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廢棄機油殘留物對老化瀝青的再生作用

文檔作者：張圣濤，曲恒輝，朱輝，張樹文，趙佃寶文檔來源：齊魯交通材料技術開發有限公司		更新日期： 2026年05月17日	點擊數：
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廢棄機油殘留物對老化瀝青的再生作用
張圣濤，曲恒輝，朱輝，張樹文，趙佃寶
（齊魯交通材料技術開發有限公司, 濟南 250357）
摘要：為有效回收利用廢棄機油殘留物（REOB）和廢舊瀝青路面材料（RAP），將3
種REOB 摻入老化瀝青中，通過室內三大指標試驗、動態剪切流變試驗和彎曲梁流變試驗
對比分析了摻加REOB 前后老化瀝青的相關指標；利用棒狀薄層色譜試驗分析了REOB、
原樣瀝青、老化瀝青以及摻入REOB 之后老化瀝青的組分構成，探究得出了REOB 對老化
瀝青的再生作用機理。試驗結果表明：3 種REOB 對老化瀝青具有明顯的再生作用，隨著
REOB 摻量的增加，針入度和延度上升，軟化點下降。同時，REOB-3 可降低老化瀝青的
車轍因子，增大其相位角；REOB-3 的摻入可使老化瀝青的勁度模量減小，蠕變速率增大；
REOB-3 中的芳香分能夠對老化瀝青中的瀝青質分解轉化。
關鍵詞：道路工程 廢棄機油殘留物 再生作用 老化瀝青 棒狀薄層色譜試驗
收稿日期：2020-05-15。
作者簡介：張圣濤（1991-），男，山東泰安人，工程師，
主要研究方向為道路工程. E-mail: 382998810@qq.com
基金項目：國家自然科學基金資助項目（51208287）
伴隨著熱、氧、光、水等因素的綜合作用，
瀝青路面在其使用年限內會發生老化，進而出現
表面功能性病害以及結構性病害，全國范圍內每
年路面大修將產生數萬噸的廢舊瀝青路面材料
（RAP）[1-5]。與此同時，機油在使用過程中由于
氧化、污染物的混入和添加劑的消耗等報廢成為
廢棄機油（Recycled Engine Oil，REO）[6]，據統計，
我國每年僅交通行業就產生3 000×104 t REO，
通過超濾、離心分離等工藝可以對70% ～ 80 %
的REO 進行有效回收從而制備成燃料油或潤滑
油[7-8]，但剩余部分由于混入雜質較多無法有效
回收而成為廢棄機油殘留物（Recycled Engine
Oil Bottom，REOB）。REOB 和瀝青同為石油煉
制的副產物，具有相似的組分組成[9]，基于相
似相容理論，將REOB 融入老化瀝青具備可行
性。國外Rubab 等[10] 用REOB 和兩種不同瀝青
拌和后進行了旋轉薄膜烘箱試驗和壓力老化容
器試驗，發現REOB 能夠提高瀝青材料的性能
等級，但是可能會加快改性后瀝青的氧化速度；
Arkbarali 等[11] 通過對摻加REO 的特立尼湖瀝青
進行流變試驗后，證實了REO 能夠作為一種改
性劑來軟化較硬的瀝青材料。國內趙培松[12] 將
廢機油摻入老化瀝青中制備改性瀝青，并以殘
留針入度比（RPR）和延度保留率（DR）等為
指標對其抗老化性能進行了評價；林泉[13] 等通
過將廢食用油對老化之后的瀝青混合料進行改
性，發現廢食用油可以提高老化瀝青混合料的
水穩定性。
本研究通過室內試驗、理論分析等手段研
究REOB 對老化瀝青的再生作用，探索REOB 和
老化瀝青的融合行為，得出其互相作用機理，為
REOB 在瀝青路面再生中的應用奠定基礎。
1 原材料
1.1 瀝青
試驗采用70# 道路石油瀝青，對瀝青進行長
期老化，老化方法是將1.2 kg 的原樣瀝青倒入長
48 cm、寬31 cm 的淺盤中，然后放入163 ℃的
烘箱中持續加熱48 h。原樣瀝青和長期老化后瀝
青的檢測結果見表1。
