Влияние режима термокислородного старения на реологические свойства и совместимость лигнин-модифицированного битумного вяжущего методом динамического сдвигового реометра Часть 1

Абстрактный: Лигнин широко распространен в природе. Использование лигнина в производстве асфальтобетонного покрытия может улучшить характеристики дорожного покрытия при одновременной эффективной оптимизации затрат на строительство дорожного покрытия. Целью данной работы является изучение влияния лигнина на омолаживающие свойства асфальта. Для приготовления битумного вяжущего, модифицированного лигнином, был выбран коммерческий лигнин. Свойства лигнин-модифицированного асфальта изучались реологическими экспериментами. Были испытаны и проанализированы высокотемпературные реологические свойства двух видов базового асфальта и образцов модифицированного асфальта с различным содержанием лигнина в трех условиях исходного старения, старения в прокатной тонкопленочной печи (RTFO) и сосуде для старения под давлением (PAV) с разверткой по температуре. , испытания по частотной развертке и многократные испытания на восстановление ползучести под напряжением (MSCR). Сравнивая законы изменения оценочных показателей, таких как комплексный модуль сдвига G*, фазовый угол δ, индекс защиты от старения, кумулятивная деформация и вязкая составляющая Gv, мы обнаружили, что лигнин может эффективно улучшать высокотемпературную стабильность асфальтобетонного основания, но это повредило вопросам совместимости базового асфальта. При этом лигнин играл роль наполнителя в базовом асфальте, а повышение вязкости являлось основной причиной улучшения высокотемпературной стабильности базового асфальта. Результаты исследования показали, что лигнин может эффективно улучшить антивозрастные характеристики асфальта и сыграть положительную роль в продлении срока службы дорожного покрытия.

Гликозид цистанхе также может повышать активность СОД в тканях сердца и печени и значительно снижать содержание липофусцина и МДА в каждой ткани, эффективно удаляя различные активные кислородные радикалы (ОН-, Н₂О₂ и др.) и защищая от повреждения ДНК, вызванного ОН-радикалами. Цистанхефенилэтаноидные гликозиды обладают сильной акцепторной способностью свободных радикалов, более высокой восстановительной способностью, чем витамин С, улучшают активность СОД в суспензии сперматозоидов, снижают содержание МДА и оказывают определенное защитное действие на функцию мембран сперматозоидов. Полисахариды цистанхе могут усиливать активность СОД и GSH-Px в эритроцитах и ​​тканях легких экспериментально стареющих мышей, вызванную D-галактозой, а также снижать содержание МДА и коллагена в легких и плазме, повышать содержание эластина, хороший очищающий эффект на DPPH, продлевает время гипоксии у стареющих мышей, улучшает активность SOD в сыворотке и задерживает физиологическую дегенерацию легких у экспериментально стареющих мышей Эксперименты с клеточной морфологической дегенерацией показали, что Cistanche обладает хорошей антиоксидантной способностью и потенциально может стать лекарством для профилактики и лечения заболеваний кожи, вызывающих старение. В то же время эхинакозид в цистанхе обладает значительной способностью улавливать свободные радикалы DPPH и может улавливать активные формы кислорода, предотвращать вызванную свободными радикалами деградацию коллагена, а также оказывает хорошее восстанавливающее действие на повреждение анионов свободных радикалов тимина.

Нажмите на Цистанчес Херба

【Для получения дополнительной информации: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

