废机油残留物再生沥青物理性能研究.pdf

我国每年仅在交通行业就产生约3 000万 t废机油12。70%80%的废机油通过超滤、离心分离、分子蒸馏、絮凝处理和溶剂精制等工艺可生产成燃料油或润滑油，剩余的20%30%由于混入较多杂质无法进行有效回收而成为废机油残留物（Re-refined EngineOil Bottoms，REOB）。随着废机油的回收利用率不断提高，产生大量的REOB。这些REOB往往被直接焚烧处理，造成了严重的资源浪费和大气污染；因此，REOB的高效回收利用已成为我国亟需解决的问题。REOB作为软化剂或改性剂被用于调节道路沥青的性能（PG）等级，以满足某些地区气候条件对沥青路面的要求34。Wielinski J C等5研究了在沥青和沥青混合料中使用REOB的可行性，发现将9%的REOB加入 PG 64-22 基质沥青中，可以将其 PG 等级转变为PG 58-28且对沥青混合料的刚度和老化性能没有不利影响，还提高了水稳定性和抗疲劳性能。PaliukaiteM等6研究了REOB对基质沥青和聚合物改性沥青延展性的影响，发现REOB会降低沥青的延展性。Li X J等7发现随着REOB掺量增加，REOB改性沥青对水的敏感性更高，而REOB对沥青低温松弛、强度和断裂性能的影响不大。You T等8发现添加REOB不会对废机油残留物再生沥青物理性能研究赵培馨（天津市政工程设计研究总院有限公司，天津 300392）Study on Physical Performance of Re-refined Engine Oil Bottom Recycled AsphaltZHAO 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 theREOB on the environment，two kinds of REOB from different sources and contents were mixed into threekinds 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 resultsshow that REOB can increase the penetration and ductility，decrease the softening point and viscosity of agedasphalt，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【摘要】：为充分利用废机油残留物（Re-refined Engine Oil Bottom,REOB），改善REOB对环境造成的不良影响，将2种不同来源的REOB掺加到3种不同老化程度的沥青中，对比不同REOB掺量再生沥青的物理流变性能，确定了REOB在老化沥青的适宜掺量。结果表明：REOB可使老化沥青的针入度和延度增大，软化点和黏度降低且在老化沥青质量15%20%的掺量下对老化沥青的再生效果最佳。【关键词】：再生沥青；废机油残留物；针入度；延度；软化点；黏度【中图分类号】：U414【文献标志码】：C【文章编号】：1008-3197（2023）05-18-05【DOI编码】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.05.005收稿日期：2022-11-27作者简介：赵培馨（1996-），男，硕士，从事道路工程设计工作。天津建设科技Tianjin Construction Science and Technology第33卷 第5期2023年10月市政工程Municipal Engineering18沥青混合料的车辙性能和水稳定性产生不利影响，而沥青混合料的低温抗裂性会随着REOB含量的增加而逐渐降低。现有研究大多集中于利用REOB改性基质沥青，而将REOB用于再生老化沥青的相关研究较少。本文采用2种不同来源的REOB对3种不同老化程度的沥青进行再生，通过测试不同掺量REOB再生沥青的物理性能，分析REOB掺量对不同老化程度沥青性能的影并研究了REOB对老化沥青车辙因子的影响。1 材料与方法1.1 材料1.1.1 原材料1）基质沥青：西安星光能源公司生产的GS-70。见表1。2）废机油残留物：REOB-1来自河南洛阳佳晟油品有限公司，REOB-2来自山东烟台神洲能源科技有限公司。见表2。机油和沥青都是石油经过加工的产物，REOB作为废机油的二次产物，与沥青在化学组分上有一定的相似性，通过棒状薄层色谱-氢火焰离子探测仪对2种REOB的化学组分进行了测试。见表3。饱和分和芳香分属于轻质组分，可以调节老化沥青的组分结构，恢复老化沥青的性能。2种REOB的饱和分含量均低于 30%，满足 JTG/T 55212019 公路沥青路面再生技术规范 中关于沥青再生剂饱和分含量不得超过30%的规定。同时2种REOB的芳香分含量均超过50%，对于溶解和分散老化沥青中的沥青质起到重要作用。1.1.2 试样制备1）老化沥青的制备。将（500.5）g的GS-70基质沥青注入内径为140 mm的老化盘中，将其置于（1631）的薄膜烘箱中进行老化，老化时间分别为5、18、36 h。见表4。目前主要根据老化沥青的针入度来对沥青的老化程度进行评价。