彩色道路沥青老化动力学研究

第18卷第1期油化工高等学校学报Vol. 1 82005年3月JOURNAL OF PETROCHEMICAL UNTVERSITIESMar.2005文章编号:1006-396X2005)1-0024-04彩色道路沥青老化动力学研究高明,肖斌2,廖克俭1*,丛玉凤1〔1辽宁石油化工大学辽宁抚顺113001;2.湖北江汉油田江钻股份基建办湖北潜江433123)摘要:考察了所配制的70#和90两种彩色道路沥青在老化过程中正戊烷沥青质的变化洴依据老化过程中正戊烷沥青质的变化进行了彩色沥青老化动力学研究得岀了有关动力学参数得到了两种彩色沥青老化动力学方程其理论计算值与实际试验数据基本吻合表明彩色道路沥青老化属于一级动力学反应。结果表明7彩色沥青反应活化Ea=4.483×104mol-1沘9o彩色沥青反应活化能E。=4.322×10Jno1高反应速度常数较小具有较低的老化速率和较好的抗老化性能。关键词:彩色道路沥青;正戊烷沥青质;动力学;老化中图分类号:TF626.86文献标识码:A20世纪50年代国外便开始研究彩色沥青,并变化较大且呈现有规律地增加山。因而考察老化逐渐扩大应用1。我国在20世纪80年代也进行了过程中正戊烷沥青质质量分数的变化可以较为准确彩色沥青研究开发2。目前,我国某些城市的繁华评价沥青的老化过程。本实验通过测定彩色沥青老路段、公园等场所已铺装了彩色沥青路面。石油沥化过程中正戊烷沥青质质量分数的变化来研究彩色青的抗老化性能是影响路面寿命的主要因素之沥青老化动力学并评价两种彩色沥青的抗老化性当与空气接触时会慢慢氧化形成的极性含氧基团能。逐渐结成高分子质量的胶团促使沥青粘度提高。沥青吸收空气中的氧气引起的氧化反应一直被认为是1实验沥青老化变质的主要原因3。彩色道路沥青老化动力学的研究有助于了解其老化机理,认识老化过1.1原料程评价和预测彩色道路沥青的老化性能。试验采用自制的70#和90彩色沥青,该彩色沥青老化主要有4种情况即氧化老化挥发物沥青符合GB/T5180-94标准中AH-70和AH的袞减、自然硬化和渗流硬化4。影响沥青老化的90高等级道路沥青的标准,是以辽河沥青(AH因素很多,一般认为氧化引起的硬化是沥青老化的70)为基质沥青采用一定的工艺和各种添加剂制备主要原因5沥青老化过程与温度、时间、与氧接了符合GⅣB115180-94标准的彩色道路沥青其触的面积、沥青的组成有关681。亓玉台等建立埋化指标如表1所示。了在连续加热和空气老化过程中沥青族组成连串反1.2试验方法应动力学模型;丁国靖等6在假定沥青存在最大吸彩色沥青老化试验在石油沥青薄膜烘箱内进氧量的基础上得到了沥青吸氧一级动力学模型求行依据GB/T5304-85标准,试样分别在150、得了有关动力学参数水恒福等通过ANM结163、180℃下老化每隔5h取出一个试样测定正合R对沥青老化进行了研究而 Peterson J C等7)烷沥青质质量分数并在163不同考化时间下采用沥青60℃动力粘度的变化来研究沥青老化过测定中国煤化工软化点和延度。彩色程。随着沥青的老化其正戊烷沥青质质量分数的道路CNMH动力学方程:dx/dt=kI-xy(1)收稿日期2004-05-18式中x-正戊烷沥青质的质量分数;作者简介高頭1972-)男湖北潜江市在读硕士老化时间h通讯联系灭数据k一反应速率常数第1期高明等.彩色道路沥青老化动力学研究反应级数表1彩色道路沥青的理化指标Table 1 Characteristics of colored paving asphalts彩色道路沥青GBT15180-94标准性质#AH-70针入度(25℃y(0.1mm)60~880-100延度(15℃ycm>150>100软化点/C43.3粘度60℃y(Pas)闪点/℃>300230族组成(沥青质),%(饱和分),%23.82(芳香分),%(胶质),%薄膜加热实验163℃5h)质量变化%<0.8<1.0针入度比,%延度(25℃ycm>150>150(1)的边界条件为t=0,x=x(x为t=0性关系且直线斜率k为反应速率常数。时正戊烷沥青质质量分数对式(1)两边积分并代入边界条件可以得出2结果与讨论ln(1-x)+l(1-x*)(n=1)(2)2.1彩色沥青老化过程中沥青质的变化表2、3分别为70*和90#彩色沥青在不同温度(n≠1),(3)下老化时间对彩色沥青正戊烷沥青质质量分数的式中x为正戊烷沥青质质量分数反应级数n可以影响。由表2、3可以看出随着老化时间的增加正通过试差法求得。