Efecte del mode d'envelliment d'oxigen tèrmic sobre les propietats reològiques i la compatibilitat de l'aglutinant d'asfalt modificat amb lignina mitjançant reòmetre de cisalla dinàmica part 1

Resum: La lignina és abundant a la natura. L'ús de la lignina a la indústria del paviment asfàltic pot millorar el rendiment del paviment alhora que optimitza eficaçment els costos de construcció del paviment. L'objectiu d'aquest article és estudiar l'efecte de la lignina sobre les propietats anti-envelliment de l'asfalt. La lignina comercial es va seleccionar per preparar un aglutinant d'asfalt modificat amb lignina. Les propietats de l'asfalt modificat amb lignina es van estudiar mitjançant experiments reològics. Les propietats reològiques d'alta temperatura de dos tipus d'asfalt base i mostres d'asfalt modificat amb diferents continguts de lignina en tres condicions d'envelliment original de forn de pel·lícula fina (RTFO) i recipient d'envelliment a pressió (PAV) es van provar i analitzar amb un escombrat de temperatura. , escombrat de freqüència i proves de recuperació de fluïdesa d'estrès múltiple (MSCR). En comparar les lleis de variació dels indicadors d'avaluació, com ara el mòdul complex de cisalla G*, l'angle de fase δ, l'índex anti-envelliment, la tensió acumulada i el component viscós Gv, vam trobar que la lignina podria millorar eficaçment l'estabilitat a alta temperatura de l'asfalt base, però va perjudicar els problemes de compatibilitat de l'asfalt base. Mentrestant, la lignina va tenir un paper d'ompliment a l'asfalt base, i l'augment de la viscositat va ser el motiu fonamental per millorar l'estabilitat a alta temperatura de l'asfalt base. Els resultats de la investigació van indicar que la lignina podria millorar eficaçment el rendiment anti-envelliment de l'asfalt i tenir un paper positiu en allargar la vida útil del paviment.

El glicòsid de cistanche també pot augmentar l'activitat de la SOD en els teixits del cor i del fetge, i reduir significativament el contingut de lipofuscina i MDA a cada teixit, eliminant eficaçment diversos radicals reactius d'oxigen (OH-, H₂O₂, etc.) i protegint contra els danys de l'ADN causats. per radicals OH. Els glucòsids feniletanoides de Cistanche tenen una forta capacitat d'eliminació dels radicals lliures, una capacitat reductora superior a la de la vitamina C, milloren l'activitat de SOD en la suspensió d'esperma, redueixen el contingut de MDA i tenen un cert efecte protector sobre la funció de la membrana espermàtica. Els polisacàrids de Cistanche poden millorar l'activitat de SOD i GSH-Px en eritròcits i teixits pulmonars de ratolins senescents experimentalment causats per D-galactosa, així com reduir el contingut de MDA i col·lagen al pulmó i el plasma, i augmentar el contingut d'elastina. un bon efecte d'eliminació de DPPH, allarga el temps d'hipòxia en ratolins senescents, millora l'activitat de SOD al sèrum i retarda la degeneració fisiològica del pulmó en ratolins senescents experimentalment Amb la degeneració morfològica cel·lular, els experiments han demostrat que Cistanche té la bona capacitat antioxidant. i té el potencial de ser un fàrmac per prevenir i tractar les malalties de l'envelliment de la pell. Al mateix temps, l'echinacòsid a Cistanche té una capacitat significativa per eliminar els radicals lliures DPPH i pot eliminar espècies reactives d'oxigen, prevenir la degradació del col·lagen induïda pels radicals lliures i també té un bon efecte reparador sobre el dany dels anions dels radicals lliures de timina.

