In nije wize fan fergrizing fan bitumen yn it laboratoarium

In nije wize fan fergrizing fan bitumen yn it laboratoarium.

It artikel beskriuwt it proses fan fergrizing behannelings te ûntwikkeljen tin (300 microns) film foar koarte en lange perioaden fan tiid. De nije proseduere wurdt ûntwikkele as alternatyf foar de test metoaden brûkt: rolling tinne film oven (RTFO) en Luftdruck ageing (pav). De nije technyk hjit ienfâldige proseduere ageing (ienfâldige fergrizing test, SAT), kin brûkt wurde om skjin en oanpast bitumen emulsie en in oerskot. Foarôfgeand oan de útfiering fan it strategysk programma fan de dyk ûndersiken wie der in flinke belangstelling foar de fergrizing fan de tinne film ûnder statyske omstannichheden. Lykwols, koarte-termyn aging proseduere waard adoptearre RTFO, lykas foar it testen fan de bûgen beam rheometer nedich in grut oantal âld asfalt. Sûnt it oannimmen fan de standert as in metoade RTFO identifisearre guon problemen as jo besykje te passen oan de fergrizing fan tige oanpast Binders. Oangeande it waarme mingsel RTFO metoade op legere temperatueren (simulaasje leech manufacturing temperatuer) meie oplizze bepaalde beheinings op 'e rôljende film foar uniform fergrizing fan it materiaal. Plastometer koartlyn ûntwikkele opereare oan it prinsipe fan de dynamyske Shear (DSR) mei 4-mm parallelle platen kinne testen by temperatueren oant -40 ° C, freget mar 25 mg bynmiddel, en makket it mooglik om skatte de m-wearde en bias rigidity foar bûgen beam rheometer. Mei help fan dy technyk yn gearhing mei SAT bepaalt de rheology fan bitumens, koarte of lange termyn aged ûnder lege en middelgrutte temperatuer. Dêrneist is der genôch materiaal aged foar DSR type rheometer mei 25mm platen. SAT metodyk elimineert it probleem fan "Rolling" gebrûk foar polymear-oanpast asphalts en waarm. Tidens tests fan ferskate soarten fan asfalt binne markearre SAT proseduere tiid en fergrizing temperatuer lykweardich oan dizze parameters by it brûken fan RTFO en pav prosedueres.

yntroduksje

Solidification op fergrizing ûnder de ynfloed fan oksidaasje - it proses dat optreedt as it lizzen fan it waarme mix, likegoed as yn it libben syklus fan de dyk oerflak. It sterk beynfloedet de coating foarstelling lykas rutting, kreakjen en delamination en, as gefolch, duorsumens. solidification modellewurk fan fergrizing yn laboratoarium omstannichheden is ekstreem wichtich foar de ûntwikkeling fan de spesifikaasjes basearre op prestaasje skaaimerken. Dit ûndersyk beskriuwt in nije metoade fan oksidaasje fan de test tinne film sample, dat jout resultaten gelyk oan standert prosedueres en promovearre tinne film oven (RTFO, ASTM D2872 metoade) en fergrizing yn in keamer ûnder druk (pav, ASTM D6521 metoade) fan suver bitumen. It realisearjen sil soargje effektiviteit fan de test tinne film (inkele hûnderten nm) - in technyk ûntwikkele koartlyn rheometer neffens it prinsipe fan de dynamyske Shear, dy't makket testen fan it gebrûk by temperatueren oant -40 ° C, freget mar 25 mg sample, en omfiemet in oanpassing foar de deformation op it apparaat [1 ].

Test proseduere bitumen tinne film yn in ûne waard ûntwikkele yn de iere jierren '60 Hveem [2] en is akseptearre yn ASTM 1970 jier. By de útfiering fan it Strategysk Programma ferkear bestudearret dat is selektearre as standert foar modellering koarte curing aging dat plakfynt as tegels. Op it stuit wurdt de technyk wurdt brûkt yn de spesifikaasje fan bitumen Superpave.