GS-70基质沥青经薄膜老化5、18、试验项目针入度（25）/0.1 mm延度（15）/cm软化点/黏度（135）/（Pas）TFOT（163，5 h）质量损失/%残留针入度比（25）/%残留延度（15）/cm试验结果7315048.00.2310.1157.018.5试验方法T 06042011沥青针入度试验T 06052011沥青延度试验T 06062011沥青软化点试验（环球法）T 06252011 沥青布氏旋转粘度试验（布洛克菲尔德粘度计法）T 06092011沥青薄膜加热试验T 06042011T 06052011表1沥青物理性能续表2物理性能针入度（25）/0.1 mm延度（15）/cm软化点/黏度（135）/（Pas）老化时间5 h429.554.30.34918 h230.869.51.08736 h170.383.31.750类型REOB-1REOB-2饱和分25.1426.53芳香分55.0250.92胶质14.2616.16沥青质5.586.39表3REOB的化学组分%表4老化沥青的物理性能指标外观REOB-1黑色黏稠状液体REOB-2黑色黏稠状液体方法目测表2两种REOB的物理性能指标密度（20）/(gcm-3）黏度（60）/（Pas）闪点/倾点/REOB-10.960 50.2352956REOB-20.976 30.3262808方法GB/T 18842000 原油和液体石油产品密度实验室测定法(密度计法)GB/T 111371989深 色石油产品运动粘度测定法(逆流法)和动力粘度计算法GB/T 35362008 石油产品闪点和燃点的测定克利夫兰开口杯法GB/T 35352006 石油产品倾点测定法赵培馨：废机油残留物再生沥青物理性能研究第33卷 第5期市政工程Municipal Engineering19REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青GS-70黏度(135)/（Pas）0.4000.3500.3000.250051015202530REOB掺量/%0.2310.2000.15036 h后，25 针入度分别为42、23、17 dmm，分别模拟轻度、中度和重度老化沥青。2）再生沥青的制备。将2种REOB通过熔融共混的方法制备成不同的REOB再生沥青，将3种不同程度的老化沥青在150 下均匀搅拌0.5 h，搅拌过程中将 2 种 REOB 按不同的掺量（占老化沥青质量的 0、5%、10%、15%、20%、25%、30%）分别加入到老化沥青中，确保REOB与老化沥青混合均匀。1.2 试验方法按 照 T 06042011、T 06052011、T 06062011、T 06252011规定的沥青针入度、延度、软化点和黏度进行测试并按照T 06282011规定对再生沥青的车辙因子进行测试。2 结果与讨论2.1 REOB对不同老化沥青物理性能的影响2.1.1 对轻度老化沥青的影响随着REOB掺量的增加，沥青针入度逐渐增大，软化点和黏度逐渐减小，延度呈先增大后减小的趋势。当2种REOB掺量达到15%20%时，针入度、软化点和黏度基本可以恢复到老化前水平，延度也从9.5 cm（REOB掺量为0）分别增加到27.3 cm（REOB-1掺量为15%）和24.0 cm（REOB-2掺量为15%），增加率分别为 187%、153%，说明 REOB 能够软化老化沥青，使老化沥青的性能有所恢复。见图1。REOB可以通过调节老化沥青的芳香分和沥青质含量恢复老化沥青的胶体结构；但当REOB掺量过高时，沥青的延度出现下降趋势，表明过量的REOB在一定程度上会对沥青的低温延展性产生不利影响。对比 2种 REOB 可以发现：REOB-1对老化沥青物理性能的影响要大于REOB-2，这是因为REOB-1中轻质组分的含量高于REOB-2，对老化沥青中沥青质含量的降低更有效。2.1.2 对中度老化沥青的影响随着 REOB 掺量的增加，沥青的针入度逐渐增大，软化点和黏度逐渐减小，延度呈先增大后减小的趋势。2种REOB虽然均对中度老化沥青的物理性能有一定的提高作用，但即使其掺量30%，中度老化沥青的物理性能也无法恢复到老化前的性能。见图2。REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青GS-7014012010080736040051015202530REOB掺量/%针入度(25)/0.1 mma）针入度REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青延度(15)/cm30252015105051015202530REOB掺量/%b）延度c）软化点d）黏度REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青GS-70软化点/585654525048464442051015202530REOB掺量/%图12种REOB对轻度老化沥青物理性能的影响807305101520253070605040302010针入度(25)/0.1 mmREOB掺量/%REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青GS-70a）针入度天津建设科技第33卷 第5期市政工程Municipal Engineering2005101520253084838281807978777675747372717069REOB掺量/%REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青软化点/0510152025305045403530252015针入度（25）/0.1 mmREOB掺量/%REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青中度老化沥青中的沥青质含量要高于轻度老化沥青，REOB通过调节老化沥青中的芳香分和沥青质含量不能有效地恢复其胶体结构，因此对中度老化沥青的物理性能改善效果较弱。