CN107010877B - 一种利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层及其施工方法，该结构层的重量份配比为：集料75份，回收沥青路面材料25份，矿粉3份，沥青结合料3份，废弃机油残留物2份，施工方法由废旧沥青路面材料的回收、下承层处理、洒布黏层、拌和摊铺、压实、质量检验组成。经过大量室内研究试验，结果表明，该结构层路用性能指标完全符合交通部部颁标准要求，而且具有水稳定性能与抗低温开裂性能突出的特点。同时本发明结构层能够有效利用具有较强环境危害的旧机油处理行业产生的工业废渣，替代部分沥青胶结材料，节能环保，有利于经济社会的可持续发展，可广泛应用于城市道路、机场道路和公路等的路面工程领域。

Description

一种利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层及其施工方法

技术领域

本发明属于城市道路、机场道路和公路等的路面技术领域，具体涉及到一种利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层及其施工方法。

背景技术

随着公路建设的飞速发展，我国高速公路通车里程已突破13万公里，各等级公路通车总里程已达400多万公里，其中95％以上为沥青路面结构。每年的高速公路、国省道沥青路面大修都会产生数以千万吨计的废旧沥青混合料，废旧沥青混合料的堆放不仅占用了大量的土地资源，而且造成了严重的环境污染。目前普遍用于路面的石油沥青是利用原油炼制的碳氢化合物，其主要元素除碳和氢外，硫的含量占第三位。虽然石油沥青不含致癌物质，但其化学惰性使其难以降解，长期影响堆填区及其周边的生态和居民饮水健康。另一方面，在我国许多地区适用于铺设高等级沥青路面的玄武岩、辉绿岩、安山岩等石料也是非常稀缺的资源，为保证工程质量，有时不得不在几百公里以外开采，远距离运输不仅提高了石料单价，造成运输安全隐患，而且石料资源的过度开发还会造成环境问题。沥青路面热再生技术通过重复利用回收沥青路面材料(RAP)达到节约资源和保护生态环境的目的。据统计，充分利用回收沥青路面材料，可以节省材料费25亿元/年以上，而且该数字还将以每年15％的速度增长。

在沥青路面热再生过程中，旧沥青由于发生老化而变硬、变脆，需要加入沥青或再生剂与之调和，在一定程度上提高了工程造价。另外，如果旧沥青的性能无法得到完全恢复，则会导致热再生沥青结构层的低温性能和变形能力显著下降，进而出现开裂、松散等典型病害，影响热再生沥青路面的使用性能和使用寿命。

另一方面，伴随着机动车、飞机等交通工具的剧增，我国每年仅交通行业就产生2500至3000万吨废弃机油，因此，国家环保局已将废弃机油列为21世纪环保领域主要控制的三大重点之一。机油在使用过程中由于添加剂的消耗、氧化、磨损产物和污染物混入，以及水分吸收等导致其功能下降，进而失效报废成为废弃机油。目前，发达工业国家大多通过超滤、离心分离、分子蒸馏、絮凝处理和溶剂精制等工艺将REO生产成燃料油或润滑油，实现绝大部分废弃机油的再生利用。通过这些工艺一般能将70～80％的废弃机油进行有效回收利用，剩余的20～30％由于混入的杂质较多无法有效回收而成为真正的废弃机油残留物。近年以来，国内对于废旧机油的回收利用率正在快速增加，但是大量废弃机油残留物被直接废弃，造成了资源浪费和环境污染。因此，废弃机油残留物的有效回收利用已成为我国亟需攻克的一大难题。

机油和道路建设常用的沥青都是石油经过不同提炼工序后得到的产物，二者虽然来自相同的原料，但是却具有不同的化学组分。机油主要由基础油和添加剂组成，基础油一般由原油提炼而成，其组成一般为烷烃、环烷烃、芳烃、环烷基芳烃以及含氧、氮、硫的有机化合物；添加剂一般包括清洁剂、驱散剂、抗氧化剂、防锈剂和抗腐蚀剂等。沥青是由带有不同长短侧链的直链烷烃和带有多个取代基的环烷与芳香稠环所组成的复杂大分子混合物。尽管机油和沥青的组成成分不完全一样，但其组分之间具有较好的相容性。