It wichtichste foardiel fan in technyk fan tinne film fan bitumen yn in oven oan de test rotaasje (RTFOT) foardat tinne film oven test yn statische (TFOT, ASTM D1754 Metoade) leit yn it feit dat foar it draaiende glês containers wurdt ûnderwurpen wurde oan fergrizing grut gebiet fan de stekproef oerflak. Lykwols, it oantal rotations en it effekt op de frisse sample oerflak farieart per e viscosity fan bitumen foardat testen, en feroaringen yn viscosity yn de test. Motional en it mingen de bitumen yn de flasks wurdt ek yngewikkeld troch it polymear-bitumen modifikaasje. Reduced RTFO test temperatuer foar modellewurk oksidaasje orkanen yn de produksje fan waarme mix, wêrtroch ferlykbere swierrichheden.

Ferminderjen of opheffing fan de oriïntaasje fan dielen rotaasje doe't hifke troch de metoade RTFO foar tige oanpast bitumen - in probleem, dat is bekend om ferskate jierren [3]. Bahia [3] foarsteld te lossen troch Dipping in stielen stôk yn 'e flesse en sa jouwe in film fersprieden. Experiments útfierd troch de Federale Highway Bestjoer en Súdeast groep asphalts fabrikanten die bliken dat de stielen roeden ferminderje it nivo fan fergrizing bitumen (lykas oanpast en unmodified) en by te dragen oan it leakage fan bitumen (beide types) út de flasks [4]. Hoewol't stiel roede hat bydrage oan leakage fan bitumen út 'e flesse, it polymear-oanpast bitumens wurde geregeld streame troch de knop regio, sels doe't de roede net. De reden foar dizze - Weissenberg effekt (lift visco-elastische floeistof op in rotearjende roede) [5]. Oannomd wurdt dat in elastisch krêft (dat rûn fan it polymear keatlings) feroarsake troch de rotaasje fan de glêzen bollen, resultearret yn positive fertikaal rjochte krêft, dy't soarget ferheegjen fan bitumen op 'e binnenste muorren fan' e flesse.

De oplossing fan dizze problemen wie de basis fan it wurk fan de Westerske Research Institute (WRI) op in nije metoade fan koarte-termyn en lange-termyn fergrizing, dat is in ienfâldige proseduere ageing (SAT) is neamd. Se is wijd oan dit artikel.

By SAT metodyk, as in alternatyf foar standert RTFO and RTFO / pav, presintearre de folgjende easken:

1) De mjitte fan fergrizing moat wêze gelyk oan dy fan RTFOT metoade. Sa lang as de Superpave spesifikaasjes binne basearre op de resultaten fan de tests RTFOT, eltse nije technyk moatte foldwaan oan it proses fan fergrizing RTFOT foar suvere bitumen.

2) Easy, net nedich om skjin flasks. De test proseduere is te stean koarte-termyn pleatsen fan it jier âld stekproef direkt yn de oven foar lange-termyn âlder wurden.

3) It bedrach fan bitumen it genôch om te bepalen de klasse fan de penetraasje yndeks (SHRP PG) en de beskriuwing fan de gemyske gearstalling.

4) By it pleatsen of útnimmen fan de gebrûk mei net brûkt wurde solvents, dat is benammen fan belang foar polymear-modified bitumens.

5) De film dikte moat wêze lege om te elimineren it probleem fan soerstof caprice, is oanwêzich yn de test fan gebrûk yn in Stationary steat (TFOT).

6) De technyk moat tastean te ferminderjen de temperatuer om simulate produksje omstannichheden, it waarme mingsel.

7) Test tiid moat koarter wêze as of RTFO test RTFO / pav.

8) metoaden moatte wêze lege kosten.

9) In technyk moatte tastean fergrizing fan films út de emulsie residu.