根据文献11]道路沥青老化反戊烷沥青质质量分数不断地增加沥青质的生成速应遵循一级反应则-(1-x)与老化时间t呈线率随老化温度的升高而加快可见温度对彩色道路沥青的老化过程有较大的影响表2老化温度和时间对70彩色沥青正戊烷沥青质质量分数的影响Table 2 The effect of aging temperature and time on 70 asphaltene150℃163℃180℃老化时间/h试验值计算值试验值计算值试验值算值17.7219.4520.57TH中国煤化工17,72CNMHG21.700.6421.1522.4325.3725.4924.3324.4527.2127.3732.4332.533027.4227,6031.6631.7638.91石油化工高等学校学报第18卷表3老化温度和时间对90=彩色沥青正戊烷沥青质质量分数的影响Table 3 The effect of aging temperature and time on 90asphaltene150℃163℃180℃老化时间/h试验值计算值试验值计算值试验值计算值16.16.0216.0216.0216.0216.0217.9018.2118.7620.5721.3824.4031.1331.8826.4126.5630.5830.0837.622.2彩色沥青老化动力学参数在各老化温度下对-n(1-x)t进行线性0.50回归由图1、2可以看出回归直线均具有很高的线0.45性相关性。由表4所示的老化动力学参数可知所0.40得直线的最小相关系数为0.9980从而说明两种彩NI二色道路沥青的老化反应符合一级反应。因此回归方0.25程的斜率即为对应温度下的反应速率常数k。根据Arrhenius方程有Ink=-E,(RT)+ InA以-lnk对1/T作图见图3)经线性回归解Fig. I Relationship between -In(1-x)and t for 70得的直线的斜率即为E/R而直线外推至1/T=图170°彩色沥青-ln(1-x)与老化时间的关系0时,Y轴的截距即为-nA从而可以求得彩色沥青老化反应的活化能E和指前因子A。图3中两条直线的线性相关系数分别为0.9997和0.9996求得的动力学参数列于表4。1630.302.3彩色沥青老化动力学模型150℃由上述结果可知彩色道路沥青老化是一级反0.20应因此沥青中正戊烷沥青质的生成应符合方程51015202530(2)将 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*图290°彩色沥膏-ln(1-x)与老化时间的关系表4两种彩色沥青的动力学参数Table 4 The kinetics parameter of two paving asphalts老化温k×103/相关×E×104/样品系数104/h1(Jmol-1)≈5.24.290.99801636.150.99950.14664.483中国煤化工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与L/T关系形疬数据10.140.9980第1期高明等.彩色道路沥青老化动力学研究将表4中所求得的相关动力学参数代入(4式,得致见表2、3)。由表2、3可见模型计算得到的计则算值与试验值吻合较好这说明所得的模型与彩色沥青的实际老化过程相符。方程5)、(6)两边对t(1-x)=-0.195-1.466×103te-5392%T求导,经分析得知在相同温度和时间下(dx/dt)(5)(90)>(dx/dt70#),从而说明90彩色沥青的老化速率较70彩色沥青的大。由表4计算得到的(1-x)=-0.175-0.970×103te-5198r动力学参数可以看出90彩色沥青相对于70#彩6)色沥青具有较低的反应活化能和较高的反应速率常从而不同温度下彩色沥青中正戊烷沥青质质数这说明70彩色沥青相对于90彩色沥青具有量分数与时间的关系可以通过方程(5厢(6)计算更好的抗老化性能参考文献[I]XEFu-jion谢福炯), CHEN Zhi-chen陈志成) Application of colored asphalt concrete in urban road彩色沥青混凝土在城市道路中的应用ⅠJ] Municipal engineering technolog(市政技术)2003,3):173-175[2] NING Ai-mi(宁爱民) CheN Ji陈杰) Performance evaluation of fo-1 cementing material for color road surfac(FC1彩色路面胶结料主要性能评价ⅠJ] Petroleum processing and petrochemicals(石油炼制与化工)1996,2x4)21-25.[3]JINκK金泽), HAO Zhao-hu赵朝辉),WEIY(魏毅)等. 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