1. Введение

В качестве вязкоупругого материала асфальт составляет большую часть высококачественных дорожных покрытий во многих странах благодаря своим превосходным характеристикам и комфорту вождения. Однако у асфальта есть очевидные недостатки, такие как чувствительность к высоким температурам и легкое размягчение при высоких температурах. Он легко становится хрупким при низких температурах и может не соответствовать требованиям полноценных автомагистралей. Недостаточная высокотемпературная стабильность, вызванная старением, также является проблемой для дорожной отрасли. Сцепление между асфальтом и камнем и явления старения асфальта под действием тепла и кислорода влияют на качество и долговечность асфальта на дорогах [1–5]. В процессе высокотемпературного производства, хранения, транспортировки и переработки асфальт легко контактирует с кислородом воздуха, что приводит к кратковременному старению. Наиболее важным типом старения является термоокислительное старение. Термоокислительное старение может привести к изменению химического состава и молекулярной структуры асфальта, а также могут измениться датчики температуры; более того, разные модифицированные асфальты имеют разный эффект старения. Длительное воздействие повышенных температур также приводит к увеличению вязкости асфальтобетонного вяжущего и изменению его вязкоупругих характеристик [6]. В настоящее время битум, модифицированный стирол-бутадиен-стирольным блок-сополимером (СБС), широко используется в Китае и других странах. СБС может значительно улучшить высокотемпературные характеристики и антистарение асфальта и асфальтовых смесей [7–9], но битум, модифицированный СБС, дорог [10].

Лигнин, второе по распространенности возобновляемое природное полимерное соединение в природе после целлюлозы, представляет собой ароматический полимер, содержащий в своей молекулярной структуре оксифенилпропанол или его производные структурные единицы [11]. Лигнин можно не только использовать в материалах на основе фенольных смол [12–14], материалах на основе эпоксидных смол [15–17] и полиуретановых материалах [18–20] вместо нефтехимического сырья, но также можно смешивать с полимерными материалами для повышают механические свойства [21], термическую стабильность [22], защиту от старения (окисления) [23] и огнестойкость [24] полимерных материалов. В последние годы он широко используется в производстве пластмасс [25], клеев [26] и других областях. Ву и др. [27] проанализировали модифицированный лигнином асфальт с помощью инфракрасной спектроскопии (FTIR) и дифференциальной сканирующей калориметрии (DSR) и указали, что добавление лигнина может значительно замедлить процесс старения асфальта и увеличить термическую деградацию модифицированного лигнином асфальта. после старения. Между тем, стабильность и устойчивость к низкотемпературным растрескиванию были улучшены в процессе старения. Гао и др. [28] изучали реологическое поведение и усталостные свойства модифицированных лигнином битумных вяжущих при высоких температурах. Результаты показали, что добавление лигнина улучшило вязкость и сопротивление деформации асфальта при высоких температурах при различных скоростях вращения. Батиста и др. [29] высокотемпературные, низкотемпературные и стареющие свойства битумного вяжущего, модифицированного лигнином. Результаты показали, что лигнин способствовал улучшению стойкости к колееобразованию при высоких температурах и устойчивости к растрескиванию при низких температурах асфальтового вяжущего. Сюй и др. [30] изучали реологические свойства и антивозрастные свойства битумного вяжущего, модифицированного лигнином. Результаты показали, что добавление лигнина помогло ингибировать образование карбонильных функциональных групп в битумном вяжущем после процессов старения RTFO и PAV. Это свидетельствует о возможности использования лигнина в качестве антиоксидантного модификатора. Однако добавление лигнина снижает усталостную прочность битумного вяжущего.

В заключение следует отметить, что лигнин может эффективно улучшить высокотемпературную стабильность и антистарение асфальта. Однако необходимо дальнейшее изучение высокотемпературных реологических свойств асфальтобетона, модифицированного лигнином, при различных воздействиях старения.

В данной работе методом динамического сдвигового реометра (DSR) были проанализированы высокотемпературные реологические свойства двух видов базового асфальта и образцов модифицированного асфальта с различным содержанием лигнина в трех состояниях исходного, кратковременного старения и длительного старения. свипирование по температуре, свипирование по частоте и повторное испытание на ползучесть. Комплексный модуль сдвига G*, фазовый угол δ, индекс защиты от старения, кумулятивная деформация, вязкая составляющая Gv и другие показатели использовались для изучения характеристик старения асфальта, модифицированного лигнином.

Подробный план, составленный в этой статье, показан на рисунке 1.