Oxidative ageing film (film dikte fan inkele hûnderten microns) is by steat om te foldwaan oan alle boppeneamde easken, lykwols, foar de neikommende tests op SHRP asfalt fereaskje in tige grut gebiet fan de stekproef oerflak. Benammen, it probleem wurdt toetsen mei bûgen beam rheometer, sûnt foar elk sample stokken nimme 15 gram bitumen, en dy fan gebrûk nedich wat. SHRP test op middellange en hege temperatueren wurde holden op mei in dynamyske skeanlûke rheometer (DSR), dy't nedich is krekt in pear gram bitumen.

It is sein dat de útfining mei in dynamysk skeanlûke rheometer (DSR) mei 4-mm parallelle platen kinne testen by temperatueren oant -40 ° C, freget mar 25 mg bynmiddel, en makket it mooglik om skatte de m-wearde en rigidity offset [6] foar curving rheometer beam. Folgjende wurdt jûn in wiidweidiger beskriuwing fan dizze technology. Syn kombinaasje mei de metoade fan de film aging - RTFOF alternative metoade. Fierder, neidat de test is genôch bitumen foar SHRP tests op lege, medium en hege temperatuer.

Ûndersyk en ûntwikkeling fan nije testen yn de lêste tsien jier, benammen hawwe de neikommende doelen:

a) riede de test nei in pear gram bitumen foar fierdere testen op de bûgen beam rheometer;

b) Om oplosse it probleem fan bitumen dy't folgje út de flesse yn RTFO test;

c) Om oplosse it probleem fan Rolling in polymear-wizige bitumen foar RTFOT test.

Foarbylden kinne tsjinje de folgjende metoaden: Test op de fergrizing fan de draaiende silinder (RCAT) [7], in oanpaste Dútske spinner flesse (MGRFT) [4], it test mei twongen fentilaasje (Saft) [8].

Experimental part Materials

Rheometer foar dynamyske skeanlûke begjinsel oant 4 mm parallelle platen

Tsjinstellingen oangeande glycerol module yn de Glassy steat (GG) makke Schröter [9] ûntwikkele in metoade foar fout korreksje fan 'e dynamyske skeanlûke rheometer, syn helpstikken en in plaat. Sui [1] tapast oan de oanpassing fan mjittings fan de dynamyske skeanlûke bitumen by lege temperatueren (~ 5 ° C ... -40 ° C) op in 4-mm parallel platen mei in gat fan 1,7 mm (yn it artikel, dizze metoade wurdt oantsjut as 4-mm dynamyske skeanlûke rheometer ).

By lege frekwinsje (hege temperatuer) bitumen malleable, en fout korreksje is negligible ark. By hege frekwinsje (lege temperatuer) ynskiklik fariearret, en om te krijen de wiere wearde fan 'e module fan bros fraktuer bitumen Measuring skeanlûke rheometer oanpassing jildt.

Om test fereasket mar 25 mg materiaal (yn 'e praktyk - likernôch 150 mg foar it meitsjen fan de stekproef patroan), dat ferskeidene oarders fan grutte leger as nedich foar it produsearjen fan de bar test op' e bûgen beam rheometer.

Preconditioning fan gebrûk is fereaske. Blêdwizer yn rheometer wurdt útfierd op in betreklik lege temperatuer (60-70 ° C).

Yn dizze stúdzje, de stúdzje fan de rheological eigenskippen wurdt útfierd mei help fan in 4-mm dynamyske skeanlûke rheometer. M-wearde en it skeanlûke stivens S (t) wurde rûsd fia korrelaasje mei in 4-mm dynamyske skeanlûke rheometer ûntwurpen Sui [6]. De metoade Sui basis kromme hoek, en de ûntspanning Modulus skeanlûke stress G (t) foar 2 oeren korrelearden mei oerienkommende wearden fan S (t) en m foar 60 sekonden op in temperatuer fan 10 ° C boppe de wiere lege temperatuer werom foar in opjûn klasse, krige as in gefolch fan 'e mjitting op in rheometer mei in bend beam. Sui Metoade feroare troch mjitten de oanstriid hoek en de omfang fan G (t) foar 60 sekonden op in temperatuer fan 10 ° C hegere temperatuer klasse fan de SP. Rheology at medium en lege temperatueren waard metten op 'e platen 8 mm yn diameter en 25 mm.

