以软化点为参数研究再生改性沥青的老化动力学

赵 华，廖克俭，李会鹏

（辽宁石油化工大学 石油化工学院，辽宁 抚顺 113001）

以软化点为参数研究再生改性沥青的老化动力学

赵 华，廖克俭，李会鹏

（辽宁石油化工大学 石油化工学院，辽宁 抚顺 113001）

通过考察老化过程中软化点的变化，建立以沥青软化点为参数的老化动力学模型，计算得到了有关动力学参数。实验以欢喜岭AH－90沥青为基质沥青，以SBS为改性剂，制备改性沥青，采用旋转薄膜烘箱试验，使改性沥青老化，然后通过掺入再生剂得到再生改性沥青，分别测改性沥青和再生改性沥青的软化点。实验表明，废旧SBS改性沥青可以通过添加再生剂和调和剂的方法重新恢复到老化前的理化指标。改性沥青与再生改性沥青老化均属于一级动力学反应，再生改性沥青抗老化性能优于改性沥青。

改性沥青;再生改性沥青;老化动力学;软化点

Abstract:In this study,the kinetic parameters have been calculated to establish an aging dynamic model based on softening point.The theoretical value and the actual experimental data were well consistent.The modified asphalt was prepared by using Huanxiling AH-90 as base asphalt and SBS as modifier.Then rotating thin film oven test was conducted to make it aged.Regenerated modified asphalt was obtained by adding certain amount of self-made regenerant.The softening point was determined.The Test showed that waste SBS modified asphalt could be recycled by adding regenerant and blending agent to restore the same physical and chemical performances as those of before aging.The aging process of both modified asphalt and regenerated modified asphalt belonged to a first order dynamic reaction.By examining the aging activation energy,it was drawn a conclusion that the regenerated modified asphalt showed better anti-aging performance than that of modified asphalt.

Key words:Modified asphalt;regenerated modified asphalt;aging kinetics;softening point

前 言

沥青路面材料可以100%的回收利用，并且可以多次重复使用，因而可以节约资源和保护环境[1]。美国于1915年开始研究沥青路面材料再生技术，并且迅速推广应用[2]。国内废旧沥青混合料再生技术研究起步较晚，但我国逐渐增加的高等级道路沥青路面维护量，有必要对废旧沥青混合料再生技术进行深入系统的研究。根据沥青四组分理论[3]，废旧SBS改性沥青的性能下降是因为沥青四组分的配伍性改变所致[4]，而SBS改性剂并没有发生本质的改变，这说明废旧SBS改性沥青可以通过添加再生剂的方法重新改变沥青四组分的配伍性，从而达到重新利用的目的。

软化点是在一个特定的实验条件下表示沥青软硬程度的条件温度，通常用作制造工艺、检验产品质量和评定沥青性质的控制指标。本实验以欢喜岭90#沥青为基质沥青，以SBS为改性剂，制备SBS改性沥青。老化后，掺入自制再生剂进行再生，制备再生改性沥青。以老化过程中软化点的变化为参数建立改性沥青和再生改性沥青的老化动力学模型，并评价其抗老化性能。

1 实验部分

1.1 原材料与仪器

1.1.1 原材料

欢喜岭AH－90沥青：针入度98.5（25℃，100 g，5 s，0.1mm），软化点 44.2℃，延度大于 100（5℃，5cm/min，cm）；SBS，YH-801 星型，岳阳石化生产，用于改性沥青；再生剂（自制）；SBR（用于调和沥青）。

1.1.2 实验仪器

针入度测定仪（T4508-84，无锡市石油仪器设备厂）；SYD沥青软化点测定仪（GB/T4507，上海昌吉地质仪器有限公司）；延度仪（T4508-84，无锡市石油仪器设备厂）；旋转薄膜烘箱（82型，辽阳市恒温仪器厂）；高速乳化剪切机（上海威慷机械电子有限公司）；电热恒温干燥箱（厦门医疗电子仪器厂）。

1.2 样品制备

1.2.1 SBS改性沥青的制备

加热基质沥青至160℃的熔融状态，然后掺入占其质量5%的SBS，在1000r/min下剪切10min，待SBS完全溶胀后把体系温度升到 180℃，在8000r/min下再剪切30min。

1.2.2 SBS改性沥青的老化

采用旋转薄膜烘箱试验（GB/T5304）：将50g改性沥青试样放入直径为140mm、深9.5mm的不锈钢盛样皿中，沥青膜的厚度为3.2 mm，分别在150℃、163℃、180℃通风烘箱中以5.5 r/min的转速旋转，每隔5h，测定沥青软化点。一般针入度小于40时证明已经被老化。

