動的せん断レオメーターによるリグニン改質アスファルトバインダーのレオロジー特性と適合性に対する熱酸素老化モードの影響パート2

3.4. リグニン改質アスファルトのクリープおよび回復挙動

3.4.1. 粘性成分のクリープ試験

また、シスタンケのグリコシドは、心臓および肝臓組織の SOD の活性を高め、各組織のリポフスチンおよび MDA の含有量を大幅に減少させ、さまざまな活性酸素ラジカル (OH-、H2O2 など) を効果的に消去し、引き起こされる DNA 損傷から保護します。 OHラジカルによる。 Cistanche フェニルエタノイド配糖体は、フリーラジカルの強力な消去能力、ビタミン C よりも高い還元能力を持ち、精子懸濁液中の SOD の活性を向上させ、MDA の含有量を減らし、精子膜機能に一定の保護効果をもたらします。 Cistanche 多糖類は、D-ガラクトースによって引き起こされる実験的老化マウスの赤血球および肺組織における SOD および GSH-Px の活性を高めることができるほか、肺および血漿中の MDA およびコラーゲンの含有量を減少させ、エラスチンの含有量を増加させることができます。 DPPHに対する優れた除去効果、老化マウスの低酸素状態の延長、血清中のSOD活性の改善、実験用老化マウスの肺の生理的変性の遅延 細胞形態学的変性を伴うCistancheには優れた抗酸化能力があることが実験で示されています皮膚の老化疾患を予防および治療する薬になる可能性があります。 同時に、Cistanche に含まれるエキナコシドは、DPPH フリーラジカルを捕捉する顕著な能力を持っており、活性酸素種を捕捉し、フリーラジカルによるコラーゲン分解を防止し、チミン フリーラジカル アニオン損傷に対する優れた修復効果もあります。

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繰り返しクリープ試験に基づいて、高温安定性能の評価指標としてクリープ剛性の粘性成分 GV 値を式 (2) によりフィッティングした [35]。 バーガーズ モデルを使用してクリープ負荷段階で曲線をフィッティングし、クリープ剛性の粘度部分 GV である粘度パラメーターを取得しました (図 6 および 7 を参照)。 Gv の値は、永久変形に対するアスファルトの抵抗を反映しています。 Gv が大きいほど、アスファルトのわだち掘れ能力が向上します [36]。 除荷段階では、主に測定された粘性変形と遅延弾性変形が反映されました。 図5は、MM-0、MM-9、DH-0、およびDH-12サンプルの最初の10サイクルにおける、リグニンを含むアスファルトと含まないアスファルトのクリープ回復率を示しています。応力300Pa。

同じ応力と温度の下で、1 回目から 100 回目までのクリープ サイクル データを、異なる老化度の 2 つのアスファルトに対して 10 回の間隔でフィッティングしました。 図 6 および 7 に見られるように、東海および茂名バインダーの Gv 値は、リグニン添加後の異なる老化度で異なる変化を示しました (長期老化 > 短期老化 > 老化前)。 これにより、リグニンの添加によりアスファルトの高温耐性が大幅に向上することが実証されました。 リグニン改質アスファルトの高温性能を評価する際の G*/sinδ および Gv 値は一貫していましたが、異なる改質アスファルト間では評価結論に差異がありました。 しかし、リグニン添加後の東海 90# アスファルトの PAV エージングプロセス中に、Gv 値が突然増加しました。これは、2 つのマトリックスアスファルト成分間の違いによって引き起こされた可能性があります。

3.4.2. 蓄積ひずみ

典型的な粘弾性材料として、アスファルトは特定の遅延弾性を有し、異なる種類のアスファルトおよび異なるリグニン含有量を有​​するアスファルトは異なる回復度を有していた。 遅延弾性はクリープ回復試験により永久変形から分離することができた。 回復段階の初期ひずみ、すなわち瞬間除荷ひずみをεLで表す。 回復段階の終了時の残留ひずみは εp で示され、εL/εp は変形全体に占める永久変形、つまり変形の粘性部分の割合を示すために使用されました。 単一の温度レベル (64 °C) を選択し、老化前のアスファルトの前述の最適含有量に従って、10、20、30、40、50、60、70、80、90、および 100 回の荷重時間の εL/εp 値を選択します ( MM-0、MM-9、DH-0、DH-12）が計算されました。 結果を図 8 に示します。

