Effekt af termisk iltældningstilstand på reologiske egenskaber og kompatibilitet af lignin-modificeret asfaltbindemiddel med dynamisk forskydningsrheometer Del 1

Abstrakt: Lignin er rigeligt i naturen. Brugen af ​​lignin i asfaltbelægningsindustrien kan forbedre belægningens ydeevne og samtidig optimere belægningskonstruktionsomkostningerne. Formålet med denne artikel er at studere effekten af ​​lignin på asfaltens anti-aldringsegenskaber. Kommerciel lignin blev udvalgt til at fremstille et lignin-modificeret asfaltbindemiddel. Egenskaberne af lignin-modificeret asfalt blev undersøgt ved rheologiske forsøg. De højtemperatur-reologiske egenskaber af to slags basisasfalt og modificerede asfaltprøver med forskelligt indhold af lignin under tre betingelser for original, rullende tyndfilmovn (RTFO) ældning og trykældningsbeholder (PAV) blev testet og analyseret med temperatursweep , frekvenssweep og multiple stress creep recovery (MSCR) test. Ved at sammenligne variationslovene for evalueringsindikatorer, såsom kompleks forskydningsmodul G*, fasevinkel δ, anti-aldringsindeks, kumulativ belastning og viskøs komponent Gv, fandt vi ud af, at lignin effektivt kunne forbedre højtemperaturstabiliteten af ​​basisasfalt, men det skadede kompatibilitetsproblemerne med basisasfalt. I mellemtiden spillede lignin en udfyldende rolle i basisasfalten, og stigningen i viskositeten var den grundlæggende årsag til at forbedre grundasfaltens højtemperaturstabilitet. Forskningsresultaterne indikerede, at lignin effektivt kunne forbedre asfaltens anti-ældningsevne og spille en positiv rolle i forlængelse af fortovets levetid.

Glycoside af cistanche kan også øge aktiviteten af ​​SOD i hjerte- og levervæv og signifikant reducere indholdet af lipofuscin og MDA i hvert væv, hvilket effektivt fjerner forskellige reaktive iltradikaler (OH-, H₂O₂ osv.) og beskytter mod DNA-skader forårsaget af OH-radikaler. Cistanche phenylethanoid glycosider har en stærk opfangningsevne af frie radikaler, en højere reducerende evne end C-vitamin, forbedrer aktiviteten af ​​SOD i spermsuspension, reducerer indholdet af MDA og har en vis beskyttende effekt på spermmembranfunktionen. Cistanche-polysaccharider kan øge aktiviteten af ​​SOD og GSH-Px i erytrocytter og lungevæv fra eksperimentelt senescent mus forårsaget af D-galactose, samt reducere indholdet af MDA og kollagen i lunge og plasma, og øge indholdet af elastin, har en god rensende effekt på DPPH, forlænge hypoksitiden hos senescent mus, forbedre aktiviteten af ​​SOD i serum og forsinke den fysiologiske degeneration af lunge hos eksperimentelt senescerende mus Med cellulær morfologisk degeneration har forsøg vist, at Cistanche har den gode antioxidantevne og har potentialet til at være et lægemiddel til at forebygge og behandle hudaldringssygdomme. Samtidig har echinacosid i Cistanche en betydelig evne til at opfange DPPH-frie radikaler og kan opfange reaktive oxygenarter, forhindre frie radikal-induceret kollagennedbrydning og har også en god reparationseffekt på anionskader af thymin fra frie radikaler.

Klik på Cistanches Herba

【For mere info: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

1. Introduktion

Som et viskoelastisk materiale udgør asfalt en stor del af højkvalitets vejbelægninger i mange lande på grund af dets overlegne ydeevne og kørekomfort. Asfalt har dog åbenlyse mangler, såsom højtemperaturfølsomhed og let blødgøring ved høje temperaturer. Den bliver let skør ved lave temperaturer og opfylder muligvis ikke kravene til high-grade motorveje. Den utilstrækkelige højtemperaturstabilitet forårsaget af aldring er også et problem for vejindustrien. Vedhæftningen mellem asfalt og sten og asfaltens ældningsfænomen under påvirkning af varme og ilt påvirker kvaliteten og holdbarheden af ​​asfalt på veje [1-5]. I processen med højtemperaturproduktion, opbevaring, transport og forarbejdning kommer asfalt let i kontakt med ilt i luften, hvilket resulterer i kortvarig ældning. Den vigtigste form for aldring er termooxidativ aldring. Termooxidativ ældning kan føre til ændringer i asfaltens kemiske sammensætning og molekylære struktur, og temperatursensorer kan også ændre sig; desuden har forskellige modificerede asfalter forskellige ældningseffekter. Længerevarende eksponering for forhøjede temperaturer fører også til en stigning i asfaltbinderens viskositet og ændringer i dets viskoelastiske egenskaber [6]. På nuværende tidspunkt er styren-butadien-styren blok copolymer (SBS)-modificeret asfalt meget udbredt i Kina og andre lande. SBS kan forbedre ydeevnen ved høje temperaturer og anti-ældning af asfalt og asfaltblandinger [7-9] markant, men SBS-modificeret asfalt er dyrt [10].