棒狀薄層色譜分析儀是對瀝青組分分析的一
種新型試驗設備[14-16]。圖1、圖2 為瀝青老化前
后其各種組分的變化情況。
2020 年10 月 石油瀝青PETROLEUM ASPHALT 第34 卷第5 期
第 5 期 53
表1 老化前后瀝青的技術指標檢測結果
項目基質瀝青長期老化瀝青
針入度（25 ℃）/（10-1 mm） 67 24
延度（10 ℃）/cm 20.0 0.2
軟化點/℃ 48.4 65.0
圖1 齊魯AH-70 原樣瀝青四組分譜圖
圖2 齊魯AH-70 原樣瀝青長期老化后四組分譜圖
1.2 廢棄機油殘留物
試驗選用國內常見的3 種不同來源、不同處
理工藝得到的廢棄機油殘留物，記為REOB-1、
REOB-2、REOB-3，如圖3 所示。3 種廢棄機油
殘留物的檢測結果如表3 所示。
由圖2 可以看出：原樣瀝青經過長期老化
后，其輕質組分如飽和分和芳香分（主要）含
量減少，重質組分如膠質和瀝青質（主要）增多，
且二者的變化量相近。
表2 瀝青老化前后組分對比表
瀝青
組成，%
瀝青質膠質芳香分飽和分輕組分重組分
基質瀝青3.28 26.49 50.94 19.29 70.23 29.77
長期老化瀝青6.47 28.97 45.96 18.60 64.56 35.44
表3 3 種廢棄機油殘留物的性能指標
項 目REOB-1 REOB-2 REOB-3
顏色棕色黑棕色紅棕色
黏度（60 ℃）/（/Pa·s） 15.9 17.2 14.7
閃點/℃ 184 190 198
通過棒狀薄層色譜分析儀對3 種REOB 進
行組分分析，試驗結果如圖4 ～ 6，數據整理如
表4。
由試驗結果可知， 相比瀝青材料，3 種
REOB 中輕質組分的含量明顯高于重質組分；
其中，REOB-1 含有較多的飽和分，REOB-2
含有較多的瀝青質，REOB-3 中含有較多的
膠質。
圖3 三種廢棄機油殘留物
圖4 REOB-1 四組分譜圖
張圣濤等. 廢棄機油殘留物對老化瀝青的再生作用
石 油 瀝 54 青 2020 年第 34 卷
表4 三種REOB 的組分對比表
瀝青
組成，%
瀝青質膠質芳香分飽和分輕組分重組分
REOB-1 0.94 6.82 19.19 73.06 92.24 7.76
REOB-2 8.07 0.13 0.13 91.68 91.81 8.19
REOB-3 0.24 15.46 0.76 83.54 84.30 15.70
圖7 REOB-1 摻入老化瀝青測得的三大指標
圖5 REOB-2 四組分譜圖圖6 REOB-3 四組分譜圖
2 試驗方案
（1）試驗試樣的制備：為進行后續試驗，
首先需要制備試驗用的試樣，具體制備方法為：
取適量長期老化后的瀝青加熱至可流動狀態，
分別摻入占老化瀝青質量2%、3%、4%、5%、
6%、7% 和8% 的REOB，將攪拌機的轉速設定
為3 000 ～ 4 000 r/min，在140 ℃溫度條件下攪
拌5 min，即可得到試驗試樣。
（2）三大指標試驗：對REOB-1、REOB-2、
REOB-3 分別按照2%、3%、4%、5%、6%、7%
和8% 等7 種不同摻量制備出的試樣，進行針入
度、軟化點和10 ℃延度試驗。根據試驗結果，
從3 種REOB 中優選出對老化瀝青性能改善效
果最優的REOB。
（3） DSR 和BBR 試驗：選用通過三大指標
試驗優選出的REOB 在最佳摻量范圍下制備試
驗試樣， 并分別進行DSR 和BBR 試驗。DSR
試驗中分別測定不同溫度和頻率條件下原樣瀝
青、老化瀝青及摻加REOB 后老化瀝青的車
轍因子和相位角指標。固定頻率下不同溫度進
行試驗時，掃描頻率為10 rad/s，溫度范圍為
30 ～ 82 ℃ ；固定溫度不同頻率進行試驗時，掃
描溫度為25 ℃，頻率為0.1 ～ 1 000 rad/s。BBR
