Ný leið öldrun jarðbiki á rannsóknarstofu

Ný leið öldrun jarðbiki á rannsóknarstofu.

Greinin lýsir þeirri aðgerð að öldrun meðferðir til að þróa þunnt (300 míkrón) film fyrir stuttum og löngum tíma. Hin nýja aðferð er verið að þróa sem valkostur þeirra prófana sem eru aðferðir sem eru notaðar: veltingur þunn filma hitaskáp (RTFO) og þrýsting Aging (PAV). Hin nýja tækni sem nefnist einfalda aðferð öldrun (einföldum öldrun próf, Lau), er hægt að nota til að hreinsa og breytt jarðbiki fleyti og eftir leifar. Áður en framkvæmd stefnumótandi námi vegum var marktæk áhuga á öldrun þunnu í kyrrstöðu. Hins vegar var til skamms tíma öldrun aðferð samþykkt RTFO, eins og til að prófa sveigist í geisla rheometer krafist mikinn fjölda af aldrinum malbik. Þar sem samþykkt staðalsins sem aðferð RTFO sem sum vandamál þegar þú reynir að sækja um það til öldrunar mjög breyttum bindiefnum. Með hliðsjón af heitu blönduna RTFO aðferðinni við lægra hitastig (uppgerð lítil framleiðsla hitastig umhverfisins) getur sett ákveðnar takmarkanir á veltandi filmu fyrir samræmda öldrun á efninu. Plastometer nýlega þróað sem starfa á meginreglunni um dynamic shear (DSR) með 4-mm samhliða platnanna tveggja leyfir prófun við hitastig upp að -40 ° C, þarf aðeins 25 mg af bindiefni, og leyfa að meta M-gildið og hlutdrægni stífni til að beygja geisla rheometer. Using this tækni í tengslum við lau ákvarðar hnigfræðilegum af bitumens, stutt eða langtíma yngri undir lágu og miðlungs hita. Þar að auki, það er nægilega efni látin standa í DSR tegund rheometer með 25mm plötum. Lau aðferðafræði útrýma the vandamál af "veltingur" sýnishorn fyrir polymer-bætta asphalts og heitt. Á prófunum á mörgum gerðum malbik hafa verið merkt lau aðferð tíma og aging hitastig sem eru sambærilegir þessum þáttum þegar notuð RTFO og PAV aðferðir.

kynning

Fast á öldrun undir áhrifum oxunar - ferli sem á sér stað þegar um heita blöndu, og einnig á líftíma akbraut. Það hefur áhrif stórlega lag árangur, svo sem rutting, sprungur og lagskiptingu á skrúfublöðum og, eins og a afleiðing, endingu. fast líkan af öldrun skilyrði á rannsóknarstofu er afar mikilvægt fyrir þróun forskrifta á grundvelli eiginleika árangur. Þessi rannsókn fjallar um nýja aðferð við oxun á prófsins þunna filmu sýni, sem gefur niðurstöður sem eru jafngildar viðurkenndum aðferðum veltingur þunn filma ofn (RTFO, ASTM D2872 aðferð) og öldrun komið fyrir í hólfi undir þrýstingi (PAV, ASTM D6521 aðferðin) af hreinu jarðbiki. Að ná mun tryggja skilvirkni í próf þunn filma (hugsanlega nokkur hundruð nm) - a Technique þróuð nýlega rheometer í samræmi við meginregluna um dynamic klippa, sem gerir kleift prófunum á sýnanna við hitastig upp að -40 ° C, þarf aðeins 25 mg af sýni, og felur í sér aðlögun fyrir aflögun á tækinu [1 ].

Prófunaraðferð jarðbiki þunn filma í ofni var þróað í upphafi 60s Hveem [2] og hefur verið samþykkt í ASTM 1970 ár. Á framkvæmd Stefnumótunin umferðinni rannsóknum hefur verið valið sem staðall fyrir líkanagerð stutt lækna öldrun sem fer fram þegar paving. Eins og er, tækni er notuð í texta jarðbiki Superpave.

