Hiji cara anyar tina sepuh tina bitumen di laboratorium

Hiji cara anyar tina sepuh tina bitumen di laboratorium.

artikel nu ngajelaskeun prosés sepuh perlakuan ngamekarkeun ipis (300 microns) pilem pikeun période pondok tur lila. The anyar prosedur keur dimekarkeun salaku alternatip ka uji métode dipaké: rolling ipis pilem oven (RTFO) jeung sepuh tina tekanan (PAV). The anyar téhnik disebut basajan prosedur sepuh (basajan sepuh test, diuk), bisa dipaké keur beresih jeung dirobah bitumen emulsion sarta résidu. Saacanna palaksanaan program strategis studi jalan aya minat signifikan dina sepuh tina pilem ipis dina kaayaan statis. Sanajan kitu, prosedur sepuh jangka pondok diadopsi RTFO, sakumaha keur nguji beam rheometer bending diperlukeun angka nu gede ngarupakeun aspal yuswa. Kusabab nyoko standar saperti padika a RTFO dicirikeun sababaraha masalah mun anjeun coba nerapkeun eta ka sepuh tina binders kacida dirobah. Kalawan hal ka haneut campuran RTFO metoda di handap hawa (simulasi low manufaktur suhu) meureun maksa tangtu larangan dina rolling pilem keur seragam sepuh tina bahan. Plastometer nembe ngembangkeun operasi kana prinsip geser dinamis (DSR) kalayan 4-mm pelat paralel ngamungkinkeun nguji dina suhu nepi ka -40 ° C, merlukeun ukur 25 mg map, sarta ngidinan keur estimasi m-nilai jeung bias rigidity pikeun bending beam rheometer. Ngagunakeun téhnik ieu ditéang jeung diuk nangtukeun rheology of bitumens, istilah pondok atawa panjang umur sahandapeun hawa tiis tur sedeng. Sajaba ti éta, aya bahan cukup umur pikeun jenis rheometer DSR kalawan 25mm pelat. Diuk metodologi eliminates masalah "rolling" sampel pikeun polimér-dirobah asphalts tur haneut. Salila tés tina sawatara jenis aspal geus ditandaan diuk waktu prosedur na sepuh sarimbag hawa keur parameter ieu lamun ngagunakeun RTFO sarta prosedur PAV.

perkenalan

Solidification on sepuh dina pangaruh oksidasi - prosés anu lumangsung nalika peletakan campuran panas, kitu ogé mangsa siklus hirup tina beungeut jalan. Ieu greatly pangaruh kinerja palapis sapertos rutting, cracking na delamination na, sabab hasilna, durability. modeling solidification sahiji sepuh dina kondisi laboratorium téh penting pisan pikeun ngembangkeun spésifikasi dumasar kana ciri kinarya. Ieu ulikan ngajelaskeun hiji anyar metoda oksidasi sahiji test ipis pilem sampel, nu mere hasil sarua jeung standar prosedur rolling ipis pilem oven (RTFO, ASTM D2872 metoda) jeung sepuh dina chamber dina tekenan (PAV, ASTM D6521 metoda) tina murni bitumen. Achieving bakal mastikeun efektivitas teh test pilem ipis (sababaraha ratus nm) - téhnik dimekarkeun nembe rheometer nurutkeun prinsip geser dinamis, nu nyandak nguji tina sampel dina suhu nepi ka -40 ° C, merlukeun ukur 25 mg tina sampel, sarta ngawengku hiji adjustment keur deformasi dina alat [1 ].

Prosedur test bitumen pilem ipis dina tungku anu diwangun dina 60s mimiti Hveem [2] sarta geus ditarima di ASTM 1970 taun. Salila palaksanaan lalulintas Program strategis ngulik eta geus dipilih salaku standar pikeun modeling pondok curing sepuh nu lumangsung nalika paving. Ayeuna, téhnik nu digunakeun dina spésifikasi of bitumen Superpave.

