Nanocompuestos de ingeniería en ligantes de asfalto 2

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3.2 Propiedades viscoelásticas dinámicas

Las propiedades viscoelásticas de los aglutinantes se analizaron mediante la prueba DSR. El ángulo de fase (δ) y el módulo de corte complejo correspondiente (G*) se midieron en el rango de frecuencia (10 rad/s) y una temperatura grande (de 20 a 9{{17 }} la licenciatura ). Se investigó la resistencia del aglutinante a la deformación (formación de rodaduras) permanente (plástico) de acuerdo con el parámetro 【38】 del parámetro G*/sinδ. Los resultados se ilustran en la Figura 4a-c. La resistencia a la deformación del ligante asfáltico se considera con el ángulo de fase y el módulo complejo, cuyos parámetros de temperatura y frecuencia de carga tienen el efecto principal en G* y δ【8】. La muestra con CSNP en una cantidad de 0,2 por ciento en peso muestra la mayor resistencia a la deformación antes del envejecimiento. El envejecimiento conduce a un aumento de la rigidez. El nivel máximo de rigidez siempre se observa para las muestras de base envejecidas, lo que está relacionado con un aumento en el comportamiento elástico [39] y, de manera desventajosa, con un aumento en la fragilidad [40]. Las condiciones del módulo complejo cambian con la adición de NP al ligante asfáltico. Para las muestras modificadas con CSNP, el aumento de la rigidez con el envejecimiento es menos claro debido al efecto de refuerzo de las NP. Con base en los resultados de este estudio, la adición de 0.2 y 0.3 por ciento en peso de

El NPS del ligante asfáltico muestra la mayor resistencia a la deformación permanente después del envejecimiento a corto y largo plazo, respectivamente. Se puede determinar el contenido óptimo de CSNP en el ligante asfáltico para obtener ligantes modificados con CSNP con la mayor resistencia al envejecimiento.agua de cistancheDespués del envejecimiento de PAV, el ángulo de fase y la clasificación del módulo complejo fueron 3.0wt9 por ciento NP<1.0wt%><2.0><0.0 wt9="" nps,="" and="" 0.0wt%="" nps="">2.0wt% NPs>1.0 wt% NPs>3. 0 porcentaje en peso de NP, respectivamente.

En la Figura 4d-g, se muestran los parámetros de formación de surcos antes y después del envejecimiento (a 30 y 70 grados C). Las muestras 6 y 12 demostraron la mejora más clara después del envejecimiento a corto y largo plazo, respectivamente. Los resultados muestran la resistencia a la deformación permanente, que mejoró con la adición de CSNP.

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En esta investigación se considera la eficiencia de la resistencia al ahuellamiento con la temperatura umbral del factor de ahuellamiento. La Tabla 1 presenta un umbral de temperatura de 1,0 antes del envejecimiento y de 2,2 kPa después del envejecimiento (basado en el estándar SHRP-A-369 [38]). Los resultados muestran que los CSNP disminuyen la resistencia a la formación de surcos antes del envejecimiento. Después del envejecimiento, la temperatura umbral y el endurecimiento de las muestras base aumentan, mientras que se mide lo contrario para las muestras modificadas con CSNP. Estas observaciones confirman que los CSNP reducen la rigidez y el endurecimiento debido al envejecimiento.bioflavonoides cítricosAdemás, los resultados mostraron que el {{0}}.1 por ciento en peso de CSNP funciona mejor en comparación con el 0,2 por ciento en peso.

3.3 Análisis térmico y espectroscópico Se llevó a cabo termogravimetría/análisis térmico diferencial (TG/DTA) para investigar la estabilidad térmica y el patrón de descomposición térmica. La figura 5 muestra los resultados del análisis termogravimétrico (TGA), donde se mide la pérdida de peso de las muestras con el aumento de la temperatura hasta 900 grados.

En la descomposición térmica se muestran tres rangos principales de pérdida de masa: rangos de temperatura de 200-360, 370-490 y 540 grados. En el rango de temperatura de 480-580 grados C, los enlaces de heteroátomos de las muestras base se descomponen y las resinas se oxidan y deshidrogenan. En la siguiente etapa, el proceso de polimerización/craqueo produce asfaltenos que aumentan la pérdida de peso del aglomerante [41,42].

