沥青老化实验室的新方法

在实验室沥青老化的新方法。

本文介绍的老化处理，以开发薄的（300微米）薄膜的时间短和长时间的过程。 新的程序被开发作为用于测试方法的一个替代方法：压延薄膜烘箱（RTFO）和压力老化（PAV）。 这项新技术被称为简单的程序老化（简单老化试验，SAT），可用于清洁和改性沥青乳液和残余物。 此前的研究之路的战略规划的实施有在薄膜的静态条件下的老化显著的兴趣。 然而，短期老化过程获得通过RTFO，作为用于测试弯曲梁流变仪需要大量的老化沥青的。 由于采用了标准的方法RTFO发现了一些问题，当你试图把它应用到高度改性沥青的老化。 关于温热的混合物RTFO方法在较低温度下（模拟低制造温度）可以在滚动膜施加一定的限制对于该材料的均匀的老化。 塑性计最近开发的动态剪切（DSR）的原则与4毫米的平行板操作允许在温度高达至-40℃的测试，仅需要25毫克粘结剂，并允许估计用于弯曲梁流变的m值和偏置的刚性。 使用与结合SAT此技术确定沥青，低温和中温下老化短期或长期的流变性。 此外，存在老化DSR型流变仪25mm的板足够的材料。 SAT的方法消除了对聚合物改性的沥青和温暖“滚动”的样本的问题。 在沥青的使用RTFO和PAV程序时已被标记SAT过程时间和熟化温度等同于这些参数几种类型的测试。

介绍

凝固在氧化过程中的影响下老化 - ，以及在路面的生命周期中铺设热拌时发生的过程。 它极大地影响涂层性能如车辙，开裂和脱层，并且作为结果，耐久性。 在实验室条件下老化的凝固建模是基于性能指标的发展极为重要。 该研究描述了测试薄膜样品的氧化的新方法，即给出的结果等于滚动薄膜烘箱（RTFO，ASTM D2872法）和纯沥青的压力（PAV，ASTM D6521法）下，在腔室老化的标准程序。 实现将确保测试薄膜的有效性（几百nm） - 最近根据动态剪切的原理，这使得能够在温度高达至-40℃的样品的测试流变仪开发出一种技术，只需要25毫克样品，并且包括用于在设备上的变形[1的调节]。

试验程序沥青薄膜在炉中在60年代初开发的维姆[2]和在ASTM已被接受1970年。 在战略计划业务的执行情况的研究已被选定为造型短固化老化铺路时发生的标准。 目前，该技术在沥青高性能沥青路面的说明书中使用。

沥青的薄膜在之前在静态薄膜烘箱测试（TFOT，ASTM D1754法）测试的旋转（RTFOT）烤箱的技术的主要优点在于，用于旋转玻璃容器进行老化样品表面的大面积的事实。 然而，转数和新鲜样品表面的影响取决于在测试之前的沥青，和变化的粘度的测试过程中的粘度变化。 运动，并在烧瓶中混合沥青也由聚合物改性沥青复杂。 减少RTFO试验温度建模氧化发生在生产温拌，造成类似的困难。

减少或消除卷旋转的旋转时由该方法RTFO高度改性沥青测试 - 已被公知的数年[3]的问题。 巴伊亚[3]提出了通过钢杆浸入烧瓶来解决它，从而提供一个膜扩散。 由联邦公路管理局和东南亚组沥青制造商进行的试验表明，钢杆减少老化沥青（如改性和未改性）的电平，并有助于沥青的从[4]烧瓶中的泄漏（两种类型）。 虽然钢杆并从烧瓶中有助于沥青的泄漏，所述聚合物改性的沥青经常流过灯泡区域，即使当杆没有。 这样做的原因 - 魏森伯格效果（在旋转杆升降粘弹性液体）[5]。 据推测，由于玻璃灯泡的旋转引起的，产生正垂直指向的力的弹性力（拉伸聚合物链的），这会导致沥青的升起该烧瓶的内壁上。

这些问题的解决方案是西方研究所（WRI）的短期和长期老化的新方法，这是一个简单的程序化（SAT）被称为工作的基础。 她致力于这篇文章。

通过SAT的方法，作为一种替代标准和RTFO RTFO / PAV，提出了以下要求：

1）的老化程度应等同于方法RTFOT的。 只要Superpave的规范是基于测试的结果RTFOT，任何新技术必须符合RTFOT老化的纯沥青的过程。

2）方便，无需清洗瓶。 试验程序是允许老化样品的短期放置直接进入烘箱长期老化。

3）沥青的量将是足以确定渗透指数（SHRP PG）和化学组合物的说明书的等级。

4）当放置或取出样品不应被使用的溶剂，这是聚合物改性沥青尤其重要。

5）膜厚度应该是为了消除氧气扩散的问题低，存在在静止状态（TFOT）测试样品英寸

6）该技术应允许以降低温度，以模拟生产的条件下，温热的混合物。

7）试验时间必须小于或RTFO测试RTFO / PAV。

8）方法应该成本低廉。

9）一种方法应该允许从乳液残余物膜的老化。

氧化老化膜（几百微米膜厚度）是能够满足所有上述要求，但是，对于上SHRP沥青以后的试验所需要的样品表面的非常大的面积。 特别地，该问题变得与弯曲梁流变仪测试，因为对于每个样品棒采取15克沥青，和这些样品需要一些。 在中等和高的温度SHRP测试被保持在与动态剪切流变仪（DSR），其只需要几克沥青。

