Nanocompósitos projetados em ligantes de asfalto 2

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3.2 Propriedades viscoelásticas dinâmicas

As propriedades viscoelásticas dos ligantes foram analisadas pelo teste DSR. O ângulo de fase（δ） e o módulo de cisalhamento complexo correspondente (G*) foram medidos ao longo da faixa de frequência (10 rad/s) e uma grande temperatura (de 20 a 9{{17) }} grau ). A resistência do ligante à deformação (rutting)permanente (plástico) foi investigada de acordo com o parâmetro G*/sinδ parâmetro【38】. Os resultados estão ilustrados na Figura 4a-c. A resistência à deformação do ligante asfáltico é considerada com ângulo de fase e módulo complexo, cujos parâmetros de frequência de carregamento e temperatura têm o principal efeito em G* e δ【8】. A amostra com CSNPs em uma quantidade de 0,2 por cento em peso mostra a maior resistência à deformação antes do envelhecimento. O envelhecimento leva a um aumento da rigidez. O nível máximo de rigidez é sempre observado para amostras de base envelhecidas, o que está relacionado com um aumento no comportamento elástico [39] e desvantajoso com um aumento na fragilidade [40]. As condições do módulo complexo mudam com a adição de NPs ao ligante asfáltico. Para amostras modificadas com CSNP, o aumento da rigidez após o envelhecimento é menos distinto devido ao efeito de reforço dos NPs. Com base nos resultados deste estudo, a adição de 0,2 e 0,3% em peso de

O NPS ao ligante asfáltico apresenta a maior resistência à deformação permanente após envelhecimento de curto e longo prazo, respectivamente. O teor ótimo de CSNPs no ligante asfáltico pode ser determinado para obter ligantes modificados com CSNP com a mais alta resistência ao envelhecimento.cistanche wirkungApós o envelhecimento do PAV, o ângulo de fase e a classificação do módulo complexo foram 3.0wt9 por cento NPs<1.0wt%><2.0><0.0 wt9="" nps,="" and="" 0.0wt%="" nps="">2.0wt% NPs>1.0 wt% NPs>3.0 por cento em peso de NPs, respectivamente.

Na Figura 4d-g, são exibidos os parâmetros de sulco antes e depois do envelhecimento (a 30 e 70 graus C). As amostras 6 e 12 demonstraram a melhora mais distinta após o envelhecimento de curto e longo prazo, respectivamente. Os resultados mostram a resistência à deformação permanente, que melhorou com a adição de CSNPs.

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Nesta investigação, a eficiência da resistência ao cisalhamento é considerada com a temperatura limite do fator de cisalhamento. A Tabela 1 apresenta uma temperatura limite de 1.0 antes do envelhecimento e 2,2 kPa após o envelhecimento (com base no padrão SHRP-A-369 [38]). Os resultados mostram que os CSNPs diminuem a resistência ao cio antes do envelhecimento. Após o envelhecimento, a temperatura limite e o endurecimento das amostras de base aumentam, enquanto o contrário é medido para amostras modificadas com CSNP. Essas observações confirmam que os CSNPs reduzem a rigidez e o endurecimento devido ao envelhecimento.bioflavonóides cítricosAlém disso, os resultados mostraram que {{0}},1 por cento em peso de CSNPs apresentam desempenho superior em comparação com 0,2 por cento em peso.

3.3 Análise térmica e espectroscópica A termogravimetria/análise térmica diferencial (TG/DTA) foi realizada para investigar a estabilidade térmica e o padrão de decomposição térmica. A Figura 5 mostra os resultados da análise termogravimétrica (TGA), onde a perda de peso das amostras é medida com o aumento da temperatura até 900 graus.

Três faixas principais de perda de massa são mostradas na decomposição térmica: faixas de temperatura de 200-360, 370-490 e 540 graus . Na faixa de temperatura de 480-580 graus C, as ligações de heteroátomos de amostras de base são decompostas e as resinas são oxidadas e desidrogenadas. Na etapa seguinte, o processo de polimerização/craqueamento produz asfaltenos que aumentam a perda de peso do ligante [41,42].

