Vliv režimu tepelného kyslíkového stárnutí na reologické vlastnosti a kompatibilitu ligninem modifikovaného asfaltového pojiva pomocí dynamického smykového reometru, část 1

Abstraktní: Lignin se v přírodě vyskytuje hojně. Použití ligninu v průmyslu asfaltových vozovek může zlepšit výkonnost vozovky a zároveň účinně optimalizovat náklady na výstavbu vozovky. Účelem tohoto článku je studovat vliv ligninu na vlastnosti asfaltu proti stárnutí. Komerční lignin byl vybrán pro přípravu ligninem modifikovaného asfaltového pojiva. Vlastnosti ligninem modifikovaného asfaltu byly studovány reologickými experimenty. Vysokoteplotní reologické vlastnosti dvou druhů základního asfaltu a vzorků modifikovaného asfaltu s různým obsahem ligninu za tří podmínek původního stárnutí ve válcovací tenkovrstvé peci (RTFO) a tlakové nádobě na stárnutí (PAV) byly testovány a analyzovány teplotním rozmítáním. , testy frekvenčního rozmítání a vícenásobné zotavení ze stresu (MSCR). Porovnáním variačních zákonů hodnotících indikátorů, jako je komplexní modul ve smyku G*, fázový úhel δ, index proti stárnutí, kumulativní deformace a viskózní složka Gv, jsme zjistili, že lignin může účinně zlepšit stabilitu základního asfaltu při vysokých teplotách, ale poškodilo to problémy s kompatibilitou základního asfaltu. Mezitím hrál lignin plnící roli v základním asfaltu a zvýšení viskozity bylo základním důvodem pro zlepšení stability základního asfaltu při vysokých teplotách. Výsledky výzkumu ukázaly, že lignin by mohl účinně zlepšit vlastnosti asfaltu proti stárnutí a hrát pozitivní roli v prodloužení životnosti vozovky.

Glykosid cistanche může také zvýšit aktivitu SOD v srdeční a jaterní tkáni a významně snížit obsah lipofuscinu a MDA v každé tkáni, účinně zachycovat různé reaktivní kyslíkové radikály (OH-, H₂O₂ atd.) a chránit před způsobeným poškozením DNA. OH-radikály. Cystanche fenylethanoidové glykosidy mají silnou schopnost vychytávání volných radikálů, vyšší redukční schopnost než vitamín C, zlepšují aktivitu SOD v suspenzi spermií, snižují obsah MDA a mají určitý ochranný účinek na funkci membrány spermií. Polysacharidy Cistanche mohou zvýšit aktivitu SOD a GSH-Px v erytrocytech a plicních tkáních experimentálně senescentních myší způsobených D-galaktózou, stejně jako snížit obsah MDA a kolagenu v plicích a plazmě a zvýšit obsah elastinu. dobrý čisticí účinek na DPPH, prodlužuje dobu hypoxie u senescentních myší, zlepšuje aktivitu SOD v séru a oddaluje fyziologickou degeneraci plic u experimentálně senescentních myší Experimenty prokázaly, že Cistanche má dobrou antioxidační schopnost s buněčnou morfologickou degenerací a má potenciál být lékem k prevenci a léčbě nemocí stárnutí kůže. Zároveň má echinakosid v Cistanche významnou schopnost vychytávat volné radikály DPPH a dokáže vychytávat reaktivní formy kyslíku, bránit volnými radikály indukované degradaci kolagenu a má také dobrý opravný účinek na poškození aniontů volnými radikály thyminu.