Cistanche puede antienvejecimiento

Las muestras de aglutinante modificadas con CSNP tienen una mayor estabilidad térmica.beneficios del cinomorioLa descomposición final en los aglutinantes modificados con CSNP ocurrió antes en comparación con las muestras base, por lo que este tema puede estar relacionado con las NP de sílice pirógena (Figura S4). El residuo de carbono de las muestras base llega a cero a 800 grados (pérdida de masa máxima); sin embargo, hay un 20-43 por ciento de residuos de carbono en los aglutinantes modificados con CSNP. Los aglutinantes modificados con CSNP con menor pérdida de peso tienen mayor estabilidad térmica y menor evaporación [43]. La mayor parte de la pérdida de masa de las muestras de aglutinante de CSNP se produce a temperaturas superiores a 200 grados, que es mucho más alta que la temperatura de funcionamiento requerida para las mezclas asfálticas; por lo tanto, este nanocompuesto tiene un desempeño térmico aceptable en ligantes asfálticos.

En la Figura 6 se muestra la distribución de la temperatura en la superficie de la muestra durante los 120 s en diferentes momentos (utilizando imágenes térmicas infrarrojas), siempre calculada eligiendo tres puntos en la superficie [44,45]. Los cambios de temperatura se muestran mediante el cambio de color. en muestras de ligantes asfálticos.jacinto del desiertoA baja temperatura (Figura 6a, e, i y m), la distribución del calor es uniforme; sin embargo, la temperatura aumenta de 44,6 a 136, de 34,8 a 95 y de 33,7 a 95 grados para la muestra sin aditivo WMA, con aditivo WMA y con aditivo WMA más CSNP después de 120 s, respectivamente. La Figura 6 muestra que sin WMA, las muestras aditivas tienen tasas de calentamiento lineales y una tendencia de temperatura superficial creciente. Las figuras 6h y p muestran que las muestras de WMA pueden liberar calor uniformemente; sin embargo, las muestras base crean acumulación de calor. Además, las muestras WMA tienen una distribución de temperatura más adecuada que las muestras base a un

nivel de calor más bajo. Las Figuras 6a-d e il muestran la tasa de calor liberado de muestras sin y con CSNP, que son 0.63 y 0.62 grados /s, respectivamente. Estas cifras indican que los aditivos WMA con y sin CSNP tienen mecanismos térmicos similares.

La comparación de las distribuciones de temperatura de muestras modificadas por CSNP y NP de sílice pirogénica (Figura 6 y Figura S5) muestra que el efecto de los CSNP en WMA es más efectivo que el de las NP de sílice pirogénica. Además, el rendimiento suficiente (distribución de temperatura) de las muestras modificadas con NP de sílice y NPS de arcilla indica el fenómeno de autocuración en el ligante asfáltico [46,47].

3.4 Ángulos de contacto de ligantes asfálticos

La Figura 7 muestra los ángulos de contacto (CAs; entre el agua y la superficie del asfalto) para varios asfaltos antes y después del envejecimiento. Los valores de CA superiores o inferiores a 90 grados muestran hidrofobicidad o hidrofilia de las muestras, respectivamente. Las muestras modificadas con CSNP son más hidrofóbicas y, por lo tanto, quedan atrapadas menos moléculas de agua en la superficie del aglutinante. En otras palabras, los CSNP reducen significativamente las moléculas residuales de agua en la mezcla asfáltica y alteran la humectabilidad de los ligantes asfálticos. Este fenómeno indica que los aglutinantes modificados con CSNP tienen una susceptibilidad a la humedad mucho mayor en comparación con las muestras de aglutinante base. Los videos 4-6(ver Materiales complementarios) comparan CA de muestras modificadas antes y después del envejecimiento.

En la Figura 7, se muestra el aumento de CA de 91 a 97 grados de una muestra modificada con CSNP. Esta observación podría estar relacionada con la naturaleza hidrófoba de las NP de sílice pirógena. La proporción de NP de sílice pirogénica en el aglutinante asfáltico podría desempeñar un papel clave en la humectabilidad del aglutinante (las CA de las NP de sílice pirogénica se muestran en la Figura S6). se observa un envejecimiento a largo plazo.

3.5 Mecanismo de CSNP y betún

Varios mecanismos afectan el proceso de antienvejecimiento del ligante asfáltico modificado por CSNP. En esta interacción, un aumento en la energía superficial provoca un aumento en los enlaces del grupo hidroxilo entre las NP de sílice y el betún [8,48]. Además, la alta relación área superficial/volumen de las nanocapas de arcilla aumenta al combinar moléculas de asfalto con capas de arcilla [49]. Las moléculas de betún pueden crear enlaces químicos con NP de sílice y, además, las NPS soportan los componentes del betún mediante reacciones físicas (fuerza de van der Waals)[50]. El asfalteno juega un papel clave en las propiedades reológicas del betún.método de extracción de flavonoides pdfCon base en la estructura coloidal del betún (Figura 8), el petróleo y los asfaltenos se dispersan en la fase solvente. Como se muestra en la Figura 8, debido al tamaño apropiado de los CSNP (los tamaños de partícula promedio de las partículas de sílice y las capas de arcilla son de aproximadamente 33 y 12 nm, respectivamente), se dispersan fácilmente entre estas dimensiones coloidales y cubren las moléculas de asfalteno (diámetro promedio, 0.5-40 nm [51);