Utama Kauntungannana téhnik tina ipis pilem ngeunaan bitumen dina oven di test rotasi (RTFOT) sateuacan ipis pilem oven test di statik (TFOT, ASTM D1754 Métode) ngampar dina kanyataan yén salila puteran kaca peti maksudna subjected ka sepuh ageung wewengkon sampel permukaan. Sanajan kitu, jumlah tina rotations jeung pangaruh dina seger sampel permukaan beda- beda tergantung kana viskositas bitumen saméméh nguji, sarta parobahan viskositas salila uji. Motional na Pergaulan anu bitumen dina flasks ogé nyusahkeun ku modifikasi polimér-bitumen. Ngurangan RTFO hawa test pikeun oksidasi modeling kajadian dina produksi campuran haneut, ngabalukarkeun kasusah sarupa.

Ngurangan atawa ngaleungitkeun rotasi jilid rotasi nalika diuji ku metoda RTFO pikeun bitumen kacida dirobah - masalah nu geus dipikawanoh sababaraha [3] taun. Bahía [3] diusulkeun pikeun ngajawab eta ku dipping a rod baja kana flask jeung sahingga méré pilem sumebar. Percobaan anu dilakukeun ku Federal Jalan Raya Administrasi sarta Tenggara pabrik asphalts group némbongkeun yén rod baja ngurangan tingkat bitumen sepuh (sakumaha dirobah sarta unmodified) jeung nyumbang kana leakage of bitumen (duanana jenis) ti [4] flasks. Sanajan baja rod teu nyumbang kana leakage of bitumen ti flask, anu polimér-dirobah bitumens anu remen aliran ngaliwatan bohlam wilayah, sanajan batang henteu. Alesan keur kieu - Weissenberg pangaruh (angkat visco-elastis cair dina puteran rod) [5]. Hal ieu dianggap yen gaya elastis (manjang ti ranté polimér), disababkeun ku rotasi anu bulbs kaca, hasilna arah vertikal positif gaya nu ngabalukarkeun kebangkitan bitumen dina tembok jero flask kana.

Solusi tina masalah ieu éta dasar karya ti Kulon Research Institute (WRI) kana metoda anyar-istilah pondok tur sepuh jangka panjang, nu mangrupakeun sepuh prosedur basajan (diuk) geus disebut. Manehna teh devoted ka artikel ieu.

Ku metodologi Sap, sakumaha alternatif pikeun standar RTFO na RTFO / PAV, dibere sarat di handap:

1) Derajat sepuh kedah janten sarua jeung nu metoda RTFOT. Salami spésifikasi Superpave nu dumasar kana hasil tés RTFOT, sagala téhnik anyar kudu sasuai jeung prosés sepuh RTFOT pikeun bitumen murni.

2) Carana gampang, teu kudu ngabersihan flasks. Tes prosedur maksudna pikeun ngidinan pondok-istilah panempatan tina yuswa sampel langsung kana oven salila lila-istilah sepuh.

3) Jumlah bitumen kedah cukup pikeun nangtukeun kelas tina penetrasi indéks (SHRP PG) jeung pedaran ti kimia komposisi.

4) Lamun nempatkeun atawa ngurangan sampel kudu dipaké pangleyur, nu utamana penting pikeun bitumens polimér-dirobah.

5) The ketebalan pilem kedah low dina urutan pikeun ngaleungitkeun masalah difusi oksigén, aya dina sampel test dina kaayaan cicing (TFOT).

6) Teknik kudu ngidinan pikeun ngurangan hawa pikeun simulate kaayaan produksi, campuran haneut.

7) waktos Test kudu kurang atawa test RTFO RTFO / PAV.

8) métode kedah béaya rendah.