The aðalæð kostur af a tækni þunn filma av bitumen í ofni á prófuðu snúningi (RTFOT) áður en hún þunn filma ofni prófi í kyrrstöðu (TFOT, ASTM D1754-aðferðinni) liggur í þeirri staðreynd að til að snúa glerílátum is meðhöndluð öldrun stórt svæði af sýnishorn yfirborðinu. Hins vegar er fjöldi snúninga og að áhrif á ferskum sýnishorn yfirborði mismunandi eftir seigju jarðbiki fyrir prófanir og breytingar á seigju við prófið. Motional og blanda jarðbiki í kolbunum er einnig flókið af polymer-jarðbiki breytingar. Minni RTFO próf hitastig fyrir líkan oxun á sér stað í framleiðslu á heitu blanda, sem veldur svipaðar erfiðleika.

Draga úr eða koma í veg snúningi árgangar snúningi þegar prófað með aðferð RTFO fyrir mjög breytt bitumen - vandamál sem hefur verið þekkt í nokkur [3] ár. Bahia [3] lagt til að leysa það með því að dýfa stálstöng í flöskuna og þannig veita er með himnu útbreiðslu. Tilraunir gerðar af Federal Highway Administration og Suðaustur-hópsins asphalts framleiðendur leiddu í ljós að stáli var draga úr styrk öldrunar jarðbiki (eins og breytt og óbreyttum) og stuðla að leka av bitumen (tvær tegundir) varðandi [4] kolbum. Þó að stál stangir þarf stuðla að því að leka á jarðbiki úr flöskunni, eru polymer-bætta bitumens oft að renna í gegnum bulb svæðinu, jafnvel þegar stönginni nr. Ástæðan fyrir þessu - Weissenberg áhrif (lyfta visco-teygjanlegt vökva á sem snýst og stangir) [5]. Gert er ráð fyrir að myndar teygjanlegt afl (teygja af fjölliðukeðja) af völdum snúningi gler ljósaperur, sem leiðir í jákvætt lodratt riktade afl, sem veldur í hækkun bitumen á innri veggi innra borð flöskunnar.

Lausnin á þessum vandamálum væri grundvöllur að starfi Western Research Institute (wri) á nýrri aðferð við skammtíma-og langtíma öldrun, sem er einföld aðferð öldrun (lau) hefur verið kallaður. Hún er varið til þessarar greinar.

By SAT aðferðafræði, sem valkostur við hefðbundna RTFO og RTFO / Pav, kynnti eftirfarandi kröfur:

1) Að hve miklu leyti öldrunar má ekki vera lægri þessi af RTFOT aðferð. Svo lengi sem Superpave upplýsingar eru byggðar á niðurstöðum úr prófunum RTFOT, einhver ný tækni verður í samræmi við ferli öldrunar RTFOT fyrir hreina jarðbiki.

2) Auðvelt, engin þörf á að þrífa flöskur. Prófunaraðferðin er að leyfa skammtíma vistun hinn aldraða sýninu beint inn í ofn til lengri tíma öldrun.

3) Magn jarðbiki muni nægja til að ákvarða í einkunn tæringarsvæðinu vísitölunnar (SHRP PG) og lýsingu á efnasamsetningu.

4) Þegar að setja eða fjarlægja sýni ætti ekki að nota leysiefni, sem er sérstaklega mikilvægt fyrir polymer-bætta bitumens.

5) Myndin þykkt ætti að vera lágt í því skyni að koma í veg fyrir vandamál af súrefnisdreifingarinnar, er til staðar í prófunarsýnunum í stöðugu ástandi þess (TFOT).

6) The tækni ætti að leyfa að draga úr hita til að líkja eftir framleiðsluskilyrði, heitu blönduna.

7) Test tíma verður að vera minni en eða RTFO próf RTFO / PAV.

8) aðferðir ætti að vera með litlum tilkostnaði.

