Effetto della modalità di invecchiamento con ossigeno termico sulle proprietà reologiche e sulla compatibilità del legante per asfalto modificato con lignina mediante reometro a taglio dinamico Parte 2

3.4. Comportamento di scorrimento e recupero dell'asfalto modificato con lignina

3.4.1. Componente viscoso del test di scorrimento

Il glicoside di cistanche può anche aumentare l'attività della SOD nei tessuti del cuore e del fegato e ridurre significativamente il contenuto di lipofuscina e MDA in ciascun tessuto, eliminando efficacemente vari radicali reattivi dell'ossigeno (OH-, H₂O₂, ecc.) e proteggendo dai danni al DNA causati da radicali OH. I glicosidi feniletanoidi di Cistanche hanno una forte capacità di scavenging dei radicali liberi, una maggiore capacità di riduzione rispetto alla vitamina C, migliorano l'attività della SOD nella sospensione dello sperma, riducono il contenuto di MDA e hanno un certo effetto protettivo sulla funzione della membrana dello sperma. I polisaccaridi Cistanche possono migliorare l'attività di SOD e GSH-Px negli eritrociti e nei tessuti polmonari di topi sperimentalmente senescenti causati dal D-galattosio, nonché ridurre il contenuto di MDA e collagene nei polmoni e nel plasma e aumentare il contenuto di elastina, hanno un buon effetto scavenging su DPPH, prolunga il tempo di ipossia nei topi senescenti, migliora l'attività della SOD nel siero e ritarda la degenerazione fisiologica del polmone nei topi senescenti sperimentalmente Con la degenerazione morfologica cellulare, gli esperimenti hanno dimostrato che Cistanche ha la buona capacità antiossidante e ha il potenziale per essere un farmaco per prevenire e curare le malattie dell'invecchiamento della pelle. Allo stesso tempo, l'echinacoside in Cistanche ha una significativa capacità di eliminare i radicali liberi DPPH e può eliminare le specie reattive dell'ossigeno, prevenire la degradazione del collagene indotta dai radicali liberi e ha anche un buon effetto riparatore sul danno dell'anione dei radicali liberi della timina.

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Sulla base del test di scorrimento ripetuto, il valore GV della componente di viscosità della rigidità di scorrimento è stato adattato dalla Formula (2) come indice di valutazione delle prestazioni di stabilità alle alte temperature [35]. Il modello di Burgers è stato utilizzato per adattare la curva nella fase di carico di scorrimento per ottenere il parametro di viscosità, che era la parte di viscosità GV della rigidità di scorrimento (come mostrato nelle Figure 6 e 7). Il valore di Gv rifletteva la resistenza dell'asfalto alla deformazione permanente. Maggiore è il Gv, migliore è la capacità di solco dell'asfalto [36]. La fase di scarico riflette principalmente la deformazione viscosa misurata e la deformazione elastica ritardata. La Figura 5 mostra il recupero dello scorrimento dell'asfalto con e senza lignina per i primi 10 cicli dei campioni MM-0, MM-9, DH-0 e DH-12 a un sollecitazione di 300 Pa.

Sotto la stessa sollecitazione e temperatura, i dati del ciclo di viscosità dalla 1a alla 100a volta sono stati adattati per due asfalti con diversi gradi di invecchiamento, con un intervallo di 10 volte. Come si vede nelle Figure 6 e 7, i valori Gv dei leganti Donghai e Maoming hanno avuto cambiamenti diversi nei diversi gradi di invecchiamento dopo l'aggiunta di lignina, che era invecchiamento a lungo termine > invecchiamento a breve termine > prima dell'invecchiamento. Ciò ha dimostrato che l'aggiunta di lignina può migliorare significativamente la resistenza alle alte temperature dell'asfalto. I valori G*/sinδ e Gv erano coerenti nella valutazione delle prestazioni ad alta temperatura dell'asfalto modificato con lignina, ma c'erano differenze nelle conclusioni della valutazione tra diversi asfalti modificati. Tuttavia, il valore di Gv è improvvisamente aumentato durante il processo di invecchiamento PAV dell'asfalto Donghai 90# dopo l'aggiunta di lignina, che potrebbe essere stato causato dalla differenza tra i due componenti dell'asfalto della matrice.

3.4.2. Ceppo accumulato

In quanto tipico materiale viscoelastico, l'asfalto ha una certa elasticità ritardata e diversi tipi di asfalti e asfalti con diversi contenuti di lignina hanno diversi gradi di recupero. L'elasticità ritardata potrebbe essere separata dalla deformazione permanente mediante il test di recupero dello scorrimento. La deformazione iniziale nella fase di recupero, cioè la deformazione di scarico istantanea, è stata indicata con εL. La deformazione residua alla fine della fase di recupero è stata indicata con εp, e εL/εp è stato utilizzato per denotare i conti della deformazione permanente per la deformazione totale, cioè la proporzione della parte viscosa della deformazione. Selezionando un unico livello di temperatura (64 ◦C), i valori εL/εp di 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 e 100 tempi di carico secondo il suddetto contenuto ottimale di asfalto prima dell'invecchiamento ( Sono stati calcolati MM-0, MM-9, DH-0, DH-12). I risultati sono mostrati nella Figura 8.