試驗中，試驗溫度分別選取-10 ℃、-16 ℃和-22 ℃，
測定不同溫度條件下加載時間60 s 時原樣瀝青、
老化瀝青及摻加REOB 后老化瀝青的勁度模量S
和蠕變速率m 。
（4）棒狀薄層色譜試驗：對優選出的REOB
按照3 種摻配比例制備試驗試樣并進行棒狀薄
層色譜試驗，得出原樣瀝青、老化瀝青及摻加
REOB 后瀝青的四組分比例，對比分析REOB 對
老化瀝青的再生作用。
3 試驗結果與分析
3.1 常規三大指標試驗
三大指標試驗結果如圖7 ～ 9 所示。試驗結
果表明，隨著3 種REOB 摻量的增加，老化瀝
青的針入度增大，軟化點降低，延度增大，說
明REOB 對老化瀝青的性能具有恢復作用。
第 5 期 張圣濤等 . 廢棄機油殘留物對老化瀝青的再生作用 55
圖8 REOB-2 摻入老化瀝青測得的三大指標
圖9 REOB-3 摻入老化瀝青測得的三大指標
圖10 各種瀝青在不同溫度下車轍因子的變化
圖11 各種瀝青在不同頻率下車轍因子的變化
但三種REOB 對老化瀝青的再生效果又有
所不同：當REOB-1 在老化瀝青中的摻量達
到7% 時，針入度值急劇增大，這是由于7%
的REOB-1 在老化瀝青中已經達到了過飽和狀
態，部分REOB-1 已不能再融入老化瀝青之中。
REOB-1 在6% 的摻量下對老化瀝青針入度、
延度和軟化點僅僅恢復了79.07%、27.78% 和
30.12%，再生作用有限。
REOB-2 對老化瀝青三大指標的改善效果
分別在不同的摻量下達到最佳，其中，REOB-2
為6% 時，瀝青的針入度指標已達到原樣瀝青的
89.55%，繼續增加REOB-2 的摻量，瀝青會變
軟，針入度值超過原樣瀝青；當REOB-2 的摻
量達7% 時對老化瀝青軟化點的恢復效果達到最
佳，但也只是恢復了30.12% ；REOB-2 達到8%
時，瀝青的延度才達到最大值，相比于原樣瀝青，
延度值也只恢復了38.89%。
相比于前兩種REOB， 隨著REOB-3 摻量
的增加，瀝青的三大指標變化顯著，并在7%
的REOB-3 摻量下，各項指標達到峰值，此時
REOB-3 對老化瀝青針入度、延度和軟化點指標
分別恢復了104.65%、105.05% 和90.36%，再生
效果顯著。因此，在后續試驗中選用REOB-3，
以6%、7% 和8%3 種摻量制備試樣進行試驗。
3.2 動態剪切流變試驗
（1）REOB-3 對老化瀝青車轍因子的影響：
通過改變溫度及改變荷載頻率進行DSR 試驗，
得到不同瀝青的車轍因子如圖10 和圖11 所示。
試驗結果表明， 老化瀝青的車轍因子
（G */sinδ ）遠遠大于其他瀝青。
圖10 中，在同一溫度下，各種瀝青的抗車
轍因子大小順序為：老化瀝青>8% 摻量>6% 摻
量>7% 摻量> 原樣瀝青，在圖11 中表現出同樣
的順序，這說明REOB-3 的摻入可使老化瀝青的
車轍因子顯著下降；當摻量達到7% 時，車轍因
子曲線與原樣瀝青最為接近，說明REOB-3 在
該摻量下對老化瀝青的性能恢復作用達到最強；
REOB-3 摻量超過7% 后，車轍因子反而回升，
說明過量的REOB-3 不僅不能對老化瀝青起到應
有的再生作用，反而會對自身的再生作用產生抑
石 油 瀝 56 青 2020 年第 34 卷
圖12 各種瀝青在不同溫度下相位角的變化
圖13 各種瀝青在不同頻率下相位角的變化
圖14 各種瀝青在不同溫度下BBR 試驗結果
制。
（2）REOB-3 對老化瀝青相位角的影響：各
種瀝青在不同溫度、頻率下相位角的變化分別見
圖12、圖13。
試驗結果表明，瀝青老化后其相位角減小，圖
12 中，在某一溫度下各種瀝青相位角大小的順序
為：原樣瀝青>7% REOB-3 摻量的老化瀝青>8%
REOB-3 摻量的老化瀝青>6% REOB-3 摻量的老