Lignin, den anden mest udbredte fornyelige naturlige polymerforbindelse i naturen efter cellulose, er en aromatisk polymer, der indeholder oxyphenylpropanol eller dets afledte strukturelle enheder i sin molekylære struktur [11]. Lignin kan ikke kun bruges i phenolharpiksmaterialer [12-14], epoxyharpiksmaterialer [15-17] og polyurethanmaterialer [18-20] i stedet for råoliekemiske materialer, men det kan også blandes med polymermaterialer for at øge de mekaniske egenskaber [21], termisk stabilitet [22], anti-ældning (oxidation) [23] og flammehæmning [24] af polymermaterialer. I de senere år er det blevet meget brugt i plast [25], klæbemidler [26] og andre områder. Wu et al. [27] analyserede den lignin-modificerede asfalt med infrarød spektroskopi (FTIR) og differential scanning kalorimetri (DSR) og påpegede, at tilsætning af lignin kan forsinke ældningsprocessen af ​​asfalten betydeligt og øge den termiske nedbrydning af den lignin-modificerede asfalt. efter aldring. I mellemtiden er stabiliteten og lavtemperatur-revnemodstanden blevet forbedret i ældningsprocessen. Gao et al. [28] undersøgte den høje temperatur rheologiske adfærd og træthedsegenskaber af lignin-modificerede asfaltbindemidler. Resultaterne indikerede, at tilsætning af lignin forbedrede asfaltens viskositet og deformationsmodstand under høje temperaturer ved forskellige rotationshastigheder. Batista et al. [29] højtemperatur-, lavtemperatur- og ældningsegenskaberne af et lignin-modificeret asfaltbindemiddel. Resultaterne viste, at lignin var befordrende for at forbedre højtemperatursporbestandigheden og lavtemperaturrevnebestandigheden af ​​asfaltbindemidlet. Xu et al. [30] undersøgte de rheologiske egenskaber og anti-aldringsegenskaber af et lignin-modificeret asfaltbindemiddel. Resultaterne viste, at tilsætning af lignin var med til at hæmme dannelsen af ​​carbonylfunktionelle grupper i asfaltbinderen efter RTFO- og PAV-ældningsprocesserne. Dette indikerede, at lignin kan bruges som en antioxidantmodifikator. Tilsætning af lignin skader imidlertid asfaltbinderens udmattelsesbestandighed.

Som konklusion kan lignin effektivt forbedre højtemperaturstabiliteten og antialdringsydelsen af ​​asfalt. Imidlertid bør de højtemperatur-reologiske egenskaber af lignin-modificeret asfalt under forskellige ældningseffekter undersøges yderligere.

I dette papir blev de højtemperatur-reologiske egenskaber af to slags basisasfalt og modificerede asfaltprøver med forskelligt ligninindhold under de tre tilstande af oprindelig, korttidsældning og langtidsældning analyseret ved hjælp af dynamisk forskydningsreometer (DSR) temperatursweep, frekvenssweep og gentag krybningstest. Kompleks forskydningsmodul G*, fasevinkel δ, antialdringsindeks, kumulativ belastning, viskøs komponent Gv og andre indikatorer blev brugt til at studere ældningsydelsen af ​​ligninmodificeret asfalt.

Den detaljerede plan færdiggjort i dette papir er vist i figur 1.