Si può vedere in Figura 8 che con l'aumento dei tempi di carico, sono aumentati anche i valori εL/εp di diversi asfalti modificati con lignina, il che riflette il continuo accumulo della deformazione permanente dell'asfalto con l'aumento dei tempi di carico. I valori εL/εp erano molto vicini, il che non era simile all'asfalto modificato con SBS [37,38] e all'asfalto modificato con gomma [39], indicando che l'aggiunta di lignina non migliorava l'elasticità dell'asfalto ed era solo per Riempimento. La ragione potrebbe essere che la struttura molecolare della lignina stessa è complessa. Ha una struttura molecolare a rete tridimensionale, contenente molti gruppi aromatici e un alto contenuto di carbonio [40], mentre il legante di base è una miscela di idrocarburi ad alto peso molecolare estremamente complessi e derivati ​​non metallici di idrocarburi. Attraverso l'ulteriore analisi del meccanismo di funzionamento in Figura 9, l'aggiunta di un modificatore di lignina ha portato all'assorbimento della fase liquida dell'asfalto nell'area di interazione asfalto-lignina durante il processo di miscelazione, formando un sistema di lavoro asfalto-lignina e modificando il viscoelastico comportamento del legante bituminoso [41].

La deformazione cumulativa è stata riflessa nella deformazione residua totale del campione di asfalto dopo il carico ciclico. Minore è la deformazione cumulativa, migliore è la resistenza alle alte temperature dell'asfalto. Per illustrare ulteriormente che la lignina aveva una buona stabilità alle alte temperature, la figura 10 mostra la relazione tra la deformazione cumulativa e il numero di cicli di caricamento.

Si può vedere nella Figura 10 che la deformazione cumulativa dell'asfalto è aumentata con l'aumento dei tempi di carico, coerente con il carico effettivo della strada. Con gli stessi tempi di caricamento, la deformazione cumulativa dell'asfalto Donghai e dell'asfalto Maoming prima dell'invecchiamento o dell'invecchiamento RTFO è diminuita dopo l'aggiunta di lignina, indicando che l'aggiunta di lignina potrebbe ridurre la sensibilità alla temperatura dell'asfalto e conferirgli una migliore resistenza alla deformazione ad alta temperatura. Si può vedere dalla pendenza della curva che le prestazioni di ogni campione di asfalto sotto l'invecchiamento RTFO tendevano ad essere coerenti con quelle prima dell'invecchiamento, mentre nella Figura 10c si è riscontrato che la pendenza della curva di MM-9 era significativamente più alto di quello di MM-0, e anche la pendenza della curva di DH-12 aveva una tendenza all'aumento, indicando che l'aggiunta di lignina potrebbe efficacemente prevenire l'indurimento dell'asfalto di base dopo l'invecchiamento del PAV, per prevenire l'invecchiamento dell'asfalto di base. Nel frattempo, la pendenza della curva MM-0 durante l'invecchiamento del PAV era maggiore di quella del DH-0, indicando che il grado di indurimento dell'asfalto 70# era meno significativo di quello dell'asfalto 90# dopo l'invecchiamento del PAV. Il motivo principale era che il contenuto di componenti pesanti nell'asfalto 90# aumentava durante il processo di invecchiamento.

3.5. Analisi di compatibilità di lignina e asfalto

Chang et al. [42,43] hanno studiato le proprietà reologiche di miscele polimeriche compatibili e incompatibili basate sulla teoria della viscoelasticità e hanno proposto un metodo per giudicare la compatibilità delle miscele prendendo la curva del doppio logaritmo del modulo di memoria (G 0) e del modulo di perdita ( G 00 ), nota anche come curva di Han. Usando la curva Han per giudicare la compatibilità dei polimeri, devono essere soddisfatte due condizioni fondamentali: (1) Le curve logaritmiche G 0 - G 00 a diverse temperature sono sovrapposte; (2) La pendenza della curva all'estremità della bassa frequenza è uguale o prossima a 2. Attraverso questi due requisiti, si può giudicare la compatibilità tra i modificatori e l'asfalto [44]. Per analizzare ulteriormente la compatibilità delle miscele, il legante originale e l'asfalto modificato con lignina sono stati analizzati con un diagramma van Gurp-Palmen (VGP) [45]. Il diagramma VGP è un grafico dell'angolo di fase (δ) dell'asfalto contro il corrispondente modulo di taglio complesso (G*). La compatibilità dei due asfalti e il diverso contenuto di lignina è stata analizzata mediante sweep di frequenza della curva Han e della mappa VGP a 30 e 60 ◦C, come mostrato nella Figura 11.