已经指出，本发明的具有动态剪切流变仪（DSR）与4-毫米的平行板允许在温度测试可达-40℃，仅需要25毫克粘结剂，并允许估计m值和刚度用于弯曲流变仪[6]的偏移束。 接下来将获得这项技术的更详细的说明。 它与薄膜老化的方法组合 - RTFOF替代方法。 此外，测试后是在低，中和高温度SHRP试验足够的沥青。

研究在过去十年中的新的测试开发，主要有以下目标：

a）编制后几克沥青用于在弯曲梁流变仪进一步测试的测试;

B）为了解决从RTFO测试期间烧瓶流出沥青的问题;

c）为解决轧制RTFOT测试的聚合物 - 改性沥青的问题。

实施例可用于以下方法：试验在旋转滚筒（RCAT）的老化[7]，改性的德国旋转瓶（MGRFT）[4]，与试验 强制通风 （SAFT）[8]。

实验部分材料

流变仪用于动态剪切原理至4mm的平行板

有关甘油模块中的玻璃态（GG）争议制成Schröter[9]开发了用于动态剪切流变仪，其接头和板的误差校正的方法。 随[1]施加到的在低温下的动态剪切沥青的测量调整（〜5℃...°C -40）上的1.7mm的间隙4mm的平行板（在文章中，这种方法被称为4毫米动态剪切流变仪）。

在低频（高温）沥青延展性和纠错是可忽略的工具。 在高 频率（低 温度），得到不同而不同，为了获得脆性断裂沥青测量剪切流变仪调整适用的模块的真值。

为了测试只需要25毫克的材料（在实践 - 用于制造样品图案的约150毫克），其为大小比需要低几个数量级用于产生在弯曲梁流变杆试验。

样品预处理是必需的。 （60-70℃）在流变仪书签被以相对低的温度下进行。

在这项研究中，流变学性质的研究是使用4mm的动态剪切流变仪。 M-值和剪切刚度S（t）的通过与4毫米动态剪切流变仪相关估计设计随[6]。 该方法随基础曲线角度，并且在10℃以上的真低温对于给定等级的温度下与S（t）和米60秒的相应值相关联2小时松弛模量的剪切应力G（t）的，所获得作为具有弯曲梁流变仪测量的结果。 随方法通过测量60秒的倾斜角和的G（t）的幅度在SP 10℃较高温度级的温度变化。 在流变学中，低温度下在平板上的测量直径为8到25mm。

松弛模块中的动态弹性模量G“（ω）由近似式执行的相互转换得出克里斯坦森[10]：

G（t）的〜G“（ω）| ω= 2 /πT

动态剪切模量的测量结果在旋转动态剪切流变仪和马尔文Kinexus塔·阿斯进行。 读取频率扫描以15℃的间隔在范围内进行从-30℃到+ 45℃的角 频率范围 0.1至100弧度/秒的。 在低温下，该上限频率扫降低到50弧度/秒。

应用技术4毫米动态剪切流变仪可以使用“在字段”用于评估涂层和分析的材料的性能特性来描述沥青的流变性质分析microsamples，中等和低的温度下再生的粘合剂，来描述该乳液的沉淀物的流变学和材料用于填充裂缝以及用于薄膜的试验方法的开发 - 本文的对象。

红外光谱

IR分析在“传输”模式在1.0毫米电池中进行以50毫克沥青在1ml二硫化碳的样品。 32个扫描循环进行设备：珀金埃尔默谱100，分辨率4厘米-1。

物料

表1描述了类型调查沥青。 样品在道路建设工程从罐中取出。 四和粘合剂的三罗切斯特，准备试验场 明尼苏达州， 美国（建于2006年）。 在多边形测试温拌沥青准备“MV”（曼尼托巴） 加拿大马尼托巴省，始建于2010年的一年。

结果与讨论

坐在技术，它与 RTFO和 RTFO / PAV 发展比较

应该记住的是，想法并不新鲜饱和 老化薄沥青膜来模拟短期和长期的氧化老化，其发生在实际操作中，对于过去的70年广泛研究。 废源艾雷分析[11]。

一个方法是SAT凹进和适应老化薄膜的现有的研究，特别是，格洛弗研究[8,12]的发展和彼得森[13]。 该补充使用4毫米动态剪切流变仪，让我们考虑这种技术，因为RTFOT替代品。

在开发SAT问题是提供最小的膜厚度，从而降低扩散效果。 通过试验和错误被选择为300nm的厚度，从而允许提供一种薄膜，而无需使用溶剂。 样品的流变学和化学研究的体积是另一个限制因素。

SAT测试协议列于表2：用于温沥青混合料的短期测试在130℃下50分钟在具有强制吹的烘箱中。 初步协议，因为根据协议和老化，这是实际发生的道路在堆叠热混合物对衰老进行，现在我们才刚刚开始工作比较。