化瀝青> 老化瀝青。
圖13 中原樣瀝青隨著頻率的變化，其曲線與
6% 和7%REOB-3 摻量下的老化瀝青在頻率為0.8 Hz
時出現了交叉，這表明REOB-3 的摻入使得老化
瀝青的相位角受頻率變化的影響變??；0 ～ 0.8 Hz
的受荷頻率與實際路面更加相符，在此頻率范圍
內，瀝青相位角的大小順序為：原樣瀝青>7%
REOB-3 摻量的老化瀝青>6% REOB-3 摻量的老
化瀝青> 老化瀝青>8% REOB-3 摻量的老化瀝青。
可以看出，7%REOB-3 摻量下老化瀝青的
相位角與原樣瀝青最為相近，這說明REOB-3
對老化瀝青具有軟化作用，可以提高其流動變
形能力；當REOB-3 在老化瀝青中的摻量超過
7% 時，瀝青的相位角反而開始下降并趨近于老
化瀝青，這在圖13 中表現得更加明顯，說明過
量的REOB-3 反而會阻礙對老化瀝青的性能恢
復作用。
3.3 彎曲蠕變勁度試驗
對各種瀝青在不同低溫下進行BBR 試驗，加
載時間為60 s 時得出的勁度模量S 和蠕變速率m
如圖14 所示。美國SHRP 規范規定：當試驗加載
時間為60 s 時，瀝青的勁度模量應小于300 MPa，
蠕變速率m 應不小于0.30[17-19]。在-10 ℃的測試
溫度下，老化瀝青的勁度模量S 與蠕變速率m 便
已遠超過規范值，因此不再對老化瀝青進行更低
環境溫度下的測試。
（a）勁度模量
（b）蠕變速率
試驗結果表明，除老化瀝青外，隨著試驗
溫度的下降，不同瀝青的勁度模量S 逐漸增大，
蠕變速率m 逐漸減?。辉谙嗤囼灉囟认?，隨
著REOB-3 摻量的增多，瀝青的S 減小，m 增
第 5 期 張圣濤等 . 廢棄機油殘留物對老化瀝青的再生作用 57
大；當摻量達到7% 時，S 和m 與原樣瀝青最為
接近，說明REOB-3 可以使老化瀝青低溫抗裂
性能恢復到老化前的水平；由于REOB-3 自身
含有較高含量的膠質，當在老化瀝青中的摻量
超過7% 后，二者處于過飽和狀態，此時瀝青中
膠質含量過高（由圖14 看出），在低溫下瀝青
變得更加脆硬，因此瀝青的勁度模量反而增大，
蠕變速率反而減小。
3.4 棒狀薄層色譜試驗
通過棒狀薄層色譜分析試驗對摻加6%、7%
和8%REOB-3 的老化瀝青進行組分分析，從而
研究REOB-3 對老化瀝青的再生作用機理。試
驗結果整理如圖15 所示。
圖15 不同瀝青的組分對比圖
有研究資料表明，瀝青在老化時，各組分
間的變化為順序連串反應，其中的芳香分（主
要）和飽和分轉化為膠質，進而轉化為瀝青質。
由試驗結果可以得出：原樣瀝青在經過長期老
化之后，其重質組分增多，輕質組分減少，具
體變化情況為：原樣瀝青老化后，瀝青質增多
3.19%，膠質增多2.48%，芳香分減少4.98%，
飽和分減少0.69%，輕質組分的減少量與重質
組分的增多量相等，這與前人的研究成果相符。
REOB-3 加入老化瀝青后，瀝青的各種組分
隨著REOB-3 摻量的增加，呈現出不同的變化趨
勢。如果加入的REOB-3 中的各種組分與老化瀝
青中的各種組分不發生化學反應，即純粹為各種
組分的疊加，則加入REOB-3 后老化瀝青的各種
組分的含量符合下面的公式：
（ 1）
式中： 、、 分別為摻加REOB-3 之后
的老化瀝青、老化瀝青、REOB-3 中對應的各種
組分， 、 分別為摻REOB-3 后瀝青中的老化
瀝青和REOB-3 的用量比例。
對不同REOB-3 摻量下的老化瀝青進行棒
狀薄層色譜分析的各種組分的實測結果與按照
式（1）得到的計算結果整理如下表5 ～ 7 所示。
表5 6% REOB-3 摻量下老化瀝青的各種組分實測值與計算值對比
組分瀝青質膠質芳香分飽和分
實測值，% 3.68 28.26 46.68 21.38
計算值，% 6.12 28.20 48.09 17.59
