Efeito do grafeno em microestruturas de asfalto modificadas com base na microscopia de força atômica Ⅱ

3.4. Discussão da Microestrutura do Asfalto Baseada na Teoria da Transformação de Fase Líquida-Sólida

Durante o resfriamento, alguns componentes do asfalto fundido podem passar pela fase líquido-sólidotransição, que resulta na separação de fases no asfalto. A "estrutura de abelha" é o resultadode separação de fases no asfalto. De acordo com Gibbs, o processo de mudança de fase pode sercategorizados em dois, ou seja, mudança de fase de crescimento de nucleação e mudança de fase contínua.

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Figura 6.Distribuição de altura da micromorfologia do asfalto

3.4. Discussão da Microestrutura Asfáltica Baseadana teoria da transformação de fase líquido-sólido

Em nossa opinião, a formação de "estrutura de abelhauras" e o efeito do grafeno na"estruturas de abelhas" podem ser elucidadas usando o bateoria sic de "transição de fase líquido-sólido". De acordo com o equilíbrio termodinâmicom teoria, uma transição de fase pode ocorrer paraformam uma nova fase quando o material está frioed para a temperatura de transição de fase. ComoFigura 6.Distribuição de altura da micromorfologia do asfalto.3.4.1. Análise da Formação da "Estrutura da Abelha"A formação da "estrutura da abelha" tem sido debatida e, em nossa opinião, a "estrutura da abelha""estruturas" do asfalto são devidas à cristalização de cera ou associações envolvendo cera eoutros concretos (como asfaltenos e modificadores). Durante o congelamento do asfalto, petróleo brutoe óleo residual - misturas de hidrocarbonetos com altos pontos de fusão capazes de precipitaçãovia cristalização—são conhecidos coletivamente como cera. A cera é vital para a formação do "céuestrutura." A aparência de cristais de flocos de agulha após o resfriamento significa a presença decera microcristalina no asfalto [37].

A cristalização de cera envolve a transição de um embrião nuclear para um núcleo de cristal, seguido por um cristal. Durante o resfriamento, as moléculas de alcano que foram distribuídasaleatoriamente no asfalto fundido mudam de um estado de alta energia livre (estado líquido) para um baixoestado de energia livre (estado cristalino), em que as moléculas de alcano dentro do curto alcancesão arranjados ordenadamente para formar embriões nucleares do "embrião nuclear", o que facilitaa formação posterior de um núcleo cristalino estável. Um embrião nuclear é um pré-requisito para oconstrução de um núcleo. No entanto, o embrião nuclear se desintegrará se a temperaturaaumenta, ao passo que formará um núcleo estável que aumentará e desenvolverá cristais se oo derretimento continua a ser resfriado. O processo de cristalização compreende formação de nucleaçãoe crescimento de grão, ambos os quais requerem o grau de super-resfriamento apropriado. Enquanto oa temperatura diminui, essas moléculas sofrerão uma conexão-fratura contínua efratura-conectar o processo para formar pontos de rede ordenados até que um tamanho crítico seja atingido (um novoestado estável), ou seja, um núcleo cristalino [38]. Finalmente, outras moléculas vizinhas semprecobrem os pontos da rede cristalina e gradualmente formam uma estrutura de fatia fina que se aproxima donúcleo cristalino e faz com que o núcleo cristalino se desenvolva em um cristal em forma de agulha.

O crescimento do cristal ocorre na região onde a energia de polimerização entreo cristal e a parafina livre é o maior, resultando no crescimento mais rápido da folhaestrutura localizada na lateral do núcleo cristalino. Nos outros componentes do microcristalinocera e asfalto, as moléculas de asfalteno servem como núcleo para o acúmulo de cristaisaglomerados e, em seguida, desenvolvê-los em "estruturas de abelhas". Quando o sistema asfáltico éresfriado abaixo da temperatura de cristalização, o óleo no asfalto em ambos os lados doa folha de pico ascenderá ao longo do pico, o que pode ser considerado um fenômeno capilar emasfalto fundido [39]. Figura7 mostra um diagrama esquemático da precipitação da "abelhaestruturas." No estado fundido, os componentes asfálticos (saturados, aromáticos, resinas easfaltenos) são misturados a um estado homogêneo. Posteriormente, por modificação, omodificador de grafeno é uniformemente disperso no asfalto fundido para formar uma massa homogêneasistema. Durante o resfriamento, grafeno e asfaltenos se tornarão locais de nucleação, e oa cera cristalizará facilmente, resultando em "estruturas de abelha".