将废弃机油残留物代替部分沥青材料，以适当的方式与回收沥青路面材料、新集料、矿粉、添加剂等材料拌和，经摊铺、碾压可以形成具有较高力学强度和突出路用性能的废弃机油残留物热再生沥青路面结构层，广泛的应用于道路柔性基层、沥青路面下面层、中面层等结构层。该技术不仅可以大量回收利用“双废”即废旧沥青路面材料和废弃机油残留物，减轻环境污染压力，实现可持续发展，而且利用其铺筑的废弃机油残留物热再生沥青路面结构层可以广泛用于新建或改建沥青路面工程中，提高工程质量，降低工程造价。因此，经济效益、社会效益及环境效益显著，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题在于回收利用具有较强环境危害的废机油处理行业产生的工业废渣，替代部分沥青胶结材料，提供一种成本较低、施工简单易行、各项性能良好的利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层。

本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层的施工方法。

本发明的技术方案如下：

一种利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层是由下述质量份配比的原料铺筑而成：

上述的集料是粒径为0.075～37.5mm的石灰岩或花岗岩或玄武岩或辉绿岩；回收沥青路面材料是旧沥青路面经铣刨、破碎、筛分加工后粒径为0.075～37.5mm的废旧材料；矿粉是由石灰岩经磨细加工得到的以碳酸钙为主要成分的粒径小于0.075mm的矿物质粉末；沥青结合料是道路石油沥青或改性沥青；废弃机油残留物是废机油回收加工后产生的工业废渣。

本发明的利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料优选质量份配比为：

本发明的利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料最佳质量份配比为：

本发明的利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层的施工方法，包括步骤如下：

(1)废旧沥青路面材料的回收

对旧有沥青路面进行铣刨并运输至拌和场地，将回收沥青路面材料进行破碎、筛分，归集为不同规格的材料并分开堆放、备用，转运和堆放过程中应避免回收沥青路面材料离析或受到污染；

(2)下承层处理

首先检查确认下层沥青混凝土的质量，新建路面出现油污污染或严重离析的情况予以切除，改建路面用铣刨机去除原路面路表范围内的形变、网裂、磨光等病害，然后清除下层表面的灰尘、泥土等杂物；

(3)洒布黏层

在下层表面洒布乳化沥青或改性乳化沥青或液体石油沥青作为黏层；

(4)拌和摊铺

按本发明废旧机油残留物热再生沥青结构层的重量份配比将回收沥青路面材料、集料、矿粉、沥青结合料和废弃机油残留物利用间歇式拌和机拌和，迅速将完成拌制的热再生混合料运至施工现场，利用摊铺机进行摊铺；

(5)压实

用压路机将摊铺好的混合料压实；

(6)质量检验

按交通运输部颁布的《公路路基路面现场测试规程》JTG E60-2008进行检测，检验合格后移交使用。

本发明采用废弃机油残留物代替部分沥青胶结料拌制热再生沥青混合料成型结构层，该结构层可以作为道路柔性基层、沥青面层，不仅具有稳定性好、强度高的特点，保证了沥青路面的使用性能和使用寿命，而且还能大量回收利用废机油加工行业产生的废渣即废弃机油残留物，降低了道路铺筑成本。废弃机油残留物在道路工程中的应用解决了制约废机油加工行业发展的瓶颈问题，大大节约了处理成本，减轻了环境和资源压力。废弃机油残留物的二次有效利用，不仅能够推动废机油加工处理行业的可持续发展，还可以节约道路铺筑材料，促进公路建设的发展，经济效益、社会效益和环境效益显著。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

以集料和回收沥青路面材料的总质量为100kg为例，铺筑利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料及其质量配比如下：

上述的集料是粒径为0.075～26.5mm的石灰岩集料；回收沥青路面材料是旧沥青路面经铣刨、破碎、筛分加工后粒径为0.075～19mm的废旧材料；矿粉是由石灰岩经磨细加工得到的以碳酸钙为主要成分的粒径小于0.075mm的矿物质粉末；沥青结合料是70号道路石油沥青；废弃机油残留物是废机油回收加工后产生的液体工业废渣。

上述利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层的铺筑方法为：

(1)废旧沥青路面材料的回收

对旧有沥青路面进行铣刨并运输至拌和场地，将回收沥青路面材料进行破碎、筛分，归集为不同规格的材料并分开堆放、备用，转运和堆放过程中应避免回收沥青路面材料离析或受到污染；

(2)下承层处理

首先检查确认下层沥青混凝土的质量，新建路面出现油污污染或严重离析的情况予以切除，改建路面用铣刨机去除原路面路表范围内的形变、网裂、磨光等病害，然后清除下层表面的灰尘、泥土等杂物；