Feu clic a Cistanches Herba

【Per a més informació: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

1. Introducció

Com a material viscoelàstic, l'asfalt comprèn una gran proporció de superfícies de carreteres d'alta qualitat a molts països a causa del seu rendiment superior i el seu confort de conducció. No obstant això, l'asfalt té deficiències evidents, com ara la sensibilitat a les altes temperatures i el suavització fàcil a altes temperatures. Es torna fràgil fàcilment a baixes temperatures i pot no complir els requisits de les carreteres d'alta qualitat. La insuficient estabilitat a altes temperatures causada per l'envelliment també és una preocupació per a la indústria de les carreteres. L'adhesió entre l'asfalt i la pedra i el fenomen d'envelliment de l'asfalt sota l'acció de la calor i l'oxigen afecten la qualitat i la durabilitat de l'asfalt a les carreteres [1–5]. En el procés de producció, emmagatzematge, transport i processament a alta temperatura, l'asfalt entra fàcilment en contacte amb l'oxigen de l'aire, donant lloc a un envelliment a curt termini. El tipus d'envelliment més important és l'envelliment termo oxidatiu. L'envelliment termo-oxidatiu pot provocar canvis en la composició química i l'estructura molecular de l'asfalt, i els sensors de temperatura també poden canviar; a més, diferents asfalts modificats tenen diferents efectes d'envelliment. L'exposició prolongada a temperatures elevades també condueix a un augment de la viscositat de l'aglomerant asfàltic i canvis en les seves característiques viscoelàstiques [6]. Actualment, l'asfalt modificat amb copolímer de bloc estirè-butadiè-estirè (SBS) s'utilitza àmpliament a la Xina i altres països. SBS pot millorar significativament el rendiment a alta temperatura i el rendiment anti-envelliment de les mescles d'asfalt i asfalt [7–9], però l'asfalt modificat amb SBS és car [10].

La lignina, el segon compost de polímer natural renovable més abundant a la natura després de la cel·lulosa, és un polímer aromàtic que conté oxifenilpropanol o les seves unitats estructurals derivades en la seva estructura molecular [11]. La lignina no només es pot utilitzar en materials de resina fenòlica [12–14], materials de resina epoxi [15–17] i materials de poliuretà [18–20] en comptes de materials químics de petroli en brut, sinó que també es pot barrejar amb materials polimèrics per augmentar les propietats mecàniques [21], l'estabilitat tèrmica [22], l'anti-envelliment (oxidació) [23] i la resistència a la flama [24] dels materials polímers. En els darrers anys, s'ha utilitzat àmpliament en plàstics [25], adhesius [26] i altres camps. Wu et al. [27] van analitzar l'asfalt modificat amb lignina amb espectroscòpia infraroja (FTIR) i calorimetria d'exploració diferencial (DSR) i van assenyalar que l'addició de lignina pot retardar significativament el procés d'envelliment de l'asfalt i augmentar la degradació tèrmica de l'asfalt modificat amb lignina. després de l'envelliment. Mentrestant, s'ha millorat l'estabilitat i la resistència a les esquerdes a baixa temperatura en el procés d'envelliment. Gao et al. [28] van estudiar el comportament reològic a alta temperatura i les propietats de fatiga dels aglutinants d'asfalt modificats amb lignina. Els resultats van indicar que l'addició de lignina millorava la viscositat i la resistència a la deformació de l'asfalt a altes temperatures a diferents velocitats de rotació. Batista et al. [29] les propietats d'alta temperatura, baixa temperatura i envelliment d'un aglutinant d'asfalt modificat amb lignina. Els resultats van demostrar que la lignina era favorable per millorar la resistència a la roca a alta temperatura i la resistència a les esquerdes a baixa temperatura de l'aglutinant d'asfalt. Xu et al. [30] van estudiar les propietats reològiques i les propietats antienvelliment d'un aglutinant d'asfalt modificat amb lignina. Els resultats van mostrar que l'addició de lignina va ajudar a inhibir la formació de grups funcionals carbonil en l'aglutinant d'asfalt després dels processos d'envelliment RTFO i PAV. Això va indicar que la lignina es pot utilitzar com a modificador antioxidant. Tanmateix, l'addició de lignina perjudica la resistència a la fatiga de l'aglutinant d'asfalt.

