廢機(jī)油殘留物再生瀝青物理性能研究

趙培馨

【摘? ? 要】： 為充分利用廢機(jī)油殘留物（Re-refined Engine Oil Bottom， REOB），改善REOB對環(huán)境造成的不良影響，將2種不同來源的REOB摻加到3種不同老化程度的瀝青中，對比不同REOB摻量再生瀝青的物理流變性能，確定了REOB在老化瀝青的適宜摻量。結(jié)果表明：REOB可使老化瀝青的針入度和延度增大，軟化點(diǎn)和黏度降低且在老化瀝青質(zhì)量15%～20%的摻量下對老化瀝青的再生效果最佳。

【關(guān)鍵詞】： 再生瀝青；廢機(jī)油殘留物；針入度；延度；軟化點(diǎn)；黏度

【中圖分類號】：U414【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）05-18-05

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.05.005

Study on Physical Performance of Re-refined Engine Oil Bottom Recycled Asphalt

ZHAO Peixin

（Tianjin Municipal Engineering Desing & Research Institute Co.Ltd.， Tianjin 300392，China）

【Abstract】：In order to make full use of the re-refined engine oil bottom （REOB） and improve the negative impact of the REOB on the environment， two kinds of REOB from different sources and contents were mixed into three kinds of asphalt with different degrees of aging， comparing the physical performance of REOB recycled asphalt with different content， the appropriate content of REOB in the aging asphalt was determined. The results show that REOB can increase the penetration and ductility， decrease the softening point and viscosity of aged asphalt， and the regeneration effect of aged asphalt is the best when the content of REOB is 15%～20%.

【Key words】：recycledasphalt; re-refined engine oil bottom; penetration; ductility; softening point; viscosity

我國每年僅在交通行業(yè)就產(chǎn)生約3 000萬 t廢機(jī)油[1～2]。70%～80%的廢機(jī)油通過超濾、離心分離、分子蒸餾、絮凝處理和溶劑精制等工藝可生產(chǎn)成燃料油或潤滑油，剩余的20%～30%由于混入較多雜質(zhì)無法進(jìn)行有效回收而成為廢機(jī)油殘留物（Re-refined Engine Oil Bottoms，REOB）。隨著廢機(jī)油的回收利用率不斷提高，產(chǎn)生大量的REOB。這些REOB往往被直接焚燒處理，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和大氣污染；因此，REOB的高效回收利用已成為我國亟需解決的問題。

REOB作為軟化劑或改性劑被用于調(diào)節(jié)道路瀝青的性能（PG）等級，以滿足某些地區(qū)氣候條件對瀝青路面的要求[3～4]。Wielinski J C等[5]研究了在瀝青和瀝青混合料中使用REOB的可行性，發(fā)現(xiàn)將9%的REOB加入PG 64-22基質(zhì)瀝青中，可以將其PG等級轉(zhuǎn)變?yōu)镻G 58-28且對瀝青混合料的剛度和老化性能沒有不利影響，還提高了水穩(wěn)定性和抗疲勞性能。Paliukaite M等[6]研究了REOB對基質(zhì)瀝青和聚合物改性瀝青延展性的影響，發(fā)現(xiàn)REOB會降低瀝青的延展性。Li X J等[7]發(fā)現(xiàn)隨著REOB摻量增加，REOB改性瀝青對水的敏感性更高，而REOB對瀝青低溫松弛、強(qiáng)度和斷裂性能的影響不大。You T等[8]發(fā)現(xiàn)添加REOB不會對瀝青混合料的車轍性能和水穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，而瀝青混合料的低溫抗裂性會隨著REOB含量的增加而逐漸降低。現(xiàn)有研究大多集中于利用REOB改性基質(zhì)瀝青，而將REOB用于再生老化瀝青的相關(guān)研究較少。

本文采用2種不同來源的REOB對3種不同老化程度的瀝青進(jìn)行再生，通過測試不同摻量REOB再生瀝青的物理性能，分析REOB摻量對不同老化程度瀝青性能的影并研究了REOB對老化瀝青車轍因子的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原材料

