再生沥青老化动力学研究

32北方交通2006再生沥青老化动力学研究杨彦海赵文〔辽宁省交通科学研究院,沈阳110015)(东北大学资源与土木工程学院,沈阳110042)王继山李洪斌南雪峰〔沈阳建筑大学,沈阳110168)(辽宁省交通科学研究院,沈阳110015)摘要利用动力学模型分析研究再生沥青的抗老化性能。结合沈阳至铁岭路面维修工程选取代表性的旧料抽提岀旧沥青分析了技术指标,经适合的再生剂再生后,以老化过程中正戊烷沥青质含量的变化为参数建立了再生沥青的老化动力学模型。得岀的计算值与试验值基本吻合说明采用沥青质含量的变化可以较好地表征其动力学过程求得正确的动力学参数。沈铁再生沥青老化属于一级动力学反应。与辽河AH-90°沥青横向对比证明了再生沥青抗老化性能的可靠性。关键词废料利用再生沥青沥青质老化动力学抗老化性引言Cn、C一反应物浓度我国上世纪九十年代初以来建成的高速公路已2.1反应速度常数逐步进入维修养护期维修过程中将产生大量的废反应速度常数k不随反应物和产物的浓度而旧沥青混合料再生利用这些材料引起工程界的高变。但它随温度、溶剂和催化剂的浓度而变从这个度关注。再生沥青作为混合料中重要的组成部分,意义上说k不是一个常数。k代表了温度对反应速其抗老化性能的好坏将直接关系到路面的使用品度的影响项,k随温度的变化规律符合 Arrhenius方质。柳永行等的研究证明沥青在氧化老化过程中程式其组分变化的最终产物是沥青质并且随着沥青的EA/RT老化其沥青质含量变化较为敏感且呈现有规律增式中Ea—反应活化能反应速度对反应温度加。因而考察沥青老化过程中沥青质含量的变化可敏感程度的衡量因素以准确评价沥青的老化过程。 Wrigh t等通过I光R—气体常数其值为8.314J/mol-谱进行沥青氧化动力学研究。而 Peterson等采用沥T—温度开氏温度与试验温度之和青60℃动力粘度的变化来研究沥青老化过程。本k一频率因子。文是以老化过程中正戊烷沥青质含量的变化为参数对2)式求对数则得到 Arrhenius方程式的另来建立再生沥青的老化动力学模型。通过再生沥青种形式老化动力学研究有助于了解再生沥青老化过程评Ink =-Ea/RT +Inko(3)价和预测再生沥青的抗老化性能。从而更加科学若(3)式中对温度求导可得合理利用高速公路维修中的废料资源,保护生态环dInk/dt= ea/rt境必将产生明显的经济、社会和环境效益由此可见在某一温度下活化能Ea愈大,即2老化动力学基本原理lnk/T愈大说明温度对反应速度的影响就愈显翁惠斯等认为化学反应速度方程式或动力学方著中国煤化工发生较大的变化。因程式的最常见的形式是此CNMHG对温度愈敏感r:=kc×c(1)2.2沥青老化动力学方程式中:k一反应速度常数道路沥青老化速率遵循下列动力学方程xy一反应级数dx/dt=k(1-x第9期杨彦海等再生沥青老化动力学研究33边界条件为t=0x=x。对5)式两边积分由表3数据看沈铁再生沥青技术指标完全满并代入边界条件可以得到:足规范要求(1-x)=ln(1-x)-kt(n=1)(6)4.2老化过程中沥青质含量的变化(1-x)"=kn-1)+(1-x)”(n≠1)由于沥青在老化过程中近似表现为一种顺序连(7)串反应过程四组分反应过程是饱和分→芳香分→上式中☆为某一老化时间下再生沥青中的正胶质→沥青质。沥青质是四组分的最终反应产物戊烷沥青质含量☆为未老化时再生沥青中的正戊因此随老化时间的延长沥青质含量会明显增加。烷沥青质含量反应级数n可以通过试差法求得。表4列出了沈铁再生沥青和辽河AH-90"沥青在不3原材料同老化温度不同老化时间下对沥青中沥青质含量3.1旧沥青的影响。从沈阳到铁岭高速公路维修工程中选取有代表表4再生沥青在老化过程中沥青质含量%)的变化性的旧料抽提岀旧沥青测定性能指标见表1,老化时150℃163℃180℃间/h试验值计算值试验值计算值试验值计算值表1旧沥青基本性能22.2722.2722.2722.2722.2722.27大指标四组分523.1322.9423.7523.4924.6524.60项目针入度25℃)延度5℃)软化点饱和分芳香分胶质沥青质/1/10mm沈铁024.0623.6125.2524.6926.8826.81指标2512.457.513.3924.4539.8922.21524.5724.2526.7325.8729.6728.983.2再生剂2025.2524.9128.1827.0232.3631.09为使废料中旧沥青性能基本恢复到使用要求020.3920.3920.3920.3920.3920.39本试验采用辽宁省交通科研院研制的JY型再生剂,521.0220.9621.4921.5722.7422.53技术指标见表辽河1021.7321.5322AH-90#15表2再生剂技术指标2022.8222.6525,1024.8629.9528.04024.4223.7627.4627.0033.3031.59密度/g/cm0.87-0.95外双颜色)深棕色~浅黑色从表4中数据可以看出随着老化时间的增加无刺激性气味沥青质含量有规律地增加。