En conclusió, la lignina pot millorar eficaçment l'estabilitat a alta temperatura i el rendiment antienvelliment de l'asfalt. Tanmateix, s'han d'estudiar més a fons les propietats reològiques a alta temperatura de l'asfalt modificat amb lignina sota diferents efectes d'envelliment.

En aquest article, es van analitzar les propietats reològiques d'alta temperatura de dos tipus d'asfalt base i mostres d'asfalt modificat amb diferents continguts de lignina en els tres estats d'envelliment original, a curt termini i a llarg termini mitjançant un reòmetre de cisalla dinàmica (DSR) escombrat de temperatura, escombrat de freqüència i prova de fluència repetida. El mòdul complex de cisalla G*, l'angle de fase δ, l'índex anti-envelliment, la tensió acumulada, el component viscós Gv i altres indicadors es van utilitzar per estudiar el rendiment d'envelliment de l'asfalt modificat amb lignina.

El pla detallat completat en aquest document es mostra a la figura 1.

2. Materials i Mètodes

2.1. Matèries primeres

2.1.1. Lignina

La lignina comercial que s'utilitza aquí va ser produïda per Jinan Yanghai Chemical Co., Ltd. (Jinan, Xina). La lignina que va passar un 200-tamís de malla es va utilitzar per a les proves, i els seus principals indicadors tècnics, el pes molecular i els paràmetres de piròlisi es mostren a la taula 1. Entre ells, l'indicador de lignina va ser proporcionat pel fabricant. El pes molecular de la lignina es va determinar mitjançant cromatografia en gel Agilent pl-gpc50 i la prova de piròlisi es va realitzar amb un analitzador termogravimètric síncron Mettler Toledo TGA/sdta851.

2.1.2. A base d'asfalt

En aquest article, s'han utilitzat asfalt Maoming 70 # i asfalt Donghai 90 # per a experiments relacionats. Els resultats de les proves de diverses propietats es mostren a la taula 2.

2.2. Preparació d'asfalt modificat amb lignina

La màquina emulsionadora de dispersió de cisalla d'alta velocitat (BME 100L) produïda per Shanghai Weiyu Co., Ltd. (Xangai, Xina), es va utilitzar per preparar asfalt modificat amb lignina. L'asfalt base es va escalfar a 150 ◦C i es va mantenir durant un temps, i després de passar per un tamís de malla 200-, la lignina es va afegir de manera uniforme i lent a l'asfalt base per lots durant el procés de cisalla a baixa velocitat per a la fase preliminar. dispersió. Aleshores, la velocitat de la màquina de cisalla d'alta velocitat es va augmentar gradualment de baixa velocitat a 5000 r / min i després es va tallar durant 1 h. Després de la cisalla, el recipient de mostres que contenia la barreja de lignina i asfalt matriu es va posar en un forn a temperatura constant a 120 ◦ C durant 1 h i es va completar la preparació de l'asfalt modificat amb lignina. En aquest experiment, es van preparar cinc tipus d'asfalts modificats amb lignina amb diferents continguts de lignina (3, 6, 9, 12 i 15 per cent). Els asfalts de Maoming estaven marcats com a MM-3, MM-6, MM-9, MM-12, MM-15; Els asfalts de Donghai Maoming es van marcar com a DH-3, DH-6, DH-9, DH-12, DH-15; mentre que l'asfalt base estava marcat com a MM-0 i DH-0. Es va desenvolupar a 120 ◦C durant 1 h i es va comparar amb l'asfalt base per estudiar la influència de les seves propietats reològiques a alta temperatura i propietats d'envelliment.