2.1.3 对重度老化沥青的影响随着REOB掺量的增加，重度老化沥青的物理性能变化规律与轻度、中度老化沥青一致；但即使2种REOB的掺量达到30%，对重度老化沥青物理性能的恢复作用也很有限。见图3。相比轻度、中度老化沥青，重度老化沥青由于老化程度严重，其沥青质含量急剧增加；而REOB通过051015202530654321REOB掺量/%REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青延度(15)/cm0510152025307069686766656463626160REOB掺量（wt%）REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青软化点/0510152025301.11.00.90.80.70.60.50.40.3REOB掺量/%REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青d）黏度黏度(135)/（Pas）b）延度图22种REOB对中度老化沥青物理性能的影响c）软化点0510152025304.03.53.02.52.01.51.00.5REOB掺量/%REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青延度（15）/cm0510152025301.81.71.61.51.41.31.21.11.00.90.80.7黏度(135)/（Pas）REOB掺量/%REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青a）针入度b）延度c）软化点d）黏度图32种REOB对重度老化沥青物理性能的影响赵培馨：废机油残留物再生沥青物理性能研究第33卷 第5期市政工程Municipal Engineering21调节老化沥青中化学组分的相对含量不能有效地恢复其胶体结构，因此REOB对重度老化沥青的物理性能恢复效果较弱。2.2 REOB对不同老化沥青车辙因子的影响车辙因子是评价沥青高温抗车辙性能的指标，其值越大，表明该沥青在高温下抵抗车辙的能力越强。综合REOB对轻度、中度和重度老化沥青物理性能的影响，确定占老化沥青 15%的 REOB 掺量为最佳掺量，此时REOB对老化沥青的再生效果较好；因此，以15%的REOB掺量制备试样进行试验。随着REOB的加入，3种老化沥青的车辙因子均有所降低，表明REOB的加入会降低老化沥青抵抗车辙变形能力；但相对基质沥青而言，再生沥青的车辙因子均要高于基质沥青的车辙因子，这表明再生沥青比基质沥青的抗车辙能力更强。REOB-1再生沥青的车辙因子要低于REOB-2再生沥青，表明REOB-1再生沥青的抗车辙能力要弱于REOB-2再生沥青。见图4。3 结论1）废机油残留物（REOB）可使老化沥青的针入度和延度增大，软化点和黏度降低；但过量的REOB会降低再生沥青的低温延度，也会降低再生沥青的抗车辙能力。REOB的适宜掺量为老化沥青质量的15%20%。2）2 种 REOB 相比，REOB-1 对老化沥青的再生效果优于REOB-2，这是因为REOB-1中轻质组分的含量要高于REOB-2，对老化沥青中沥青质的溶解更有效。参考文献：1马云飞，刘大学，许玮珑，等.交通运输业废机油再生现状与关键技术研究J.中国资源综合利用，2010，28（11）：25-29.2夏泽沛.废油在沥青路面材料中的应用研究进展J.石油沥青，2016，30（2）：67-72.3Fernandes S R,Silva H M,Oliveira J,et al.Developing en-hanced modified bitumens with waste engine oil products com-bined with polymersJ.Construction and Building Materials，2018，160（11）：714-724.4Kilger A,Swiertz D,Bahia H U.Long-Term aging performanceanalysis of oil modified asphalt bindersJ.Transportation Re-search Record，2019，2673（12）：404-412.5Wielinski J C,Kriech A 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000800600400200030354045505560657075808590温度/车辙因子/kPa6050403020100温度/70656075808590GS-70再生沥青REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青a）对轻度老化沥青的影响b）对中度老化沥青的影响c）对重度老化沥青的影响图4不同REOB对老化沥青车辙因子的影响车辙因子/kPa3 5003 0002 5002 0001 5001 000500030354045505560657075808590温度/车辙因子/kPa250200150100500温度/70656075808590GS-70再生沥青REOB-1再生沥青REOB-2再生沥青天津建设科技第33卷 第5期市政工程Municipal Engineering22