油基溫拌劑對SBS 改性瀝青老化動力學參數的影響研究

韓洋，井新眾，王洪國，廖克儉，王松

(1.遼寧石油化工大學 石油化工學院，遼寧 撫順 113001;2.大連市政設施修建總公司，遼寧 大連 116000)

隨著我國交通運輸業的發展以及人們對交通效率和安全要求的提高，道路施工材料的質量要求也隨之提升，SBS 改性瀝青因其較優的路用性能和較低的成本而得到廣泛應用，國內外針對SBS 瀝青的研究也日趨成熟，其中抗老化性能是一個被廣泛關注的熱點［1-3］。大量的實驗測定和工程應用證明，瀝青抗老化性能是評價道路瀝青路用性能的重要指標。瀝青老化是一個其內部組分因氧化、揮發、硬化而導致其使用性能劣化的過程，其中氧化引起的瀝青硬化是瀝青老化的主要原因［4-5］。

國內外大量研究表明，瀝青老化過程為一個一級動力學反應。本文致力于LKWO-Ⅰ型油基溫拌劑對SBS 改性瀝青老化過程動力學參數的影響研究。基于軟化點，建立瀝青老化過程動力學方程，求得SBS 改性瀝青老化動力學參數。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

盤錦遼河油田Ⅰ-C 類SBS 改性瀝青，工業品;LKWO-Ⅰ型油基溫拌劑，自制。

SD-0625 瀝青布氏旋轉粘度儀;SYD-2801C 針入度試驗儀;SYD-2806E 全自動瀝青軟化點試驗器;LYY-9A 型瀝青延度儀;82 型瀝青薄膜烘箱。

1.2 實驗方法

依據GB/T 5304 標準，在150，163，180 ℃進行薄膜老化試驗，對兩種原料瀝青及不同油基溫拌劑摻量下的溫拌瀝青進行等時間間隔老化操作，測定試樣不同老化時間下的軟化點。在145 ℃和175 ℃兩個瀝青拌和溫度下進行施工老化模擬實驗，并每隔1 h 測定軟化點的變化。

2 結果與討論

2.1 溫拌SBS 改性瀝青的性能

SBS 改性瀝青和摻入LKWO-Ⅰ型溫拌劑的SBS改性瀝青理化性質見表1。

由表1 可知，LKWO-Ⅰ型溫拌劑在2‰摻入量下，將SBS 改性瀝青的拌和溫度降低30 ℃，說明其溫拌效果較好，軟化點略微降低，針入度和延度有所升高，但影響不大。

表1 SBS 改性瀝青與溫拌SBS 改性瀝青理化性質Table 1 Physical and chemical properties of SBS asphalt and warm-mixed SBS asphalt

2.2 老化動力學方程的建立

瀝青老化過程為一級動力學反應［6-7］，以動力學方程描述SBS 改性瀝青的老化過程:

式中，c 為老化過程反應物濃度;t 為老化時間;k 為反應速率常數。

洛克伍德指出，軟化點與反應物濃度成反比關系［8］，表明軟化點的變化可以相應地反映瀝青老化過程反應物濃度的改變，即可用式c =a/R 闡述，將其帶入方程(1)，并積分得:

式中，R0為瀝青初始軟化點;R 為老化時間為t時的軟化點。

測定不同老化時間下的軟化點，即可求得老化反應速率常數k。

表2、表3 為不同老化溫度(150，163，180 ℃)下，老化時間對SBS 改性瀝青和摻有溫拌劑的SBS改性瀝青軟化點的影響。圖1 和圖2 為以上兩種瀝青以軟化點與初始軟化點的比值，即ln(R/R0)對老化時間t 進行線性回歸圖。

表2 老化時間對SBS 改性瀝青軟化點的影響Table 2 The effect of aging time on SBS asphalt

表3 老化時間對溫拌SBS 改性瀝青軟化點的影響Table 3 The effect of aging time on warm-mixed SBS asphalt