2. Materialer og metoder

2.1. Råmateriale

2.1.1. Lignin

Det kommercielle lignin anvendt heri blev fremstillet af Jinan Yanghai Chemical Co., Ltd. (Jinan, Kina). Lignin, der passerede en 200-mesh sigte, blev brugt til testning, og dets vigtigste tekniske indikatorer, molekylvægt og pyrolyseparametre er vist i tabel 1. Blandt dem blev ligninindikatoren leveret af producenten. Molekylvægten af ​​lignin blev bestemt ved Agilent pl-gpc50 gelkromatografi, og pyrolysetesten blev udført med en Mettler Toledo TGA/sdta851 synkron termogravimetrisk analysator.

2.1.2. Baseret asfalt

I dette papir blev Maoming 70# asfalt og Donghai 90# asfalt brugt til relaterede eksperimenter. Testresultaterne for forskellige egenskaber er vist i tabel 2.

2.2. Klargøring af Lignin-modificeret asfalt

Højhastighedsforskydningsdispersionsemulgeringsmaskinen (BME 100L) produceret af Shanghai Weiyu Co., Ltd. (Shanghai, Kina), blev brugt til at fremstille lignin-modificeret asfalt. Basisasfalten blev opvarmet til 150 ◦C og holdt i nogen tid, og efter at have passeret gennem en 200-masket sigte, blev ligninet ensartet og langsomt tilsat til basisasfalten i partier under lavhastighedsklippeprocessen til indledende spredning. Derefter blev hastigheden af ​​højhastighedsklippemaskinen gradvist øget fra lav hastighed til 5000 r/min og derefter klippet i 1 time. Efter klipning blev prøvebeholderen indeholdende blandingen af ​​lignin og matrixasfalt sat i en ovn med konstant temperatur ved 120 ◦C i 1 time, og fremstillingen af ​​ligninmodificeret asfalt blev afsluttet. I dette forsøg blev der fremstillet fem slags lignin-modificerede asfalter med forskelligt ligninindhold (3, 6, 9, 12 og 15 procent). Maoming-asfalterne blev markeret som MM-3, MM-6, MM-9, MM-12, MM-15; Donghai Maoming-asfalter blev markeret som DH-3, DH-6, DH-9, DH-12, DH-15; mens grundasfalten var markeret som MM-0 og DH-0. Den blev udviklet ved 120 ◦C i 1 time og sammenlignet med basisasfalten for at studere indflydelsen af ​​dens højtemperatur-reologiske egenskaber og ældningsegenskaber.

2.3. Forberedelse af gamle prøver

I henhold til JTGE {{0}} "Highway Asphalt and Asphalt Mixture Test Regulations", accelererede den roterende filmovntest (T 0610-2011) og trykældningsbeholderen asfaltældningstest (T {{2} }) blev gennemført. Først blev der hældt 35 ± 0,5 g beg på glasflasker, temperaturen på RTFOT blev holdt på 163 ◦C, og tiden var 85 min. De RTFO-lagrede prøver blev forberedt til efterfølgende test. Prøvepladen med 50 ± 0,5 g lignin-modificeret asfalt blev lagt i PAV-langtidsældningsboksen, temperaturen blev sat til 100 ◦C, holdetrykket var 2,1 MPa, og ældningstiden var 20 timer.

2.4. Testdesign og evalueringsindeks

2.4.1. Temperaturscanning og frekvenssweeptest

Temperatursweep- og frekvenssweep-testene af asfalt blev udført ved hjælp af et DHR{{0}} dynamisk forskydningsreometer. Temperatursweep-testen blev vedtaget gennem strain-kontrolmetoden med 12 procent af målbelastningsværdien og 10 rad/s af belastningsfrekvensen, og testtemperaturområdet var 30~100 ◦C med 2 ◦C mellem prøvetagningsintervallerne. Frekvenssweep-testen blev brugt til at studere de viskoelastiske egenskaber af den modificerede asfalt. Temperaturen af ​​frekvenssweep var 30 og 60 ◦C, frekvensområdet var 0,1~100 rad/s, og tøjningsamplituden var 0,5 procent. Blandt dem blev den originale asfalt og asfalten efter ældning i den roterende filmovn scannet med en parallel plade med en diameter på 25 mm og en afstand på 1 mm, og asfalten efter trykældning blev scannet med en parallel plade med en diameter på 8 mm og en afstand på 2 mm.

2.4.2. Aldringsindeksevaluering

Ældningspræstationsanalysen baseret på højtemperatur-reologi blev evalueret med det komplekse forskydningsmodul-ældningsindeks (G * AI), og den specifikke beregningsformel er vist i formel (1) [31]. Driftstemperaturområdet var 46~82 ◦C, og prøvetagningsintervallet var 6 ◦C.