(3)洒布黏层

在下层表面洒布乳化沥青或改性乳化沥青或液体石油沥青作为黏层；

(4)拌和摊铺

按本发明废旧机油残留物热再生沥青结构层的重量份配比将回收沥青路面材料、集料、矿粉、沥青结合料和废弃机油残留物利用间歇式拌和机拌和，迅速将完成拌制的热再生混合料运至施工现场，利用摊铺机进行摊铺；

(5)压实

用压路机将摊铺好的混合料压实；

(6)质量检验

按交通运输部颁布的《公路路基路面现场测试规程》JTG E60-2008进行检测，检验合格后移交使用。

实施例2

以集料和回收沥青路面材料的总质量为100kg为例，铺筑利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料及其质量配比如下：

上述的集料、回收沥青路面材料、矿粉、沥青结合料及废弃机油残留物与实施例1相同；施工方法与实施例1相同。

实施例3

以集料和回收沥青路面材料的总质量为100kg为例，铺筑利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料及其质量配比如下：

上述的集料、回收沥青路面材料、矿粉、沥青结合料及废弃机油残留物与实施例1相同；施工方法与实施例1相同

实施例4

以集料和回收沥青路面材料的总质量为100kg为例，铺筑利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料及其质量配比如下：

上述的集料、回收沥青路面材料、矿粉、沥青结合料及废弃机油残留物与实施例1相同；施工方法与实施例1相同。

实施例5

以集料和回收沥青路面材料的总质量为100kg为例，铺筑利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料及其质量配比如下：

上述的集料、回收沥青路面材料、矿粉、沥青结合料及废弃机油残留物与实施例1相同；施工方法与实施例1相同。

实施例6

以集料和回收沥青路面材料的总质量为100kg为例，铺筑利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料及其质量配比如下：

上述的集料、回收沥青路面材料、矿粉、沥青结合料及废弃机油残留物与实施例1相同；施工方法与实施例1相同。

实施例7

以集料和回收沥青路面材料的总质量为100kg为例，铺筑利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料及其质量配比如下：

上述的集料、回收沥青路面材料、矿粉、沥青结合料及废弃机油残留物与实施例1相同；施工方法与实施例1相同。

实施例8

以集料和回收沥青路面材料的总质量为100kg为例，铺筑利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料及其质量配比如下：

上述的集料、回收沥青路面材料、矿粉、沥青结合料及废弃机油残留物与实施例1相同；施工方法与实施例1相同。

实施例9

以集料和回收沥青路面材料的总质量为100kg为例，铺筑利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料及其质量配比如下：

上述的集料、回收沥青路面材料、矿粉、沥青结合料及废弃机油残留物与实施例1相同；施工方法与实施例1相同。

为了确定本发明最佳配比及其施工方法，发明人进行了大量的试验室研究试验，各种试验情况如下：

影响热再生沥青结构层使用性能和使用寿命的因素主要包括水稳定性能、高温稳定性能以及低温性能，按照《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)，分别采用本发明实施例1～9中的配比拌制利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层，制作试件并进行相关试验，并与未采用废弃机油残留物的相同沥青结合料剂量热再生混合料试件相关指标比较，具体试验结果及国家部颁标准《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)冷再生沥青结构层相关指标见表1～表4。

确定利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层的最佳原料配比主要包括浸水马歇尔稳定度、冻融劈裂强度、车辙试验和低温弯曲试验。

试验仪器：

自动马歇尔试验仪和MTS材料试验机，型号为：LWD-III型，由成都市冀兴建筑公路仪器设备有限责任公司生产；MTS材料试验机，美国生产；车辙试验机，型号为：LWD-III型，沧州路仪试验仪器有限公司生产。

1、浸水马歇尔稳定度

按照实施例1～9的原料配比，以交通部部颁标准《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T0702-2011试件成型方法分别成型试件8个，分别利用自动马歇尔试验仪以《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0709-2011的试验方法进行浸水马歇尔试验，计算浸水马歇尔残留稳定度，分析平均值，并与未采用废弃机油残留物的相同沥青结合料剂量热再生混合料试件相关指标比较，结果见表1。

表1 浸水马歇尔试验结果表

由表1所见，实施例1～9的原料配比拌制的利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层残留稳定度指标满足国家部颁技术标准的要求，同时与未采用废弃机油残留物的相同沥青结合料剂量热再生混合料试件比较，表明热再生沥青结构层掺加废弃机油残留物后能够提高沥青混合料的残留稳定度指标，改善沥青混合料的水稳定性能。

