuril 10 ° C üle tõsi madalal temperatuuril konkreetses klassis, mis saadakse kui mõõtetulemus reomeetriga painutades tala. Sui Meetod muudetud mõõtes kaldenurka ning suurusest G (t) 60 sekundit temperatuuril 10 ° C kõrgemal temperatuuril hinne SP. Reoloogiline keskmisel ja madalatel temperatuuridel mõõdeti plaatide 8 mm läbimõõduga ja 25 mm.

Vastastikuse muundamise dünaamilise elastsusmooduli G '(ω) lõõgastumisalal moodul täidetakse ühtlustamise võrrandid tuletatud Christensen [10]:

G (t) ~ G '(ω) | ω = 2 / πt

Mõõtmised dünaamiliste põikjõuga moduli viidi läbi pöörleva dünaamilise põikjõuga rheometers ja Malvern Kinexus TA ARES. Reading sageduse laotuse viidi läbi vahedega 15 ° C vahemikus -30 kuni + 45 ° C nurgelise sagedusalas 0,1 kuni 100 rad / s. Madalatel temperatuuridel, kõrge sageduspiirini laotuse alandati 50 rad / s.

Laotamistehnika 4mm dünaamilise põikjõuga reomeeter saab kasutada "väljal" analüüsimiseks microsamples tõhususe hindamise materjalide omadustest kattematerjali ja analüüs kirjeldamiseks Teoloogilised omadused bituumen ja tammidega sideainet keskmisel ja madalatel temperatuuridel, et kirjeldada selle voolavuse emulsiooni sade ja täitvaks materjaliks praod samuti arendamiseks katsemeetodi kelme - objekt see artikkel.

infrapunaspektroskoobiga

IR analüüsi viidi läbi "ülekanne" režiimis rakus 1,0 mm, proovi 50 mg bituumen 1 ml süsinikdisulfiidi. 32 skaneeringu tsüklit viidi läbi Seadmed: Perkin Elmer Spectrum 100, ettepanek 4 cm-1.

materjalid

Tabel 1 kirjeldab tüüpi bituumen uuritud. Proovid võeti paak maantee ehitamise ajal tööd. Kolm neljast sideained valmistada test saidi Rochester, Minnesota, Ameerika Ühendriigid (ehitatud 2006). Asphalt "MV" (Manitoba) valmistatud polügooni test sooja mix Manitoba, Kanada, ehitati 2010 aastal.

Tulemused ja arutelu

Arendamine SAT tehnikat, selle võrdlus RTFO ja RTFO / PAV

Tuleb meeles pidada, et idee ei ole uus SAT. Vananemine õhuke bituumeni filmide simuleerida lühi- ja pikaajaliste oksüdatiivse vananemine, mis esineb tegelik operatsiooni laialdaselt uuritud viimase 70 aasta jooksul. Analüüs kulutatud allikatest Airey [11].

Meetodi väljatöötamine SAT on õõnsuse ja kohandada olemasolevaid uuringuid vananemise õhukestel eelkõige Glover uuringud [8, 12] ning Petersen [13]. Täienduse kasutamine 4-mm dünaamiline lõikumiseks ühikulise, mis võimaldab meil pea seda tehnikat RTFOT alternatiive.

Väljatöötamisel SAT probleeme oli sätestada minimaalne kihipaksus ja seeläbi vähendada difusiooni mõju. Läbi katse-eksituse meetodil valiti paksus 300 nm, mis võimaldab anda kilega lahustit kasutamata. Maht proovi Teoloogilised ja keemilised uuringud on olnud üheks piiravaks teguriks.

SAT testiprotokollide on toodud tabelis 2: lühiajalistes test sooja Asfaldisegu 130 ° C juures 50 minutit ahjus sunnitud löögi. Protokolli esialgse, sest nüüd oleme alles hakanud tööd võrreldes vananemine läbi vastavalt protokollile ja vananemise, mis tegelikult toimub teedel, kus virnastatud sooja segu.

Joon. 2 näitab seadme hiljuti väljatöötatud nii lühi- kui ka pikaajalise vananemise õhukese SAT meetodit. Plaati 3 on pesa vananemine 3 erinevat kiled, igaüks neist nõuab 1,00 g bituumen, mille kihipaksus ca.. 300 nm.

Valmistamine õhukestel bituumeni test viiakse läbi järgmiselt. Survestatud töötamise kasti täidetud lämmastikuga, pandi kuumutatud (ligikaudu 120 ° C) seista ning anda sellele plaadi katses SAT (bituumen). Kui kuumutati 120 ° C levib bituumeni umbes 2/3 pindalast plaati. Spaatliga bituumeni levib üle kogu ülejäänud tasaplaadi ning lastakse seejärel kasti mõneks minutiks esine bituumeni viimine kile pinnale. Seejärel plaat eemaldatakse kütte- ja lasti seista kambris jahtuda toatemperatuurini (23 ° C) täidetud lämmastikuga.

Otsplaadil puuriti auk sisestamist termopaar mille temperatuur oli registreeritud ahju sunnitud löögi. Plaati asetati eelkuumutatud alumiiniumist ploki mis näeb kiirkuumutamisel Katses paneeli ahjus. Joon. 3A kujutab andmeid temperatuuri koldes (termopaari andmeid plaadis). Registreerimine viidi läbi 50 minutit, ahju temperatuur - 150 ° C Temperatuur plaadi kasvab kiiresti keskkonnaniiskuselt umbes 140 ° C-ni ja jõuab 146 ° C juures pärast 50 minutit.