De ûnderlinge ombou fan in dynamyske elastysk Modulus G '(ω) yn de ûntspanning module eksekutearre troch ûnderlinge oanpassing fergelikingen ôflaat Christensen [10]:

G (t) ~ G '(ω) | ω = 2 / πt

Mjittingen fan dynamyske Shear moduli waarden útfierd yn draaiend dynamyske Shear rheometers en Malvern Kinexus TA ARES. Reading frekwinsje sweep waard útfierd op ynterfalbasis fan 15 ° C yn it berik fan -30 oant + 45 ° C mei in angular frekwinsje berik fan 0,1 oant 100 rad / sek. By lege temperatuer, de hege frekwinsje limyt sweep waard ferlege nei 50 rad / sek.

Applikaasje Technology 4mm dynamyske skeanlûke rheometer kin brûkt wurde "yn it fjild" foar it analysearjen microsamples yn it beoardieljen fan de foarstelling eigenskippen fan de materialen fan de coating en analyse te beskriuwe it rheological eigenskippen fan bitumen en droechleine bynmiddel by medium en lege temperatueren, om beskriuwe it rheology fan it emulsie neerslag en it materiaal foar it ynfoljen skuorren likegoed as foar de ûntwikkeling fan 'e test metoade fan in tinne film - it objekt fan dit artikel.

Infrarot spectroscopy

IR analyze waard útfierd yn "oerdracht" modus yn de sel fan 1.0 mm mei in stekproef fan 50 mg bitumen yn 1 ml fan koalstof disulfide. 32 scan cycles waarden útfierd Equipment: Perkin Elmer Spectrum 100, resolúsje 4 cm-1.

materialen

Tabel 1 beskriuwt it typen fan bitumen ûndersocht. Sample waarden nommen út 'e tank ûnder dyk oanlis wurken. Trije fan de fjouwer Binders taret test site yn Rochester, Minnesota, Feriene Steaten (boud yn 2006). Asphalt "MV" (Manitoba) taret mei Polygoon test waarme miks yn Manitoba, Kanada, waard boud yn 2010 jier.

Resultaten en Diskusje

Untwikkeling fan SAT techniken, syn ferliking mei it RTFO en RTFO / pav

Dêrby moat betocht wurde dat it idee is net nij SAT. Fergrizing tinne bitumen films te simulate koarte en lange termyn oxidative fergrizing, dy't foarkomt yn in werklike operaasje, in soad studearre foar de ôfrûne 70 jier. Analyze fan de trochbrocht boarnen Airey [11].

Ûntwikkeling fan in metoade SAT is te Recess en oanpasse besteande stúdzjes fan fergrizing tinne films, yn it bysûnder, Glover stúdzjes [8, 12] en Boelstra [13]. De oanfolling op it brûken fan in 4-mm dynamyske skeanlûke rheometer dat kinne wy beskôgje dizze technyk as RTFOT alternativen.

By it ûntwikkeljen fan in SAT problemen wie te foarsjen de minimale film dikte en dêrmei fermindering fan de caprice effekt. Mei fallen en opstean is keazen dikte fan 300 nm, wêrtroch te bieden in tinne film sûnder help fan in solvent. It folume fan de stekproef foar rheological en gemysk ûndersyk hat west oar beheinende ûnderdiel.

SAT test protokollen wurde jûn yn Tabel 2: De koarte-termyn test foar waarme asfalt mix by 130 ° C foar 50 minuten yn in oven mei twongen klap. Protokol foarlopige, sûnt no hawwe wy allinne begûn wurk ferlike fergrizing útfierd neffens it protokol en fergrizing, dat wurdt eins bart op 'e wei dêr't de steapele waarme mingsel.