図 8 では、荷重時間の増加に伴い、さまざまなリグニン改質アスファルトの εL/εp 値も増加していることがわかります。これは、荷重時間の増加に伴うアスファルトの永久変形の継続的な蓄積を反映しています。 εL/εp 値は非常に近かったが、これは SBS 改質アスファルト [37,38] やゴム改質アスファルト [39] とは似ておらず、リグニンの添加はアスファルトの弾性を改善せず、単に弾性を改善するだけであることを示している。充填。 その理由としては、リグニン自体の分子構造が複雑であることが考えられます。 それは、多くの芳香族基と高い炭素含有量を含む三次元網目状分子構造を有しており[40]、ベースバインダーは非常に複雑な高分子炭化水素と炭化水素の非金属誘導体の混合物である。 図 9 の作用メカニズムをさらに分析すると、リグニン改質剤の添加により、混合プロセス中にアスファルト液相がアスファルト - リグニン相互作用領域に吸収され、アスファルト - リグニン作用システムが形成され、粘弾性が変化することがわかりました。アスファルトバインダーの挙動 [41]。

累積ひずみは、繰り返し荷重後のアスファルト サンプルの総残留ひずみに反映されました。 累積ひずみが小さいほどアスファルトの高温耐性が優れていることを示します。 リグニンが優れた高温安定性を持っていることをさらに示すために、累積ひずみとサイクル負荷の回数の関係を図 10 に示します。

図 10 から、荷重時間の増加とともにアスファルトの累積ひずみが増加することがわかります。これは、道路の実際の荷重と一致しています。 同じ荷重時間の下で、老化またはRTFO老化前の東海アスファルトと茂名アスファルトの累積ひずみは、リグニンの添加後に減少しました。これは、リグニンの添加によりアスファルトの温度感受性が低下し、高温変形に対する耐性が向上する可能性があることを示しています。 曲線の傾きから、RTFO 老化下の各アスファルト サンプルの性能が老化前と一致する傾向があることがわかります。一方、図 10c では、MM-9 の曲線の傾きが小さいことがわかりました。はMM-0よりも著しく高く、DH-12の曲線の傾きも増加傾向を示しており、リグニンの添加がPAV老化後のベースアスファルトの硬化を効果的に防止できることを示しています。ベースアスファルトの劣化。 一方、PAVエージング中のMM-0曲線の傾きはDH-0よりも大きく、PAVエージング後の70#アスファルトの硬化度は90#アスファルトの硬化度よりも有意ではなかったことを示しています。 その主な理由は、90#アスファルト中の重質成分が老化過程で増加したことによるものでした。

3.5. リグニンとアスファルトの適合性分析

チャンら。 [42,43] は、粘弾性理論に基づいて相溶性ポリマーブレンドと非相溶性ポリマーブレンドのレオロジー特性を研究し、貯蔵弾性率 (G 0 ) と損失弾性率 ( G 00 )、Han 曲線とも呼ばれます。 Han 曲線を使用してポリマーの相溶性を判断するには、2 つの基本条件が満たされる必要があります。(1) 異なる温度での G 0 -G 00 対数曲線が重ね合わされます。 (2) 低周波端の曲線の傾きが 2 以上であること。これら 2 つの要件により、改質材とアスファルトの適合性を判断することができる [44]。 ブレンドの適合性をさらに分析するために、元のバインダーとリグニン改質アスファルトをファン ガープ パルメン (VGP) 図を使用して分析しました [45]。 VGP ダイアグラムは、アスファルトの位相角 (δ) と対応する複素せん断弾性率 (G*) をプロットしたものです。 図 11 に示すように、2 つのアスファルトとリグニンの異なる含有量の適合性を、30 °C および 60 °C での Han 曲線と VGP マップの周波数掃引によって分析しました。