9) A téhnik kudu ngidinan sepuh film tina résidu emulsion.

sepuh oksidatif sahiji pilem (ketebalan pilem ku sababaraha ratus microns) nyaéta bisa papanggih sakabéh sarat di luhur, tapi pikeun tés saterusna tina bitumen diperlukeun pikeun SHRP luas muka nu kacida gedéna tina sampel. Dina sababaraha hal, masalah janten tés kalawan bending rheometer beam, saprak pikeun tiap teken sampel nyandak 15 gram bitumen, sarta sampel ieu butuh sababaraha. test SHRP di sedeng jeung hawa tinggi anu dilaksanakeun dina sareng geser rheometer dinamis (DSR), nu merlukeun ngan sababaraha gram bitumen.

Eta geus disebutkeun yén penemuan rheometer kalawan shift dinamis (DSR) sareng 4-mm pelat paralel ngamungkinkeun nguji dina suhu turun ka -40 ° C, merlukeun ukur 25 mg map jeung ngamungkinkeun pikeun evaluate nu m-nilai na rigidity kapindahan [6] pikeun curving rheometer beam. Salajengna bakal dibéré leuwih jentre ngeunaan téhnologi ieu. Kombinasi na jeung metoda pilem sepuh - RTFOF Métoda. Saterusna, sanggeus test nyaeta bitumen kacukupan keur tés SHRP di low, sedeng sarta suhu luhur.

Panalungtikan sarta ngembangkeun tés anyar dina dékade panungtungan, utamana boga tujuan di handap:

a) Nyiapkeun tes sanggeus sababaraha gram bitumen pikeun tés salajengna dina rheometer beam bending;

b) Pikeun ngajawab masalah bitumen nyérélék kaluar ti flask salila uji RTFO;

c) Pikeun ngajawab masalah rolling polimér-dirobah bitumen keur test RTFOT.

Conto bisa ngawula metodeu di handap ieu: Test dina sepuh tina puteran silinder (RCAT) [7], hiji dirobah Jerman spinner flask (MGRFT) [4], dina test jeung ventilasi kapaksa (SAFT) [8].

bagian Bahan eksperimen

Rheometer keur prinsip geser dinamis ka 4 mm pelat paralel

Kontroversi ngeunaan gliserol modul dina glassy kaayaan (GG) Ngalakukeun Schröter [9] dimekarkeun metoda pikeun kasalahan koreksi ti dinamis geser rheometer, na fittings na piring. Sui [1] dilarapkeun ka adjustment tina ukuran tina bitumen geser dinamis dina suhu low (~ 5 ° C ... -40 ° C) dina 4-mm pelat paralel sareng gap tina 1,7 mm (dina artikel, metoda ieu disebut salaku 4-mm geser dinamis rheometer ).

Dina frékuénsi low (suhu luhur) bitumen malleable, sarta koreksi kasalahan nyaeta alat negligible. Di luhur frekuensi (low suhu) ngahasilkeun variasina, jeung dina urutan keur nangtukeun leres nilai tina modul ngeunaan regas narekahan bitumen Ngukur geser rheometer adjustment lumaku.

Pikeun test merlukeun ukur 25 mg bahan (dina praktekna - kira 150 mg pikeun pembuatan pola sample), nu sababaraha ordo gedena PPN leuwih handap dipikabutuh pikeun ngahasilkeun test bar dina rheometer beam bending.

Preconditioning sampel anu diperlukeun. Bookmark di rheometer dilumangsungkeun dina hawa rélatif low (60-70 ° C).

Dina ieu pangajaran, ulikan ngeunaan rheological sipat dilumangsungkeun maké 4-mm dinamis geser rheometer. M-nilai jeung geser stiffness S (t) anu diperkirakeun ngaliwatan korelasi ku 4-mm rheometer geser dinamis dirancang Sui [6]. Metodeu Sui base kurva sudut, sarta rélaxasi modulus geser stress G (t) pikeun 2 jam correlated kalawan saluyu nilai S (t) jeung m pikeun 60 detik dina suhu 10 ° C di luhur teh leres low hawa pikeun dibikeun kelas, dicandak salaku hasil tina ukur dina rheometer ku beam bending. Métode Sui robah ku cara ngukur sudut inclination jeung gedéna G (t) pikeun 60 detik dina suhu 10 ° C luhur suhu kelas tina SP. Rheology di sedeng jeung low hawa ieu diukur dina pelat 8 mm diaméterna sarta 25 mm.