Klikněte na Cistanches Herba

【Další informace: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:{0}}】

1. Úvod

Asfalt jako viskoelastický materiál tvoří v mnoha zemích velký podíl vysoce kvalitních silničních povrchů díky svému vynikajícímu výkonu a jízdnímu komfortu. Asfalt má však zjevné nedostatky, jako je citlivost na vysoké teploty a snadné měknutí při vysokých teplotách. Při nízkých teplotách snadno zkřehne a nemusí splňovat požadavky na vysoce kvalitní dálnice. Nedostatečná stabilita při vysokých teplotách způsobená stárnutím je také problémem silničního průmyslu. Adheze mezi asfaltem a kamenem a jev stárnutí asfaltu působením tepla a kyslíku ovlivňuje kvalitu a životnost asfaltu na vozovkách [1–5]. V procesu vysokoteplotní výroby, skladování, přepravy a zpracování přichází asfalt snadno do kontaktu se vzdušným kyslíkem, což má za následek krátkodobé stárnutí. Nejdůležitějším typem stárnutí je termooxidační stárnutí. Termooxidační stárnutí může vést ke změnám v chemickém složení a molekulární struktuře asfaltu a také se mohou změnit teplotní senzory; navíc různé modifikované asfalty mají různé účinky stárnutí. Dlouhodobé vystavení zvýšeným teplotám také vede ke zvýšení viskozity asfaltového pojiva a ke změnám jeho viskoelastických charakteristik [6]. V současné době je asfalt modifikovaný blokovým kopolymerem styren-butadien-styren (SBS) široce používán v Číně a dalších zemích. SBS může výrazně zlepšit výkonnost asfaltu a asfaltových směsí při vysokých teplotách a proti stárnutí [7–9], ale asfalt modifikovaný SBS je drahý [10].

Lignin, druhá nejhojnější obnovitelná přírodní polymerní sloučenina v přírodě po celulóze, je aromatický polymer obsahující ve své molekulární struktuře oxyfenylpropanol nebo jeho odvozené strukturní jednotky [11]. Lignin lze nejen použít ve fenolových pryskyřičných materiálech [12–14], epoxidových pryskyřičných materiálech [15–17] a polyuretanových materiálech [18–20] místo surových ropných chemických materiálů, ale lze jej také smíchat s polymerními materiály. zvýšit mechanické vlastnosti [21], tepelnou stabilitu [22], ochranu proti stárnutí (oxidaci) [23] a zpomalení hoření [24] polymerních materiálů. V posledních letech se široce používá v plastech [25], lepidlech [26] a dalších oborech. Wu a kol. [27] analyzovali ligninem modifikovaný asfalt infračervenou spektroskopií (FTIR) a diferenciální skenovací kalorimetrií (DSR) a poukázali na to, že přidání ligninu může významně zpomalit proces stárnutí asfaltu a zvýšit tepelnou degradaci ligninem modifikovaného asfaltu. po stárnutí. Mezitím se zlepšila stabilita a odolnost proti trhlinám při nízkých teplotách v procesu stárnutí. Gao a kol. [28] studovali vysokoteplotní reologické chování a únavové vlastnosti ligninem modifikovaných asfaltových pojiv. Výsledky ukázaly, že přidání ligninu zlepšilo viskozitu a odolnost asfaltu proti deformaci za vysokých teplot při různých rychlostech otáčení. Batista a kol. [29] vlastnosti ligninem modifikovaného asfaltového pojiva při vysokých teplotách, nízkých teplotách a stárnutí. Výsledky ukázaly, že lignin přispívá ke zlepšení odolnosti asfaltového pojiva proti vyjíždění při vysokých teplotách a odolnosti proti trhlinám při nízkých teplotách. Xu a kol. [30] studovali reologické vlastnosti a vlastnosti proti stárnutí ligninem modifikovaného asfaltového pojiva. Výsledky ukázaly, že přidání ligninu pomohlo inhibovat tvorbu karbonylových funkčních skupin v asfaltovém pojivu po procesech stárnutí RTFO a PAV. To naznačuje, že lignin může být použit jako modifikátor antioxidantu. Přídavek ligninu však poškozuje odolnost asfaltového pojiva proti únavě.

Závěrem lze říci, že lignin může účinně zlepšit stabilitu asfaltu při vysokých teplotách a odolnost proti stárnutí. Vysokoteplotní reologické vlastnosti ligninem modifikovaného asfaltu při různých účincích stárnutí by však měly být dále studovány.

V tomto článku byly pomocí dynamického smykového reometru (DSR) analyzovány vysokoteplotní reologické vlastnosti dvou druhů vzorků základního asfaltu a modifikovaného asfaltu s různým obsahem ligninu ve třech stavech původního, krátkodobého stárnutí a dlouhodobého stárnutí. teplotní rozmítání, frekvenční rozmítání a opakování testu tečení. Komplexní modul smyku G*, fázový úhel δ, index proti stárnutí, kumulativní deformace, viskózní složka Gv a další ukazatele byly použity ke studiu chování při stárnutí ligninem modifikovaného asfaltu.

Podrobný plán dokončený v tomto dokumentu je znázorněn na obrázku 1.

