廢機油改性瀝青路用性能試驗研究

基金項目：2021年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“濕熱地區高性能鋼橋面鋪裝材料抗車轍性能的試驗研究”（編號：2021KY1138）、“低碳視角下基于BIM技術光伏建筑節能設計研究”（編號：2021KY1122）、“火災后再生混凝土砌塊的力學性能和安全評估研究”（編號：2021KY1123）

作者簡介：王富強（1971—），副教授，工程師，主要從事建筑材料研究工作。

摘要：文章以廢機油為改性劑，考慮按瀝青總質量的0、2%、4%、6%、8%、10%摻入量，開展了廢機油改性瀝青各項路用性能指標的試驗研究。結果表明：隨著廢機油摻量的增加，改性瀝青的密度逐漸減少，溶解度逐漸增大，閃點逐漸下降，從改性瀝青的這三項性能角度考慮，廢機油改性劑的摻量為2%～4%時其性能較佳；隨著廢機油摻量的增加，改性瀝青的軟化點和密度逐漸降低，從改性瀝青軟化點和密度兩個因素考慮，廢機油改性劑的摻量為4%時其性能較佳；廢機油改性劑的摻量為4%～10%時，改性瀝青的密度迅速減少，針入度迅速增加，從改性瀝青針入度與密度兩個因素考慮，廢機油改性劑的摻量為4%時其性能較佳。

關鍵詞：廢機油；改性；路用性能；影響

中圖分類號：U416.217

0 引言

隨著飛機、火車、船舶等現代交通工具的激增，交通行業每年產生廢機油約3 000×10⁴t。如何有效回收利用廢機油，已成為眾多學者近年來關注的問題。機油和道路瀝青均為石油冶煉產物，具有同源性和相溶性。從資源利用和環境保護的角度，以廢機油作為瀝青添加劑可改善瀝青的低溫特性。李汝凱等^［1］研究表明：利用廢機油底渣會降低老化瀝青的容許應變和常規彎曲梁流變儀的低溫極限分級。經過長期低溫恒溫處置后，廢機油底渣摻量為 10% 的再生瀝青低溫極限分級明顯增加。杜沛東等^［2］確認了廢機油作為瀝青再生劑的可行性。通過調整廢機油再生劑的摻入比例，老化瀝青摻入3%廢機油的再生劑效果最佳，可基本恢復為原樣瀝青的性能。張燕等^［3］通過對AH-90瀝青老化，對比分析廢機油和廢大豆油對瀝青產生的再生效果。廢機油（包括廢大豆油和廢機油）與瀝青（主要由烷烴、環烷烴、芳香族化合物等物質組成）具有相似的化學組成，廢機油能很好地溶于瀝青中，形成穩定的化學體系。當廢機油的摻量為5%（按老化瀝青的質量分數計）時，老化瀝青的軟化點、針入度和黏度與原樣瀝青的水平基本相似。徐瑋等^［4］研究表明：廢機油摻入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/膠粉（SBS/CR）復合改性瀝青，能有效改善其低溫性能和儲存穩定性。當廢機油摻量為 25%時，由于其活化作用的發揮會使SBS/CR復合改性瀝青的低溫及水穩定性能基本無下降，高溫性能小幅降低。基于上述理論，本文以廢機油為改性劑，考慮按瀝青總質量的0、2%、4%、6%、8%、10%摻入，開展了廢機油改性瀝青密度、溶解度、閃點、軟化點、針入度等各項路用性能指標的試驗研究，并針對軟化點與密度、針入度與密度的關系展開討論，為合理判別廢機油改性瀝青路用性能提供依據，以期提高廢機油在實際工程中的資源再利用。

1 原材料及試驗方案

1.1 原材料

本研究中使用基質瀝青為中石油70#，其性能指標如表1所示。試驗回收使用的廢機油來自一家汽車機械維修車間。

1.2 制備

本研究以廢機油為改性劑，按比例摻入基質瀝青中，制備改性瀝青樣品，檢測其各項路用性能指標。將基質瀝青加熱至完全融化的流動狀態，按瀝青總質量的0、2%、4%、6%、8%、10%摻入，使用高速剪切儀，控制溫度為 135℃±5℃，剪切40 min即可。

2 試驗結果與分析

2.1 廢機油摻量對密度的影響

不同廢機油摻量改性瀝青的密度試驗結果見圖1。由圖1可知：不同廢機油摻量改性瀝青的密度值均符合標準要求。隨著廢機油摻量的增加，改性瀝青的密度逐漸減少。當廢機油摻量為0～6%時，改性瀝青的密度基本持平；摻量為6%～10%時，改性瀝青的密度迅速減少。當廢機油摻量為6%時，改性瀝青的密度與基質瀝青基本持平，為基質瀝青的99.63%。故從改性瀝青的密度角度考慮，廢機油改性劑的摻量為2%～4%時，改性瀝青的性能較佳。