Konversi silih of a dinamis elastis modulus G '(ω) dina modul rélaxasi dieksekusi ku persamaan pendekatan diturunkeun Christensen [10]:

G (t) ~ G '(ω) | ω = 2 / πt

Ukuran dinamis geser moduli anu dipigawé dina puteran dinamis geser rheometers na Malvern Kinexus TA ARES. Maca nyapu frékuénsi ieu dilumangsungkeun dina interval tina 15 ° C di rentang ti -30 nepi + 45 ° C kalawan sudut rentang frekuensi tina 0,1 nepi 100 rad / detik. Dina hawa low, frekuensi tinggi wates nyapu ieu lowered ka 50 rad / detik.

Téhnologi aplikasi 4mm dinamis geser rheometer bisa dipaké "dina widang" kanggo analisa microsamples di evaluating sipat kinerja bahan tina palapis jeung analisis kana nerangkeun sipat rheological of bitumen na reclaimed map di sedeng jeung low hawa, pikeun nerangkeun rheology tina endapanana emulsion jeung bahan pikeun ngeusian retakan kitu ogé pikeun ngembangkeun métode test tina hiji pilem ipis - objek artikel ieu.

spéktroskopi infra red

Analisis IR ieu dilumangsungkeun dina modeu "transmisi" dina sél 1.0 mm kalawan sampel 50 mg bitumen dina 1 ml disulfida karbon. 32 scan siklus anu dipigawé Equipment: Perkin Elmer Spéktrum 100, resolusi 4 cm-1.

bahan

Méja 1 ngajelaskeun jenis bitumen ditalungtik. Sampel anu dicokot tina tank salila karya pangwangunan jalan. Tilu ti opat binders disiapkeun situs test di Rochester, Minnesota, Amérika Sarikat (diwangun taun 2006). Aspal "MV" (Manitoba) disiapkeun kalawan test polygon campuran haneut di Manitoba, Kanada, diwangun dina 2010 taun.

Hasil na Diskusi

Ngembangkeun diuk téhnik, ngabandingkeun na jeung RTFO na RTFO / PAV

Eta kudu inget yén pamanggih teu diuk anyar. Sepuh ipis bitumen film keur simulate pondok tur panjang istilah oksidatif sepuh, nu lumangsung dina sabenerna operasi, lega neuleuman keur kaliwat 70 taun. Analisis di sumber spent Airey [11].

Ngembangkeun metoda diuk téh keur reureuh jeung adaptasi studi nu aya di sepuh film ipis, hususna, studi Glover [8, 12] sarta Petersen [13]. The pelengkap pikeun pamakéan a 4-mm geser dinamis rheometer nu ngamungkinkeun urang mertimbangkeun téhnik ieu salaku alternatif RTFOT.

Dina ngamekarkeun hiji masalah diuk éta nyadiakeun éta ketebalan pilem minimum jeung kukituna ngurangan éfék difusi. Ngaliwatan trial and error ieu dipilih ketebalan 300 nm, sahingga nyadiakeun hiji pilem ipis tanpa ngagunakeun pangleyur a. Volume sampel pikeun panalungtikan rheological jeung kimia geus faktor ngawatesan sejen.

protokol test diuk disebut dina Table 2: The test jangka pondok pikeun campuran aspal haneut dina 130 ° C pikeun 50 menit dina oven jeung niup dipaksa. Protocol awal, saprak gawe ayeuna kami geus ngan dimimitian dibandingkeun sepuh dipigawé nurutkeun protokol na sepuh, nu sabenerna lumangsung dina jalan mana nu tumpuk campuran haneut.