3.4.2. Efeito do Grafeno nas Estruturas Abelhas do Asfalto

Conclusões anteriores indicaram que as "estruturas de abelha" de grafeno modificado apperaram em maior quantidade e foram menores que os do asfalto base. o paraA formação de um núcleo de cristal é o primeiro passo na cristalização, e o processo de nucleaçãopode ser categorizado em nucleação não homogênea e homogênea com base em cristalteoria da nucleação. A nucleação homogênea refere-se à mesma probabilidade de geração do núcleoeração em fundidos sub-resfriados. Enquanto isso, a nucleação não homogênea refere-se a um forprocesso de formação facilitado por várias posições catalíticas, como superfície, interface,rachaduras e paredes.

O corpo do modificador de grafeno estável se tornará o local catalítico para o núcleoformação em asfalto modificado, sendo este classificado em nucleação não homogênea.A incorporação de grafeno fornece inúmeros locais de nucleação e interfaces provide modelos regulares (esféricos) nos quais as moléculas de cera podem ser depositadas [40].O barbarreira de nucleação não homogênea (∆Gk*) é menor que a de nucleação homogênea(∆Gk), e a relação existe no asfalto, como mostra a Equação (3), ondeθrepreenvia o ângulo de contato entre um núcleo em forma de tampa e um substrato plano, conforme representado naa teoria clássica da nucleação. Figura 8shows o modelo em forma de boné de não homogêneonucleação.Cosθpode ser calculado a partir da equação de Young (Equação (4)). Na Equação 4, nl, sl,e snreferem-se às energias livres interfaciais entreo núcleo e líquido, substratoesubstrato e núcleo, respectivamente. f(0) pode ser obtido da Equação (5) da relação geométrica do modelo de gorro, e seu valor é menor ou igual a 1.

Quando o núcleo cristalino é formado no agente nucleante, a barreira de nucleaçãodiminui com o ângulo de contato (θ), e a barreira de nucleação não homogênea é menordo que a barreira de nucleação homogênea, que facilita a cristalização. na baseasfalto, o asfalteno pode servir como um agente nucleante. Por outro lado, no grafeno modificadoasfalto, o grafeno uniformemente disperso no asfalto compartilhará seu papel como agente nucleantecom asfalteno. Embora a cera possa ser destacada por meio de nucleação não homogênea em ambos osbase e asfalto modificado, o número de partículas do agente nucleante em ambos os casos será diferente.Em nossa opinião, o modificador de grafeno pode servir como uma nucleação dispersa adicionalcentro que facilita a formação de um grande número de cristais de cera menores [41]. Portanto,o número de "estruturas de abelha" no asfalto modificado com grafeno será maior do quedo asfalto base. Além disso, o grafeno pode resultar em um volume menor de "estrutura de abelha"devido principalmente à formação de uma rede de gel relativamente compacta no modificadoasfalto. Em nossa opinião, a formação das "estruturas de abelhas" é categorizada como difusivatransição de fase, e o aumento da viscosidade do asfalto modificado dificulta a difusão etransferência de moléculas de cera

O estágio de crescimento da "estrutura da abelha" pode ser explicado com base na teoria da difusão.Uma explicação detalhada foi apresentada em nosso estudo anterior [27]. No asfalto, um menorA viscosidade resulta em menos interações intermoleculares, enquanto uma força de resistência menor paramigração resulta em uma maior taxa de migração molecular, o que facilita a migração decomponentes asfálticos. A viscosidade do asfalto base é menor que a do grafeno modificadoasfalto. Os componentes de cera podem migrar rapidamente no asfalto de base,facilitando o desenvolvimento da "estrutura de abelha".

Enquanto isso, o número de nucleaçãolocais no asfalto base é menor do que no asfalto modificado com grafeno. Portanto,as "estruturas de abelha" asfálticas do asfalto de base aumentam, e suas distribuições sãoespalhado. Enquanto isso, a viscosidade do asfalto modificado é alta, resultando em baixavelocidade de migração das moléculas de cera. Além disso, o grafeno como um asfalteno pode servircomo local de nucleação e impedem a migração de partículas. Os fatores acima podem resultar naquantidade abundante e tamanho menor de "estruturas de abelha" no asfalto modificado

A micromorfologia do asfalto base não envelhecido e envelhecido e modificado com grafeno comophalt foram investigados via AFM. As variações micrográficas foram comparadas e analisadas.O mecanismo de formação de "estruturas de abelha" asfálticas e o efeito do grafeno na"estruturas de abelhas" foram discutidas. As principais conclusões obtidas são as seguintes: