32北方交通2006再生瀝青老化動力學研究楊彥海趙文〔遼寧省交通科學研究院,沈陽110015)(東北大學資源與土木工程學院,沈陽110042)王繼山李洪斌南雪峰〔沈陽建筑大學,沈陽110168)(遼寧省交通科學研究院,沈陽110015)摘要利用動力學模型分析研究再生瀝青的抗老化性能。結合沈陽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指標,經適合的再生劑再生后,以老化過程中正戊烷瀝青質含量的變化為參數(shù)建立了再生瀝青的老化動力學模型。得岀的計算值與試驗值基本吻合說明采用瀝青質含量的變化可以較好地表征其動力學過程求得正確的動力學參數(shù)。沈鐵再生瀝青老化屬于一級動力學反應。與遼河AH-90°瀝青橫向對比證明了再生瀝青抗老化性能的可靠性。關鍵詞廢料利用再生瀝青瀝青質老化動力學抗老化性引言Cn、C一反應物濃度我國上世紀九十年代初以來建成的高速公路已2.1反應速度常數(shù)逐步進入維修養(yǎng)護期維修過程中將產生大量的廢反應速度常數(shù)k不隨反應物和產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度關注。再生瀝青作為混合料中重要的組成部分,意義上說k不是一個常數(shù)。k代表了溫度對反應速其抗老化性能的好壞將直接關系到路面的使用品度的影響項,k隨溫度的變化規(guī)律符合 Arrhenius方質。柳永行等的研究證明瀝青在氧化老化過程中程式其組分變化的最終產物是瀝青質并且隨著瀝青的EA/RT老化其瀝青質含量變化較為敏感且呈現(xiàn)有規(guī)律增式中Ea—反應活化能反應速度對反應溫度加。因而考察瀝青老化過程中瀝青質含量的變化可敏感程度的衡量因素以準確評價瀝青的老化過程。 Wrigh t等通過I光R—氣體常數(shù)其值為8.314J/mol-譜進行瀝青氧化動力學研究。而 Peterson等采用瀝T—溫度開氏溫度與試驗溫度之和青60℃動力粘度的變化來研究瀝青老化過程。本k一頻率因子。文是以老化過程中正戊烷瀝青質含量的變化為參數(shù)對2)式求對數(shù)則得到 Arrhenius方程式的另來建立再生瀝青的老化動力學模型。通過再生瀝青種形式老化動力學研究有助于了解再生瀝青老化過程評Ink =-Ea/RT +Inko(3)價和預測再生瀝青的抗老化性能。從而更加科學若(3)式中對溫度求導可得合理利用高速公路維修中的廢料資源,保護生態(tài)環(huán)dInk/dt= ea/rt境必將產生明顯的經濟、社會和環(huán)境效益由此可見在某一溫度下活化能Ea愈大,即2老化動力學基本原理lnk/T愈大說明溫度對反應速度的影響就愈顯翁惠斯等認為化學反應速度方程式或動力學方著中國煤化工發(fā)生較大的變化。因程式的最常見的形式是此CNMHG對溫度愈敏感r:=kc×c(1)2.2瀝青老化動力學方程式中:k一反應速度常數(shù)道路瀝青老化速率遵循下列動力學方程xy一反應級數(shù)dx/dt=k(1-x第9期楊彥海等再生瀝青老化動力學研究33邊界條件為t=0x=x。對5)式兩邊積分由表3數(shù)據(jù)看沈鐵再生瀝青技術指標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老化過程中瀝青質含量的變化(1-x)"=kn-1)+(1-x)”(n≠1)由于瀝青在老化過程中近似表現(xiàn)為一種順序連(7)串反應過程四組分反應過程是飽和分→芳香分→上式中☆為某一老化時間下再生瀝青中的正膠質→瀝青質。瀝青質是四組分的最終反應產物戊烷瀝青質含量☆為未老化時再生瀝青中的正戊因此隨老化時間的延長瀝青質含量會明顯增加。烷瀝青質含量反應級數(shù)n可以通過試差法求得。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間下對瀝青中瀝青質含量3.1舊瀝青的影響。從沈陽到鐵嶺高速公路維修工程中選取有代表表4再生瀝青在老化過程中瀝青質含量%)的變化性的舊料抽提岀舊瀝青測定性能指標見表1,老化時150℃163℃180℃間/h試驗值計算值試驗值計算值試驗值計算值表1舊瀝青基本性能22.2722.2722.2722.2722.2722.27大指標四組分523.1322.9423.7523.4924.6524.60項目針入度25℃)延度5℃)軟化點飽和分芳香分膠質瀝青質/1/10mm沈鐵024.0623.6125.2524.6926.8826.81指標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到使用要求020.3920.3920.3920.3920.3920.39本試驗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技術指標見表遼河1021.7321.5322AH-90#15表2再生劑技術指標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間的增加無刺激性氣味瀝青質含量有規(guī)律地增加。動力粘度60)10-2×PaS8.7~9.54.3再生瀝青老化動力學參數(shù)飽和分14-35根據(jù)文獻可首先假定瀝青老化遵循一級反應四組分/%芳香分10~20則-l(1-x)與老化時間t應呈線性關系且直線瀝青質斜率k即為反應速率常數(shù)。在各老化溫度下,對薄膜烘箱實驗(163℃5h)重量損失率不大于/%1.85l(1-x)與t進行線性回歸其結果由圖1、2中4試驗結果與分析可看出回歸直線均具有很好的線性相關性(相關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定再系數(shù)見表5所示)這說明假設成立,即再生瀝青生瀝青性能見表3。為便于比較文章采用了遼河的老化符合一級反應。根據(jù)式(3)所求得的動力學模型參數(shù)列于表5。AH-90重交通瀝青作為對比。80C表3兩種瀝青的性質沈鐵再生瀝青遼河AH-90*90“瀝青技術指標針入度2℃)/10-mn04軟化點/℃延度15℃)/cm9560035延度(10℃)/cm3830閃點/℃1.021.0091實測記錄溶解度/%99,≥99,55中國煤化工蠟含量/%≤2.2CNMHG質量變化/%0.520.89老化時殘留針入度比/%60.5TFT后殘留延度10℃)/cm9圖1-1n(1-x)與老化時間t的關系(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°相差不大這說明再生效果較為理想同時文獻中的研究結163℃C果也證明了廢舊瀝青混合料如能合理利用經濟效150℃益、社會效益和環(huán)境效益是顯著的。5結論(1)沈鐵再生瀝青的老化屬一級動力學反應采用正戊烷瀝青質含量的變化可以較好地表征其動力老化時系(遼河)學過程求得正確的動力學參數(shù)鐵、遼河AH-90#瀝青老化動力學參數(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相關系數(shù)A活化能E值略小,說明抗老化性相對較差洹二者10.h-/KJ相差不大這說明再生效果較為理想也說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再生瀝青老化動力學模型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反應因此瀝3 Paul H R. Evaluation of Recycled Projects for Performance J J Ma-青中正戊烷瀝青質的生成過程應符合方程(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力學參數(shù)代入上Published by National Center for Asphalt Technology Auburn, 19955翁惠斯毛信軍.石油煉制過程反應動力竽M]北京怒加工出式可得動力學方程版社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規(guī)范S]JrGF40-2004.北京:人民交從而不同溫度下瀝青中瀝青質含量與時間的關系可以通過方程計算得到。由表4可以看出,試驗9丁國靖范耀華等道路瀝青吸氧老化性能的研究]石油煉值與計算值吻合較好。這說明所得的模型與再生瀝青的老化過程相符。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對道路瀝青老化過程抗老化性能越強所以兩種瀝青抗老化性能由強到的研究J]華東理工大學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