廢機(jī)油改性瀝青路用性能試驗(yàn)研究

基金項(xiàng)目：2021年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“濕熱地區(qū)高性能鋼橋面鋪裝材料抗車轍性能的試驗(yàn)研究”（編號(hào)：2021KY1138）、“低碳視角下基于BIM技術(shù)光伏建筑節(jié)能設(shè)計(jì)研究”（編號(hào)：2021KY1122）、“火災(zāi)后再生混凝土砌塊的力學(xué)性能和安全評(píng)估研究”（編號(hào)：2021KY1123）

作者簡(jiǎn)介：王富強(qiáng)（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(jī)油為改性劑，考慮按瀝青總質(zhì)量的0、2%、4%、6%、8%、10%摻入量，開展了廢機(jī)油改性瀝青各項(xiàng)路用性能指標(biāo)的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：隨著廢機(jī)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(diǎn)逐漸下降，從改性瀝青的這三項(xiàng)性能角度考慮，廢機(jī)油改性劑的摻量為2%～4%時(shí)其性能較佳；隨著廢機(jī)油摻量的增加，改性瀝青的軟化點(diǎn)和密度逐漸降低，從改性瀝青軟化點(diǎn)和密度兩個(gè)因素考慮，廢機(jī)油改性劑的摻量為4%時(shí)其性能較佳；廢機(jī)油改性劑的摻量為4%～10%時(shí)，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(gè)因素考慮，廢機(jī)油改性劑的摻量為4%時(shí)其性能較佳。

關(guān)鍵詞：廢機(jī)油；改性；路用性能；影響

中圖分類號(hào)：U416.217

0 引言

隨著飛機(jī)、火車、船舶等現(xiàn)代交通工具的激增，交通行業(yè)每年產(chǎn)生廢機(jī)油約3 000×10⁴t。如何有效回收利用廢機(jī)油，已成為眾多學(xué)者近年來(lái)關(guān)注的問(wèn)題。機(jī)油和道路瀝青均為石油冶煉產(chǎn)物，具有同源性和相溶性。從資源利用和環(huán)境保護(hù)的角度，以廢機(jī)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(jī)油底渣會(huì)降低老化瀝青的容許應(yīng)變和常規(guī)彎曲梁流變儀的低溫極限分級(jí)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期低溫恒溫處置后，廢機(jī)油底渣摻量為 10% 的再生瀝青低溫極限分級(jí)明顯增加。杜沛東等^［2］確認(rèn)了廢機(jī)油作為瀝青再生劑的可行性。通過(guò)調(diào)整廢機(jī)油再生劑的摻入比例，老化瀝青摻入3%廢機(jī)油的再生劑效果最佳，可基本恢復(fù)為原樣瀝青的性能。張燕等^［3］通過(guò)對(duì)AH-90瀝青老化，對(duì)比分析廢機(jī)油和廢大豆油對(duì)瀝青產(chǎn)生的再生效果。廢機(jī)油（包括廢大豆油和廢機(jī)油）與瀝青（主要由烷烴、環(huán)烷烴、芳香族化合物等物質(zhì)組成）具有相似的化學(xué)組成，廢機(jī)油能很好地溶于瀝青中，形成穩(wěn)定的化學(xué)體系。當(dāng)廢機(jī)油的摻量為5%（按老化瀝青的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)）時(shí)，老化瀝青的軟化點(diǎn)、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(jī)油摻入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/膠粉（SBS/CR）復(fù)合改性瀝青，能有效改善其低溫性能和儲(chǔ)存穩(wěn)定性。當(dāng)廢機(jī)油摻量為 25%時(shí)，由于其活化作用的發(fā)揮會(huì)使SBS/CR復(fù)合改性瀝青的低溫及水穩(wěn)定性能基本無(wú)下降，高溫性能小幅降低。基于上述理論，本文以廢機(jī)油為改性劑，考慮按瀝青總質(zhì)量的0、2%、4%、6%、8%、10%摻入，開展了廢機(jī)油改性瀝青密度、溶解度、閃點(diǎn)、軟化點(diǎn)、針入度等各項(xiàng)路用性能指標(biāo)的試驗(yàn)研究，并針對(duì)軟化點(diǎn)與密度、針入度與密度的關(guān)系展開討論，為合理判別廢機(jī)油改性瀝青路用性能提供依據(jù)，以期提高廢機(jī)油在實(shí)際工程中的資源再利用。

1 原材料及試驗(yàn)方案

1.1 原材料

本研究中使用基質(zhì)瀝青為中石油70#，其性能指標(biāo)如表1所示。試驗(yàn)回收使用的廢機(jī)油來(lái)自一家汽車機(jī)械維修車間。

1.2 制備

本研究以廢機(jī)油為改性劑，按比例摻入基質(zhì)瀝青中，制備改性瀝青樣品，檢測(cè)其各項(xiàng)路用性能指標(biāo)。將基質(zhì)瀝青加熱至完全融化的流動(dòng)狀態(tài)，按瀝青總質(zhì)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(yàn)結(jié)果與分析

2.1 廢機(jī)油摻量對(duì)密度的影響

不同廢機(jī)油摻量改性瀝青的密度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知：不同廢機(jī)油摻量改性瀝青的密度值均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著廢機(jī)油摻量的增加，改性瀝青的密度逐漸減少。當(dāng)廢機(jī)油摻量為0～6%時(shí)，改性瀝青的密度基本持平；摻量為6%～10%時(shí)，改性瀝青的密度迅速減少。當(dāng)廢機(jī)油摻量為6%時(shí)，改性瀝青的密度與基質(zhì)瀝青基本持平，為基質(zhì)瀝青的99.63%。故從改性瀝青的密度角度考慮，廢機(jī)油改性劑的摻量為2%～4%時(shí)，改性瀝青的性能較佳。