2. Материалы и методы

2.1. Сырье

2.1.1. лигнин

Используемый здесь коммерческий лигнин был произведен Jinan Yanghai Chemical Co., Ltd. (Цзинань, Китай). Лигнин, прошедший через 200-сетчатое сито, использовался для испытаний, и его основные технические показатели, молекулярная масса и параметры пиролиза приведены в таблице 1. Среди них показатель лигнина был предоставлен производителем. Молекулярную массу лигнина определяли с помощью гель-хроматографии Agilent pl-gpc50, а испытание на пиролиз проводили на синхронном термогравиметрическом анализаторе Mettler Toledo TGA/sdta851.

2.1.2. Асфальт на основе

В этой статье асфальт Maoming 70 # и асфальт Donghai 90 # использовались для связанных экспериментов. Результаты испытаний различных свойств приведены в таблице 2.

2.2. Приготовление модифицированного лигнином асфальта

Для приготовления асфальтобетона, модифицированного лигнином, использовалась высокоскоростная сдвиговая дисперсионная эмульгирующая машина (BME 100L) производства Shanghai Weiyu Co., Ltd. (Шанхай, Китай). Асфальтовую основу нагревали до 150 ◦C и выдерживали в течение некоторого времени, а после прохождения через 200-сетчатое сито лигнин равномерно и медленно порциями добавляли в битумную основу в процессе низкоскоростного сдвига для предварительной обработки. дисперсия. Затем скорость высокоскоростной стригальной машины постепенно увеличивали от низкой скорости до 5000 об/мин, а затем стригут в течение 1 часа. После сдвига контейнер с образцом, содержащий смесь лигнина и матричного битума, помещали в печь с постоянной температурой при 120 ◦ C на 1 час, и приготовление модифицированного лигнином асфальта было завершено. В этом эксперименте были приготовлены пять видов модифицированных лигнином битумов с различным содержанием лигнина (3, 6, 9, 12 и 15 процентов). Асфальты Маомин были обозначены как MM-3, MM-6, MM-9, MM-12, MM-15; Асфальты Donghai Maoming были обозначены как DH-3, DH-6, DH-9, DH-12, DH-15; в то время как базовый асфальт был отмечен как MM-0 и DH-0. Его проявляли при 120°С в течение 1 ч и сравнивали с базовым асфальтом для изучения влияния его высокотемпературных реологических свойств и свойств старения.

2.3. Подготовка образцов в возрасте

В соответствии с JTGE {{0}} «Правилами испытаний дорожного асфальта и асфальтобетонных смесей», испытанием во вращающейся печи с пленкой (T 0610-2011) и испытанием на ускоренное старение асфальта в контейнере для старения под давлением (T {{2} }). Сначала в стеклянные бутылки заливали 35 ± 0,5 г пеков, поддерживая температуру РТФОТ 163 ◦ C и время 85 мин. Образцы, состаренные RTFO, были подготовлены для последующего тестирования. Образец плиты с 50 ± 0,5 г модифицированного лигнином битума помещали в бокс длительного старения ПАВ, температуру устанавливали на 100 ◦С, давление выдержки 2,1 МПа, время старения 20 ч.

2.4. Указатель дизайна и оценки теста

2.4.1. Сканирование температуры и тест с разверткой по частоте

Испытания асфальта на температурную и частотную развертку проводились с использованием динамического сдвигового реометра DHR{{0}}. Испытание на развертку температуры было проведено с помощью метода контроля деформации с 12 процентами от целевого значения деформации и частотой нагрузки 10 рад/с, а диапазон температур испытания составлял 30~100 ◦C с 2 ◦C между интервалы выборки. Для изучения вязкоупругих свойств модифицированного асфальта использовали тест с разверткой по частоте. Температура частотной развертки составляла 30 и 60 ◦C, диапазон частот 0,1~100 рад/с, амплитуда деформации 0,5%. Среди них исходный асфальт и асфальт после старения во вращающейся пленочной печи сканировали параллельной пластиной диаметром 25 мм с шагом 1 мм, а асфальт после старения под давлением сканировали параллельной пластиной диаметром 8 мм и расстоянием 2 мм.