1.2.3 废旧SBS改性沥青的再生

将熔融老化的改性沥青称重，加入占其质量4%的再生剂后在电炉上微热，搅拌至均匀。然后再向加入再生剂的老化改性沥青中加入占其质量0.5%的SBR，用玻璃棒进行搅拌。

2 结果与讨论

2.1 各种沥青的理化性质与标准

表1 各种沥青的理化性质与标准Table1 The physical and chemical properties of asphalts and standard

由表1可知，老化改性沥青再生后各项指标符合聚合物改性沥青技术要求（JTJ036—98）I-C标准，说明在加入一定量再生剂、SBR后老化沥青的再生效果显著。

2.2 老化过程中软化点的变化

由表2可以看出，无论是改性沥青还是再生改性沥青，在相同的老化温度下，随着老化时间的延长，软化点均逐渐升高；同一老化温度、老化时间下，再生改性沥青的软化点要比改性沥青的高。

表2 不同老化温度下沥青软化点与老化时间的关系Table2 The relationship between softening point and ageing time at different temperatures

2.3 以软化点为参数建立老化动力学模型

以软化点为参数研究改性沥青和再生改性沥青的老化动力学，其动力学方程表示为：

式中 :c—沥青老化过程中反应物的浓度/mol/L

t—老化时间/h

k—老化反应速率常数/h-1洛克伍德认为，反应物浓度与沥青软化点成反比，即c=a/R，将此式代入公式（1），两边积分可以得到：

式中:t—老化时间/s

R0—沥青的初始软化点/℃

R—沥青在一定老化温度下经过老化时间t时的软化点/℃

k—老化反应常数/h-1

因此只要测出不同老化时间下的软化点，即可求出沥青老化反应常数k，并根据阿龙尼乌斯方程求得老化动力学方程。

利用公式（2）分别对改性沥青与再生改性沥青的lnR／R0对t作图，见图1和2。

图1 改性沥青的ln（R／R0）与老化时间的关系Fig.1 The relation between ln（R／R0）and aging time of modified asphalt

图2 再生改性沥青的ln（R／R0）与老化时间的关系Fig.2 The relation between ln（R／R0）and aging time of regenerated modified asphalt

可知，回归曲线均具有很高的线性相关性，进而说明两种沥青老化符合一级动力学反应。因此，回归方程的斜率即为对应温度下的k。

根据Arrhrenius方程有：

式中：K—热力学常数

Ea—活化能/kJ·mol-1

A—指前因子

R —8.3145J·mol-1·K-1

以-lnK对1／T作图，如图3。

图3 改性沥青与再生改性沥青的-lnK与1／T×10-3的关系图Fig.3 The relationship between-lnK and 1/T×10-3of modified asphalt and regenerated modified asphalt

根据Arrhrenius方程，由图3经线性回归解得直线的斜率为Ea／R，直线外推至1／T=0，Y轴的截距即为lnA，从而求出沥青老化反应的活化能Ea、指前因子A和直线的相关系数。

改性沥青与再生改性沥青的老化动力学参数分别见表3。

表3 老化动力学参数Table3 The aging kinetic parameters

利用 Arrhrenius方程代入（2），得

将表3中的动力学参数分别代入公式（4），可以分别得到改性沥青与再生改性沥青老化动力学方程：

根据建立的老化动力学方程计算的结果与实验值吻合较好，说明所得的模型与两种改性沥青老化过程基本相符。

3 结论

（1）废旧SBS改性沥青可以通过添加再生剂和调和剂的方法重新恢复到老化前的理化指标。

（2）SBS改性沥青与再生SBS改性沥青的老化均属于一级动力学反应，老化过程中软化点的变化可以很好的表征其老化过程，求得正确的动力学参数，并由两种沥青在同等老化条件下的活化能大小的对比，得出了再生改性沥青的抗老化性能优于改性沥青的抗老化性能。

［1］陈慧敏.石油沥青产品手册［M］.北京：石油工业出版社，2001.

［2］黄晓明，赵永利，江臣.沥青路面再生利用试验分析［J］.岩土工程学报，2001，23（4）：468～471.

［3］CORBETT L W.Dumbbell mix for better asphalt［J］.Hydrocarbon process，1979，26（4）：l73～177.

［4］廖克俭，丛玉凤.道路沥青生产与应用技术［M］.北京：化学工业出版社，2004.

Study on the Aging Kinetics of Regenerated Modified Asphalt Based on Softening Point

ZHAO Hua,LIAO Ke-jian and LI Hui-peng

(College of Petrochemical Engineering,Liaoning Shihua University,Fushun 113001,China)

TE 626.84

A

1001-0017（2011）01-0027-03

2010-08-25

赵华（1973－），女，辽宁抚顺人，讲师，主要从事石油化学品的研究开发工作。