図 11 から、2 つのアスファルトとリグニン含有量が異なるリグニン改質アスファルトの Han 曲線は、老化前の高温ではほぼ直線であり、Han 曲線の傾きが 2 に近いことがわかります。アスファルト結合剤は、この温度では均一な混合系に属していた。 リグニンはマトリックスアスファルトとの相溶性が良好であった。 しかし、分岐現象は低温で非時効状態で発生し、低温で微視的な相分離が存在することを示した。 RTFOTエージング後、2つの元のアスファルトとリグニン含有量が異なるリグニン改質アスファルトは、低温では分岐を示すように見えましたが、高温では分離しなかったため、元のアスファルトとリグニン改質アスファルトの相溶性がより優れていたことがわかりました。高温条件下で。 PAVエージング後、ベースアスファルトと改質アスファルトはいずれも高温では剥離現象を示しましたが、低温では剥離現象は見られませんでした。これは、熱酸素と加圧エージングによってマトリックスアスファルトと改質アスファルトの分解が促進され、結果として大きな差が生じたことを示しています内部分子量分布において。 VGP曲線では、熟成した茂名70#ベースアスファルトとリグニン改質アスファルトが異なる温度で重ね合わされているのに対し、Donghai90#ベースバインダーとリグニン改質アスファルトはエージング前にのみ重ね合わされていることがわかりました。 異なる老化状態の分散を重ね合わせることができなかったことから、70# バインダーの方が 90# バインダーよりも相溶性が高いことがわかりました。

4. 結論

本論文では、リグニン改質剤により改良されたアスファルト材料の経時特性をレオロジー試験に基づいて詳細に評価した。 未処理およびリグニン改質アスファルト材料に対して一連のテストが実施されました。 テスト結果に基づいて、次の結論が導き出されます。

(1) リグニンの添加はアスファルトの高温耐性に大きな影響を与えましたが、2 つのマトリックス アスファルトの高温性能の改善の程度は同じではありませんでした。 その結果、マトリックスアスファルトの性能を向上させるにはリグニンとの適合性に問題があることが示されました。

(2) 繰り返しクリープ回復試験の結果、リグニン改質アスファルトとベースア​​スファルトは同様の挙動を示し、リグニンは SBS などの改質ポリマーバインダーの弾性回復率を上昇させないことが示された。 しかし、リグニンの添加によりアスファルトバインダーの粘度抵抗が増加し、リグニン改質アスファルトの累積ひずみが大幅に減少しました。これがマトリックスアスファルトの高温安定性を向上させる根本的な理由でもありました。

(3)長期時効後のリグニン改質アスファルトの累積ひずみはベースアスファルトに比べて高く、長期時効性能が大幅に向上した。 これは、長期熟成中にリグニンが解重合し、分子量が低下した可能性が高いためです。

この研究により、リグニン改質アスファルトの老化特性について新たな理解が得られました。 今後の研究は、さまざまなリグニン改質剤を使用したアスファルト舗装の熱特性、現場検証、ライフサイクル評価に焦点を当てる必要があります。

著者の寄稿:著者らは次のようにこの研究論文に貢献しました。MC および CC。 執筆—原案作成、MC。 執筆 - レビューと編集、文献レビューと方法論、YS。 実験的作業とテスト、XH; 調査と執筆 - 原案の準備、XZ、および PD。 監督と資金調達、CC すべての著者は原稿の出版版を読み、同意しました。

資金調達: この研究は、雲南省科学技術局の科学技術計画プロジェクト (共同農業プロジェクト)、助成金番号 202101BD070001-060 によって資金提供されました。 貴州道路局の科学技術プロジェクト、助成番号 2021QLM06。 雲南省教育局の科学研究基金、助成金番号 2020J0420。

治験審査委員会の声明:適用できない。

インフォームド・コンセントの声明:適用できない。

データの可用性に関する声明:適用できない。

利益相反:著者は利益相反がないことを宣言します。

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