第18卷第1期油化工高等學(xué)校學(xué)報Vol. 1 82005年3月JOURNAL OF PETROCHEMICAL UNTVERSITIESMar.2005文章編號:1006-396X2005)1-0024-04彩色道路瀝青老化動力學(xué)研究高明,肖斌2,廖克儉1*,叢玉鳳1〔1遼寧石油化工大學(xué)遼寧撫順113001;2.湖北江漢油田江鉆股份基建辦湖北潛江433123)摘要:考察了所配制的70#和90兩種彩色道路瀝青在老化過程中正戊烷瀝青質(zhì)的變化洴依據(jù)老化過程中正戊烷瀝青質(zhì)的變化進行了彩色瀝青老化動力學(xué)研究得岀了有關(guān)動力學(xué)參數(shù)得到了兩種彩色瀝青老化動力學(xué)方程其理論計算值與實際試驗數(shù)據(jù)基本吻合表明彩色道路瀝青老化屬于一級動力學(xué)反應(yīng)。結(jié)果表明7彩色瀝青反應(yīng)活化Ea=4.483×104mol-1沘9o彩色瀝青反應(yīng)活化能E。=4.322×10Jno1高反應(yīng)速度常數(shù)較小具有較低的老化速率和較好的抗老化性能。關(guān)鍵詞:彩色道路瀝青;正戊烷瀝青質(zhì);動力學(xué);老化中圖分類號:TF626.86文獻標(biāo)識碼:A20世紀(jì)50年代國外便開始研究彩色瀝青,并變化較大且呈現(xiàn)有規(guī)律地增加山。因而考察老化逐漸擴大應(yīng)用1。我國在20世紀(jì)80年代也進行了過程中正戊烷瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化可以較為準(zhǔn)確彩色瀝青研究開發(fā)2。目前,我國某些城市的繁華評價瀝青的老化過程。本實驗通過測定彩色瀝青老路段、公園等場所已鋪裝了彩色瀝青路面。石油瀝化過程中正戊烷瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化來研究彩色青的抗老化性能是影響路面壽命的主要因素之瀝青老化動力學(xué)并評價兩種彩色瀝青的抗老化性當(dāng)與空氣接觸時會慢慢氧化形成的極性含氧基團能。逐漸結(jié)成高分子質(zhì)量的膠團促使瀝青粘度提高。瀝青吸收空氣中的氧氣引起的氧化反應(yīng)一直被認(rèn)為是1實驗瀝青老化變質(zhì)的主要原因3。彩色道路瀝青老化動力學(xué)的研究有助于了解其老化機理,認(rèn)識老化過1.1原料程評價和預(yù)測彩色道路瀝青的老化性能。試驗采用自制的70#和90彩色瀝青,該彩色瀝青老化主要有4種情況即氧化老化揮發(fā)物瀝青符合GB/T5180-94標(biāo)準(zhǔn)中AH-70和AH的袞減、自然硬化和滲流硬化4。影響瀝青老化的90高等級道路瀝青的標(biāo)準(zhǔn),是以遼河瀝青(AH因素很多,一般認(rèn)為氧化引起的硬化是瀝青老化的70)為基質(zhì)瀝青采用一定的工藝和各種添加劑制備主要原因5瀝青老化過程與溫度、時間、與氧接了符合GⅣB115180-94標(biāo)準(zhǔn)的彩色道路瀝青其觸的面積、瀝青的組成有關(guān)681。亓玉臺等建立埋化指標(biāo)如表1所示。了在連續(xù)加熱和空氣老化過程中瀝青族組成連串反1.2試驗方法應(yīng)動力學(xué)模型;丁國靖等6在假定瀝青存在最大吸彩色瀝青老化試驗在石油瀝青薄膜烘箱內(nèi)進氧量的基礎(chǔ)上得到了瀝青吸氧一級動力學(xué)模型求行依據(jù)GB/T5304-85標(biāo)準(zhǔn),試樣分別在150、得了有關(guān)動力學(xué)參數(shù)水恒福等通過ANM結(jié)163、180℃下老化每隔5h取出一個試樣測定正合R對瀝青老化進行了研究而 Peterson J C等7)烷瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)并在163不同考化時間下采用瀝青60℃動力粘度的變化來研究瀝青老化過測定中國煤化工軟化點和延度。彩色程。隨著瀝青的老化其正戊烷瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的道路CNMH動力學(xué)方程:dx/dt=kI-xy(1)收稿日期2004-05-18式中x-正戊烷瀝青質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù);作者簡介高頭1972-)男湖北潛江市在讀碩士老化時間h通訊聯(lián)系滅數(shù)據(jù)k一反應(yīng)速率常數(shù)第1期高明等.彩色道路瀝青老化動力學(xué)研究反應(yīng)級數(shù)表1彩色道路瀝青的理化指標(biāo)Table 1 Characteristics of colored paving asphalts彩色道路瀝青GBT15180-94標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)#AH-70針入度(25℃y(0.1mm)60~880-100延度(15℃ycm>150>100軟化點/C43.3粘度60℃y(Pas)閃點/℃>300230族組成(瀝青質(zhì)),%(飽和分),%23.82(芳香分),%(膠質(zhì)),%薄膜加熱實驗163℃5h)質(zhì)量變化%<0.8<1.0針入度比,%延度(25℃ycm>150>150(1)的邊界條件為t=0,x=x(x為t=0性關(guān)系且直線斜率k為反應(yīng)速率常數(shù)。時正戊烷瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)對式(1)兩邊積分并代入邊界條件可以得出2結(jié)果與討論ln(1-x)+l(1-x*)(n=1)(2)2.1彩色瀝青老化過程中瀝青質(zhì)的變化表2、3分別為70*和90#彩色瀝青在不同溫度(n≠1),(3)下老化時間對彩色瀝青正戊烷瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的式中x為正戊烷瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)反應(yīng)級數(shù)n可以影響。由表2、3可以看出隨著老化時間的增加正通過試差法求得。