9) A tækni ætti að leyfa öldrun úr því sem fyrir fleyti leif.

Oxun öldrun kvikmynd (kvikmynd þykkt nokkur hundruð míkron) er fær um að uppfylla öll ofangreind skilyrði, þó að síðari prófanir á SHRP malbiki þurfa mjög stórt svæði af sýnishorn yfirborðinu. Einkum, vandamálið verður próf með beygja geisla rheometer, þar sem fyrir hvert sýni festist taka 15 grömm jarðbiki, og þessi sýni þörf sumir. SHRP próf í miðlungs og hátt hitastig eru haldin á með dynamic klippa rheometer (DSR), sem krefst bara nokkur grömm af jarðbiki.

Það hefur verið sagt að skýra uppfinningu með dynamic klippa rheometer (DSR) með 4-mm samhliða platnanna tveggja leyfir prófun við hitastig upp að -40 ° C, þarf aðeins 25 mg af bindiefni, og leyfa að meta M-gildið og stífni vega upp á móti [6] fyrir curving rheometer geisla. Næst verður að gefa nánari lýsingu á þessari tækni. samsetningu þess með aðferðinni úr myndinni öldrun - RTFOF annarri framleiðsluaðferð. Enn fremur, eftir að prófið er nægilega jarðbiki fyrir SHRP prófanir á litlum, miðlungs og hár hiti.

Rannsóknir og þróun nýrra prófana á síðasta áratug, hafa aðallega eftirfarandi markmiðum:

a) Undirbúa próf eftir nokkra grömm af jarðbiki fyrir frekari prófanir á beygja geisla rheometer;

b) Til að leysa vandamál af jarðbiki sem flæðir út úr flöskunni meðan RTFO próf;

c) Til að leysa vandamál af veltingur polymer-bætta jarðbiki fyrir RTFOT próf.

Dæmi um slíkt gæti þjónað eftirfarandi aðferðum: Próf á öldrun snúningur strokknum (RCAT) [7], breytts þýska spinner flösku (MGRFT) [4], prófið með miklum blæstri (SAFT) [8].

THraunahluta Materials

Rheometer fyrir dynamic klippa grundvallaratriðum hægt að 4 mm samhliða platnanna tveggja,

Deilur um glýseról mát í gagnsæja ríki (Gg) gerði Schröter [9] þróað aðferð til villuleiðréttingu the dynamic klippa rheometer, innréttingar þess og disk. Sui [1] sem beitt er á aðlögun mælingunum á dynamic klippa jarðbiki við lágt hitastig (~ 5 ° C ... -40 ° C) á 4-mm samhliða platnanna tveggja með skarð í 1,7 mm (í greininni, þessi aðferð er vísað til sem 4-mm dynamic klippa rheometer ).

Á lágu tíðni (hár hiti) jarðbiki sveigjanlegur og villa leiðrétting er hverfandi tól. Í mikilli tíðni (lágt hitastig) gaf breytilegt, og til þess að fá hið sanna gildi einingin brothættum jarðbiki beinbrota Measuring rýja rheometer aðlögun gildir.

Til að prófa þarf aðeins 25 mg af efni (í reynd - það bil 150 mg til framleiðslu á sýnisins mynstri), sem er nokkrum stærðargráðum lægri en nauðsynlegt er til að framleiöa bar próf á beygja geisla rheometer.

Undirbúið sýnum er krafist. Bókamerki í rheometer er framkvæmt með tiltölulega lágan hita (60-70 ° C).

Í þessari rannsókn, rannsókn á rheological eiginleika er gerð með því að nota 4-mm dynamic shear rheometer. M-gildi og rýja stirðleiki S (t) talinn hafa í gegnum fylgni við 4-mm dynamic klippa rheometer hannað Sui [6]. Aðferðin Sui basinn bugða horn, og slökunin stuðull rýja streitu G (t) í 2 klukkustundir í samhengi við samsvarandi hæðargildum S (t) og m í 60 sekúndur við hitastig sem er 10 ° C yfir sanna lágt hitastig í tilteknu bekk, sem fæst sem afleiðing af mælingu á rheometer með beygja geisla. Sui Method breytt með því að mæla hallahornið og umfang G (t) fyrir 60 sekúndur við hitastig sem er 10 ° C hærra hitastig einkunnina SP. Seigja á miðlungs og lágt hitastig var mælt á plötunum 8 mm í þvermál og 25 mm.

