स्टार-आकार वाले एसबीएस-संशोधित डामर भाग 1 के गुणों पर नैनो-ऑर्गेनिक पैलिगोर्साइट का सहक्रियात्मक प्रभाव

अमूर्त: आर्थिक निर्माण के तेजी से विकास के साथ, स्टाइरीन-ब्यूटाडीन-स्टाइरीन (एसबीएस) - संशोधित डामर का राजमार्ग इंजीनियरिंग में अधिक से अधिक व्यापक रूप से उपयोग किया जा रहा है, लेकिन इसके उपयोग की प्रक्रिया में अभी भी कई कमियां हैं। उपयोग के लिए इसके प्रदर्शन को और बेहतर बनाने के लिए, इस अध्ययन में संशोधित डामर प्राप्त करने के लिए नैनो ऑर्गेनिक पैलिगोर्स्काइट (ए-पाल) और स्टार-आकार वाले एसबीएस को मिश्रित किया गया था। एक गतिशील कतरनी रियोमीटर द्वारा उच्च तापमान स्थिरता परीक्षण के लिए ए-पाल के साथ शामिल करने के बाद एसबीएस-संशोधित डामर की उच्च तापमान स्थिरता को बढ़ाया गया था। ए-पाल को जल स्थिरता परीक्षण विश्लेषण द्वारा एसबीएस-संशोधित डामर की सतह मुक्त ऊर्जा और आसंजन में सुधार करना चाहिए। उम्र बढ़ने के परीक्षण से पता चलता है कि ए-पाल एसबीएस के थर्मल ऑक्सीजन अपघटन को कम कर सकता है और एसबीएस-संशोधित डामर के एंटी-एजिंग प्रदर्शन और थकान प्रतिरोध में सुधार कर सकता है। ए-पाल का एसबीएस-संशोधित डामर के निम्न-तापमान प्रदर्शन पर एक निश्चित सुधार प्रभाव पड़ता है, जैसा कि निम्न-तापमान दरार प्रतिरोध परीक्षण द्वारा दिखाया गया है। ए-पाल-मिश्रित एसबीएस-संशोधित डामर में सबसे कम महत्वपूर्ण संगतता तापमान के साथ सामान्य तापमान में अच्छी भंडारण स्थिरता होती है।

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कीवर्ड: पैलिगोर्स्काइट; एसबीएस; संशोधित डामर; द्रव्य प्रवाह संबंधी गुण

1 परिचय

हाल के वर्षों में, फुटपाथ यातायात सामग्री के क्षेत्र में नैनो-सामग्री और नैनो-प्रौद्योगिकी को अधिक बार लागू किया गया है, और नैनो-संशोधित डामर अनुसंधान के गर्म विषयों में से एक बन गया है [1-4]। वर्तमान में, नैनो-स्तरित सिलिकेट सामग्री को आम तौर पर उनके बड़े उत्पादन और अच्छे प्रदर्शन के कारण डामर सामग्री पर लागू किया जाता है [5-7]। एक विशेष क्रिस्टल संरचना के साथ नैनो-स्तरित सिलिकेट, जो डामर अणुओं को स्तरित संरचना में प्रवेश कराता है, परत रिक्ति को बढ़ा सकता है, फॉर्म छील संरचना में सुधार कर सकता है, जो ऑक्सीजन को डामर में प्रवेश करने से रोकता है और इसकी उम्र बढ़ने में देरी करता है। इसलिए, नैनो-संशोधित डामर में अच्छे एंटी-रटिंग और एंटी-एजिंग गुण होते हैं [8-10]। साथ ही, जैविक रूप से संशोधित नैनोमटेरियल्स डामर में पॉलिमर के फैलाव की डिग्री में भी सुधार कर सकते हैं, जिससे भविष्य में संशोधित डामर के लिए व्यापक विकास संभावनाएं प्रदान की जा सकती हैं।