Gbr. 2 nembongkeun alat anyar dikembangkeun pikeun sepuh jangka panjang short- na tina pilem ipis metoda diuk. Piring 3 ngabogaan slot pikeun sepuh tina 3 film béda, masing-masing sahijina merlukeun 1,00 g bitumen, anu méré ketebalan pilem ngeunaan approx. 300 nm.

Persiapan film ipis test bitumen anu dipigawé saperti kieu. kotak digawé di pressurized, ngeusi nitrogén, anu ditempatkeun hiji dipanaskeun (ngeunaan 120 ° C) ngadeg, tur méré hiji test plat diuk (bitumen). Lamun dipanaskeun nepi ka 120 ° C nyebar ka bitumen salila kira 2/3 tina aréa permukaan piring. bitumen spatula geus nyebarkeun leuwih sesa plat permukaan, lajeng ninggalkeun eta dina kotak pikeun sababaraha menit lumangsung bitumen beungeut pilem alignment. Lajeng piring anu dikaluarkeun tina panas jeung diwenangkeun nangtung dina chamber ngeusi nitrogén pikeun niiskeun ka suhu kamar (23 ° C).

Piring tungtung ieu dibor liang pikeun panempatan of a thermocouple kalawan nu suhu kacatet dina tungku kalayan niup dipaksa. Piring ieu disimpen dina preheated aluminium blok nu nyadiakeun gancang panas tina test panel dina oven. Gbr. 3A nembongkeun data dina suhu dina tungku nu (a data thermocouple dina piring). Pendaptaran ieu dipigawé pikeun 50 menit, anu suhu tungku - 150 ° C. Suhu piring naek pesat tina ambient mun ngeunaan 140 ° C jeung ngahontal 146 ° C sanggeus 50 menit.

Skéma of-istilah pondok tur sepuh jangka panjang anu dipidangkeun dina Gbr. 3B. Diménsi piring nu dipilih supaya piring bisa diselapkeun kana ngawadahan baki pressurized sepuh baku.

Ieu kapanggih yén uji pilem ketebalan 300 nm pikeun kira 40 jam dina oven kalawan kapaksa niup dina 100 ° C jeung tekenan 0,74 atm masihan hasil saluyu PAV baku (ASTM D6521) pikeun pilem ngeunaan 3.2 mm kandel test dina 20 atm dina baki baku. Lilana 40 jam téh perkiraan, sabab aya bédana dina tekanan dina bitumens sepuh [14]. Sepuh teh pilem kandel 300 nm dina hiji wadah dina tekenan 20 atm keur 8 jam dihasilkeun ngan tingkat sepuh dina uji standar ku baki sarta ketebalan pilem nurutkeun spésifikasi.

Pikeun nangtukeun waktu perkiraan tur hawa di mana éta sepuh simulated, comparable kalawan yén sahiji standar na RTFO RTFO / PAV, spéktroskopi IR ieu dipaké. projections awal éta lajeng dibandingkeun jeung kasaksian analisis rheological. Contona, dina Gbr. 4A nempokeun perbandingan ti IR spéktra (Sap, RTFO, RTFO / PAV) bitumen "MV" dina protokol didaptarkeun di Table 2. Dina Gbr. 4B mintonkeun data analisis rheological pakait - komplek geser modulus G * (ω). Ieu bisa ditempo yén spéktra pisan sarupa.

Babandingan IP na rheology

Méja 3 nembongkeun perbandingan of bitumen SP umur pikeun téknologi RTFO, RTFO / PAV sarta diuk. Geus kapanggih yén dina jangka pondok jeung sepuh jangka panjang hasil diala maké téknologi béda téh di perjangjian alus.