2. Materiály a metody

2.1. Suroviny

2.1.1. lignin

Komerční lignin použitý v tomto dokumentu byl vyroben Jinan Yanghai Chemical Co., Ltd. (Jinan, Čína). K testování byl použit lignin, který prošel sítem 200-mesh, a jeho hlavní technické ukazatele, molekulová hmotnost a parametry pyrolýzy jsou uvedeny v tabulce 1. Mezi nimi výrobce poskytl indikátor ligninu. Molekulová hmotnost ligninu byla stanovena gelovou chromatografií Agilent pl-gpc50 a pyrolytický test byl proveden pomocí synchronního termogravimetrického analyzátoru Mettler Toledo TGA/sdta851.

2.1.2. Asfalt na bázi

V tomto článku byly pro související experimenty použity asfalt Maoming 70# a asfalt Donghai 90#. Výsledky testů různých vlastností jsou uvedeny v tabulce 2.

2.2. Příprava ligninem modifikovaného asfaltu

Vysokorychlostní stroj na emulgaci smykové disperze (BME 100L) vyrobený společností Shanghai Weiyu Co., Ltd. (Shanghai, Čína) byl použit pro přípravu ligninem modifikovaného asfaltu. Základní asfalt se zahřál na 150 ◦C a nějakou dobu se udržoval a po průchodu 200-sítkem byl lignin rovnoměrně a pomalu přidáván do základního asfaltu v dávkách během procesu nízkorychlostního stříhání pro předběžné disperze. Poté byla rychlost vysokorychlostního stříhacího stroje postupně zvyšována z nízké rychlosti na 5000 ot/min a následně stříhána po dobu 1 hodiny. Po střihu byla nádoba na vzorek obsahující směs ligninu a matricového asfaltu vložena do pece s konstantní teplotou 120 ◦C na 1 hodinu a příprava ligninem modifikovaného asfaltu byla dokončena. V tomto experimentu bylo připraveno pět druhů ligninem modifikovaných asfaltů s různým obsahem ligninu (3, 6, 9, 12 a 15 procent). Asfalty Maoming byly označeny jako MM-3, MM-6, MM-9, MM-12, MM-15; Asfalty Donghai Maoming byly označeny jako DH-3, DH-6, DH-9, DH-12, DH-15; zatímco základní asfalt byl označen jako MM-0 a DH-0. Byl vyvinut při 120 ◦C po dobu 1 hodiny a porovnán se základním asfaltem pro studium vlivu jeho vysokoteplotních reologických vlastností a vlastností stárnutí.

2.3. Příprava stárnoucích vzorků

Podle JTGE {{0}} „Highway Asphalt and Asphalt Mixture Test Regulations“, test rotační filmové pece (T 0610-2011) a test zrychleného stárnutí asfaltu v tlakovém stárnutí kontejneru (T {{2} }) byly provedeny. Nejprve bylo do skleněných lahví nalito 35 ± 0,5 g smoly, teplota RTFOT byla udržována na 163 ◦C a doba byla 85 min. Vzorky stárnuté RTFO byly připraveny pro následné testování. Vzorková deska s 50 ± 0,5 g ligninem modifikovaného asfaltu byla vložena do boxu dlouhodobého stárnutí PAV, teplota byla nastavena na 100 ◦C, přídržný tlak byl 2,1 MPa a doba stárnutí byla 20 hodin.

2.4. Index návrhu a hodnocení testu

2.4.1. Snímání teploty a test frekvenčního rozmítání

Teplotní a frekvenční rozmítací testy asfaltu byly provedeny pomocí dynamického smykového reometru DHR{{0}}. Zkouška teplotního rozmítání byla přijata pomocí metody řízení deformace s 12 procenty cílové hodnoty deformace a 10 rad/s frekvence zatěžování a rozsah testovacích teplot byl 30~100 ◦C s 2 ◦C mezi intervaly vzorkování. Ke studiu viskoelastických vlastností modifikovaného asfaltu byl použit frekvenční rozmítací test. Teplota frekvenčního rozmítání byla 30 a 60 ◦C, frekvenční rozsah byl 0,1~100 rad/s a amplituda deformace byla 0,5 procenta. Mezi nimi byl původní asfalt a asfalt po stárnutí v rotační filmové peci snímán paralelní deskou o průměru 25 mm a roztečí 1 mm a asfalt po tlakovém stárnutí byl snímán paralelní deskou o průměru 8 mm a roztečí 2 mm.