动力粘度60)10-2×PaS8.7~9.54.3再生沥青老化动力学参数饱和分14-35根据文献可首先假定沥青老化遵循一级反应四组分/%芳香分10~20则-l(1-x)与老化时间t应呈线性关系且直线沥青质斜率k即为反应速率常数。在各老化温度下,对薄膜烘箱实验(163℃5h)重量损失率不大于/%1.85l(1-x)与t进行线性回归其结果由图1、2中4试验结果与分析可看出回归直线均具有很好的线性相关性(相关4.1再生沥青性能把一定比例的再生剂加入到旧沥青中测定再系数见表5所示)这说明假设成立,即再生沥青生沥青性能见表3。为便于比较文章采用了辽河的老化符合一级反应。根据式(3)所求得的动力学模型参数列于表5。AH-90重交通沥青作为对比。80C表3两种沥青的性质沈铁再生沥青辽河AH-90*90“沥青技术指标针入度2℃)/10-mn04软化点/℃延度15℃)/cm9560035延度(10℃)/cm3830闪点/℃1.021.0091实测记录溶解度/%99,≥99,55中国煤化工蜡含量/%≤2.2CNMHG质量变化/%0.520.89老化时残留针入度比/%60.5TFT后残留延度10℃)/cm9图1-1n(1-x)与老化时间t的关系(沈铁)残留延度(15℃)/cm5434北方交通2006弱为辽河AH-90、沈铁。从表5中还可以看出沈铁再生沥青的活化能与原辽河AH-90°相差不大这说明再生效果较为理想同时文献中的研究结163℃C果也证明了废旧沥青混合料如能合理利用经济效150℃益、社会效益和环境效益是显著的。5结论(1)沈铁再生沥青的老化属一级动力学反应采用正戊烷沥青质含量的变化可以较好地表征其动力老化时系(辽河)学过程求得正确的动力学参数铁、辽河AH-90#沥青老化动力学参数(2)与辽河AH-90°沥青相比沈铁再生沥青的样品老化温度K相关系数A活化能E值略小,说明抗老化性相对较差洹二者10.h-/KJ相差不大这说明再生效果较为理想也说明旧料中沈铁再生沥青163890.9998628.6666.11的沥青再生后抗老化性能够满足使用要求。6.400.99628参考文献00.997341柳永行范耀华涨昌祥.石油沥氜M]北京石油工业岀版社,辽河AH-90*1633.110.997572.2369,971984年4月第1版4.4再生沥青老化动力学模型2 Recycled Hot mix Asphalt Mixture[ A ] Supplemental SpecificatiJanuary 15, 1998根据3.3再生沥青的老化是一级反应因此沥3 Paul H R. Evaluation of Recycled Projects for Performance J J Ma-青中正戊烷沥青质的生成过程应符合方程(6)将 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].将表5中三种沥青的老化动力学参数代入上Published by National Center for Asphalt Technology Auburn, 19955翁惠斯毛信军.石油炼制过程反应动力竽M]北京怒加工出式可得动力学方程版社19沈铁再生沥青:(1-x)=-0.252-28.66×6刘军杨彦海等沥青再生剂的研究选擺J]北京环境工程2004(1):4-46辽河AH-90°1n(1-x)=-0.228-72.237公路工程沥青及沥青混合料试验规稙S]JJ052-200.北京104c-8161(10)人民交通出版社2000公路沥青路面施工技术规范S]JrGF40-2004.北京:人民交从而不同温度下沥青中沥青质含量与时间的关系可以通过方程计算得到。由表4可以看出,试验9丁国靖范耀华等道路沥青吸氧老化性能的研究]石油炼值与计算值吻合较好。这说明所得的模型与再生沥青的老化过程相符。由表5可以看出活化能E的0 RAP Under- uperpave Specifications A ] North Centr大小依次为辽河AH-90、沈铁。活化能越大沥青Superpave Center 200211水恒福沈本贤高晋生等.H-NMR和I对道路沥青老化过程抗老化性能越强所以两种沥青抗老化性能由强到的研究J]华东理工大学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中国煤化工 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