Fig. 2 toant it apparaat koartlyn ûntwikkele foar short- en lange-termyn fergrizing fan de tinne film fan de SAT metoade. De plaat 3 hat in slot foar fergrizing fan 3 ferskillende films, elk fan harren fereasket 1.00 g fan bitumen, dat jout in film dikte fan ca.. 300 nm.

Tarieding fan tinne films fan bitumen test wurdt útfierd as folget. De pressurized wurkje fak, fol mei stikstof, waarden pleatst in ferwaarme (likernôch 120 ° C) de keet, en om jou it in plaat test SAT (bitumen). Wannear't ferwaarme oant 120 ° C útspraat de bitumen foar likernôch 2/3 fan it oerflak fan 'e plaat. Spatel bitumen wurdt ferspraat oer de rest fan it oerflak plaat, en dan lit it yn de boks foar in pear minuten om te foarkomme bitumen alignment film oerflak. De plaat wie doe fuorthelle út de ferwaarming en tastien te stean yn 'e keamer om ôfkuolje oan keamertemperatuer (23 ° C) fold mei stikstof.

De ein plaat waard boarre gat foar ynstek fan in thermocouple mei dêr't de temperatuer waard fêstlein yn in ûne mei twongen klap. De plaat is pleatst yn in preheated aluminium blok dat jout fluch ferwaarming fan de proef paniel yn in oven. Fig. 3A toant gegevens oer de temperatuer yn 'e ûne (in thermocouple gegevens yn de plaat). Registraasje waard útfierd foar 50 minuten, de ûne temperatuer - 150 ° C. De temperatuer fan de plaat tanimt yn heech tempo fan ambient oant sa'n 140 ° C en berikt dêr 146 ° C nei 50 minuten.

De regeling fan koarte-termyn en lange-termyn aging wurdt sjen litten yn Fig. 3B. Ôfmjittings fan 'e plaat wurde keazen sadat de plaat ynfoege wurde yn in standert receptacle lade pressurized âlder wurden.

It is fûn dat de test film dikte fan 300 nm foar likernôch 40 oeren yn in oven mei twongen klap op 100 ° C en in druk fan 0,74 atm jouwe resultaten oerienkommende pav standert (ASTM D6521) foar in film fan 3,2 mm dikke test om 20 atm yn 'e standert te draaien. Duration of 40 oeren is likernôch, omdat der is ferskil yn druk by bitumens fergrizing [14]. Fergrizing fan de film 300 nm dikke yn in bak ûnder druk fan 20 atm foar 8 oeren produsearre allinne nivo fergrizing ûnder standert test mei in lade en in film dikte neffens de spesifikaasjes.

Fêst te stellen de likernôch tiid en temperatoer wêrby't de Simulated fergrizing, te fergelykjen mei dy fan 'e noarmen en RTFO RTFO / pav, IR spectroscopy waard brûkt. Initial foarsizzend gegevens is dan ferlike mei de lêzingen rheological analyze. Bygelyks, yn Fig. 4A lit in ferliking fan de IR Spectra (SAT, RTFO, RTFO / pav) bitumen "MV" op 'e protokollen neamd yn Tabel 2. Yn Fig. 4B toant de byhearrende gegevens rheological analyse - it kompleks skeanlûke Modulus G * (ω). It kin sjoen wurde dat de Spectra binne hiel ferlykbere.

Ferliking fan IP en rheology

Tabel 3 toant in ferliking fan de SP bitumen aged foar RTFO Technologies, RTFO / pav en SAT. It hat bliken dien dat yn koarte-termyn en foar lange-termyn fergrizing fan de resultaten krigen help fan ferskate technologyen binne yn goede oerienkomst.