2.2 廢機油摻量對溶解度的影響

不同廢機油摻量改性瀝青的溶解度試驗結果見圖2。由圖2可知：不同廢機油摻量改性瀝青的溶解度均大于等于標準值（溶解度標準值要求≥99%）。隨著廢機油摻量的增加，改性瀝青的溶解度逐漸增大。當廢機油摻量為0～6%時，改性瀝青的溶解度迅速增加；當廢機油摻量為6%～10%時，改性瀝青的溶解度基本持平。當廢機油摻量為6%時，溶解度升高明顯，并為基質瀝青的101.54%。故從改性瀝青的溶解度角度考慮，廢機油改性劑的摻量為2%～4%時，改性瀝青的性能較佳。摻入廢機油后，使瀝青中的團聚瀝青質能夠溶解，瀝青軟化。隨著廢機油摻量的增加溶解度增大，瀝青膠質含量增加。

2.3 廢機油摻量對閃點的影響

不同廢機油摻量改性瀝青的閃點試驗結果見圖3。由圖3可知：不同廢機油摻量改性瀝青的閃點均高于標準值（閃點標準值要求≥230℃）。閃點高則表明摻入廢機油引起火災或爆炸的可能性小，能夠保證改性瀝青運輸、儲存和加熱使用等方面的安全要求。隨著廢機油摻量的增加，改性瀝青的閃點逐漸下降。當廢機油摻量為0～6%時，改性瀝青的閃點基本持平；當廢機油摻量為6%～10%時，改性瀝青的閃點迅速下降。當廢機油摻量為6%時，閃點基本持平，并為基質瀝青的94.44%。故從改性瀝青的閃點角度考慮，當廢機油改性劑的摻量為2%～4%時，其性能較佳。

2.4 廢機油改性瀝青軟化點與密度的關系

不同廢機油摻量改性瀝青的軟化點與密度試驗結果見圖4。由圖4可知：隨著廢機油摻量的增加，改性瀝青的軟化點和密度逐漸降低。當廢機油摻量為0～6%時，改性瀝青的軟化點和密度均略有下降；當廢機油摻量為6%～10%時，改性瀝青的軟化點和密度呈線性下降。故從改性瀝青軟化點和密度兩個因素考慮，當廢機油改性劑的摻量為4%時，其性能較佳。

2.5 廢機油改性瀝青針入度與密度的關系

不同廢機油摻量改性瀝青的針入度與密度試驗結果見圖5。由圖5可知：廢機油改性瀝青隨著廢機油摻量的增加而降低；針入度則相反，隨著廢機油摻量的增加而增加。當廢機油摻量為0～2%時，改性瀝青的密度和針入度變化不大，基本持平。當廢機油摻量為4%～10%時，改性瀝青的密度迅速減少，針入度迅速增加。故從改性瀝青針入度與密度兩個因素考慮，當廢機油改性劑的摻量為4%時其性能較佳。

3 結語

本文以廢機油為改性劑，考慮按瀝青總質量的0、2%、4%、6%、8%、10%摻入，開展了廢機油改性瀝青各項路用性能指標的試驗研究，主要結論如下：

（1）不同廢機油摻量改性瀝青的密度、溶解度、閃點、軟化點、針入度等各項路用性能指標均在標準要求范圍內。

（2）隨著廢機油摻量的增加，改性瀝青的密度逐漸減少；溶解度逐漸增大；閃點逐漸下降。從改性瀝青的這三項性能角度考慮，廢機油改性劑的摻量為2%～4%時其性能較佳。

（3）隨著廢機油摻量的增加，改性瀝青的軟化點和密度逐漸降低。從改性瀝青軟化點和密度兩個因素考慮，廢機油改性劑的摻量為4%時其性能較佳。

（4）當廢機油摻量為4%～10%時，改性瀝青的密度迅速減少，針入度迅速增加。故從改性瀝青針入度與密度兩個因素考慮，廢機油改性劑的摻量為4%時其性能較佳。

參考文獻

［1］李汝凱，丁海波，孫 凱.廢機油底渣再生劑對老化瀝青低溫性能影響［J］.建筑材料學報，2020，23（3）：657-663.

［2］杜沛東，萬 棟，王田昊.廢機油對老化瀝青再生的效果研究［C］.2019世界交通運輸大會論文集（上），2019.

［3］張 燕，陳美祝，吳少鵬，等.不同廢棄油脂再生瀝青的物理性能和結構研究［J］.武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2017，41（1）：104-108.

［4］徐 瑋，溫 勇，王 超，等.廢機油對改性瀝青感溫性及路用性能的影響［J］.河南科技大學學報（自然科學版），2019（10）：74-80，9.

收稿日期：2023-03-30