Cistanche pode anti-envelhecimento

As amostras de ligantes modificadas com CSNP têm maior estabilidade térmica.benefícios do cinomoriumA decomposição final em ligantes modificados com CSNP aconteceu mais cedo em comparação com amostras de base que este assunto pode estar relacionado a NPs de sílica pirogênica (Figura S4). O resíduo de carbono das amostras de base chega a zero a 800 graus (perda de massa máxima); no entanto, há um resíduo de carbono de 20-43 por cento nos ligantes modificados por CSNP. Os ligantes modificados com CSNP com menor perda de peso têm maior estabilidade ao calor e menor evaporação [43]. A maior parte da perda de massa para amostras de ligantes CSNPs ocorre em temperaturas acima de 200 graus, que é muito mais alta do que a temperatura de operação necessária para misturas asfálticas; portanto, este nanocompósito apresenta desempenho térmico aceitável em ligantes asfálticos.

A distribuição de temperatura na superfície da amostra durante os 120s em diferentes momentos (usando imagens térmicas infravermelhas) - sempre calculada escolhendo três pontos na superfície [44,45] - é mostrada na Figura 6. As mudanças de temperatura são mostradas pela mudança de cor em amostras de ligantes asfálticos.jacinto do desertoEm baixa temperatura (Figura 6a,e, i e m), a distribuição de calor é uniforme; no entanto, a temperatura aumenta de 44,6 para 136,34,8 para 95 e 33,7 para 95 graus para a amostra sem aditivo WMA, com aditivo WMA e com aditivo WMA mais CSNPs após 120s, respectivamente. A Figura 6 mostra que, sem WMA, as amostras aditivas têm taxas de aquecimento lineares e uma tendência crescente da temperatura da superfície. A Figura 6h ep mostram que as amostras de WMA podem liberar calor uniformemente; no entanto, as amostras de base criam acúmulo de calor. Além disso, as amostras WMA têm uma distribuição de temperatura mais adequada do que as amostras de base em um

nível de calor mais baixo. A Figura 6a-d e il mostram a taxa de calor liberada de amostras sem e com CSNPs, que são 0.63 e 0.62 graus /s, respectivamente. Esses números indicam que os aditivos WMA com e sem CSNPs possuem mecanismos térmicos semelhantes.

A comparação das distribuições de temperatura de amostras modificadas por CSNPs e NPs de sílica pirogênica (Figura 6 e Figura S5) mostra que o efeito de CSNPs em WMA é mais eficaz do que NPs de sílica pirogênica. Além disso, o desempenho suficiente (distribuição de temperatura) das amostras modificadas com NPs de sílica e NPS de argila indica o fenômeno de autocura no ligante asfáltico [46,47].

3.4 Ângulos de contato de ligantes asfálticos

A Figura 7 mostra os ângulos de contato (CAs; entre a água e a superfície do ligante asfáltico) para vários ligantes asfálticos antes e depois do envelhecimento. Valores de CA superiores ou inferiores a 90 graus mostram hidrofobicidade ou hidrofilicidade das amostras, respectivamente. As amostras modificadas com CSNP são mais hidrofóbicas e, portanto, menos moléculas de água ficam presas na superfície do ligante. Em outras palavras, os CSNPs reduzem significativamente as moléculas residuais de água na mistura asfáltica e alteram a molhabilidade dos ligantes asfálticos. Este fenômeno indica que os aglutinantes modificados com CSNP têm suscetibilidade à umidade muito maior em comparação com as amostras de aglutinantes de base. Vídeos 4-6(consulte Materiais complementares) comparam CAs de amostras modificadas antes e depois do envelhecimento.

Na Figura 7, é mostrado o aumento da CA de 91 para 97 graus de uma amostra modificada com CSNP. Essa observação pode estar relacionada à natureza hidrofóbica das NPs de sílica pirogênica. A proporção de NPs de sílica pirogênica no aglutinante de asfalto pode desempenhar um papel fundamental na molhabilidade do aglutinante (CAs de NPs de sílica pirogênica são mostradas na Figura S6). envelhecimento a longo prazo é observado.

3.5 Mecanismo de CSNPs e betume

Vários mecanismos afetam o processo antienvelhecimento do ligante asfáltico modificado por CSNPs. Nesta interação, um aumento na energia de superfície causa um aumento nas ligações do grupo hidroxila entre NPs de sílica e betume [8,48]. Além disso, a alta proporção de área de superfície para volume das nanocamadas de argila aumenta para combinar moléculas de ligante asfáltico com camadas de argila [49]. Moléculas de betume podem ser criadas ligações químicas com NPs de sílica, e também, NPS suporta componentes de betume por reações físicas (força de van der Waals)[50]. O asfalteno desempenha um papel fundamental nas propriedades reológicas do betume.método de extração de flavonóides pdfCom base na estrutura coloidal do betume (Figura 8), óleo e asfalteno são dispersos na fase solvente. Conforme mostrado na Figura 8, devido ao tamanho apropriado dos CSNPs (tamanhos médios de partículas de partículas de sílica e camadas de argila são cerca de 33 e 12 nm, respectivamente), eles são facilmente dispersos entre essas dimensões coloidais e cobrem as moléculas de asfalteno (diâmetro médio, 0.5-40 nm [51);