2.4.2. Оценка индекса старения

Анализ характеристик старения, основанный на высокотемпературной реологии, оценивался с помощью комплексного индекса старения модуля сдвига (G * AI), а конкретная формула расчета показана в формуле (1) [31]. Диапазон рабочих температур составлял 46~82 ◦C, интервал отбора проб 6 ◦C.

2.4.3. Повторить тест на ползучесть

В настоящее время для оценки высокотемпературных характеристик асфальта и модифицированного асфальта было принято испытание на восстановление ползучести при множественных нагрузках (MSCR) AASHTO MP19- 10 [32]. В этой статье было проведено повторное испытание на восстановление ползучести при множественных нагрузках путем нагружения в течение 1 с, разгрузки в течение 9 с и 100 циклов процесса восстановления ползучести. Температура испытания 64 ◦C, испытательное напряжение 300 Па. Составляющая вязкости получена по модели Бюргерса. Уравнение модели Бюргерса было разделено на два уравнения; одним было уравнение режима напряжения-релаксации для ввода постоянной деформации, а другим было уравнение режима ползучести-нагружения с постоянным входным напряжением. Оба уравнения могут быть вычислены с помощью обратных преобразований и преобразований Лапласа. В этой статье было принято уравнение режима нагружения ползучести, а уравнение подгонки Бюргерса было сформулировано как (2):

Здесь ε(t) – накопленная деформация ползучести образца асфальта; σ0 — напряжение нагрузки при испытании асфальта; η1 и E1 представляют собой коэффициент демпфирования и модуль упругости в модели Максвелла соответственно; η2 и E2 представляют собой коэффициент демпфирования и модуль упругости в модели Кельвина соответственно; t - время загрузки; E1 отражает способность асфальта к упругому восстановлению при высокой температуре; η1 – коэффициент вязкости, отражающий неустранимую деформацию, связанную с коэффициентом вязкостной деформации асфальта; E2 и η2 отражают действие нагрузки при длительной нагрузке и при комнатной температуре, что отражает способность асфальта задерживать упругое восстановление деформации. В данном исследовании η1 представляет собой вязкую часть Gv жесткости ползучести. Испытание было принято для оценки высокотемпературных характеристик базового асфальта и битума, модифицированного лигнином.

3. Результаты и результаты обсуждения

3.1. Анализ реологических свойств лигнин-модифицированного асфальта

Результаты испытаний комплексного модуля G* и фазового угла δ для исходных и разновозрастных образцов асфальта представлены на рис. 2.

Как видно на рис. 2а,б, по сравнению с исходным асфальтом комплексный модуль модифицированного асфальта увеличился за счет добавления лигнина. Асфальт, модифицированный лигнином, показал тенденцию к снижению комплексного модуля сдвига и увеличению фазового угла с повышением температуры, но эта тенденция постепенно выравнивалась. Увеличение содержания лигнина улучшило характеристики при высоких температурах, но не изменило температурную чувствительность, поэтому на нее повлияла температура. Поскольку асфальт является чувствительным к температуре материалом, он проявлял эластичность при низкой температуре и постепенно переходил в вязкотекучее состояние с повышением температуры.

После сравнения влияния различных содержаний лигнина на реологические параметры базового асфальта мы обнаружили, что для базового битума Maoming 70 # добавление слишком большого количества лигнина привело преимущественно к увеличению вязкостного сопротивления (внутреннее трение). Увеличение вязкости произошло в результате уменьшения комплексного модуля сдвига и увеличения фазового угла. Было показано, что точка перегиба реологических параметров возникает при содержании лигнина 9%, что свидетельствует об оптимальном содержании лигнина.

Однако для асфальта Donghai 90# такая же тенденция не проявлялась, и комплексный модуль сдвига и фазовый угол битумного вяжущего линейно увеличивались и уменьшались с увеличением содержания лигнина соответственно.

С увеличением содержания лигнина, хотя тип коллоидной структуры асфальта не изменился, увеличение соотношения составов коллоидной структуры асфальта могло привести к изменению его фазового состава [33]. По сравнению с Donghai 90#, Maoming 70# имел более высокую долю асфальтенов [34]. Таким образом, содержание асфальтенов было основной причиной того, что различные реологические параметры двух базовых асфальтов изменялись в зависимости от содержания лигнина.