根據(jù)文獻11]道路瀝青老化反戊烷瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷地增加瀝青質(zhì)的生成速應(yīng)遵循一級反應(yīng)則-(1-x)與老化時間t呈線率隨老化溫度的升高而加快可見溫度對彩色道路瀝青的老化過程有較大的影響表2老化溫度和時間對70彩色瀝青正戊烷瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 2 The effect of aging temperature and time on 70 asphaltene150℃163℃180℃老化時間/h試驗值計算值試驗值計算值試驗值算值17.7219.4520.57TH中國煤化工17,72CNMHG21.700.6421.1522.4325.3725.4924.3324.4527.2127.3732.4332.533027.4227,6031.6631.7638.91石油化工高等學(xué)校學(xué)報第18卷表3老化溫度和時間對90=彩色瀝青正戊烷瀝青質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Table 3 The effect of aging temperature and time on 90asphaltene150℃163℃180℃老化時間/h試驗值計算值試驗值計算值試驗值計算值16.16.0216.0216.0216.0216.0217.9018.2118.7620.5721.3824.4031.1331.8826.4126.5630.5830.0837.622.2彩色瀝青老化動力學(xué)參數(shù)在各老化溫度下對-n(1-x)t進行線性0.50回歸由圖1、2可以看出回歸直線均具有很高的線0.45性相關(guān)性。由表4所示的老化動力學(xué)參數(shù)可知所0.40得直線的最小相關(guān)系數(shù)為0.9980從而說明兩種彩NI二色道路瀝青的老化反應(yīng)符合一級反應(yīng)。因此回歸方0.25程的斜率即為對應(yīng)溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k。根據(jù)Arrhenius方程有Ink=-E,(RT)+ InA以-lnk對1/T作圖見圖3)經(jīng)線性回歸解Fig. I Relationship between -In(1-x)and t for 70得的直線的斜率即為E/R而直線外推至1/T=圖170°彩色瀝青-ln(1-x)與老化時間的關(guān)系0時,Y軸的截距即為-nA從而可以求得彩色瀝青老化反應(yīng)的活化能E和指前因子A。圖3中兩條直線的線性相關(guān)系數(shù)分別為0.9997和0.9996求得的動力學(xué)參數(shù)列于表4。1630.302.3彩色瀝青老化動力學(xué)模型150℃由上述結(jié)果可知彩色道路瀝青老化是一級反0.20應(yīng)因此瀝青中正戊烷瀝青質(zhì)的生成應(yīng)符合方程51015202530(2)將 Arrhenius方程代入方程2)得Ir( 1-x)=II(1-x)-Ae-EARTt (4) Fig. 2 Relationship between-In(1-r)and t for 90*圖290°彩色瀝膏-ln(1-x)與老化時間的關(guān)系表4兩種彩色瀝青的動力學(xué)參數(shù)Table 4 The kinetics parameter of two paving asphalts老化溫k×103/相關(guān)×E×104/樣品系數(shù)104/h1(Jmol-1)≈5.24.290.99801636.150.99950.14664.483中國煤化工CNMHG180920.99994.520.99842.192.222.252.282.312.342.37T-1×1031636.410.99900.09764.322Fig 3 Relationship between-ink and 1/T3-Ink與L/T關(guān)系形疬數(shù)據(jù)10.140.9980第1期高明等.彩色道路瀝青老化動力學(xué)研究將表4中所求得的相關(guān)動力學(xué)參數(shù)代入(4式,得致見表2、3)。由表2、3可見模型計算得到的計則算值與試驗值吻合較好這說明所得的模型與彩色瀝青的實際老化過程相符。方程5)、(6)兩邊對t(1-x)=-0.195-1.466×103te-5392%T求導(dǎo),經(jīng)分析得知在相同溫度和時間下(dx/dt)(5)(90)>(dx/dt70#),從而說明90彩色瀝青的老化速率較70彩色瀝青的大。由表4計算得到的(1-x)=-0.175-0.970×103te-5198r動力學(xué)參數(shù)可以看出90彩色瀝青相對于70#彩6)色瀝青具有較低的反應(yīng)活化能和較高的反應(yīng)速率常從而不同溫度下彩色瀝青中正戊烷瀝青質(zhì)質(zhì)數(shù)這說明70彩色瀝青相對于90彩色瀝青具有量分?jǐn)?shù)與時間的關(guān)系可以通過方程(5廂(6)計算更好的抗老化性能參考文獻[I]XEFu-jion謝福炯), CHEN Zhi-chen陳志成) Application of colored asphalt concrete in urban road彩色瀝青混凝土在城市道路中的應(yīng)用ⅠJ] Municipal engineering technolog(市政技術(shù))2003,3):173-175[2] NING Ai-mi(寧愛民) CheN Ji陳杰) Performance evaluation of fo-1 cementing material for color road surfac(FC1彩色路面膠結(jié)料主要性能評價ⅠJ] Petroleum processing and petrochemicals(石油煉制與化工)1996,2x4)21-25.[3]JINκK金澤), HAO Zhao-hu趙朝輝),WEIY(魏毅)等. 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