1）基質(zhì)瀝青：西安星光能源公司生產(chǎn)的GS-70。見表1。

2）廢機(jī)油殘留物：REOB-1來自河南洛陽佳晟油品有限公司，REOB-2來自山東煙臺神洲能源科技有限公司。見表2。

機(jī)油和瀝青都是石油經(jīng)過加工的產(chǎn)物，REOB作為廢機(jī)油的二次產(chǎn)物，與瀝青在化學(xué)組分上有一定的相似性，通過棒狀薄層色譜-氫火焰離子探測儀對2種REOB的化學(xué)組分進(jìn)行了測試。見表3。

飽和分和芳香分屬于輕質(zhì)組分，可以調(diào)節(jié)老化瀝青的組分結(jié)構(gòu)，恢復(fù)老化瀝青的性能。2種REOB的飽和分含量均低于30%，滿足JTG/T 5521—2019《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》中關(guān)于瀝青再生劑飽和分含量不得超過30%的規(guī)定。同時(shí)2種REOB的芳香分含量均超過50%，對于溶解和分散老化瀝青中的瀝青質(zhì)起到重要作用。

1.1.2 試樣制備

1）老化瀝青的制備。將（50±0.5）g的GS-70基質(zhì)瀝青注入內(nèi)徑為140 mm的老化盤中，將其置于（163±1）℃的薄膜烘箱中進(jìn)行老化，老化時(shí)間分別為5、18、36 h。見表4。

目前主要根據(jù)老化瀝青的針入度來對瀝青的老化程度進(jìn)行評價(jià)。GS-70基質(zhì)瀝青經(jīng)薄膜老化5、18、36 h后，25 ℃針入度分別為42、23、17 dmm，分別模擬輕度、中度和重度老化瀝青。

2）再生瀝青的制備。將2種REOB通過熔融共混的方法制備成不同的REOB再生瀝青，將3種不同程度的老化瀝青在150 ℃下均勻攪拌0.5 h，攪拌過程中將2種REOB按不同的摻量（占老化瀝青質(zhì)量的0、5 %、10%、15%、20%、25 %、30%）分別加入到老化瀝青中，確保REOB與老化瀝青混合均勻。

1.2 試驗(yàn)方法

按照T 0604—2011、T 0605—2011、T 0606—2011、T 0625—2011規(guī)定的瀝青針入度、延度、軟化點(diǎn)和黏度進(jìn)行測試并按照T 0628—2011規(guī)定對再生瀝青的車轍因子進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 REOB對不同老化瀝青物理性能的影響

2.1.1 對輕度老化瀝青的影響

隨著REOB摻量的增加，瀝青針入度逐漸增大，軟化點(diǎn)和黏度逐漸減小，延度呈先增大后減小的趨勢。當(dāng)2種REOB摻量達(dá)到15%～20%時(shí)，針入度、軟化點(diǎn)和黏度基本可以恢復(fù)到老化前水平，延度也從9.5 cm（REOB摻量為0）分別增加到27.3 cm（REOB-1摻量為15 %）和24.0 cm（REOB-2摻量為15 %），增加率分別為187%、153%，說明REOB能夠軟化老化瀝青，使老化瀝青的性能有所恢復(fù)。見圖1。

REOB可以通過調(diào)節(jié)老化瀝青的芳香分和瀝青質(zhì)含量恢復(fù)老化瀝青的膠體結(jié)構(gòu)；但當(dāng)REOB摻量過高時(shí)，瀝青的延度出現(xiàn)下降趨勢，表明過量的REOB在一定程度上會對瀝青的低溫延展性產(chǎn)生不利影響。對比2種REOB可以發(fā)現(xiàn)：REOB-1對老化瀝青物理性能的影響要大于REOB-2，這是因?yàn)镽EOB-1中輕質(zhì)組分的含量高于REOB-2，對老化瀝青中瀝青質(zhì)含量的降低更有效。

2.1.2 對中度老化瀝青的影響

隨著REOB摻量的增加，瀝青的針入度逐漸增大，軟化點(diǎn)和黏度逐漸減小，延度呈先增大后減小的趨勢。2種REOB雖然均對中度老化瀝青的物理性能有一定的提高作用，但即使其摻量30%，中度老化瀝青的物理性能也無法恢復(fù)到老化前的性能。見圖2。