2.3. Preparació de mostres envellides

D'acord amb el {{0}} "Normes d'assaig d'asfalt i mescles d'asfalt" de JTGE, la prova del forn de pel·lícula giratòria (T 0610-2011) i la prova d'envelliment accelerat de l'asfalt del contenidor a pressió (T {{2} }) es van dur a terme. En primer lloc, es van abocar 35 ± 0,5 g de breus en ampolles de vidre, la temperatura de RTFOT es va mantenir a 163 ◦ C i el temps va ser de 85 min. Les mostres envellides amb RTFO es van preparar per a proves posteriors. La placa de mostra amb 50 ± 0, 5 g d'asfalt modificat amb lignina es va posar a la caixa d'envelliment a llarg termini del PAV, la temperatura es va establir a 100 ◦ C, la pressió de retenció era de 2, 1 MPa i el temps d'envelliment va ser de 20 h.

2.4. Disseny de proves i índex d'avaluació

2.4.1. Escaneig de temperatura i prova d'escombrat de freqüència

Les proves d'escombrat de temperatura i freqüència de l'asfalt es van dur a terme mitjançant un reòmetre de cisalla dinàmica DHR{{0}}. La prova d'escombrat de temperatura es va adoptar mitjançant el mètode de control de la tensió amb un 12 per cent del valor de tensió objectiu i 10 rad/s de la freqüència de càrrega, i l'interval de temperatura de la prova era de 30 ~ 100 ◦C amb 2 ◦C entre els intervals de mostreig. La prova d'escombrat de freqüència es va utilitzar per estudiar les propietats viscoelàstiques de l'asfalt modificat. La temperatura de l'escombrat de freqüència era de 30 i 60 ◦ C, el rang de freqüència era de 0,1 ~ 100 rad/s i l'amplitud de la tensió era del 0,5 per cent. Entre ells, l'asfalt original i l'asfalt després de l'envelliment al forn de pel·lícula rotativa es van escanejar amb una placa paral·lela amb un diàmetre de 25 mm i una distància d'1 mm, i l'asfalt després de l'envelliment a pressió es va escanejar amb una placa paral·lela amb un diàmetre. de 8 mm i una distància de 2 mm.

2.4.2. Avaluació de l'índex d'envelliment

L'anàlisi del rendiment d'envelliment basat en la reologia d'alta temperatura es va avaluar amb l'índex d'envelliment del mòdul de cisalla complex (G * AI) i la fórmula de càlcul específica es mostra a la fórmula (1) [31]. El rang de temperatura de funcionament era de 46 ~ 82 ◦C i l'interval de mostreig era de 6 ◦C.

2.4.3. Repetiu la prova de fluència

Actualment, es va adoptar la prova de recuperació de fluïdesa repetida multi-estrès (MSCR) d'AASHTO MP19- 10 per avaluar el rendiment a alta temperatura de l'asfalt i l'asfalt modificat [32]. En aquest article, es va realitzar la prova de recuperació de fluïdesa repetida multi-estrès carregant durant 1 s, descàrrega durant 9 s i es van realitzar 100 cicles de procés de recuperació de fluïdesa. La temperatura de prova va ser de 64 ◦C i la tensió de prova va ser de 300 Pa. El component de viscositat es va obtenir amb el model Burgers. L'equació del model de Burgers es va dividir en dues equacions; una era l'equació del mode d'estrès-relaxació per introduir una tensió constant, i l'altra era l'equació del mode de càrrega fluvial amb tensió d'entrada constant. Ambdues equacions es poden calcular mitjançant transformacions inverses i transformacions de Laplace. En aquest article, es va adoptar l'equació del mode de càrrega de fluència i l'equació d'ajust de Burgers es va formular com (2):

