油基温拌剂对SBS 改性沥青老化动力学参数的影响研究

韩洋，井新众，王洪国，廖克俭，王松

(1.辽宁石油化工大学 石油化工学院，辽宁 抚顺 113001;2.大连市政设施修建总公司，辽宁 大连 116000)

随着我国交通运输业的发展以及人们对交通效率和安全要求的提高，道路施工材料的质量要求也随之提升，SBS 改性沥青因其较优的路用性能和较低的成本而得到广泛应用，国内外针对SBS 沥青的研究也日趋成熟，其中抗老化性能是一个被广泛关注的热点［1-3］。大量的实验测定和工程应用证明，沥青抗老化性能是评价道路沥青路用性能的重要指标。沥青老化是一个其内部组分因氧化、挥发、硬化而导致其使用性能劣化的过程，其中氧化引起的沥青硬化是沥青老化的主要原因［4-5］。

国内外大量研究表明，沥青老化过程为一个一级动力学反应。本文致力于LKWO-Ⅰ型油基温拌剂对SBS 改性沥青老化过程动力学参数的影响研究。基于软化点，建立沥青老化过程动力学方程，求得SBS 改性沥青老化动力学参数。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

盘锦辽河油田Ⅰ-C 类SBS 改性沥青，工业品;LKWO-Ⅰ型油基温拌剂，自制。

SD-0625 沥青布氏旋转粘度仪;SYD-2801C 针入度试验仪;SYD-2806E 全自动沥青软化点试验器;LYY-9A 型沥青延度仪;82 型沥青薄膜烘箱。

1.2 实验方法

依据GB/T 5304 标准，在150，163，180 ℃进行薄膜老化试验，对两种原料沥青及不同油基温拌剂掺量下的温拌沥青进行等时间间隔老化操作，测定试样不同老化时间下的软化点。在145 ℃和175 ℃两个沥青拌和温度下进行施工老化模拟实验，并每隔1 h 测定软化点的变化。

2 结果与讨论

2.1 温拌SBS 改性沥青的性能

SBS 改性沥青和掺入LKWO-Ⅰ型温拌剂的SBS改性沥青理化性质见表1。

由表1 可知，LKWO-Ⅰ型温拌剂在2‰掺入量下，将SBS 改性沥青的拌和温度降低30 ℃，说明其温拌效果较好，软化点略微降低，针入度和延度有所升高，但影响不大。

表1 SBS 改性沥青与温拌SBS 改性沥青理化性质Table 1 Physical and chemical properties of SBS asphalt and warm-mixed SBS asphalt

2.2 老化动力学方程的建立

沥青老化过程为一级动力学反应［6-7］，以动力学方程描述SBS 改性沥青的老化过程:

式中，c 为老化过程反应物浓度;t 为老化时间;k 为反应速率常数。

洛克伍德指出，软化点与反应物浓度成反比关系［8］，表明软化点的变化可以相应地反映沥青老化过程反应物浓度的改变，即可用式c =a/R 阐述，将其带入方程(1)，并积分得:

式中，R0为沥青初始软化点;R 为老化时间为t时的软化点。

测定不同老化时间下的软化点，即可求得老化反应速率常数k。

表2、表3 为不同老化温度(150，163，180 ℃)下，老化时间对SBS 改性沥青和掺有温拌剂的SBS改性沥青软化点的影响。图1 和图2 为以上两种沥青以软化点与初始软化点的比值，即ln(R/R0)对老化时间t 进行线性回归图。

表2 老化时间对SBS 改性沥青软化点的影响Table 2 The effect of aging time on SBS asphalt

表3 老化时间对温拌SBS 改性沥青软化点的影响Table 3 The effect of aging time on warm-mixed SBS asphalt

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

图2 温拌沥青ln(R/R0)与老化时间的关系Fig.2 The relationship between ln(R/R0)and aging time of warm-mixed SBS asphalt

由图1、图2 可知，两种沥青的ln(R/R0)与老化时间t 具有很好的线性关系，证明沥青老化为一个一级反应。回归直线斜率即为老化反应常数k，根据阿伦尼乌斯方程:

将不同温度下的反应常数数据绘制成－lnk 对1/T 的拟合直线图(图3)，直线斜率即为Ea/R，温度T 趋近于无穷大时，求得指前因子A。两种沥青的动力学参数见表4。

图3 两种沥青的－lnk 与1/T 的关系图Fig.3 The relationship between－lnk and 1/T of two kinds of asphalt

表4 老化动力学参数Table 4 The aging kinetic parameters

由表4 可知，数据与直线相关性良好，反应速率常数表明，在低温区，温拌剂LKWO-Ⅰ对老化反应有加速作用;高温区，温拌剂LKWO-Ⅰ减缓了老化反应速率。活化能的增大，说明温拌剂LKWO-Ⅰ对老化反应的发生条件要求略有提高。

将式(2)与阿伦尼乌斯方程合并，得SBS 改性沥青和温拌SBS 改性沥青分别对应的软化点的老化反应条件方程(4)、(5):

SBS 改性沥青

温拌SBS 改性沥青

利用方程(4)、(5)，可根据老化温度和时间计算出沥青的软化点，结果见表2 和表3。可知计算值和实测值相近，证明方程很好地描述了老化过程。

2.3 施工过程模拟老化实验

通过对加入温拌剂前后的SBS 改性沥青在拌和温度下的老化实验来模拟各自的施工过程所造成的老化，软化点计算值与实测值见表5。

由表5 可知，10 h 施工时，温拌SBS 改性沥青软化点从初始数值和变化速率上都小于未添加温拌剂的SBS 改性沥青，说明温拌剂LKWO-Ⅰ明显改善了施工过程中SBS 改性沥青的抗老化性能。计算值与实测值的高度吻合，证实了一次动力学方程很好的描述了老化过程。

表5 模拟施工条件下老化时间对两种沥青软化点的影响Table 5 The effect of aging time at different construction conditions of two kinds of asphalt

3 结论

(1)SBS 改性沥青老化过程遵循一级动力学反应规律，所建立的以软化点为指标的一级老化动力学方程很好地描述了SBS 改性沥青的老化过程，并可用来对一定老化温度和老化时间下的SBS 改性沥青的软化点进行理论计算。

(2)温拌剂LKWO-Ⅰ显著地降低了SBS 改性沥青拌和温度，减缓了SBS 改性沥青在施工过程中的老化反应，提高了老化反应的发生条件，具有一定的抗老化作用。

［1］ Petersen J C.Comparison of oxidation of SHRP asphalts by two different methods［J］.Feul Sci Technol Int，1993，11(1):89-121.

［2］ 范耀华，丁国靖，亓玉台.石油沥青抗老化性能研究［J］.石油沥青，1997，11(1):1-6.

［3］ 水恒福，沈本贤，高晋生.道路沥青老化动力学的研究［J］.华东理工大学学报，1998，24(4):399-404.

［4］ Whiteoak O.Handbook of shell asphalts［M］.London:Shell Bitu-men UK，1991:64-66.

［5］ 郭庆举，赵小争，廖克俭.调和-氧化沥青AH-90 的老化动力学研究［J］.华工科技，2004，12(5):31-33.

［6］ 柳永行，范耀华，张昌祥.石油沥青［M］.北京:石油工业出版社，1984.

［7］ Wright J R.Determination of oxidation rate of air-blown asphalt by infrared-red spectroscopy［J］.Jappl Chem，1962，12:256-266.

［8］ 丛玉凤，廖克俭，翟玉春.道路沥青老化动力学研究［J］.石油炼制与化工，2005，36(5):23-26.