32北方交通2006再生瀝青老化動(dòng)力學(xué)研究楊彥海趙文〔遼寧省交通科學(xué)研究院,沈陽(yáng)110015)(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,沈陽(yáng)110042)王繼山李洪斌南雪峰〔沈陽(yáng)建筑大學(xué),沈陽(yáng)110168)(遼寧省交通科學(xué)研究院,沈陽(yáng)110015)摘要利用動(dòng)力學(xué)模型分析研究再生瀝青的抗老化性能。結(jié)合沈陽(yáng)至鐵嶺路面維修工程選取代表性的舊料抽提岀舊瀝青分析了技術(shù)指標(biāo),經(jīng)適合的再生劑再生后,以老化過(guò)程中正戊烷瀝青質(zhì)含量的變化為參數(shù)建立了再生瀝青的老化動(dòng)力學(xué)模型。得岀的計(jì)算值與試驗(yàn)值基本吻合說(shuō)明采用瀝青質(zhì)含量的變化可以較好地表征其動(dòng)力學(xué)過(guò)程求得正確的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。沈鐵再生瀝青老化屬于一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)。與遼河AH-90°瀝青橫向?qū)Ρ茸C明了再生瀝青抗老化性能的可靠性。關(guān)鍵詞廢料利用再生瀝青瀝青質(zhì)老化動(dòng)力學(xué)抗老化性引言Cn、C一反應(yīng)物濃度我國(guó)上世紀(jì)九十年代初以來(lái)建成的高速公路已2.1反應(yīng)速度常數(shù)逐步進(jìn)入維修養(yǎng)護(hù)期維修過(guò)程中將產(chǎn)生大量的廢反應(yīng)速度常數(shù)k不隨反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度而舊瀝青混合料再生利用這些材料引起工程界的高變。但它隨溫度、溶劑和催化劑的濃度而變從這個(gè)度關(guān)注。再生瀝青作為混合料中重要的組成部分,意義上說(shuō)k不是一個(gè)常數(shù)。k代表了溫度對(duì)反應(yīng)速其抗老化性能的好壞將直接關(guān)系到路面的使用品度的影響項(xiàng),k隨溫度的變化規(guī)律符合 Arrhenius方質(zhì)。柳永行等的研究證明瀝青在氧化老化過(guò)程中程式其組分變化的最終產(chǎn)物是瀝青質(zhì)并且隨著瀝青的EA/RT老化其瀝青質(zhì)含量變化較為敏感且呈現(xiàn)有規(guī)律增式中Ea—反應(yīng)活化能反應(yīng)速度對(duì)反應(yīng)溫度加。因而考察瀝青老化過(guò)程中瀝青質(zhì)含量的變化可敏感程度的衡量因素以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)瀝青的老化過(guò)程。 Wrigh t等通過(guò)I光R—?dú)怏w常數(shù)其值為8.314J/mol-譜進(jìn)行瀝青氧化動(dòng)力學(xué)研究。而 Peterson等采用瀝T—溫度開(kāi)氏溫度與試驗(yàn)溫度之和青60℃動(dòng)力粘度的變化來(lái)研究瀝青老化過(guò)程。本k一頻率因子。文是以老化過(guò)程中正戊烷瀝青質(zhì)含量的變化為參數(shù)對(duì)2)式求對(duì)數(shù)則得到 Arrhenius方程式的另來(lái)建立再生瀝青的老化動(dòng)力學(xué)模型。通過(guò)再生瀝青種形式老化動(dòng)力學(xué)研究有助于了解再生瀝青老化過(guò)程評(píng)Ink =-Ea/RT +Inko(3)價(jià)和預(yù)測(cè)再生瀝青的抗老化性能。從而更加科學(xué)若(3)式中對(duì)溫度求導(dǎo)可得合理利用高速公路維修中的廢料資源,保護(hù)生態(tài)環(huán)dInk/dt= ea/rt境必將產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益由此可見(jiàn)在某一溫度下活化能Ea愈大,即2老化動(dòng)力學(xué)基本原理lnk/T愈大說(shuō)明溫度對(duì)反應(yīng)速度的影響就愈顯翁惠斯等認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)速度方程式或動(dòng)力學(xué)方著中國(guó)煤化工發(fā)生較大的變化。因程式的最常見(jiàn)的形式是此CNMHG對(duì)溫度愈敏感r:=kc×c(1)2.2瀝青老化動(dòng)力學(xué)方程式中:k一反應(yīng)速度常數(shù)道路瀝青老化速率遵循下列動(dòng)力學(xué)方程xy一反應(yīng)級(jí)數(shù)dx/dt=k(1-x第9期楊彥海等再生瀝青老化動(dòng)力學(xué)研究33邊界條件為t=0x=x。