2.2 廢機(jī)油摻量對(duì)溶解度的影響

不同廢機(jī)油摻量改性瀝青的溶解度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知：不同廢機(jī)油摻量改性瀝青的溶解度均大于等于標(biāo)準(zhǔn)值（溶解度標(biāo)準(zhǔn)值要求≥99%）。隨著廢機(jī)油摻量的增加，改性瀝青的溶解度逐漸增大。當(dāng)廢機(jī)油摻量為0～6%時(shí)，改性瀝青的溶解度迅速增加；當(dāng)廢機(jī)油摻量為6%～10%時(shí)，改性瀝青的溶解度基本持平。當(dāng)廢機(jī)油摻量為6%時(shí)，溶解度升高明顯，并為基質(zhì)瀝青的101.54%。故從改性瀝青的溶解度角度考慮，廢機(jī)油改性劑的摻量為2%～4%時(shí)，改性瀝青的性能較佳。摻入廢機(jī)油后，使瀝青中的團(tuán)聚瀝青質(zhì)能夠溶解，瀝青軟化。隨著廢機(jī)油摻量的增加溶解度增大，瀝青膠質(zhì)含量增加。

2.3 廢機(jī)油摻量對(duì)閃點(diǎn)的影響

不同廢機(jī)油摻量改性瀝青的閃點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知：不同廢機(jī)油摻量改性瀝青的閃點(diǎn)均高于標(biāo)準(zhǔn)值（閃點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)值要求≥230℃）。閃點(diǎn)高則表明摻入廢機(jī)油引起火災(zāi)或爆炸的可能性小，能夠保證改性瀝青運(yùn)輸、儲(chǔ)存和加熱使用等方面的安全要求。隨著廢機(jī)油摻量的增加，改性瀝青的閃點(diǎn)逐漸下降。當(dāng)廢機(jī)油摻量為0～6%時(shí)，改性瀝青的閃點(diǎn)基本持平；當(dāng)廢機(jī)油摻量為6%～10%時(shí)，改性瀝青的閃點(diǎn)迅速下降。當(dāng)廢機(jī)油摻量為6%時(shí)，閃點(diǎn)基本持平，并為基質(zhì)瀝青的94.44%。故從改性瀝青的閃點(diǎn)角度考慮，當(dāng)廢機(jī)油改性劑的摻量為2%～4%時(shí)，其性能較佳。

2.4 廢機(jī)油改性瀝青軟化點(diǎn)與密度的關(guān)系

不同廢機(jī)油摻量改性瀝青的軟化點(diǎn)與密度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知：隨著廢機(jī)油摻量的增加，改性瀝青的軟化點(diǎn)和密度逐漸降低。當(dāng)廢機(jī)油摻量為0～6%時(shí)，改性瀝青的軟化點(diǎn)和密度均略有下降；當(dāng)廢機(jī)油摻量為6%～10%時(shí)，改性瀝青的軟化點(diǎn)和密度呈線性下降。故從改性瀝青軟化點(diǎn)和密度兩個(gè)因素考慮，當(dāng)廢機(jī)油改性劑的摻量為4%時(shí)，其性能較佳。

2.5 廢機(jī)油改性瀝青針入度與密度的關(guān)系

不同廢機(jī)油摻量改性瀝青的針入度與密度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可知：廢機(jī)油改性瀝青隨著廢機(jī)油摻量的增加而降低；針入度則相反，隨著廢機(jī)油摻量的增加而增加。當(dāng)廢機(jī)油摻量為0～2%時(shí)，改性瀝青的密度和針入度變化不大，基本持平。當(dāng)廢機(jī)油摻量為4%～10%時(shí)，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(gè)因素考慮，當(dāng)廢機(jī)油改性劑的摻量為4%時(shí)其性能較佳。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以廢機(jī)油為改性劑，考慮按瀝青總質(zhì)量的0、2%、4%、6%、8%、10%摻入，開展了廢機(jī)油改性瀝青各項(xiàng)路用性能指標(biāo)的試驗(yàn)研究，主要結(jié)論如下：

（1）不同廢機(jī)油摻量改性瀝青的密度、溶解度、閃點(diǎn)、軟化點(diǎn)、針入度等各項(xiàng)路用性能指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

（2）隨著廢機(jī)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(diǎn)逐漸下降。從改性瀝青的這三項(xiàng)性能角度考慮，廢機(jī)油改性劑的摻量為2%～4%時(shí)其性能較佳。

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

（4）當(dāng)廢機(jī)油摻量為4%～10%時(shí)，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(gè)因素考慮，廢機(jī)油改性劑的摻量為4%時(shí)其性能較佳。

參考文獻(xiàn)

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

［2］杜沛東，萬(wàn) 棟，王田昊.廢機(jī)油對(duì)老化瀝青再生的效果研究［C］.2019世界交通運(yùn)輸大會(huì)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(jié)構(gòu)研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2017，41（1）：104-108.

［4］徐 瑋，溫 勇，王 超，等.廢機(jī)油對(duì)改性瀝青感溫性及路用性能的影響［J］.河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019（10）：74-80，9.

收稿日期：2023-03-30