Hið gagnkvæma ummyndun af a dynamic E-stuðul G "(co) í slökun mát keyrð af samræmingu jöfnur unnin Christensen [10]:

G (t) ~ G '(ω) | ω = 2 / πt

Mælingar á dynamic klippa mát voru framkvæmdar í því að snúa dynamic klippa rheometers og Malvern Kinexus ta Ares. Lestur tíðni sópa var gerð millibili í mesta lagi 15 ° C á bilinu frá -30 til + 45 ° C með hallandi tíðnisviði frá 0,1 til 100 rad / sek. Við lágt hitastig, hátíðni takmörk sópa var lækkað til 50 rad / sek.

Umsókn Tækni 4mm dynamic klippa rheometer er hægt að nota "á sviði" til þess að greina microsamples í að meta árangur eiginleika þeirra efna af húðinni og greiningu til að lýsa rheological eiginleika av bitumen og endurnýttu bindiefni á miðlungs og lágt hitastig, til að lýsa hnigfræðilegum emulsion botnfallinu og efni til að fylla sprungur sem og þróun á prófunaraðferðinni þunnt kvikmynd - hlut þessarar greinar.

innrauða litrófsgreiningu

IR greining var gerð í "sending" háttur í kerinu á -1,0 mm saman við dæmi um 50 mg af jarðbiki í 1 ml af kolefni disulfide. 32 skanna ferli voru framkvæmd gerðar tæki: Perkin Elmer Spectrum 100, upplausn 4 cm-1.

efni

Tafla 1 lýsir tegundir af jarðbiki rannsökuð. Sýni voru tekin úr tankinum á verkum vegagerð. Þrír af fjórum bindiefni unnin próf staður í Rochester, Minnesota, Bandaríkin (byggð 2006). Malbik "MV" (Manitoba) tilbúinn með keilu próf heitu blanda í Manitoba, Kanada, var byggð árið 2010 ári.

Niðurstöður og umræður

Þróun SAT aðferðum, miðað hennar við RTFO og RTFO / Pav

Það ætti að hafa í huga að hugmyndin er ekki ný Lau Aging þunnt jarðbiki kvikmyndir að líkja skemmri og lengri tíma oxun öldrun, sem á sér stað í raunverulegum rekstri, víða rannsakað á undanförnum 70 árum. Greining á fyrstu hituðu heimildum Airey [11].

Þróun aðferðar Lau er að leynum og aðlaga fyrirliggjandi rannsókna um öldrun þunnum myndum, sérstaklega, Glover rannsóknir [8, 12] og Petersen [13]. Í viðbót við notkun 4 mm dynamic klippa rheometer sem gerir okkur kleift að líta þessa tækni sem RTFOT val.

Við þróun a SAT vandamál var að veita lágmarks filmuþykkt og þannig minnka þar með flæði áhrif. Með reynslu og villa var valinn þykkt sem nemur 300 Nm, leyfa að láta í té þunna himnu án þess að þvf að nota leysi. Rúmmál sýnis til hnigfræðilegu og rannsóknum efna hefur verið annar takmarkandi þáttur.

SAT próf samskiptareglur eru gefin upp í töflu 2: The skammtíma próf fyrir heitt malbik blanda við 130 ° C í 50 mínútur í ofni með afl höggi. Siðareglur forkeppni, þar sem nú höfum við bara byrjað að vinna saman öldrun gerðar í samræmi við siðareglur og öldrun, sem er í raun að gerast á veginum þar sem staflað heitt blöndu.