對(duì)5)式兩邊積分由表3數(shù)據(jù)看沈鐵再生瀝青技術(shù)指標(biāo)完全滿并代入邊界條件可以得到:足規(guī)范要求(1-x)=ln(1-x)-kt(n=1)(6)4.2老化過(guò)程中瀝青質(zhì)含量的變化(1-x)"=kn-1)+(1-x)”(n≠1)由于瀝青在老化過(guò)程中近似表現(xiàn)為一種順序連(7)串反應(yīng)過(guò)程四組分反應(yīng)過(guò)程是飽和分→芳香分→上式中☆為某一老化時(shí)間下再生瀝青中的正膠質(zhì)→瀝青質(zhì)。瀝青質(zhì)是四組分的最終反應(yīng)產(chǎn)物戊烷瀝青質(zhì)含量☆為未老化時(shí)再生瀝青中的正戊因此隨老化時(shí)間的延長(zhǎng)瀝青質(zhì)含量會(huì)明顯增加。烷瀝青質(zhì)含量反應(yīng)級(jí)數(shù)n可以通過(guò)試差法求得。表4列出了沈鐵再生瀝青和遼河AH-90"瀝青在不3原材料同老化溫度不同老化時(shí)間下對(duì)瀝青中瀝青質(zhì)含量3.1舊瀝青的影響。從沈陽(yáng)到鐵嶺高速公路維修工程中選取有代表表4再生瀝青在老化過(guò)程中瀝青質(zhì)含量%)的變化性的舊料抽提岀舊瀝青測(cè)定性能指標(biāo)見(jiàn)表1,老化時(shí)150℃163℃180℃間/h試驗(yàn)值計(jì)算值試驗(yàn)值計(jì)算值試驗(yàn)值計(jì)算值表1舊瀝青基本性能22.2722.2722.2722.2722.2722.27大指標(biāo)四組分523.1322.9423.7523.4924.6524.60項(xiàng)目針入度25℃)延度5℃)軟化點(diǎn)飽和分芳香分膠質(zhì)瀝青質(zhì)/1/10mm沈鐵024.0623.6125.2524.6926.8826.81指標(biāo)2512.457.513.3924.4539.8922.21524.5724.2526.7325.8729.6728.983.2再生劑2025.2524.9128.1827.0232.3631.09為使廢料中舊瀝青性能基本恢復(fù)到使用要求020.3920.3920.3920.3920.3920.39本試驗(yàn)采用遼寧省交通科研院研制的JY型再生劑,521.0220.9621.4921.5722.7422.53技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表遼河1021.7321.5322AH-90#15表2再生劑技術(shù)指標(biāo)2022.8222.6525,1024.8629.9528.04024.4223.7627.4627.0033.3031.59密度/g/cm0.87-0.95外雙顏色)深棕色~淺黑色從表4中數(shù)據(jù)可以看出隨著老化時(shí)間的增加無(wú)刺激性氣味瀝青質(zhì)含量有規(guī)律地增加。動(dòng)力粘度60)10-2×PaS8.7~9.54.3再生瀝青老化動(dòng)力學(xué)參數(shù)飽和分14-35根據(jù)文獻(xiàn)可首先假定瀝青老化遵循一級(jí)反應(yīng)四組分/%芳香分10~20則-l(1-x)與老化時(shí)間t應(yīng)呈線性關(guān)系且直線瀝青質(zhì)斜率k即為反應(yīng)速率常數(shù)。在各老化溫度下,對(duì)薄膜烘箱實(shí)驗(yàn)(163℃5h)重量損失率不大于/%1.85l(1-x)與t進(jìn)行線性回歸其結(jié)果由圖1、2中4試驗(yàn)結(jié)果與分析可看出回歸直線均具有很好的線性相關(guān)性(相關(guān)4.1再生瀝青性能把一定比例的再生劑加入到舊瀝青中測(cè)定再系數(shù)見(jiàn)表5所示)這說(shuō)明假設(shè)成立,即再生瀝青生瀝青性能見(jiàn)表3。為便于比較文章采用了遼河的老化符合一級(jí)反應(yīng)。根據(jù)式(3)所求得的動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)列于表5。AH-90重交通瀝青作為對(duì)比。80C表3兩種瀝青的性質(zhì)沈鐵再生瀝青遼河AH-90*90“瀝青技術(shù)指標(biāo)針入度2℃)/10-mn04軟化點(diǎn)/℃延度15℃)/cm9560035延度(10℃)/cm3830閃點(diǎn)/℃1.021.0091實(shí)測(cè)記錄溶解度/%99,≥99,55中國(guó)煤化工蠟含量/%≤2.2CNMHG質(zhì)量變化/%0.520.89老化時(shí)殘留針入度比/%60.5TFT后殘留延度10℃)/cm9圖1-1n(1-x)與老化時(shí)間t的關(guān)系(沈鐵)殘留延度(15℃)/cm5434北方交通2006弱為遼河AH-90、沈鐵。從表5中還可以看出沈鐵再生瀝青的活化能與原遼河AH-90°相差不大這說(shuō)明再生效果較為理想同時(shí)文獻(xiàn)中的研究結(jié)163℃C果也證明了廢舊瀝青混合料如能合理利用經(jīng)濟(jì)效150℃益、社會(huì)效益和環(huán)境效益是顯著的。