Aquí, ε(t) és la deformació acumulada de fluència de l'exemplar d'asfalt; σ0 és l'esforç de càrrega de la prova d'asfalt; η1 i E1 representen el coeficient d'amortiment i el mòdul elàstic en el model de Maxwell, respectivament; η2 i E2 representen el coeficient d'amortiment i el mòdul elàstic en el model Kelvin, respectivament; t és el temps de càrrega; E1 reflecteix la capacitat de recuperació elàstica de l'asfalt a alta temperatura; η1 és el coeficient de viscositat que reflecteix la deformació irrecuperable, que està relacionada amb el coeficient de deformació de la viscositat de l'asfalt; E2 i η2 reflecteixen l'acció de càrrega sota càrrega a llarg termini i a temperatura ambient, cosa que reflecteix la capacitat de l'asfalt per retardar la recuperació elàstica de la deformació. En aquest estudi, η1 és la part viscosa Gv de la rigidesa de fluència. La prova es va adoptar per avaluar el rendiment a alta temperatura de l'asfalt base i l'asfalt modificat amb lignina.

3. Resultats i resultats de discussió

3.1. Anàlisi de les propietats reològiques de l'asfalt modificat amb lignina

A la figura 2 es mostren els resultats de les proves de mòdul complex G* i angle de fase δ per a mostres d'asfalt d'envelliment originals i diferents.

Com es veu a la figura 2a,b, en comparació amb l'asfalt original, el mòdul complex de l'asfalt modificat va augmentar a causa de l'addició de lignina. L'asfalt modificat amb lignina va mostrar la tendència de reduir el mòdul de cisalla complex i augmentar l'angle de fase amb l'augment de la temperatura, però la tendència canviant es va aplanar gradualment. L'augment de la lignina va millorar el rendiment a alta temperatura però no va canviar la sensibilitat a la temperatura, de manera que la temperatura l'ha afectat. Com que l'asfalt és un material sensible a la temperatura, presentava elasticitat quan la temperatura era baixa i es va transformar gradualment en un estat de flux viscós amb l'augment de la temperatura.

Després de comparar els efectes de diferents continguts de lignina sobre els paràmetres reològics de l'asfalt base, vam trobar que per a l'asfalt base Maoming 70 #, l'addició de massa lignina va conduir principalment a un augment de la resistència viscosa (fricció interna). L'augment de la viscositat va resultar de la disminució del mòdul de cisalla complexa i l'augment de l'angle de fase. Es va demostrar que el punt d'inflexió dels paràmetres reològics apareixia quan el contingut de lignina era del 9 per cent, indicant que hi havia un contingut òptim de lignina.

Tanmateix, per a l'asfalt Donghai 90 #, no va aparèixer la mateixa tendència, i el mòdul de cisalla complex i l'angle de fase de l'aglutinant d'asfalt van augmentar i disminuir linealment amb l'augment del contingut de lignina, respectivament.

Amb l'augment del contingut de lignina, tot i que el tipus d'estructura col·loïdal d'asfalt no va canviar, l'augment de la relació de composició de l'estructura col·loïdal de l'asfalt pot haver provocat un canvi de la seva estructura de fase [33]. En comparació amb Donghai 90#, Maoming 70# tenia una proporció més alta d'asfaltens [34]. Per tant, el contingut d'asfaltè va ser la raó fonamental que els diferents paràmetres reològics dels dos asfalts base canviessin amb el contingut de lignina.

Es pot veure a la figura 2c, d que el mòdul complex i l'angle de fase de cada mostra d'asfalt van mostrar diferents graus de disminució i augment després de l'envelliment de RTFO.

Amb l'augment del contingut de lignina, el mòdul complex de l'asfalt de Maoming va augmentar primer i després va disminuir, que era el mateix que abans de l'envelliment. L'angle de fase era més gran que el de l'asfalt original excepte pel contingut del 15 per cent. Mentrestant, el mòdul complex i l'angle de fase de l'asfalt de Donghai van augmentar i disminuir amb l'augment del contingut de lignina, respectivament.