assim, as propriedades mecânicas e térmicas podem ser modificadas com esta melhoria química molecular. Além disso, nanocamadas de argila têm excelentes habilidades para alterar as propriedades na superfície do betume. As nanocamadas de argila são dispersas na estrutura coloidal do betume e impedem a penetração do oxigênio na matriz do betume em nanoescala [52]. Outras propriedades físicas e químicas dos CSNPs, como alteração da molhabilidade [53] e reações de troca iônica, aumentam a estabilidade do betume modificado e evitam a decomposição da estrutura química do betume.

3.6 Análise de espectroscopia Raman e infravermelho com transformada de Fourier

Para estudar as ligações químicas do ligante asfáltico, a espectroscopia FTIR foi usada na faixa de 650-4,000/cm (Figura 9a). A Figura 9 mostra a taxa de mudança (CR) do índice de sulfóxido e carbonila para envelhecimento de curto e longo prazo. Quanto às amostras envelhecidas por UV, o índice carbonílico aumentou mais do que para o ligante base. Os índices de sulfóxido e carbonila foram reduzidos para ligantes asfálticos modificados com CSNP. Além disso, a expansão do tempo de envelhecimento aumenta o índice de sulfóxido e carbonila.

As equações nos Materiais Suplementares (ver Tabela S4) foram usadas para investigar ligações químicas-Aromáticas (C=C), etileno(CH=CH), carbonil (C=O ), índices alifáticos (CH de Hz), alifáticos (CH de -(CH)n-) e sulfóxido (S=O) [54,55].

A mudança na proporção de bandas é mostrada na Figura 9b para todas as amostras de ligante. Durante o processo de envelhecimento de curto e longo prazo, os índices de carbonila, sulfóxido e aromáticos aumentaram; no entanto, após o envelhecimento, os resultados mostram que os índices de sulfóxido e carbonila foram reduzidos para ligantes modificados com CSNP. Devido ao processo de envelhecimento, o asfalteno é hidrogerado em hidrocarbonetos policíclicos aromáticos ou hidroaromáticos e leva a um aumento nos compostos aromáticos. Por outro lado, após o envelhecimento, devido à oposição entre compostos alifáticos e aromáticos, houve diminuição das moléculas alifáticas. Além disso, no ligante modificado com CSNP, o índice de etileno(CH=CH) aumentou após o envelhecimento, o que indica que o CSNP é um escudo protetor apropriado para diminuir as reações oxidativas e térmicas [54,56]. Em outras palavras, partículas de nanodiâmetro têm uma excelente capacidade de serem usadas como escudo antienvelhecimento [57].

O tamanho médio da folha aromática de betume foi determinado por espectroscopia Raman (Figura 10). Os espectros Raman de cada amostra são compostos por bandas D e G, exceto para betume fresco [58,59]. As bandas G e D mostram a vibração sp²stretching dos átomos de carbono dentro da folha aromática do hexagonal e o limite de uma estrutura ordenada de asfalteno, respectivamente [58]. A posição do pico da banda de G e D(Ic e I) na Figura 10 está em 1,585-1,599 e 1,264-1,377/cm, respectivamente (Figura S7)[59].

Embora existam grandes semelhanças entre os espectros Raman entre as amostras de betume, existem várias variações principais. Por exemplo, a proporção relativa de anéis aromáticos foi consideravelmente maior na amostra de envelhecimento a longo prazo, em comparação com anéis fundidos aromáticos mais baixos nas amostras de base. Na presença de NPS, a mudança nos picos das bandas G e D pode ser atribuída à capacidade da própria nanopartícula de alterar as interações do anel aromático na solução de betume.

Após uma inspeção mais detalhada da Figura 10, a adição de NPs às amostras de betume altera a intensidade das folhas de asfalteno. Isso se deve às interações entre NPs e anéis fundidos aromáticos. O pico mais intenso na banda D está na amostra de envelhecimento a longo prazo, que se baseia no modo vibracional de uma rede grafítica desordenada com simetria Ag [60]. Por outro lado, o betume de base mostra que as moléculas de aromático ocupado são extremamente baixas em comparação com outras amostras devido ao baixo tamanho da folha aromática de asfalteno [61].