圖1 SBS 改性瀝青ln(R/R0)與老化時間的關系Fig.1 The relationship between ln(R/R0)and aging time of SBS asphalt

圖2 溫拌瀝青ln(R/R0)與老化時間的關系Fig.2 The relationship between ln(R/R0)and aging time of warm-mixed SBS asphalt

由圖1、圖2 可知，兩種瀝青的ln(R/R0)與老化時間t 具有很好的線性關系，證明瀝青老化為一個一級反應?；貧w直線斜率即為老化反應常數k，根據阿倫尼烏斯方程:

將不同溫度下的反應常數數據繪制成－lnk 對1/T 的擬合直線圖(圖3)，直線斜率即為Ea/R，溫度T 趨近于無窮大時，求得指前因子A。兩種瀝青的動力學參數見表4。

圖3 兩種瀝青的－lnk 與1/T 的關系圖Fig.3 The relationship between－lnk and 1/T of two kinds of asphalt

表4 老化動力學參數Table 4 The aging kinetic parameters

由表4 可知，數據與直線相關性良好，反應速率常數表明，在低溫區，溫拌劑LKWO-Ⅰ對老化反應有加速作用;高溫區，溫拌劑LKWO-Ⅰ減緩了老化反應速率?；罨艿脑龃?，說明溫拌劑LKWO-Ⅰ對老化反應的發生條件要求略有提高。

將式(2)與阿倫尼烏斯方程合并，得SBS 改性瀝青和溫拌SBS 改性瀝青分別對應的軟化點的老化反應條件方程(4)、(5):

SBS 改性瀝青

溫拌SBS 改性瀝青

利用方程(4)、(5)，可根據老化溫度和時間計算出瀝青的軟化點，結果見表2 和表3?？芍嬎阒岛蛯崪y值相近，證明方程很好地描述了老化過程。

2.3 施工過程模擬老化實驗

通過對加入溫拌劑前后的SBS 改性瀝青在拌和溫度下的老化實驗來模擬各自的施工過程所造成的老化，軟化點計算值與實測值見表5。

由表5 可知，10 h 施工時，溫拌SBS 改性瀝青軟化點從初始數值和變化速率上都小于未添加溫拌劑的SBS 改性瀝青，說明溫拌劑LKWO-Ⅰ明顯改善了施工過程中SBS 改性瀝青的抗老化性能。計算值與實測值的高度吻合，證實了一次動力學方程很好的描述了老化過程。

表5 模擬施工條件下老化時間對兩種瀝青軟化點的影響Table 5 The effect of aging time at different construction conditions of two kinds of asphalt

3 結論

(1)SBS 改性瀝青老化過程遵循一級動力學反應規律，所建立的以軟化點為指標的一級老化動力學方程很好地描述了SBS 改性瀝青的老化過程，并可用來對一定老化溫度和老化時間下的SBS 改性瀝青的軟化點進行理論計算。

(2)溫拌劑LKWO-Ⅰ顯著地降低了SBS 改性瀝青拌和溫度，減緩了SBS 改性瀝青在施工過程中的老化反應，提高了老化反應的發生條件，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］ 范耀華，丁國靖，亓玉臺.石油瀝青抗老化性能研究［J］.石油瀝青，1997，11(1):1-6.

［3］ 水恒福，沈本賢，高晉生.道路瀝青老化動力學的研究［J］.華東理工大學學報，1998，24(4):399-404.

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

［5］ 郭慶舉，趙小爭，廖克儉.調和-氧化瀝青AH-90 的老化動力學研究［J］.華工科技，2004，12(5):31-33.

［6］ 柳永行，范耀華，張昌祥.石油瀝青［M］.北京:石油工業出版社，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］ 叢玉鳳，廖克儉，翟玉春.道路瀝青老化動力學研究［J］.石油煉制與化工，2005，36(5):23-26.