por lo tanto, las propiedades mecánicas y térmicas pueden modificarse con esta mejora química molecular. Además, las nanocapas de arcilla tienen excelentes capacidades para cambiar las propiedades de la superficie bituminosa. Las nanocapas de arcilla están dispersas en la estructura coloidal del betún y evitan la penetración de oxígeno en la matriz del betún a nanoescala [52]. Otras propiedades físicas y químicas de los CSNP, como la alteración de la humectabilidad [53] y las reacciones de intercambio iónico, mejoran la estabilidad del betún modificado y evitan la descomposición de la estructura química del betún.

3.6 Análisis de espectroscopia infrarroja y Raman por transformada de Fourier

Para estudiar los enlaces químicos del aglomerante asfáltico, se utilizó la espectroscopia FTIR en el rango de 650-4,000/cm (Figura 9a). La figura 9 muestra la tasa de cambio (CR) del índice de sulfóxido y carbonilo para el envejecimiento a corto y largo plazo. En cuanto a las muestras envejecidas con UV, el índice de carbonilo aumentó más que para el aglutinante base. Los índices de sulfóxido y carbonilo se redujeron para los ligantes asfálticos modificados con CSNP. Además, la expansión del tiempo de envejecimiento aumenta el índice de sulfóxido y carbonilo.

Las ecuaciones en los Materiales complementarios (consulte la Tabla S4) se han utilizado para investigar enlaces químicos: aromáticos (C=C), etileno (CH=CH), carbonilo (C=O ), índices alifáticos (CH de CHz), alifáticos (CH de -(CH)n-) y sulfóxido (S=O) [54,55].

El cambio en la proporción de bandas se muestra en la Figura 9b para todas las muestras de aglutinante. Durante el proceso de envejecimiento a corto y largo plazo, aumentaron los índices de carbonilo, sulfóxido y aromáticos; sin embargo, después del envejecimiento, los resultados muestran que los índices de sulfóxido y carbonilo se redujeron para los aglutinantes modificados con CSNP. Debido al proceso de envejecimiento, los asfaltenos se hidrogeneran en hidrocarburos policíclicos aromáticos o hidroaromáticos y conducen a un aumento de los compuestos aromáticos. Por el contrario, después del envejecimiento, debido a la oposición entre compuestos alifáticos y aromáticos, hubo una disminución de las moléculas alifáticas. Además, en el aglutinante modificado con CSNP, el índice de etileno (CH=CH) aumentó después del envejecimiento, lo que indica que el CSNP es un escudo protector apropiado para disminuir las reacciones oxidativas y térmicas [54,56]. En otras palabras, las partículas de nanodiámetro tienen una excelente capacidad para usarse como escudo antienvejecimiento [57].

El tamaño promedio de la lámina aromática de betún se determinó por espectroscopía Raman (Figura 10). Los espectros Raman de cada muestra están compuestos por bandas D y G, excepto para el betún fresco [58,59]. Las bandas G y D muestran la vibración de estiramiento sp² de los átomos de carbono dentro de la lámina aromática del hexágono y el límite de una estructura ordenada de asfalteno, respectivamente [58]. La posición del pico de la banda de G y D (Ic e I) en la Figura 10 está en 1,585-1,599 y 1,264-1,377/cm, respectivamente (Figura S7)[59].

Aunque existen grandes similitudes entre los espectros Raman entre las muestras de betún, existen varias variaciones principales. Por ejemplo, la proporción relativa de anillos aromáticos fue considerablemente más alta en la muestra de envejecimiento a largo plazo, en comparación con anillos fusionados aromáticos más bajos en las muestras base. En presencia de NPS, el cambio en los picos de las bandas G y D se puede atribuir a la capacidad de la propia nanopartícula para cambiar las interacciones del anillo aromático en la solución bituminosa.

Tras una inspección más cercana de la Figura 10, la adición de NP a las muestras de betún cambia la intensidad de las láminas de asfalteno. Esto se debe a las interacciones entre las NP y los anillos fusionados aromáticos. El pico más intenso en la banda D se encuentra en la muestra de envejecimiento a largo plazo, que se basa en el modo vibracional de una red grafítica desordenada con una simetría Ag [60]. Por el contrario, el betún base muestra que las moléculas de compuestos aromáticos ocupados son extremadamente bajas en comparación con otras muestras debido al bajo tamaño de la lámina de asfaltenos aromáticos [61].