2、冻融劈裂强度

按照实施例1～9的原料配比，以交通部部颁标准《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T0702-2011试件成型方法分别成型试件8个，分别利用MTS材料试验机以《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0729-2000的试验方法进行冻融劈裂试验，计算冻融劈裂试验残留强度比，分析平均值，并与未采用废弃机油残留物的相同沥青结合料剂量热再生混合料试件相关指标比较，结果见表2。

表2 冻融劈裂试验结果表

由表2所见，实施例1～9的原料配比拌制的利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层残留强度比指标满足国家部颁技术标准的要求，同时与未采用废弃机油残留物的相同沥青结合料剂量热再生混合料试件比较，表明热再生沥青结构层掺加废弃机油残留物后能够提高沥青混合料的水稳定性能。

3、高温稳定性能试验

按照实施例1～9的原料配比，以交通部部颁标准《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T0703-2011试件成型方法分别成型试件3个，利用车辙试验机以《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0719-2011的试验方法进行车辙试验，计算动稳定度，分析平均值，结果见表3。

表3 车辙试验结果表

由表3所见，实施例1～9的原料配比拌制的利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层动稳定度指标满足国家部颁技术标准的要求。

4、低温性能试验

按照实施例1～9的原料配比，以交通部部颁标准《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中的T0703-2011试件成型方法分别成型试件1个，并按规定尺寸切割成棱柱体试件，利用MTS材料试验机以《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0715-2011的试验方法进行沥青混合料弯曲试验，计算破坏应变，分析平均值，并与未采用废弃机油残留物的相同沥青结合料剂量热再生混合料试件相关指标比较，结果见表4。

表4 弯曲试验结果表

由表4所见，实施例1～9的原料配比拌制的利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层破坏应变指标满足国家部颁技术标准的要求，同时与未采用废弃机油残留物的相同沥青结合料剂量热再生结构层试件比较，表明热再生沥青结构层掺加废弃机油残留物后能够显著提高沥青混合料的低温性能。

综合利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层浸水马歇尔稳定度、冻融劈裂强度、车辙试验和低温弯曲试验结果，铺筑本发明利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料优选质量份配比为：

铺筑本发明利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层所用原料最佳质量份配比为：

Claims (3)

1.一种利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层，其特征在于由下述质量份配比的原料铺筑成：

上述的集料是粒径为0.075～37.5mm的石灰岩或花岗岩或玄武岩或辉绿岩；回收沥青路面材料是旧沥青路面经铣刨、破碎、筛分加工后粒径为0.075～37.5mm的废旧材料；矿粉是由石灰岩经磨细加工得到的以碳酸钙为主要成分的粒径小于0.075mm的矿物质粉末；沥青结合料是道路石油沥青或改性沥青；废弃机油残留物是废机油回收加工后产生的工业废渣。

2.根据权利要求1所述的利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层，其特征在于由下述质量份配比的原料铺筑成：

3.一种如权利要求1所述的利用废弃机油残留物的热再生沥青结构层的施工方法，其特征在于是由下述步骤组成：

(1)废旧沥青路面材料的回收

对旧有沥青路面进行铣刨并运输至拌和场地，将回收沥青路面材料进行破碎、筛分，归集为不同规格的材料并分开堆放、备用，转运和堆放过程中应避免回收沥青路面材料离析或受到污染；

(2)下承层处理

首先检查确认下层沥青混凝土的质量，新建路面出现油污污染或严重离析的情况予以切除，改建路面用铣刨机去除原路面路表范围内的形变、网裂、磨光，然后清除下层表面的灰尘、泥土；

(3)洒布黏层

在下层表面洒布乳化沥青或改性乳化沥青或液体石油沥青作为黏层；

(4)拌和摊铺

按权利要求1所述废旧机油残留物热再生沥青结构层的重量份配比将回收沥青路面材料、集料、矿粉、沥青结合料和废弃机油残留物利用间歇式拌和机拌和，迅速将完成拌制的热再生混合料运至施工现场，利用摊铺机进行摊铺；

(5)压实

用压路机将摊铺好的混合料压实；

(6)质量检验

按交通运输部颁布的《公路路基路面现场测试规程》JTG E60-2008进行检测，检验合格后移交使用。