पैलिगोर्स्काइट (पाल), जिसे अटापुलगाइट के नाम से भी जाना जाता है, पानी से भरपूर मैग्नीशियम-एल्यूमीनियम सिलिकेट मिट्टी खनिजों की एक स्तरित श्रृंखला है। इसके अनुप्रयोगों की विस्तृत श्रृंखला के कारण इसे "पृथ्वी के राजा" के रूप में प्रतिष्ठा प्राप्त है। पाल की क्रिस्टल संरचना को डबल-लेयर Si-O टेट्राहेड्रल शीट्स की विशेषता है जो सिंगल-लेयर (Mg, Al)-O ऑक्टाहेड्रोन शीट्स से जुड़ी होती हैं, और यूनिट परतें ऑक्सीजन द्वारा एक छिद्र जैसा क्रिस्टल बनाने के लिए जुड़ी होती हैं। संरचना [11]. रेशेदार एकल क्रिस्टल बनाने के लिए छिद्रों को जिओलाइट पानी और क्रिस्टल पानी से भर दिया जाता है। एकल फ़ाइबर की लंबाई लगभग 5 से 1. 10 µm, कुछ 1 सेमी तक और व्यास लगभग 20 से 30 µm [12] होता है। पाल का व्यापक रूप से कोटिंग सामग्री [13], सीमेंट [14], डामर और अन्य निर्माण सामग्री के क्षेत्र में इसकी अच्छी रियोलॉजी, सोखने की क्षमता और कम लागत [15-17] के कारण उपयोग किया गया है।

कई अध्ययनों से पता चलता है कि नैनो-ऑर्गेनिक पाल की उपस्थिति प्रभावी ढंग से डामर की उम्र बढ़ने के प्रतिरोध और पॉलिमर और डामर के बीच अनुकूलता में सुधार कर सकती है। झांग एट अल. [10] माइक्रोवेव विकिरण के तहत ऑर्गेनिक-पाल को संश्लेषित किया गया और इसे स्टाइरीन ब्यूटाडीन रबर (एसबीआर)-संशोधित डामर पर लगाया गया। उन्होंने पाया कि ऑर्गेनिक-पाल ने एसबीआर-संशोधित डामर की अनुकूलता और भंडारण स्थिरता में सुधार किया है। फिर, उन्होंने ऑर्गेनिक-पाल के साथ एसबीआर-संशोधित डामर के रियोलॉजिकल और रूपात्मक गुणों का अध्ययन किया और पाया कि ऑर्गेनिक-पाल का एसबीआर-संशोधित डामर की विस्कोइलास्टिसिटी और एंटी-रटिंग गुणों में सुधार करने पर सकारात्मक प्रभाव पड़ता है [18]। सन एट अल. [15] पाल को एपॉक्सी डामर पर लगाया और पाया कि इसका तन्यता और चिपकने वाले गुणों पर अच्छा प्रभाव पड़ता है। जिन एट अल. [19] डामर पर ऑर्गेनिक-पाल लगाया और पाया कि डामर की उम्र बढ़ने की प्रतिरोधक क्षमता में काफी सुधार हुआ है। वर्तमान में, स्टाइरीन-ब्यूटाडीन-स्टाइरीन (एसबीएस)-संशोधित डामर पर ऑर्गेनिक-पाल के प्रभाव का शायद ही कभी अध्ययन किया जाता है। इसके प्रभाव को और समझने और एसबीएस-संशोधित डामर के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए, इस अध्ययन में मिश्रित एसबीएस-संशोधित डामर तैयार करने के लिए तारे के आकार के एसबीएस संशोधक YH-801 और नैनो-ऑर्गेनिक पैलिगोर्स्काइट (ए-पाल) का उपयोग किया गया। डामर के हल्के हिस्से को पाल द्वारा मजबूत सोखना के साथ सोख लिया जा सकता है, जिससे डामर की कोलाइडल संरचना को बदला जा सकता है और संशोधित डामर की तापमान स्थिरता में सुधार किया जा सकता है [20]।