差值，% 2.44 -0.06 -5.59 3.21
表6 7% REOB-3 摻量下老化瀝青的各種組分實測值與計算值對比
組分瀝青質膠質芳香分飽和分
實測值，% 1.53 33.36 44.58 20.54
計算值，% 6.06 27.94 47.64 17.42
差值，% 4.53 -5.41 3.06 -3.11
表7 8% REOB-3 摻量下老化瀝青的各種組分實測值與計算值對比
組分瀝青質膠質芳香分飽和分
實測值，% 2.48 37.07 42.75 17.69
計算值，% 6.00 27.68 47.20 17.26
差值，% 3.52 -9.39 4.46 -0.42
石 油 瀝 58 青 2020 年第 34 卷
由試驗結果可知， 在老化瀝青中加入
REOB-3 之后，各組分含量的實測值與計算值
并不相等。其中瀝青質含量的實測值小于計算
值，而膠質含量正好與之相反。隨著REOB-3
摻量的增多，瀝青質的實測值比計算值分別低
2.44%、4.53% 和3.52%，膠質含量的實測值比
計算值分別高0.06%、5.41% 和9.39%，而芳香
分的實測值比計算值分別低1.41%、3.06% 和
4.46%，飽和分的實測值比計算值分別高3.79%、
3.11% 和0.42 %。
瀝青老化后，其重質組分增多，而增多的
重質組分中瀝青質占了大部分，故使其瀝青質
減少才能達到對老化瀝青的再生。REOB-3 的
摻入，使得老化瀝青中瀝青質含量下降，膠質
含量增多，芳香分含量減少。從數據變化可推斷，
REOB-3 中的芳香分對老化瀝青中的瀝青質進
行了分解轉化，使其生成為膠質，這一系列反
應可看作是瀝青老化的逆過程。REOB-3 摻量
在7% 的情況下使得老化瀝青中的瀝青質含量
與實測值相比減少了4.53%，達到了最大值，
說明REOB-3 在7% 的摻量下可以對老化瀝青
起到最好的再生效果，這也與前面的試驗結果
相呼應。由于飽和分性質較為穩定，故在再生
過程中，其含量的實測值與計算值相近，但也
不能排除其參與溶解瀝青質的可能。
以上結果表明，REOB-3 對老化瀝青的再
生過程并不完全符合組分調合理論，而是使不
同組分之間發生了化學轉化，最終達到平衡狀
態。具體來說，是由于REOB-3 中含量較多的
芳香分對老化瀝青中的輕質組分進行補充，并
對瀝青質進行分解轉化，這是REOB-3 對老化
瀝青起再生作用的關鍵所在。
4 結論
a）通過對不同試樣的三大指標試驗發現，
三種REOB 對老化瀝青均具有性能恢復作用，
REOB 摻量越高，對老化瀝青的性能恢復效果
越顯著；通過對比發現，REOB-3 對老化瀝青
具有更好的再生作用。
b）根據DSR 和BBR 的試驗結果可知，隨
著REOB-3 摻量的增加，老化瀝青的抗車轍因
子下降、相位角增大，低溫條件下的勁度模量
不斷減小，其蠕變速率增大；當REOB-3 的摻
量達到7% 時，老化瀝青的各項指標均能接近
或達到原樣瀝青的水平，超過7% 后，瀝青的
各項性能開始下降。
c） 棒狀薄層色譜試驗的結果表明，
REOB-3 與老化瀝青均由相同的四種組分構成；
REOB-3 對老化瀝青的再生作用主要是通過自
身含量較高的芳香分對老化瀝青中的瀝青質進
行了分解轉化，從而使老化瀝青中各種組分的
比例達到原樣瀝青的狀態，實現對老化瀝青的
再生。
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Regeneration Effect of Recycled Engine Oil Residue
on Aged Asphalt
Zhang S hengtao, Qu He nghui, Zh u Hui，Zh ang S huwen，Zhao Dia nbao