5結(jié)論(1)沈鐵再生瀝青的老化屬一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)采用正戊烷瀝青質(zhì)含量的變化可以較好地表征其動(dòng)力老化時(shí)系(遼河)學(xué)過(guò)程求得正確的動(dòng)力學(xué)參數(shù)鐵、遼河AH-90#瀝青老化動(dòng)力學(xué)參數(shù)(2)與遼河AH-90°瀝青相比沈鐵再生瀝青的樣品老化溫度K相關(guān)系數(shù)A活化能E值略小,說(shuō)明抗老化性相對(duì)較差洹二者10.h-/KJ相差不大這說(shuō)明再生效果較為理想也說(shuō)明舊料中沈鐵再生瀝青163890.9998628.6666.11的瀝青再生后抗老化性能夠滿足使用要求。6.400.99628參考文獻(xiàn)00.997341柳永行范耀華漲昌祥.石油瀝氜M]北京石油工業(yè)岀版社,遼河AH-90*1633.110.997572.2369,971984年4月第1版4.4再生瀝青老化動(dòng)力學(xué)模型2 Recycled Hot mix Asphalt Mixture[ A ] Supplemental SpecificatiJanuary 15, 1998根據(jù)3.3再生瀝青的老化是一級(jí)反應(yīng)因此瀝3 Paul H R. Evaluation of Recycled Projects for Performance J J Ma-青中正戊烷瀝青質(zhì)的生成過(guò)程應(yīng)符合方程(6)將 terials Research Engineer. Published by Louisiana Transportation ReArrhenius方程代入6)得search Center, Baton Rouge 1 9981-x)=In(1-x")-Ae av(8)Kandhal P S. Perforance of recycled hot mix asphalt mixtures[ J].將表5中三種瀝青的老化動(dòng)力學(xué)參數(shù)代入上Published by National Center for Asphalt Technology Auburn, 19955翁惠斯毛信軍.石油煉制過(guò)程反應(yīng)動(dòng)力竽M]北京怒加工出式可得動(dòng)力學(xué)方程版社19沈鐵再生瀝青:(1-x)=-0.252-28.66×6劉軍楊彥海等瀝青再生劑的研究選擺J]北京環(huán)境工程2004(1):4-46遼河AH-90°1n(1-x)=-0.228-72.237公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)稙S]JJ052-200.北京104c-8161(10)人民交通出版社2000公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范S]JrGF40-2004.北京:人民交從而不同溫度下瀝青中瀝青質(zhì)含量與時(shí)間的關(guān)系可以通過(guò)方程計(jì)算得到。由表4可以看出,試驗(yàn)9丁國(guó)靖范耀華等道路瀝青吸氧老化性能的研究]石油煉值與計(jì)算值吻合較好。這說(shuō)明所得的模型與再生瀝青的老化過(guò)程相符。由表5可以看出活化能E的0 RAP Under- uperpave Specifications A ] North Centr大小依次為遼河AH-90、沈鐵?；罨茉酱鬄r青Superpave Center 200211水恒福沈本賢高晉生等.H-NMR和I對(duì)道路瀝青老化過(guò)程抗老化性能越強(qiáng)所以兩種瀝青抗老化性能由強(qiáng)到的研究J]華東理工大學(xué)1998244):05-409Study on Aging Kinetics of Recycling AsphaltAbstract In order to analysis aging resistant performance of recycling asphalt this paper utilizes old asphalttechnical index of Shenyang to Tie ling Expressway to set up a model of aging kinetics of recycling asphalt by looking the content variety of N-pentane asphaltene as parameter in aging process. It concludes that calculated valueand test value is basic identical. It shows that the aging recycli中國(guó)煤化工 Expressway belongs tothe first order reaction. Comparing with AH-90"asphalt of liacresistant performance ofrecycling asphalt is reliableCNMHGKey words Using the waste materials Recycling asphalt Asphaltene Aging kinetics Aging resistant