2. सामग्री तैयार करना और परीक्षण विधि

2.1. सामग्री

70# डामर (एएच-70) का उत्पादन माओमिंग पेट्रोकेमिकल कंपनी लिमिटेड (गुआंगज़ौ, चीन) द्वारा तालिका 1 में दिखाए गए बुनियादी प्रदर्शन परीक्षण परिणामों के साथ किया गया था। पेलिगोर्स्काइट की उत्पत्ति जियांग्सू, चीन में हुई थी। बुनियादी प्रदर्शन पैरामीटर तालिका 2 में दिखाए गए हैं। तारे के आकार का स्टाइरीन-ब्यूटाडीन-स्टाइरीन ब्लॉक कॉपोलीमर YH-801 (SBS4303) का उत्पादन यूयांग बालिंग पेट्रोकेमिकल (हुनान, चीन) द्वारा 30/70 के ब्लॉक अनुपात के साथ किया गया था।

2.2. ए-पाल-मिश्रित एसबीएस-संशोधित डामर की तैयारी

हमारे पिछले शोध [19,21] के आधार पर, कच्चे माल के बाहर कुछ बड़े कणों और धनायनित कणों को हटाने के लिए पाल को 1 घंटे के लिए 6{8}} ◦C पर 1 मोल/ली एचसीएल घोल से उपचारित किया गया, फिर तटस्थ अवस्था में धोया गया और सूखा। उपचारित पाल और -एमिनोप्रोपाइलट्राइथॉक्सीसिलेन (एपीटीईएस) को ज़ाइलीन घोल में फैलाया गया था, और संघनन भाटा विधि का उपयोग 10 घंटे के लिए चुंबकीय सरगर्मी के लिए किया गया था, फिर छानने के साथ कई बार धोया गया, सुखाया गया और ए-पाल प्राप्त करने के लिए कुचल दिया गया ताकि अनुकूलता बढ़ाई जा सके। डामर मैट्रिक्स. 0 wt प्रतिशत, 1 wt प्रतिशत, 3 wt प्रतिशत, और 5 wt प्रतिशत A-Pal की मात्रा, जो SBS-संशोधित डामर के 5 wt प्रतिशत को मिश्रित करती है, पिघले हुए सम्मिश्रण विधि द्वारा तैयार की गई थी (जिसका नाम AH है। प्लस 5Y, AH{17}} प्लस 5Y प्लस 1A, AH-70 प्लस 5Y प्लस 3A, ​​और AH-70 प्लस 5Y प्लस 5A, क्रमशः)।

2.3. निस्र्पण

शॉर्ट-वेव नीली-बैंगनी रोशनी (λ=420 एनएम) उत्तेजना (डीएम 3000, लीका) के साथ संशोधित डामर के चरण आकृति विज्ञान का वर्णन करने के लिए एक प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप (एफएम) का उपयोग किया गया था। माइक्रोस्ट्रक्चर और मैक्रोस्कोपिक गुणों के बीच सहसंबंध का आगे अध्ययन करने के लिए डामर में फ्लोरोसेंट घटक की चरण आकृति विज्ञान को ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी द्वारा देखा गया था [22]।