A la figura 2e,f, el mòdul complex de l'asfalt Maoming després de l'envelliment del PAV era oposat al de la mostra d'envelliment de la base i RTFO i va disminuir amb l'augment del contingut de lignina, i l'angle de fase de l'asfalt modificat amb lignina de Maoming era més gran que això. de l'asfalt base. El mòdul complex de l'asfalt modificat amb lignina Donghai era més gran que el de l'asfalt base, tret de l'asfalt amb continguts de lignina del 3 i el 15 per cent, que era coherent amb la condició d'envelliment de RTFO.

3.2. Anàlisi de la classificació PG d'asfalt modificat amb lignina

El factor de rutting G*/sinδ es va utilitzar per avaluar la resistència a la rotura del lligant d'asfalt a altes temperatures. Com més gran sigui el factor de rutting G*/sinδ, millor serà la resistència a les altes temperatures i més forta serà la resistència a la deformació permanent de l'aglutinant d'asfalt. La figura 3 mostra els resultats del factor de rutting G*/sinδ de cada mostra d'asfalt abans i després de l'envelliment a 58 ~ 82 ◦C.

Com es veu a la figura 3, amb l'augment del contingut de lignina, el valor del factor de rutting G*/sinδ dels dos tipus d'asfalt abans i després de l'envelliment va augmentar molt, i la mostra d'asfalt modificat amb lignina amb un 15 per cent de contingut de lignina per a l'asfalt Maoming va mostrar el millor rendiment anti-roda després de l'envelliment, però el grau d'alta temperatura PG no va canviar. L'asfalt de Donghai va mostrar la resistència a la rotura a alta temperatura més forta quan el contingut de lignina era del 15 per cent abans i després de l'envelliment, i el grau d'alta temperatura de PG va augmentar un nivell en aquest contingut.

3.3. Índex d'envelliment del mòdul de cisalla complex de l'asfalt modificat amb lignina

Per aclarir encara més el grau d'envelliment, es va calcular l'índex d'envelliment del mòdul de cisalla complex G * AI en diferents intervals de temperatura de prova. A la figura 4 es mostren els valors G * AI de diferents aglutinants sota les condicions d'envelliment RTFO i PAV.

Es pot veure a la figura 4a, b que el G * AI de l'asfalt Maoming sota l'envelliment de RTFO es va arrugar primer i després va augmentar amb l'augment del contingut de lignina fins a valors lleugerament inferiors als de l'asfalt base. El G * AI de l'aglutinant d'asfalt modificat amb lignina amb un contingut de lignina del 9% va ser el més baix. L'índex d'envelliment RTFO G * AI del lligant d'asfalt Donghai no tenia una regularitat òbvia amb l'augment del contingut de lignina, que pot ser el canvi en la composició de l'asfalt a causa de l'envelliment. Es pot veure a la figura 4c, d que l'índex G * AI sota l'envelliment del PAV va canviar en forma parabòlica amb l'augment de la temperatura. L'índex G * AI de l'asfalt Maoming amb el 9 per cent de contingut de lignina en condicions d'envelliment de PAV va ser el més baix, cosa que era coherent amb la condició d'envelliment RTFO, cosa que indica que l'addició de lignina podria millorar eficaçment el rendiment de resistència de l'asfalt de Maoming en condicions d'envelliment de PAV. . Tanmateix, l'índex G * AI de l'asfalt Donghai amb un contingut de lignina del 12 per cent va ser el més baix, que era el mateix que l'índex sota la condició d'envelliment RTFO. Tanmateix, això no significava que no tingués resistència a l'envelliment. La raó pot ser que aquest mètode no es va poder caracteritzar bé i, a més, va indicar que la seva aplicabilitat a asfalt amb un grau elevat no era significativa. En resum, l'asfalt de Maoming amb un contingut de lignina del 9 per cent va tenir el millor efecte anti-envelliment, i l'asfalt de Donghai amb un contingut de lignina del 12 per cent va tenir el millor efecte anti-envelliment.

【Per a més informació: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】