Skeem lühiajalise ja pikaajalise vananemise on toodud joonisel. 3B. Mõõtmed plaadi valitakse nii, et plaati saab sisestada standardse mahuti salve survestatud vananemist.

On leitud, et uuritav paksus võib 300 nm juures umbes 40 tundi ahjus sunnitud puhumise temperatuuril 100 ° C ja rõhul 0.74 atm saades tulemused vastava PAV standard (ASTM D6521) võtta vastu kile 3,2 mm paksune testi juures 20 atm standardses salve. Kestus 40 tundi on ligikaudsed, kuna seal on erinev rõhk bituumenid vananeva [14]. Vananemine kile 300 nm paksune konteinerisse rõhu all 20 atm juures 8 tundi valmistada üksnes tasandil vananemise all standardkatsetingimustel salve ja kile paksus on vastavalt spetsifikatsioonidele.

Et määrata ligikaudset aega ja temperatuur, mille juures simuleeritud vananemine, võrreldav standardite ja RTFO RTFO / PAV, IR spektroskoopia kasutati. Esmane ennustava andmed on võrreldakse seejärel näidud Teoloogilised analüüsiga. Näiteks joonisel. 4A näitab võrdlust IR spekter (SAT, RTFO, RTFO / PAV) bituumeni "MV" kohta protokolle loetletud tabelis 2. Joon. 4B näitab vastavate andmete Teoloogilised analüüs - kompleksi nihkemoodul G * (ω). Seda saab näha, et spektri on väga sarnased.

Võrdlus IP ja reoloogia

Tabel 3 näitab võrdlust SP bituumeni vanandatud RTFO tehnoloogiaid, RTFO / PAV ja SAT. On leitud, et lühiajaliste ja pikaajaliste vananemine saadud tulemusi kasutades erinevaid tehnoloogiaid on hea leping.

Meetod SAT ei ole märkimisväärset mõju SP bituumen (sealhulgas testimisel vastavalt protokollile ST SAT HMA LT FDO, mis võivad erineda katsetingimustes ST SAT LT PAV ja RTFO / PAV kokkupuute tagajärjel rõhkude erinevus. Tulemused on väga sarnased.)

Võrdlusest madalatel SP (m-väärtus), keskmine (G * / sinδ) ja kõrge (G * / sinδ) temperatuuri meetodeid SAT, RTFO ja RTFO / PAV näidatud vastavalt joonisel. 5, 6 ja 7. SP analüüsi madalal temperatuuril näitab ainult m-väärtus kui bituumenid uuriti m kontrollitud. Väärtused on esitatud tépsusega ühe operaatori poolt ASTM (D2S%). Näiteks täpsust ühel operaatoril m suuruselt ASTM D6648-08 on 4,0%.

Viga ühe ettevõtja on väärtus katsetega ühele ettevõtjale ühes laboris ühikulise. Kolm neljast tüüpi bituumen vasta märgitud täpsust, mis tähendab, et selle voolavuse saadud andmetel meetodites SAT ja RTFO RTFO / PAV võrreldavad.

Protsentuaalse muutuse mass

Kehakaalu muutust protsentides menetlusest RTFO vananemine mõõdeti vastavalt meetodile AASHTO T240. Kaalu muutust lühikese vananemine meetod SAT mõõdetakse sarnaselt, st muutuse bituumeni mass väljendatakse protsendina esialgsest massist. Massi kadu on negatiivne kasv - positiivne. kaalulangus täheldatakse sageli katse ajal RTFOT, kuigi suurenemine on samuti võimalik [15]. Võrreldes kaalumuutustest katse jooksul SAT ja RTFO meetodid on toodud tabelis 4.

Kaks asfalt massiprotsent muutus erinevus on tühine. Muud testid näha, et meetod SAT on suurem kaalulangus kui RTFO, kuigi ainult pisut. Väita, et SAT on statistiliselt oluliselt erinevad RTFO kaalukaotus seisukohast vajavad täiendavat eksperimente.

järeldus

Uurimise käigus puhast bituumeni võrdlust näitas, et SAT meetod annab tulemusi võrreldav katsete tulemusi standard- ja RTFO RTFO / PAV vaatepunktist Reoloogilis ning vähemal määral võrreldavad katsete ajal lagundamiseks karbonüülrühma ja sulfoksiidi.

Kombinatsioon meetodi SAT testide põhjal 4 mm dünaamiline põikjõuga reomeeter paralleelsete plaatide määramiseks Teoloogilised omadused ja parameetreid (m-väärtust ja nihkeks jäikus) madalal temperatuuril. Teha lühike vananemine SAT meetod nõuab ainult 50 minutit, 35 minutit, vähemalt vajalikud RTFOT standardile.

Veelgi olulisem on, et pikaajalise vananemise surve all anumas meetodiga, SAT nõutud 8 tundi, 12 tundi enne standardite kohaselt test PAV. Praegu käib töö kohaldamise SAT meetod polümeer-modifitseeritud bituumenemulsiooni sade eraldati bituumeni, samuti modelleerimiseks oksüdatiivse vananemine, mis leiab aset valmistamise tehas Sooja segu.

Iga plaadi SAT testi meetod võimaldab saada 3 g vanuses bituumeniga. Sellest piisab, et kirjeldada Teoloogilised ja keemilised omadused madalal, keskmise ja kõrge temperatuuriga. Kui vajate täiendavat vanuses sideainet võib valmistada ja allutati vananeva samal ajal mõne plaatidel.

Artikkel: Uus viis vananemise bituumen laboris.

Apkalimov Denis, LLC "EPC" rootori "