（ Qilu Transportation Materials Technology Development Co ., Ltd ., Ji ’nan 250357）
Abstract ：For effective recovery and utilization of recycled engine oil residue (REOR) and recycled
asphalt pavement (RAP) material, three kind of REOR are mixed into aged asphalt, and then relevant indexes
of aged asphalt before and adding REOB are analyzed and compared through penetration test, softening
point test, ductility test, dynamic shear rheological test and bending beam rheological test. The composition
of REOR, matrix asphalt, aged asphalt and the aged asphalt added REOR is analyzed by Rod Thin Layer
Chromatography Test, and then the regeneration mechanism of aged asphalt by REOB is got. The test results
showed that 3 kinds of REOB have obvious regeneration effect on aged asphalt. With the increasing of
REOB content, the penetration and ductility increase and the softening point decrease. At the same time,
REOR-3 can reduce the rut factor of aged asphalt and increase its phase angle. The incorporation of REOR-
3 can reduce the stiffness modulus and increase the creep rate of aged asphalt. The aromatic in REOR-3
decomposes and transforms the asphaltene in aged asphalt.
Keywords ：road engineering; recycled engine oil residue; regeneration effect; aged asphalt; Rod
Thin Layer Chromatography Test
·短訊·
孝感腹地將添高速公路
連通漢十武荊兩條大動脈
孝漢應高速公路由省交投集團出資修建，估算總投
資78.53 億元。
項目起于孝感市孝南區，與漢十高速設立互通樞紐，
向西南方向延伸，終于漢川市麻河鎮，設麻河樞紐互通
接武荊高速公路，全長約34.1 km，雙向六車道，設計
時速120 km/h，建設周期3 a。孝漢應高速公路將連通
漢十高速和武荊高速，進一步織密孝感境內高速公路網，
從漢川至孝感又多了一條快速通道，特別漢川西北、北
部地區，不用再繞行武漢城市圈環線高速，30 多分鐘即
可抵達，這對推動孝感、應城、漢川三地經濟發展將發
揮重要作用。 （轉自中國公路網）

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