2.4.3. Gentag krybetest

På nuværende tidspunkt blev multi-stress-testen for gentaget krybning (MSCR) af AASHTO MP19- 10 anvendt til at evaluere højtemperaturydelsen af ​​asfalt og modificeret asfalt [32]. I dette papir blev multi-stress-testen for gentagelse af krybning udført ved læsning i 1 s, aflæsning i 9 s, og der blev udført 100 cyklusser med krybegendannelse. Testtemperaturen var 64 ◦C, og testspændingen var 300 Pa. Viskositetskomponenten blev opnået med Burgers-modellen. Burgers modelligning blev opdelt i to ligninger; den ene var stress-relaxation mode-ligningen til input konstant strain, og den anden var krybe-loading mode-ligningen med konstant input stress. Begge ligninger kan beregnes ved inverse transformationer og Laplace-transformationer. I dette papir blev ligningen for krybebelastningstilstanden vedtaget, og Burgers-tilpasningsligningen blev formuleret som (2):

Her er ε(t) den kumulative krybestamme af asfaltprøver; σ0 er belastningsbelastningen af ​​asfalttesten; η1 og E1 repræsenterer henholdsvis dæmpningskoefficienten og elasticitetsmodulet i Maxwells model; η2 og E2 repræsenterer henholdsvis dæmpningskoefficienten og elasticitetsmodulet i Kelvin-modellen; t er indlæsningstiden; E1 afspejler asfaltens elastiske genvindingsevne ved høj temperatur; η1 er viskositetskoefficienten, der afspejler den uoprettelige deformation, som er relateret til viskositetsdeformationskoefficienten for asfalt; E2 og η2 afspejler belastningsvirkningen under langtidsbelastning og ved stuetemperatur, hvilket afspejler asfaltens evne til at forsinke elastisk genvinding af deformation. I denne undersøgelse er η1 den viskøse del Gv af krybe-stivhed. Testen blev brugt til at evaluere højtemperaturpræstationen af ​​basisasfalt og lignin-modificeret asfalt.

3. Resultater og diskussionsresultater

3.1. Analyse af rheologiske egenskaber af lignin-modificeret asfalt

Testresultaterne af komplekst modul G* og fasevinkel δ for originale og forskellige aldrende asfaltprøver er vist i figur 2.

Som det ses i figur 2a,b, sammenlignet med den originale asfalt, steg kompleksmodulet af den modificerede asfalt på grund af tilsætningen af ​​lignin. Den lignin-modificerede asfalt viste tendensen til at reducere det komplekse forskydningsmodul og øge fasevinklen med stigningen i temperaturen, men den skiftende tendens blev gradvist fladet ud. Stigningen i lignin forbedrede ydeevnen ved høje temperaturer, men ændrede ikke temperaturfølsomheden, så temperaturen påvirkede den. Da asfalt er et temperaturfølsomt materiale, udviste det elasticitet, når temperaturen var lav, og omdannes gradvist til en viskøs strømningstilstand med stigningen i temperaturen.

Efter at have sammenlignet virkningerne af forskellige ligninindhold på basisasfaltens rheologiske parametre fandt vi, at for Maoming 70# basisasfalt førte tilsætningen af ​​for meget lignin overvejende til en stigning i viskøs modstand (intern friktion). Stigningen i viskositet skyldes det reducerede komplekse forskydningsmodul og den øgede fasevinkel. Det blev vist, at bøjningspunktet for de rheologiske parametre fremkom, når ligninindholdet var 9 procent, hvilket indikerer, at der var et optimalt ligninindhold.

For Donghai 90# asfalt viste den samme tendens sig dog ikke, og asfaltbinderens komplekse forskydningsmodul og fasevinklen steg henholdsvis lineært og faldt med stigningen i ligninindholdet.

Med stigningen i ligninindholdet, selvom den kolloide strukturtype af asfalt ikke ændrede sig, kan stigningen i asfaltens kolloide struktursammensætningsforhold have ført til ændringen af ​​dens fasestruktur [33]. Sammenlignet med Donghai 90# havde Maoming 70# en højere andel af asfaltener [34]. Derfor var asfaltenindholdet den grundlæggende årsag til, at de forskellige rheologiske parametre for de to basisasfalter ændrede sig med ligninindholdet.