图。 图2示出最近的SAT方法的薄膜的短期和长期老化开发的设备。 板3具有用于3层不同膜的老化的狭槽，它们中的每需要1.00克沥青的，这给大约的膜厚度。 300纳米。

如下进行测试沥青的薄膜的制备。 加压的工作盒，用氮气填充，置于加热（约120℃）的支架，并给它一个板测试SAT（沥青）。 当加热至120℃扩散沥青用于板的表面面积的约2/3。 铲沥青分布在表面板的其余部分，然后把它留在箱子几分钟发生沥青配向膜的表面。 然后将板从加热中取出并使其在腔室中静置冷却至用氮气填充室温（23℃）。

端板被钻出的孔用于与将温度记录在与强制吹炉内热电偶的插入。 将板置于预热铝块，其提供测试板的快速加热的烘箱中。 图。 图3A示出在炉的温度（在板的热电偶数据）的数据。 50分钟进行登记，炉温 - 150℃ 的迅速增加板从环境温度到约140℃，并且温度在50分钟后达到146℃。

短期和长期老化的方案示于图。 3B。 该板的尺寸被选择为使得所述板能够被插入到一个标准的容器盘加压老化。

据发现，为300nm约40小时的试验薄膜厚度在与强制吹炉中在100℃和0.74大气压的压力下，在20个大气压，得到3.2毫米厚的测试的膜对应PAV标准（ASTM D6521）结果在标准托盘。 40小时的持续时间是近似的，因为有在沥青中的压力差老化[14]。 对于仅产生水平下标准测试老化用的托盘，并根据规格的膜厚8小时20个大气压的压力下将薄膜300nm厚在容器中的老化。

为了确定所模拟的老化，与标准和RTFO RTFO / PAV可比，使用IR光谱法在其大致时间和温度。 初始预测数据，然后与读数流变分析结果相比较。 例如，在图 图4A示出IR光谱（SAT，RTFO，RTFO / PAV）沥青“MV”上表2中列出在图的协议的比较。 图4B示出了对应的数据流变分析 - 将复数剪切模量G *（ω）。 可以看出，光谱非常相似。

IP和流变学的比较

表3示出老化RTFO技术，RTFO / PAV和SAT SP沥青的比较。 已经发现，在短期和使用不同技术所取得的成果的长期老化有很好的一致性。

方法SAT对SP沥青没有显著效果（包括当根据协议ST SAT HMA LT FDO，其可以从测试条件ST SAT LT PAV和RTFO / PAV由于暴露于压力差不同测试，结果非常相似。）

比较在低SP（m值），介质（G * /sinδ）和高（G * /sinδ）温度，以分别在图所示的方法SAT，RTFO和RTFO / PAV。 5，图6和7。当在低温下SP分析示出了如沥青进行了研究米控制仅m值。 值被给出与一个操作者的通过ASTM（D2S％）的精度。 例如，一个操作员的准确度米大在ASTM D6648-08是4.0％。

对于一个运营商的错误是在一个实验室流变仪在一个单一的运营商进行的实验价值。 四种类型的沥青的三个满足精度的规定水平，这意味着，通过SAT的方法获得的流变学数据，和RTFO RTFO / PAV相媲美。

质量上的百分比变化

从过程RTFO老化百分比重量变化根据该方法AASHTO T240测定。 在对SAT短老化方法的重量变化被类似地测量，即 改变沥青质量表示为原始质量的百分比。 质量损失为负，则增加 - 积极的。 减肥在测试期间RTFOT经常观察到，虽然增加也是可能的[15]。 的SAT和RTFO方法在试验期间的重量变化比较表4中给出。

二，沥青的百分比体重变化的差异可以忽略不计。 其他测试可以看出，SAT的方法比RTFO体重减轻更大，虽然只是略有下降。 断言，国家税务总局在统计上不同于RTFO减肥的角度来看，需要更多的实验。

结论

在纯沥青进行比较的调查表明，SAT方法给出的结果与对从流变学的角度来看标准和RTFO RTFO / PAV试验的结果可比，并且在较小程度上为羰基和亚砜分解试验期间相当。

与SAT测试的方法的与平行板4毫米动态剪切流变仪的组合，以确定在低温下的流变学特性和规格的参数（m值和剪切刚度）。 为了进行短期老化的SAT方法只需要50分钟，这35分钟小于所需的标准RTFOT。

更重要的是，对于长期在通过SAT的方法中，容器压力下老化需要8个小时，提前测试PAV所需的标准的12小时。 目前，工作正在进行的应用程序SAT方法聚合物改性的沥青乳液的沉淀物回收的沥青，以及为氧化老化，这发生在制造工厂温拌的建模。

SAT测试方法中的每一个板允许获得将3g老化沥青。 这是足以在低，中，高的温度来描述的流变学性质和化学性质。 如果您需要额外的老化沥青可制备并进行在同一时间几个板老化。

第二条：在实验室沥青老化的新方法。

Apkalimov丹尼斯，有限责任公司“EPC”转子“