Metoda diuk boga dampak signifikan dina bitumen IP (kaasup protokol nguji ST diuk HMA lt FDO, nu mungkin beda jeung kaayaan di test ST diuk lt PAV na RTFO / PAV alatan béda tekanan. Hasilna pisan sarupa.)

Perbandingan dina SP low (m-nilai), sedeng (G * / sinδ) jeung luhur (G * / sinδ) hawa mun métode Sap, RTFO na RTFO / PAV ditémbongkeun mungguh di Gbr. 5, 6 jeung 7. Lamun analisa SP dina suhu low nembongkeun ngan m-nilai salaku bitumens anu diulik m-dikawasa. Nilai nu dibikeun ku hiji akurasi hiji operator ku ASTM (d2s%). Contona, katepatan tina hiji operator tunggal m-panggedena di ASTM D6648-08 nyaéta 4.0%.

Kasalahan keur salah sahiji operator ngarupakeun nilai keur percobaan dipigawé dina hiji operator tunggal dina hiji rheometer laboratorium. Tilu ti opat rupa bitumen minuhan tingkat nyatakeun ngeunaan akurasi, nu hartina data rheology diala ku metodeu nu diuk, sarta RTFO RTFO / PAV comparable.

Persentase robah di Massa

Persen robah beurat ti prosedur RTFO sepuh ieu diukur nurutkeun métode AASHTO T240. Parobahan beurat dina metoda sepuh pondok pikeun diuk diukur kitu, i.e., Massa robah bitumen ieu ditembongkeun salaku persentase tina massa aslina. Leungitna massa téh négatip, kanaékan éta - a positif. leungitna beurat ieu mindeng ditempo dina mangsa RTFOT test, najan nambahan oge mungkin [15]. parobahan ngabandingkeun dina beurat salila uji tina diuk na RTFO métode disebut dina Table 4.

Dua aspal dina bédana persentase robah beurat nyaeta negligible. tés séjén bisa ditempo yén metoda diuk téh leungitna beurat gede ti RTFO, sanajan ngan saeutik. Pikeun ngeceskeun yen diuk téh statistik béda ti RTFO hiji titik leungitna beurat of view, merlukeun percobaan tambahan.

kacindekan

Di Panalungtikan ngeunaan babandinganana bitumen murni némbongkeun yén métode diuk mere hasil comparable kalawan hasil tés dina standar na RTFO RTFO / PAV ti sudut pandang tina rheology, sarta ka extent Lesser comparable salila tés pikeun dékomposisi tina karbonil na sulfoxide.

Kombinasi tina metoda jeung tés diuk di 4 mm rheometer geser dinamis jeung pelat paralel nangtukeun pasipatan rheological na parameter spésifikasi (m-nilai na stiffness geser) dina hawa tiis. Pikeun ngalaksanakeun sepuh jangka pondok dina metoda diuk nyokot ukur 50 menit, nu 35 menit kirang ti diperlukeun pikeun RTFOT baku.

Langkung importantly, keur jangka panjang nu sepuh dina tekenan dina wadah ku metoda diuk diperlukeun 8 jam, pikeun 12 jam dihareupeun standar diperlukeun pikeun uji PAV. Ayeuna, karya keur dijalankeun pikeun aplikasi metoda keur diuk polimér-dirobah bitumen emulsion endapanana pulih bitumen, kitu ogé pikeun modeling sahiji sepuh oksidatif nu lumangsung di tutuwuhan fabrikasi campuran haneut.

Unggal pelat metoda test diuk ngamungkinkeun pikeun ménta 3 g tina bitumen yuswa. Ieu cukup pikeun ngajelaskeun sipat rheological jeung kimia di low, sedeng sarta luhur suhu. Lamun perlu tambahan map yuswa bisa disiapkeun jeung subjected ka sepuh dina waktos anu sareng sababaraha pelat.

Artikel: A cara anyar tina sepuh tina bitumen di laboratorium.

Apkalimov Denis, LLC "EPC" rotor "