Fig. 2 sýnir búnaðinn nýlega þróað fyrir skammtíma- og langtíma öldrun þunna himnu af Á lau aðferðarinnar. Skífan 3 er með rauf fyrir öldrun af 3 mismunandi myndum, hver þeirra krefst 1.00 g af bitumen, sem gefur filmuþykkt ca.. 300 nm.

Undirbúningur þunnum myndum af jarðbiki prófuninni stendur, er framkvæmd á eftirfarandi hátt. Vinnslumiðilsins undir þrýstingi kassi, fyllt með köfnunarefni, var komið fyrir a hituð (um það bil 120 ° C) í tjaldið og til að gefa það a disk próf lau (jarðbiki). Þegar hitað að 120 ° C dreifir jarðbiki fyrir um 2/3 af yfirborði plötunnar. Spaða jarðbiki er dreift yfir the hvíla af yfirborði disk, og þá láta það í reitinn nokkrar mínútur til að koma jarðbiki leikkerfið kvikmynd yfirborð. Platan var sett siðan ^ arlægt úr hita og leyft að standa í hólfinu til að kólna niður í stofuhita (23 ° C) fyllt með köfnunarefni.

Enda plötunni var boruð holu fyrir innsetningu snertispennunema með sem hitastigið var skráð í deiglu með afl höggi. Platan er sett í preheated ál blokk sem veitir hraðri upphitun úr prófunarlotu spjaldið upp í ofni. Fig. Mynd 3A sýnir gögn um hitastiginu í ofninum (snertispennunema gögn í plötunni). Skráning var gerð í 50 mínútur, og the inni í ofninum - 150 ° C. Hitastigið af fjarlægðinni milli platnanna eykst hratt frá umlykur til um það bil 140 ° C og nær 146 ° C eftir 50 mínútur.

Kerfinu á stuttum tíma og langtíma öldrun er sýnt á mynd. 3B. Mál af plötunni eru valdar þannig að platan er hægt að bæta í venjulegu hirslan bakki þrýstilofts öldrun a.

Það er tekið eftir því að prófa kvikmynd þykkt 300 nm i um 40 klst í ofni með afl höggi við 100 ° C og við þrýsting en 0,74 atm gefið niðurstöður sem svara PAV staðal (ASTM D6521) fyrir með himnu úr 3,2 mm þykku lagi skal prófa á 20 atm í venjulegu bakkanum. Vera 40 klukkustundir er áætluð, þar sem það er munur á þrýstingi við bitumens öldrun [14]. Aging af myndinni 300 nm þykkt í fláti undir þrýstingi af 20 atm í 8 klst sem er framleidd eina Level öldrun undir stöðluðu prófi hvorki með bakka og filmu þykkt í samræmi við forskriftir.

Til að ákvarða áætlaða tíma og hitastigið sem herma eftir öldrun, sambærileg við það sem þá staðla og RTFO RTFO / PAV, IR litrófsgreiningu var notuð. Initial Sjálfvirkri gögn er lokum bornar saman við lestur hnigfræðilega greiningu. Til dæmis, á mynd. 4A sýnir samanburð á IR rófið sem (Lau, RTFO, RTFO / PAV) jarðbiki "MV" á eftirfarandi samskiptareglur eru í töflu 2. In Fig. Mynd 4b sýnir samsvarandi gögn hnigfræðilega greiningu - sem flókinn klippa stuðull G * (ω). Það má sjá að litróf eru mjög svipuð.

Samanburður IP og Seigja

Tafla 3 sýnir samanburð á SP bitumen látin standa i RTFO tækni, þar RTFO / PAV and sat. Það hefur komið í ljós að í skammtíma og langtíma öldrun niðurstaðna sem fengnar eru með mismunandi tækni eru í góðu samræmi.

Aðferðin Lau hefur engin marktæk áhrif á SP jarðbiki (þ.mt þegar prófað í samræmi við siðareglur ST Lau HMA LT FDO sem kunna að vera mismunandi frá mæliaðstæðunum ST Lau LT Pav og RTFO / Pav vegna áhrifa þrýstingsmunur á. Niðurstöðurnar eru mjög svipaðar.)