Metoade SAT hat gjin wichtige ynfloed op SP bitumen (ynklusyf doe't hifke neffens it protokol ST SAT HMA LT FDO, dat kinne ôfwike fan 'e test Betingsten ST SAT LT pav and RTFO / pav fanwege bleatstelling oan de druk ferskil. De resultaten binne tige lyksoartige.)

Fergeliking by lege SP (m-wearde), middele (G * / sinδ) en hege (G * / sinδ) temperatuer oan metoaden SAT, RTFO and RTFO / pav sjen respektivelik yn Fig. 5, 6 en 7. Wannear't SP analyze by lege temperatuer lit sjen allinnich m-wearde as bitumens waarden bestudearre m-regele. De wearden binne jûn mei in krektens fan ien operator troch ASTM (d2s%). Bygelyks, de krektens fan ien operator m-grutste yn ASTM D6648-08 is 4.0%.

It fersin foar ien operator is de wearde foar de eksperiminten útfierd op ien inkelde operator yn ien laboratoarium rheometer. Trije fan 'e fjouwer soarten bitumen foldogge oan de formulearre nivo fan krektens, wat betsjut dat de rheology gegevens krigen troch de metoaden fan SAT, en RTFO RTFO / pav ferlykbere.

It persintaazje feroarje yn massa

Percent gewicht feroarje út de proseduere RTFO âlder wurden waard metten neffens de metoade AASHTO T240. It gewicht feroarje op koarte aging metoade SAT wurdt metten ek i.e., feroaring bitumen massa wurdt útdrukt as in persintaazje fan de oarspronklike massa. It ferlies fan massa negatyf is, de ferheging - een posityf. gewicht ferlies wurdt faak waarnommen yn 'e test RTFOT, hoewol't de tanimming is ek mooglik [15]. Ferlykjen feroarings yn gewicht yn de test fan SAT en RTFO metoades wurde jûn yn Tabel 4.

Twa asfalt yn it persintaazje gewicht feroaring ferskil is negligible. Oare tests is te sjen dat de metoade fan SAT is grutter gewicht ferlies as RTFO, hoewol't mar in bytsje. Om úthâlde dat de SAT is statistysk oars út de RTFO in gewicht ferlies eachpunt easkje oanfoljende eksperiminten.

konklúzje

Yn it ûndersyk fan klearebare bitumen fergelikingen die bliken dat SAT metoade jout resultaten te fergelykjen mei resultaten fan tests op standert en RTFO RTFO / pav út it stânpunt fan rheology, en yn mindere mate ferlykbere tidens de toetsen foar ûntleden fan de karbonylkloft en sulfoxide.

De kombinaasje fan de metoade mei SAT tests op 4 mm dynamyske skeanlûke rheometer mei parallelle platen te bepalen fan it rheological eigenskippen en spesifikaasje parameters (m-wearde en skeanlûke stivens) op lege temperatuer. Om útfiere in koarte fergrizing fan SAT metoade fereasket mar 50 minuten, 35 minuten, minder as nedich foar RTFOT standert.

Noch wichtiger, foar de lange-termyn fergrizing ûnder druk yn it skip troch de metoade fan SAT nedich 8 oeren, foar 12 oeren foarsprong fan de standert nedich foar de test pav. Op it stuit, wurk is de gong foar it programma SAT metoade foar polymear-modified bitumen emulsie neerslag weromfûn bitumen, likegoed as foar modellewurk fan oxidative fergrizing, dat optreedt by de fabrication plant waarme miks.

Eltse plaat fan SAT test metoade lit ta te krijen 3 g fan de aged bitumen. Dat is genôch om te beskriuwen de rheological en gemyske eigenskippen op lege, middellange en hege temperatuer. As jo nedich ekstra jier âld bynmiddel kin wurde taret en ûnderwurpen wurde oan fergrizing tagelyk in pear platen.

Artikel: In nije wize fan fergrizing fan bitumen yn it laboratoarium.

Apkalimov Denis, LLC "EPC" Rotor "