2.4.2. Hodnocení indexu stárnutí

Analýza účinnosti stárnutí založená na vysokoteplotní reologii byla vyhodnocena pomocí komplexního indexu stárnutí ve smyku (G * AI) a konkrétní výpočetní vzorec je uveden ve vzorci (1) [31]. Rozsah provozních teplot byl 46~82 ◦C a interval vzorkování byl 6 ◦C.

2.4.3. Opakujte test tečení

V současné době byl pro hodnocení vysokoteplotních vlastností asfaltu a modifikovaného asfaltu přijat multi-stresový test opakovaného tečení (MSCR) AASHTO MP19- 10 [32]. V tomto článku byl test opakovaného namáhání při tečení proveden zatěžováním po dobu 1 s, odlehčením po dobu 9 s a bylo provedeno 100 cyklů procesu obnovy při tečení. Zkušební teplota byla 64 ◦C a zkušební napětí bylo 300 Pa. Viskozitní složka byla získána pomocí Burgersova modelu. Rovnice Burgersova modelu byla rozdělena do dvou rovnic; jedna byla rovnice režimu napětí-relaxace pro vstupní konstantní napětí a druhá byla rovnice režimu tečení-zatěžování s konstantním vstupním napětím. Obě rovnice lze vypočítat pomocí inverzních transformací a Laplaceových transformací. V tomto dokumentu byla přijata rovnice režimu zatěžování tečením a rovnice Burgersova fitování byla formulována jako (2):

Zde je ε(t) kumulativní deformace při tečení vzorku asfaltu; σ0 je zatížení při zkoušce asfaltu; η1 a E1 představují koeficient tlumení a modul pružnosti v Maxwellově modelu; η2 a E2 představují koeficient tlumení a modul pružnosti v Kelvinově modelu; t je doba načítání; E1 odráží elastickou schopnost zotavení asfaltu při vysoké teplotě; η1 je viskozitní koeficient odrážející nevratnou deformaci, která souvisí s viskozitním deformačním koeficientem asfaltu; E2 a η2 odrážejí působení zatížení při dlouhodobém zatížení a při pokojové teplotě, což odráží schopnost asfaltu zpomalit elastickou obnovu deformace. V této studii je η1 viskózní část Gv tuhosti při tečení. Zkouška byla přijata pro hodnocení vysokoteplotních vlastností základního asfaltu a ligninem modifikovaného asfaltu.

3. Výsledky a výsledky diskuse

3.1. Analýza reologických vlastností ligninem modifikovaného asfaltu

Výsledky zkoušek komplexního modulu G* a fázového úhlu δ pro původní a různě stárnoucí vzorky asfaltu jsou uvedeny na obrázku 2.

Jak je vidět na obrázku 2a,b, ve srovnání s původním asfaltem se komplexní modul modifikovaného asfaltu zvýšil v důsledku přidání ligninu. Ligninem modifikovaný asfalt vykazoval trend snižování komplexního modulu ve smyku a zvyšování fázového úhlu s nárůstem teploty, ale měnící se trend se postupně zplošťoval. Zvýšení ligninu zlepšilo výkon při vysokých teplotách, ale nezměnilo citlivost na teplotu, takže to ovlivnila teplota. Jelikož je asfalt materiál citlivý na teplotu, vykazoval elasticitu, když byla teplota nízká, a postupně se s nárůstem teploty transformoval do viskózního stavu.

Po porovnání účinků různých obsahů ligninu na reologické parametry základního asfaltu jsme zjistili, že u základního asfaltu Maoming 70# vedlo přidání příliš velkého množství ligninu převážně ke zvýšení viskózního odporu (vnitřního tření). Zvýšení viskozity bylo výsledkem sníženého komplexního modulu ve smyku a zvětšeného fázového úhlu. Ukázalo se, že inflexní bod reologických parametrů se objevil, když byl obsah ligninu 9 procent, což ukazuje, že existuje optimální obsah ligninu.

U asfaltu Donghai 90# se však stejný trend neobjevil a komplexní modul ve smyku a fázový úhel asfaltového pojiva lineárně rostly a klesaly se zvyšováním obsahu ligninu.

S nárůstem obsahu ligninu, ačkoli se typ koloidní struktury asfaltu nezměnil, zvýšení poměru složení koloidní struktury asfaltu mohlo vést ke změně jeho fázové struktury [33]. Ve srovnání s Donghai 90# měl Maoming 70# vyšší podíl asfaltenů [34]. Obsah asfaltenů byl tedy základním důvodem, proč se různé reologické parametry obou základních asfaltů měnily s obsahem ligninu.