2.4. उच्च तापमान रियोलॉजिकल मूल्यांकन

डामर का उच्च तापमान प्रदर्शन लोड के तहत स्थायी विरूपण का विरोध करने की डामर की क्षमता को संदर्भित करता है, जिसका मूल्यांकन तापमान स्कैनिंग और आवृत्ति के लिए एक गतिशील कतरनी रियोमीटर (डीएसआर, एमसीआर 3 0 1, एंटोन पार, ऑस्ट्रिया) द्वारा किया गया था। स्कैनिंग परीक्षण. ए-पाल-मिश्रित एसबीएस-संशोधित डामर के जटिल कतरनी मापांक जी* और चरण कोण δ पर तापमान परिवर्तन के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए तापमान स्कैनिंग परीक्षण एएएसएचटीओ टी 315-05 [23] द्वारा किया गया था। 2 ◦C/मिनट की ताप दर और 40~90 ◦C का तापमान। फुटपाथ के कामकाजी तापमान के तहत अधिकांश डामर छद्म-प्लास्टिक गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ से संबंधित है, और बढ़ती कतरनी दर के साथ डामर की चिपचिपाहट कम हो जाती है। जब कतरनी दर बहुत अधिक या बहुत छोटी थी, तो छद्म-प्लास्टिक गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ की चिपचिपाहट स्थिर हो गई, और वह क्षेत्र जहां डामर की चिपचिपाहट कतरनी दर के साथ नहीं बदली, उसे पहला न्यूटोनियन प्रवाह क्षेत्र कहा गया और दूसरा न्यूटोनियन प्रवाह क्षेत्र। छद्म-प्लास्टिक गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ की चिपचिपाहट पहले क्षेत्र में थी और स्थिर होने पर अधिकतम तक पहुंच गई, जिसे शून्य कतरनी चिपचिपाहट (जेडएसवी) [24] कहा जाता है। छद्म-प्लास्टिक गैर-न्यूटोनियन तरल पदार्थ की चिपचिपाहट दूसरे क्षेत्र में थी और स्थिर होने पर न्यूनतम तक पहुंच गई, जिसे इंटरफेशियल कतरनी चिपचिपाहट (आईएसवी) कहा जाता है। परीक्षण के परिणाम कैरेउ मॉडल और ZSV की गणना द्वारा फिट किए गए थे [25]। AASHTO T315-05 के अनुसार 60 ◦C के तापमान पर परीक्षण, 0.01-100 हर्ट्ज की सीमा में आवृत्ति स्कैनिंग परीक्षण के लिए 25 मिमी ऑसिलेटिंग प्लेट और 1 मिमी की फिल्म मोटाई का उपयोग किया गया था, और वक्र को घातीय वृद्धि द्वारा स्कैन किया गया था।

2.5. जल स्थिरता मूल्यांकन

ए-पाल-मिश्रित एसबीएस-संशोधित डामर नमूनों के संपर्क कोणों को संपर्क कोण मापने वाले उपकरण (डीएसए100, क्रुस, जर्मनी) द्वारा मापा गया था। सेसाइल ड्रॉप विधि शुद्ध पानी, फॉर्मामाइड और एथिलीन ग्लाइकॉल के साथ की गई थी। सतह मुक्त ऊर्जा की गणना ओवेन्स-वेंडेट-राबेल-काएल्बल (ओडब्ल्यूआरके) विधि [26] द्वारा की गई थी, और तीनों के बीच संबंध को ओडब्ल्यूआरके विधि द्वारा निम्नानुसार व्यक्त किया गया था।

जहां sl ठोस-तरल चरण की सतह मुक्त ऊर्जा है, l तरल की सतह मुक्त ऊर्जा है, s ठोस की सतह मुक्त ऊर्जा है, ld तरल का फैलाव घटक है, sd तरल का फैलाव घटक है ठोस, एलपी तरल का ध्रुवीय घटक है और एसपी ठोस का ध्रुवीय घटक है।

तीन सामान्य खनिज सामग्रियों के सतह मुक्त ऊर्जा डेटा विश्लेषण के आधार पर, खनिज सामग्री की सतह पर डामर के लिए आसंजन (था) के कार्य की गणना की गई जैसा कि समीकरण (3) [27,28] में दिखाया गया है।

यह पाने के लिए समीकरण (1) को समीकरण (2) में लाएँ:

जहां विज्ञापन डामर का फैलाव घटक है, एसडी खनिज सामग्री का फैलाव घटक है, पी ए डामर का ध्रुवीय घटक है, और पी एस खनिज सामग्री का ध्रुवीय घटक है।

स्पैलिंग क्षति के प्रत्येक चरण में गिब्स मुक्त ऊर्जा (∆Gaws) के परिवर्तन को एक्सफ़ोलिएशन के कार्य [29] और गणना अभिव्यक्ति द्वारा निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:

प्राप्त करने के लिए उपरोक्त समीकरण में समीकरण (1) लाएँ:

जहां w पानी की सतह मुक्त ऊर्जा है, d w पानी का फैलाव घटक है, और p w पानी का ध्रुवीय घटक है।

2.6. उम्र बढ़ने के प्रदर्शन का मूल्यांकन

The aging performance of A-Pal-compounded SBS-modified asphalt was evaluated by the short-term aging, long-term aging, and fatigue factor. The mass loss rate (MLR),  softening point increment index (∆S), rutting factor aging index (RAI), and zero shear viscosity aging index (ZSVAI) of asphalt samples were analyzed after aging treatment in the rolling thin film oven test (TFOT) and pressure aging vessel (PAV) to simulate the short-term and long-term aging of asphalt by AASHTO R28-09 [30]. The critical temperature (fatigue limit temperature) grade corresponding to the fatigue factor (G* × sinδ >डामर की थकान प्रतिरोध के मूल्यांकन के लिए एक सूचकांक के रूप में तापमान थकान परीक्षण से 5000 केपीए) का परीक्षण किया गया था।

2.7. निम्न-तापमान रियोलॉजिकल मूल्यांकन

डामर का निम्न-तापमान प्रदर्शन लोड के तहत टूटने का विरोध करने की डामर की क्षमता को संदर्भित करता है। टीएफओटी प्लस पीएवी उम्र बढ़ने के बाद संशोधित डामर के कम तापमान वाले दरार प्रतिरोध का मूल्यांकन एएएसएचटीओ टी 313-12 [31] विनिर्देशन के अनुसार, एक झुकने वाले बीम रियोमीटर (बीबीआर) द्वारा किया गया था। विनिर्देश के अनुसार, 6 ◦C परीक्षण सीमा थी जब तक कि डामर का प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता था। फ्लेक्सुरल रेंगने की कठोरता और एम मान का परीक्षण 0, −6, −12, −18, और −24 ◦C के तहत {{10}}.980 ± 0.05 के भार के साथ किया गया। 240 सेकेंड के लिए एन.

3) परिणाम और चर्चा

3.1. रूपात्मक विशेषताएँ

संशोधित डामर [32] में एसबीएस और ए-पाल के वितरण और संरचना का निरीक्षण करने के लिए एफएम किया गया था। डामर और संशोधक के बीच भेदभाव को बढ़ाने के लिए, छवि के डामर भाग को काले रंग के रूप में प्रदर्शित किया जाता है, और बहुलक भाग को चित्र 1 में दिखाई गई चमक को समायोजित करके हरे चमकीले धब्बे के रूप में दिखाया जाता है। डामर को निरंतर चरण के रूप में प्रदर्शित किया जाता है, और फैला हुआ चरण के रूप में प्रदर्शित किया जाता है। -फ़ेज़ एसबीएस को मैट्रिक्स पिच [33] में एक द्वीप के रूप में फैलाया गया था। चित्र 1बी डामर में बड़ी मात्रा में छोटे ब्लॉक वाले एसबीएस क्रॉसलिंक दिखाता है, जो एक छोटे अनुपात और ए-पाल के बिना डामर के बिखरे हुए वितरण के लिए जिम्मेदार है। एसबीएस में डामर से नरम डामर को अवशोषित करने की कम क्षमता होती है, जिसके परिणामस्वरूप कम अनुकूलता होती है। 1 wt प्रतिशत A-Pal (चित्र 1c) जोड़ने के बाद, फ्लोरोसेंट पदार्थों का अनुपात थोड़ा बढ़ गया था, और फैलाव अभी भी डामर में असमान रूप से वितरित था। ए-पाल जोड़ने के बाद नरम डामर को अवशोषित करने की एसबीएस पॉलिमर की क्षमता में एक निश्चित वृद्धि हुई, जिससे एसबीएस पॉलिमर की मात्रा में विस्तार हुआ और सूजन की डिग्री में वृद्धि हुई [22]। ए-पाल (चित्रा 1 डी, ई) के जुड़ने से, फ्लोरोसेंट पदार्थों का अनुपात बढ़ता जा रहा है, और फैलाव की डिग्री अधिक से अधिक समान हो जाती है। ए-पाल को जोड़ने के बाद, डामर के साथ एसबीएस पॉलिमर की अनुकूलता में कुछ हद तक सुधार हुआ; संशोधित डामर के कम तापमान और थकान प्रदर्शन में सुधार होना चाहिए [19]।