Det kan ses i figur 2c,d, at det komplekse modul og fasevinklen for hver asfaltprøve viste forskellige grader af fald og stigning efter RTFO-ældning.

Med stigningen i ligninindholdet steg det komplekse modul af Maoming-asfalt først og faldt derefter, hvilket var det samme som før ældning. Fasevinklen var større end den oprindelige asfalt bortset fra indholdet på 15 procent. I mellemtiden steg og faldt det komplekse modul og fasevinklen af ​​Donghai-asfalt med stigningen i ligninindholdet.

I figur 2e,f var kompleksmodulet for Maoming-asfalt efter PAV-ældning modsat det for base- og RTFO-aldringsbindemiddelprøven og faldt med stigningen i ligninindhold, og fasevinklen af ​​Maoming lignin-modificeret asfalt var større end det af grundasfalten. Kompleksmodulet af Donghai lignin-modificeret asfalt var større end basisasfaltens, bortset fra asfalten med ligninindhold på 3 og 15 procent, hvilket var i overensstemmelse med RTFO-aldringstilstanden.

3.2. Analyse af PG-klassificering af lignin-modificeret asfalt

Sporfaktoren G*/sinδ blev brugt til at evaluere sporbestandigheden af ​​asfaltbindemidlet ved høje temperaturer. Jo større sporfaktor G*/sinδ, jo bedre modstandsdygtighed over for høje temperaturer, og jo stærkere er asfaltbinderens permanente deformationsmodstand. Figur 3 viser resultaterne for sporfaktoren G*/sinδ for hver asfaltprøve før og efter ældning ved 58~82 ◦C.

Som det ses i figur 3, steg sporfaktoren G*/sinδ-værdien af ​​de to slags asfalter før og efter ældning meget med stigningen i ligninindholdet, og den ligninmodificerede asfaltprøve med 15 procent ligninindhold for Maoming-asfalt viste den bedste anti-sporpræstation efter ældning, men PG højtemperaturkvaliteten ændrede sig ikke. Donghai-asfalt viste den stærkeste højtemperatur-sporbestandighed, når ligninindholdet var 15 procent før og efter ældning, og højtemperaturkvaliteten af ​​PG steg med et niveau ved dette indhold.

3.3. Complex Shear Modulus Aging Index af Lignin-modificeret asfalt

For yderligere at tydeliggøre ældningsgraden blev det komplekse forskydningsmodul-ældningsindeks G*AI i forskellige testtemperaturområder beregnet. G*AI-værdierne for forskellige bindemidler under RTFO- og PAV-ældningsbetingelserne er vist i figur 4.

Det kan ses i figur 4a,b, at G*AI for Maoming-asfalt under RTFO-ældning først steg og derefter steg med stigningen i ligninindholdet til værdier lidt mindre end basisasfaltens. G*AI for det ligninmodificerede asfaltbindemiddel med 9 procent ligninindhold var det laveste. RTFO-ældningsindekset G*AI for Donghai-asfaltbindemidlet havde ingen åbenlys regelmæssighed med stigningen i ligninindholdet, hvilket kan være ændringen i asfaltsammensætningen på grund af ældning. Det kan ses i figur 4c,d, at indekset G*AI under PAV-ældning ændrede sig i en parabolsk form med stigningen i temperaturen. Indekset G*AI for Maoming-asfalt med 9 procent ligninindhold under PAV-ældningsbetingelser var det laveste, hvilket var i overensstemmelse med RTFO-aldringsbetingelserne, hvilket indikerer, at tilsætning af lignin effektivt kunne forbedre modstandsevnen for Maoming-asfalt under PAV-ældningsbetingelser . G*AI-indekset for Donghai-asfalt med 12 procent ligninindhold var dog det laveste, hvilket var det samme som indekset under RTFO-aldringsbetingelserne. Det betød dog ikke, at den ikke havde nogen ældningsmodstand. Årsagen kan være, at denne metode ikke kunne karakteriseres godt, og den indikerede endvidere, at dens anvendelighed på asfalt med høj kvalitet ikke var signifikant. For at opsummere havde Maoming-asfalt med et ligninindhold på 9 procent den bedste anti-aging-effekt, og Donghai-asfalt med et ligninindhold på 12 procent havde den bedste anti-aging-effekt.

【For mere info: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】