中度老化瀝青中的瀝青質(zhì)含量要高于輕度老化瀝青，REOB通過調(diào)節(jié)老化瀝青中的芳香分和瀝青質(zhì)含量不能有效地恢復(fù)其膠體結(jié)構(gòu)，因此對中度老化瀝青的物理性能改善效果較弱。

2.1.3 對重度老化瀝青的影響

隨著REOB摻量的增加，重度老化瀝青的物理性能變化規(guī)律與輕度、中度老化瀝青一致；但即使2種REOB的摻量達(dá)到30%，對重度老化瀝青物理性能的恢復(fù)作用也很有限。見圖3。

相比輕度、中度老化瀝青，重度老化瀝青由于老化程度嚴(yán)重，其瀝青質(zhì)含量急劇增加；而REOB通過調(diào)節(jié)老化瀝青中化學(xué)組分的相對含量不能有效地恢復(fù)其膠體結(jié)構(gòu)，因此REOB對重度老化瀝青的物理性能恢復(fù)效果較弱。

2.2 REOB對不同老化瀝青車轍因子的影響

車轍因子是評價(jià)瀝青高溫抗車轍性能的指標(biāo)，其值越大，表明該瀝青在高溫下抵抗車轍的能力越強(qiáng)。綜合REOB對輕度、中度和重度老化瀝青物理性能的影響，確定占老化瀝青15 %的REOB摻量為最佳摻量，此時(shí)REOB對老化瀝青的再生效果較好；因此，以15 %的REOB摻量制備試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

隨著REOB的加入，3種老化瀝青的車轍因子均有所降低，表明REOB的加入會降低老化瀝青抵抗車轍變形能力；但相對基質(zhì)瀝青而言，再生瀝青的車轍因子均要高于基質(zhì)瀝青的車轍因子，這表明再生瀝青比基質(zhì)瀝青的抗車轍能力更強(qiáng)。REOB-1再生瀝青的車轍因子要低于REOB-2再生瀝青，表明REOB-1再生瀝青的抗車轍能力要弱于REOB-2再生瀝青。見圖4。

3 結(jié)論

1）廢機(jī)油殘留物（REOB）可使老化瀝青的針入度和延度增大，軟化點(diǎn)和黏度降低；但過量的REOB會降低再生瀝青的低溫延度，也會降低再生瀝青的抗車轍能力。REOB的適宜摻量為老化瀝青質(zhì)量的15%～20 %。

2）2種REOB相比，REOB-1對老化瀝青的再生效果優(yōu)于REOB-2，這是因?yàn)镽EOB-1中輕質(zhì)組分的含量要高于REOB-2，對老化瀝青中瀝青質(zhì)的溶解更有效。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬云飛，劉大學(xué)，許瑋瓏，等. 交通運(yùn)輸業(yè)廢機(jī)油再生現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 中國資源綜合利用，2010，28（11）：25-29.

[2]夏澤沛.廢油在瀝青路面材料中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].石油瀝青，2016，30（2）：67-72.

[3]Fernandes S R， Silva H M， Oliveira J， et al. Developing enhanced modified bitumens with waste engine oil products combined with polymers[J]. Construction and Building Materials， 2018，160（11）：714-724.

[4]Kilger A， Swiertz D， Bahia H U. Long-Term aging performance analysis of oil modified asphalt binders[J]. Transportation Research Record，2019，2673（12）：404-412.

[5]Wielinski J C， Kriech A J， Huber G A， et al. The impact of asphalt blended with re-refined vacuum tower bottoms （RTVB） and its effect on HMA mixture performance[C]. Proceedings of the fifty-Ninth annual conference of the canadiantechnical asphalt association （CTAA）. Winnipeg： Transportation Association of Canada （TAC）， 2014.

[6]Paliukaite M，Assuras M，Hesp S A. Effect of recycled engine oil bottoms on the ductile failure properties of straight and polymer-modified asphalt cements[J]. Construction and Building Materials，2016，126，（8）：190-196.

[7]Li X J，Gibson N，Andriescu A，et al. Performance evaluation of REOB-modified asphalt binders and mixtures[J]. Road Materials and Pavement Design，2017，18（S1）：128-153.

[8]You T，Shi Y，Mohammad L N，et al. Laboratory performance of asphalt mixtures containing re-refined engine oil bottoms modified asphalt binders[J]. Transportation Research Record，2018，2672（28）：88-95.