Na obrázku 2c,d je vidět, že komplexní modul a fázový úhel každého vzorku asfaltu vykazovaly různé stupně poklesu a nárůstu po stárnutí RTFO.

S nárůstem obsahu ligninu se komplexní modul Maomingova asfaltu nejprve zvýšil a poté snížil, což bylo stejné jako před stárnutím. Fázový úhel byl větší než u původního asfaltu s výjimkou obsahu 15 procent . Mezitím se komplexní modul a fázový úhel asfaltu Donghai zvýšily a snížily se zvýšením obsahu ligninu.

Na obrázku 2e,f byl komplexní modul Maoming asfaltu po stárnutí PAV opačný než u základního a RTFO vzorku stárnutí pojiva a klesal se zvýšením obsahu ligninu a fázový úhel asfaltu modifikovaného ligninem Maoming byl větší než ten základního asfaltu. Komplexní modul ligninem modifikovaného asfaltu Donghai byl větší než u základního asfaltu s výjimkou asfaltu s obsahem ligninu 3 a 15 procent, což bylo v souladu s podmínkami stárnutí RTFO.

3.2. Analýza PG klasifikace ligninem modifikovaného asfaltu

Faktor vyježdění G*/sinδ byl použit pro hodnocení odolnosti asfaltového pojiva proti vyježdění při vysokých teplotách. Čím větší je součinitel vyježdění G*/sinδ, tím lepší je odolnost vůči vysokým teplotám a tím silnější je odolnost asfaltového pojiva proti trvalé deformaci. Obrázek 3 ukazuje výsledky pro vyježděný faktor G*/sinδ každého vzorku asfaltu před a po stárnutí při 58~82 °C.

Jak je vidět na obrázku 3, se zvýšením obsahu ligninu se hodnota vyjetého faktoru G*/sinδ u dvou druhů asfaltů před a po stárnutí značně zvýšila a vzorek asfaltu modifikovaného ligninem s 15% obsahem ligninu pro asfalt Maoming ukázal nejlepší odolnost proti vyježení po stárnutí, ale vysokoteplotní stupeň PG se nezměnil. Asfalt Donghai vykazoval nejsilnější odolnost proti vyjíždění za vysokých teplot, když byl obsah ligninu 15 procent před a po stárnutí a vysokoteplotní stupeň PG se při tomto obsahu zvýšil o jednu úroveň.

3.3. Komplexní index stárnutí smykového modulu ligninem modifikovaného asfaltu

Pro další objasnění stupně stárnutí byl vypočten komplexní smykový modul stárnutí indexu G*AI v různých testovacích teplotních rozmezích. Hodnoty G*AI různých pojiv za podmínek stárnutí RTFO a PAV jsou uvedeny na obrázku 4.

Na obrázku 4a,b je vidět, že G*AI asfaltu Maoming při stárnutí RTFO se nejprve zvrásnilo a pak se zvýšilo se zvýšením obsahu ligninu na hodnoty o něco nižší než u základního asfaltu. G*AI ligninem modifikovaného asfaltového pojiva s obsahem 9 procent ligninu byl nejnižší. Index stárnutí RTFO G*AI asfaltového pojiva Donghai neměl žádnou zjevnou pravidelnost se zvýšením obsahu ligninu, což může být změna složení asfaltu v důsledku stárnutí. Na obrázku 4c,d je vidět, že index G*AI při stárnutí PAV se měnil v parabolické formě s nárůstem teploty. Index G*AI asfaltu Maoming s 9% obsahem ligninu za podmínek stárnutí PAV byl nejnižší, což bylo v souladu s podmínkami stárnutí RTFO, což naznačuje, že přidání ligninu by mohlo účinně zlepšit odolnost asfaltu Maoming za podmínek stárnutí PAV. . Index G*AI asfaltu Donghai s obsahem 12 procent ligninu byl však nejnižší, což bylo stejné jako index za podmínky stárnutí RTFO. To však neznamenalo, že nemá odolnost proti stárnutí. Důvodem může být, že tuto metodu nebylo možné dobře charakterizovat a dále naznačovalo, že její použitelnost na asfalt s vysokou jakostí není významná. Suma sumárum, asfalt Maoming s obsahem ligninu 9 procent měl nejlepší účinek proti stárnutí a asfalt Donghai s obsahem ligninu 12 procent měl nejlepší účinek proti stárnutí.

【Další informace: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:{0}}】