3.2. ए-पाल-मिश्रित एसबीएस-संशोधित डामर का उच्च तापमान प्रदर्शन

उच्च तापमान स्थिरता डामर का एक महत्वपूर्ण संकेतक है। तापमान स्कैनिंग परीक्षण द्वारा प्राप्त रूटिंग फैक्टर की भिन्नता को चित्र 2 में दिखाया गया है। यह देखा जा सकता है कि एसबीएस और ए-पाल के अलावा रूटिंग फैक्टर और रूटिंग प्रतिरोध में सुधार में योगदान होता है। एसबीएस को डामर में जोड़ने के बाद, डामर के रटिंग फैक्टर में बड़ी वृद्धि देखी गई और रटिंग के प्रतिरोध में और अधिक सुधार हुआ। रटिंग प्रतिरोध को और बढ़ाने के लिए ए-पाल के समावेश के साथ रटिंग फैक्टर में वृद्धि जारी रही। पिछले अध्ययन की तुलना में, यह सुसंगत है और विभिन्न प्रकार के एसबीएस [18,19] के कारण इसमें कोई बदलाव नहीं आया है। 5 wt प्रतिशत की ए-पाल सामग्री वाले नमूने में उच्चतम रटिंग कारक और सबसे मजबूत एंटी-रटिंग क्षमता थी, जो दर्शाता है कि ए-पाल को शामिल करने से एसबीएस-संशोधित डामर की तापमान स्थिरता में सुधार हो सकता है। बढ़ते तापमान के साथ रटिंग फैक्टर का मूल्य कम हो जाता है, और दर समान थी, यह दर्शाता है कि सभी संशोधित डामर नमूनों में समान रियोलॉजिकल गुण हैं।

सामरिक राजमार्ग अनुसंधान कार्यक्रम (एसएचआरपी) में रूटिंग फैक्टर परीक्षण में रूटिंग फैक्टर क्रिटिकल तापमान G*/sin δ {{0}}.0 kPa का संबंधित तापमान फैक्टर है। प्रत्येक नमूने का महत्वपूर्ण तापमान तालिका 3 में दिखाया गया है। एसबीएस एएच -70 की तुलना में महत्वपूर्ण तापमान को 7.2 ◦C तक बढ़ा सकता है। ए-पाल जोड़ने के बाद, रटिंग फैक्टर क्रिटिकल तापमान में लगातार वृद्धि हुई और अधिकतम तापमान बढ़कर 75.7 ◦C हो गया, जो मैट्रिक्स डामर से 20 प्रतिशत अधिक था।

संशोधित डामर का ZSV ए-पाल सामग्री की वृद्धि के साथ बढ़ता है, जो रूटिंग फैक्टर (तालिका 4) के परीक्षण परिणाम के समान था। एसबीएस के जुड़ने से डामर मैट्रिक्स का ZSV 296 प्रतिशत बढ़ गया। 1 wt प्रतिशत A-Pal जोड़ने के बाद, संशोधित डामर का ZSV बढ़कर 949.4 Pa·s हो गया, जो केवल SBS वाले संशोधित डामर से अधिक था। बढ़ती ए-पाल सामग्री के साथ, ZSV के मूल्य में वृद्धि जारी है, और 5 wt प्रतिशत मिश्रित SBS-संशोधित डामर का ZSV मान 1291.8 Pa·s तक बढ़ जाता है, जो डामर मैट्रिक्स की तुलना में 423 प्रतिशत अधिक था। इससे पता चला कि कंपाउंडिंग विधि डामर बाइंडर की उच्च तापमान स्थिरता में सुधार करने में प्रभावी थी।

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