Samanburður á lágu SP (m-gildi), miðlungs (G * / sinδ) og mikill (G * / sinδ) hitastig að aðferðum til að Lau, RTFO og RTFO / PAV sem sýnd eru í sömu röð in Fig. 5, 6 og 7. Þegar SP greiningu við lágan hita sýnir aðeins M-gildi eins og bitumens voru rannsakaðir m með lyfleysu. Gildin eru gefin upp með nákvæmni upp einu fyrirtæki með ASTM (D2S%). Til dæmis, nákvæmni einum rekstraraðila m stærsta í ASTM D6648-08 er 4,0%.

The villa fyrir einn flugrekanda er gildi fyrir tilraunir gerðar á einni rekstraraðila í einu rannsóknarstofu rheometer. Þrír af fjórum tegundum af jarðbiki mæta settum stigum nákvæmni, sem þýðir að seigja fengust með aðferðum SAT og RTFO RTFO / PAV sambærileg.

Hlutfallsleg breyting í massa

Þyngdarprósentum breytingin frá aðferð RTFO öldrun var mæld í samræmi við aðferðina AASHTO T240. The þyngd breyst með skömmum þroskunaraðferð fyrir SAT er mældur á sama hátt, þ.e., Breyting jarðbiki massi er gefið upp sem hundraðshluti af upprunalegri þyngd. Þyngdartap er neikvæð, hækkun - jákvæð. þyngdartap er oft fram meðan á prófunarlotunni RTFOT, þó er aukningin er einnig mögulegt [15]. Samanburður breytingar á þyngd meðan á prófinu stendur á gervihnattadreifikerfi og RTFO aðferðir eru gefin í töflu 4.

Tveir malbik á hundraðshluti af þyngd breyting munurinn er hverfandi. Aðrar prófanir má sjá að aðferðin við sat er meiri þyngd tap en RTFO, þótt aðeins örlítið. Að fullyrða að Lau er tölfræðilega frábrugðin RTFO þyngd tap sjónarmiði, krefjast frekari tilraunir.

niðurstaða

Í rannsókn á hreinu samanburð jarðbiki leiddi í ljós að Lau aðferð gefur niðurstöður sambærileg við niðurstöður úr prófunum á stöðluðum og RTFO RTFO / PAV út frá sjónarhóli Seigja, og um hliðstæðar meðan prófanir til að niðurbrot á karbónýl og súlfoxíði í minna mæli.

The samsetning af aðferðarinnar með mettuðum prófanir á 4 mm dynamic klippa rheometer með samsíða plötur til aö ákvarða rheological eiginleika og forskrift breytur (M-gildi og klippa stirðleiki) við lágan hita. Til að framkvæma stuttur öldrun lau aðferð krefst aðeins 50 mínútna, 35 mínútna, minna en nauðsynlegt er til RTFOT staðall.

Meira um vert, til lengri tíma litið öldrun undir þrýstingi í ílátinu né með aðferð sat krafist 8 klst, í 12 tímum á undan staðli sem krafist er fyrir próf PAV. Eins og er unnið að því eftir að umsókn SAT aðferð til polymer-bætta jarðbiki fleyti botnfalli batna jarðbiki, svo og til líkan af oxunar öldrun, sem á sér stað á tilbúningur plantna heitt blanda.

Hver plata af lau prófunaraðferð gerir til að fá 3 g af aldrinum jarðbiki. Þetta nægir til að lýsa að hnigfræðilega og efnafræðilega eiginleika á lágu, miðlungs og háan hita. Ef þú þarft frekari aldrinum bindiefnið er hægt að framleiða og sæta öldrun á sama tíma fyrir nokkrum plötum.

Grein: Ný leið öldrun jarðbiki á rannsóknarstofu.

Apkalimov Denis, LLC "EPC" Rotor "