3.7 Rendimiento a baja temperatura y envejecimiento por viscosidad

La prueba BBR se utilizó para calcular la velocidad de fluencia (valor m) y la rigidez de fluencia (S) de los ligantes asfálticos en función del tiempo de carga en condiciones de baja temperatura [62]. Los valores S y m son parámetros clave para el agrietamiento a baja temperatura de los materiales asfálticos [63].

En este estudio, se determinaron los valores S y m para ligantes asfálticos modificados con NP a tres temperaturas diferentes (Figura 1la yb). Los valores de rigidez a la fluencia observados de los ligantes asfálticos modificados con NP se redujeron significativamente. Por lo tanto, los CSNP mejoran la resistencia al agrietamiento a baja temperatura. Las muestras 7 y 11 con 0.2 por ciento en peso de CSNP mostraron las mejoras más significativas después del envejecimiento a corto/largo plazo. La tasa de fluencia (después del proceso de envejecimiento) disminuyó con el grado de envejecimiento; sin embargo, los aditivos de nanopartículas aumentaron significativamente la tasa de fluencia. Las NP de sílice pirógena mejoraron la resistencia al agrietamiento del asfalto. Esto se debe al hecho de que el NPS promueve las superficies y moléculas de los ligantes asfálticos, lo que disminuye el envejecimiento y, a su vez, las muestras de ligantes asfálticos modificados obtienen suficiente elasticidad a bajas temperaturas [16,64].

La figura 11c muestra el índice de envejecimiento por viscosidad (IVA) de muestras de aglomerante asfáltico después de un envejecimiento a corto y largo plazo. El IVA se utiliza para estudiar las propiedades de envejecimiento (Tabla S4 en Materiales complementarios).

El IVA en las muestras modificadas con NP después de un envejecimiento a corto plazo es menor que el IVA de las muestras base. Por lo tanto, la resistencia al envejecimiento del ligante asfáltico aumenta con la modificación de NPS. De acuerdo con los resultados que se muestran en la Figura 11c, el IVA está directamente relacionado con el envejecimiento y aumenta con la duración del envejecimiento. La muestra de ligante asfáltico modificada por 0.2 por ciento en peso de NPS tiene un ⅣA apropiado después de un envejecimiento a corto plazo, y la muestra modificada por 0.3 por ciento en peso de NPS tiene el nivel más bajo de IVA después de un envejecimiento prolongado. -envejecimiento a largo plazo. Los resultados indican que el IVA se reduce con el aumento de la concentración de NPs.

4. Conclusión

La modificación de los ligantes asfálticos a través de NPS puede ofrecer nuevas perspectivas en la tecnología de ligantes asfálticos y podría ser de gran utilidad para desarrollar la próxima generación de materiales de pavimentación de asfalto para carreteras. Los nuevos tipos de nanocompuestos podrían aumentar significativamente la durabilidad técnica y la sostenibilidad sin dejar de ser ecológicos y rentables.

Esta investigación presenta los últimos hallazgos sobre un nuevo ligante asfáltico nanocompuesto, modificado por CSNP. Este nuevo tipo de ligante presenta propiedades térmicas, químicas y mecánicas considerablemente mejoradas en comparación con los ligantes asfálticos convencionales. Se han demostrado ventajas interesantes en la mejora de la resistencia al envejecimiento y la resistencia a la humedad, la reducción de la temperatura de producción de la mezcla asfáltica y la mejora del rendimiento a largo plazo.

Los resultados experimentales presentados en esta investigación demuestran que la modificación del ligante mediante el uso de CSNP cambia la humectabilidad de manera ventajosa y mejora las propiedades hidrofóbicas de los ligantes asfálticos convencionales. Nuestros hallazgos muestran un gran potencial para resolver uno de los problemas más desafiantes en la tecnología WMA, que es la susceptibilidad a la humedad. Además, estudios químicos y reológicos detallados indican una mejora significativa en la resistencia al envejecimiento de los ligantes asfálticos modificados con CSNP.

La modificación del aglomerante asfáltico a través de CSNP y la tecnología WMA puede considerarse una técnica interesante de bajo costo y ecológica en la ingeniería de pavimentos asfálticos que brinda nuevas perspectivas para hacer que los materiales asfálticos sean más duraderos. Desde una perspectiva más amplia, nuestros hallazgos de las interacciones moleculares entre las NP y el aglomerante asfáltico abrirán una nueva vía que servirá de inspiración para el concepto de nanotecnología en el asfalto.

Este artículo está extraído de Nanotechnology Reviews 2022; 11: 1047-1067