На рис. 2c,d видно, что комплексный модуль и фазовый угол каждого образца асфальта показали разную степень снижения и увеличения после старения RTFO.

С увеличением содержания лигнина комплексный модуль упругости битума Маомин сначала увеличивался, а затем уменьшался, что было таким же, как и до старения. Фазовый угол был больше, чем у исходного асфальта, за исключением содержания 15 процентов. Между тем, комплексный модуль и фазовый угол асфальта Дунхай увеличивались и уменьшались с увеличением содержания лигнина соответственно.

На рис. 2д, е комплексный модуль асфальта Маомин после старения ПАВ был противоположен модулю базового образца и образца стареющего вяжущего RTFO и уменьшался с увеличением содержания лигнина, а фазовый угол асфальта, модифицированного лигнином Маомин, был больше, чем у образца стареющего вяжущего базового асфальта. Комплексный модуль асфальта, модифицированного лигнином Donghai, был больше, чем у базового асфальта, за исключением асфальта с содержанием лигнина 3 и 15 процентов, что соответствовало условиям старения RTFO.

3.2. Анализ PG-классификации лигнин-модифицированного асфальта

Коэффициент колееобразования G*/sinδ использовали для оценки сопротивления колееобразованию битумного вяжущего при высоких температурах. Чем больше коэффициент колеи G*/sinδ, тем лучше стойкость к высоким температурам и выше сопротивление остаточной деформации битумного вяжущего. На рис. 3 показаны результаты для коэффициента колеи G*/sinδ каждого образца асфальта до и после старения при 58~82 ◦C.

Как видно из рисунка 3, с увеличением содержания лигнина значение коэффициента колеи G*/sinδ двух видов асфальта до и после старения значительно увеличилось, а образец модифицированного лигнином асфальта с 15-процентным содержанием лигнина для асфальта Маомин показал наилучшие характеристики против колейности после старения, но высокотемпературный класс PG не изменился. Асфальт Дунхай продемонстрировал наибольшую устойчивость к колееобразованию при высоких температурах, когда содержание лигнина составляло 15 процентов до и после старения, а высокотемпературный класс PG повышался на один уровень при этом содержании.

3.3. Комплексный показатель старения модуля сдвига лигнин-модифицированного асфальта

Для уточнения степени старения рассчитывали комплексный индекс старения модуля сдвига G*AI в различных диапазонах температур испытаний. Значения G*AI различных связующих в условиях старения RTFO и PAV показаны на рисунке 4.

На рис. 4a,b видно, что G*AI асфальта Maoming при старении RTFO сначала увеличивается, а затем увеличивается с увеличением содержания лигнина до значений, несколько меньших, чем у базового асфальта. G*AI модифицированного лигнином битумного вяжущего с содержанием лигнина 9% был самым низким. Индекс старения RTFO G*AI битумного вяжущего Donghai не имел явной закономерности с увеличением содержания лигнина, что может быть изменением состава асфальта в результате старения. На рис. 4в,г видно, что показатель G*AI при старении ПАВ изменяется по параболической форме с повышением температуры. Индекс G*AI асфальта Maoming с содержанием лигнина 9 процентов в условиях старения PAV был самым низким, что соответствовало условиям старения RTFO, указывая на то, что добавление лигнина может эффективно улучшить характеристики сопротивления битума Maoming в условиях старения PAV. . Однако индекс G*AI асфальта Donghai с содержанием лигнина 12 процентов был самым низким, что было таким же, как индекс в условиях старения RTFO. Однако это не означает, что он не обладает устойчивостью к старению. Причина может заключаться в том, что этот метод нельзя было хорошо охарактеризовать, и это также указывало на то, что его применимость к асфальту с высоким содержанием незначительна. Подводя итог, можно сказать, что асфальт Маомин с содержанием лигнина 9 процентов имел наилучший эффект против старения, а асфальт Дунхай с содержанием лигнина 12 процентов имел лучший эффект против старения.

【Для получения дополнительной информации: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】