3.7 Desempenho em baixa temperatura e envelhecimento da viscosidade

O teste BBR foi usado para calcular a taxa de fluência (valor m) e rigidez de fluência (S) de ligantes asfálticos em função do tempo de carregamento em condições de baixa temperatura [62]. Os valores S e m são parâmetros chave para fissuração a baixa temperatura de materiais asfálticos [63].

Neste estudo, os valores de S e m foram determinados para ligantes asfálticos modificados com NP em três temperaturas diferentes (Figura 1la eb). Os valores de rigidez de fluência observados de ligantes asfálticos modificados com NP foram reduzidos significativamente. Portanto, os CSNPs melhoram a resistência ao craqueamento de baixa temperatura. As amostras7 e 11 com 0,2 por cento em peso de CSNPs mostraram as melhorias mais significativas após o envelhecimento de curto/longo prazo. A taxa de fluência (após o processo de envelhecimento) diminuiu com o grau de envelhecimento; no entanto, aditivos de nanopartículas aumentaram significativamente a taxa de fluência. As NPs de sílica pirogênica melhoraram a resistência à fissuração do asfalto. Isso se deve ao fato de que o NPS promove as superfícies e moléculas do ligante asfáltico, consequentemente diminuindo o envelhecimento, e por sua vez, amostras de ligante asfáltico modificado ganham elasticidade suficiente em baixas temperaturas [16,64].

A Figura 11c mostra o índice de amostras de ligante de asfalto de envelhecimento de viscosidade (IVA) após envelhecimento de curto e longo prazo. O IVA é usado para estudar as propriedades de envelhecimento (Tabela S4 em Materiais Suplementares).

O IVA nas amostras modificadas com NP após envelhecimento de curto prazo é menor do que o IVA das amostras de base. Assim, a resistência ao envelhecimento do ligante asfáltico aumenta com a modificação do NPS. De acordo com os resultados apresentados na Figura 11c, o IVA está diretamente relacionado ao envelhecimento e aumenta com a duração do envelhecimento. A amostra de ligante asfáltico modificada por 0,2 por cento em peso de NPS tem ⅣA apropriado após envelhecimento de curto prazo, e a amostra modificada por 0,3 por cento em peso de NPS tem o menor nível de IVA após longo -envelhecimento a termo. Os resultados indicam que o IVA diminui com o aumento da concentração de NPs.

4. Conclusão

A modificação de ligantes asfálticos por meio do NPS pode oferecer novas perspectivas na tecnologia de ligantes asfálticos e pode ser de grande utilidade para desenvolver a próxima geração de materiais de pavimentação asfáltica rodoviária. Novos tipos de nanocompósitos podem aumentar significativamente a durabilidade técnica e a sustentabilidade, mantendo-se ecologicamente corretos e econômicos.

Esta pesquisa apresenta as últimas descobertas sobre um novo ligante asfáltico nanocompósito, modificado por CSNPs. Este novo tipo de ligante apresenta propriedades térmicas, químicas e mecânicas consideravelmente melhoradas quando comparado aos ligantes asfálticos convencionais. Vantagens interessantes são comprovadas em maior resistência ao envelhecimento e à umidade, redução da temperatura de produção da mistura asfáltica e melhor desempenho a longo prazo.

Os resultados experimentais apresentados nesta pesquisa demonstram que a modificação do ligante usando CSNPs altera vantajosamente a molhabilidade e aumenta as propriedades hidrofóbicas dos ligantes asfálticos convencionais. Nossas descobertas mostram um grande potencial para resolver um dos problemas mais desafiadores da tecnologia WMA, que é a suscetibilidade à umidade. Além disso, estudos químicos e reológicos detalhados indicam uma melhora significativa na resistência ao envelhecimento dos ligantes asfálticos modificados com CSNP.

A modificação do ligante asfáltico por meio de CSNPs e tecnologia WMA pode ser considerada uma técnica interessante de baixo custo e ecologicamente correta na engenharia de pavimentos asfálticos, fornecendo novas perspectivas para tornar os materiais asfálticos mais duráveis. De uma perspectiva mais ampla, nossas descobertas de interações moleculares entre NPs e ligante asfáltico abrirão um novo caminho que será uma inspiração para o conceito de nanotecnologia em asfalto.

Este artigo foi extraído de Nanotechnology Reviews 2022; 11: 1047-1067