Si può vedere nella Figura 11 che le curve Han dei due asfalti e dell'asfalto modificato con lignina con diversi contenuti di lignina erano approssimativamente linee rette ad alte temperature prima dell'invecchiamento, e la pendenza della curva Han era vicina a 2, il che indicava che il legante bituminoso apparteneva a un sistema misto omogeneo a questa temperatura. La lignina aveva una buona compatibilità con la matrice bituminosa. Tuttavia, il fenomeno della biforcazione si è verificato allo stato non invecchiato a basse temperature, indicando che vi era una separazione di fase microscopica a basse temperature. Dopo l'invecchiamento RTFOT, i due asfalti originali e l'asfalto modificato con lignina con diverso contenuto di lignina sembravano mostrare biforcazione a bassa temperatura ma non si separavano ad alta temperatura, indicando che la compatibilità dell'asfalto originale e dell'asfalto modificato con lignina era migliore in condizioni di alta temperatura. Dopo l'invecchiamento del PAV, l'asfalto di base e l'asfalto modificato mostravano entrambi il fenomeno di separazione ad alte temperature, ma non vi era separazione a basse temperature, il che indicava che l'ossigeno termico e l'invecchiamento della pressione promuovevano la decomposizione dell'asfalto matrice e dell'asfalto modificato, con conseguenti grandi differenze nella distribuzione interna del peso molecolare. Nella curva VGP, è stato riscontrato che l'asfalto di base Maoming 70# invecchiato e l'asfalto modificato con lignina erano sovrapposti a temperature diverse, mentre il legante di base Donghai 90# e l'asfalto modificato con lignina erano sovrapposti solo prima dell'invecchiamento. La dispersione dei diversi stati di invecchiamento non poteva essere sovrapposta, indicando che il raccoglitore 70# era più compatibile del raccoglitore 90#.

4. Conclusioni

In questo documento, le proprietà di invecchiamento dei materiali bituminosi migliorate da un modificatore di lignina sono state valutate in dettaglio sulla base di un test reologico. È stata condotta una serie di test su materiali bituminosi non trattati e modificati con lignina. Sulla base dei risultati del test, si possono trarre le seguenti conclusioni:

(1) L'aggiunta di lignina ha avuto un effetto significativo sulla resistenza alle alte temperature dell'asfalto, ma il grado di miglioramento delle prestazioni alle alte temperature dei due asfalti matrice non era lo stesso. I risultati hanno indicato che c'era un problema di compatibilità con la lignina nel migliorare le prestazioni dell'asfalto a matrice.

(2) I risultati del test ripetuto di scorrimento e recupero hanno indicato che l'asfalto modificato con lignina e l'asfalto di base hanno mostrato lo stesso comportamento e la lignina non ha aumentato il tasso di recupero elastico dei leganti polimerici modificati come SBS. Tuttavia, l'aggiunta di lignina ha aumentato la resistenza alla viscosità del legante per asfalto, che ha ridotto significativamente la deformazione cumulativa dell'asfalto modificato con lignina, e questa è stata anche la ragione fondamentale per migliorare la stabilità alle alte temperature dell'asfalto matrice.

(3) Dopo l'invecchiamento a lungo termine, la deformazione cumulativa dell'asfalto modificato con lignina era superiore a quella dell'asfalto di base e le prestazioni di invecchiamento a lungo termine erano notevolmente migliorate. Ciò era dovuto alla probabile depolimerizzazione e riduzione del peso molecolare della lignina durante l'invecchiamento a lungo termine.

Questo studio ha fornito una nuova comprensione delle proprietà di invecchiamento dell'asfalto modificato con lignina. La ricerca futura dovrebbe concentrarsi sulle caratteristiche termiche, sulla verifica sul campo e sulla valutazione del ciclo di vita della pavimentazione in asfalto con diversi modificatori di lignina.

Contributi dell'autore:Gli autori hanno contribuito a questo articolo di ricerca come segue: MC e CC; scrittura—preparazione della bozza originale, MC; scrittura: revisione e revisione, revisione della letteratura e metodologia, YS; lavoro sperimentale e collaudo, XH; indagine e scrittura: preparazione della bozza originale, XZ e PD; supervisione e acquisizione di finanziamenti, CC Tutti gli autori hanno letto e accettato la versione pubblicata del manoscritto.

Finanziamento: questa ricerca è stata finanziata dal progetto di pianificazione scientifica e tecnologica del dipartimento di scienza e tecnologia dello Yunnan (progetto agricolo congiunto), numero di borsa 202101BD070001-060; Progetto di scienza e tecnologia dell'ufficio autostradale di Gui Zhou, numero di borsa 2021QLM06; Fondo per la ricerca scientifica del Dipartimento dell'Istruzione della provincia dello Yunnan, numero di borsa 2020J0420.

Dichiarazione del comitato di revisione istituzionale:Non applicabile.

Dichiarazione di consenso informato:Non applicabile.

Dichiarazione sulla disponibilità dei dati:Non applicabile.

Conflitto di interessi:Gli autori dichiarano assenza di conflitto di interesse.

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