摘要：文章為了考察油基巖屑熱脫附殘?jiān)鳛闉r青混合料的各項(xiàng)路用性能，采用西南某頁巖氣平臺(tái)油基巖屑熱脫附處理后的殘?jiān)娲欢ū壤奶盍?，分別摻入到AC-20C、AC-13C、SMA-13三種常用的改性瀝青混合料中，并基于馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、車轍試驗(yàn)和低溫小梁彎曲試驗(yàn)對(duì)不同摻量的油基巖屑改性瀝青混合料的路用性能進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：用油基巖屑熱脫附殘?jiān)娲鸀r青混合料部分填料后，在一定范圍內(nèi)可以有效提高改性瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度、高溫抗車轍性能及水穩(wěn)定性能，但對(duì)改性瀝青混合料低溫抗開裂性能有一定的不利影響；由于其具備較高的替代填料性價(jià)比，可以實(shí)現(xiàn)資源化利用，具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：油基巖屑?xì)堅(jiān)?；資源化利用；瀝青路面；路用性能

中圖分類號(hào)：U416.217A220733

0 引言

油基巖屑是頁巖氣鉆井開發(fā)過程中產(chǎn)生的含油固體廢物［1］。劉宇程等［2］對(duì)油基巖屑熱脫附處理技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)的研究，并提出了對(duì)熱脫附工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。目前國內(nèi)外對(duì)油基巖屑的處理還沒有實(shí)現(xiàn)廢棄物的資源化利用［3］。隨著我國頁巖氣開采力度加大，產(chǎn)生的油基巖屑也日益增多，即便是經(jīng)熱脫附處理后，也只是回收了其中的礦物油，但脫油后殘?jiān)馁Y源化利用途徑有限［4］，還需要進(jìn)一步深入研究。

本研究將熱脫附處理后的油基巖屑替代礦粉摻入不同種類的瀝青混合料中，使之既能滿足不同種類瀝青混合料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和路用性能要求，又能直接用于瀝青路面工程，使其資源化利用成為可能。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 熱脫附處理后的油基巖屑

試驗(yàn)采用的油基巖屑產(chǎn)自于西南某頁巖氣井鉆井平臺(tái)。油基巖屑經(jīng)熱脫附處理后的殘?jiān)噬詈稚腆w狀，其篩分結(jié)果如表1所示，各粒級(jí)篩余殘樣如圖1所示。經(jīng)熱脫附處理后的油基巖屑主要是由鉆井產(chǎn)生的巖粉組成，其自身級(jí)配分布范圍較廣，且含有一定比例的碎石。

1.1.2 瀝青

試驗(yàn)用瀝青為中石油燃料油有限責(zé)任公司生產(chǎn)的SBS（I-D）聚合物改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如下頁表2所示，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）（以下簡稱《規(guī)范》）中高速公路的相關(guān)要求判定。

1.1.3 集料

AC-20C瀝青混合料、AC-13C瀝青混合料試驗(yàn)采用的集料為仁壽某碎石場生產(chǎn)的石灰?guī)r碎石，SMA-13瀝青混合料試驗(yàn)采用的集料為仁壽某碎石場生產(chǎn)的玄武巖碎石，填料是由四川省雅安市某建材廠生產(chǎn)的石灰?guī)r礦粉。礦粉是由石灰?guī)r磨制而成，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)按照《規(guī)范》中高速公路的相關(guān)要求判定（見下頁表3～4）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用SYD-F02-20型自動(dòng)混合料拌和機(jī)、RXD-2006A型低溫試驗(yàn)箱、SYD-0703-3型車轍試樣成型機(jī)、MDJ-ⅡA馬歇爾電動(dòng)擊實(shí)儀、SYD-0711A型瀝青混合料理論最大相對(duì)密度試驗(yàn)器、SYD-0730A型多功能全自動(dòng)瀝青壓力試驗(yàn)儀、SYD-0719C-2型自動(dòng)車轍試驗(yàn)儀、WAW-1000型微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)、AR1500ex型動(dòng)態(tài)剪切流變儀等設(shè)備。

1.3 試驗(yàn)方案

研究采用AC-20C、AC-13C、SMA-13三種不同種類的改性瀝青混合料；油基巖屑作為一種礦粉替代材料，按0、20%、40%、60%、80%、100%比例逐步替代礦粉［5］。AC-20C、AC-13C、SMA-13三種改性瀝青混合料級(jí)配通過率分別如表5所示。其混合料拌和、試樣處理、試驗(yàn)樣品制備均依照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。AC-20C、AC-13C、SMA-13瀝青混合料統(tǒng)一采用油石比分別為4.3%、5.0%、6.0%，其混合料性能經(jīng)驗(yàn)證均滿足《規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定。

以不同油基石屑替代礦粉比例分別成型馬歇爾試件時(shí)，油基巖屑隨礦粉一起加入，摻入溫度和摻入時(shí)間與礦粉一致，試件成型并達(dá)到規(guī)定的養(yǎng)生時(shí)間后，分別進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)、動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)和低溫彎曲試驗(yàn)，驗(yàn)證摻入不同摻量的油基巖屑改性瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能指標(biāo)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

三種不同種類的改性瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，隨著油基巖屑替代礦粉的比例逐步增加，AC-20C、AC-13C、SMA-13三種類型的改性瀝青混合料的穩(wěn)定度分別在油基巖屑替代礦粉的比例為60%、40%、20%時(shí)達(dá)到峰值，之后穩(wěn)定度便開始降低，說明隨著油基巖屑代礦粉的比例增加，其混合料的整體強(qiáng)度一定范圍內(nèi)有所升高，在到達(dá)一定峰值后開始降低。

2.2 殘留穩(wěn)定度

為了檢驗(yàn)瀝青混合料的抗水損害能力，選用浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果殘留穩(wěn)定度來評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，三種不同種類的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度如圖3所示?？梢钥闯?，隨著油基巖屑替代礦粉的比例逐步增加，AC-20C、AC-13C、SMA-13三種類型的改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度分別在60%、40%、40%時(shí)達(dá)到峰值，之后殘留穩(wěn)定度便開始逐步降低，說明隨著油基巖屑替代礦粉的比例增加，其混合料殘留抗水損害能力在一定范圍內(nèi)有所增強(qiáng)。

2.3 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用凍融劈裂試驗(yàn)來評(píng)價(jià)混合料在凍融條件下的抗水損害性能，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)按照《規(guī)范》中氣候分區(qū)潮濕區(qū)的相關(guān)要求判定。由表6可知，隨著油基巖屑替代礦粉的比例逐步增加，AC-20C、AC-13C、SMA-13三種類型的改性瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比分別在60%、40%、40%時(shí)達(dá)到峰值，之后凍融劈裂強(qiáng)度比便開始降低。說明隨著油基巖屑替代礦粉的比例增加，其混合料凍融條件下的抗水損害性能在一定范圍內(nèi)有所升高，而后開始降低。

2.4 車轍試驗(yàn)結(jié)果與分析

車轍試驗(yàn)是通過動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)來評(píng)價(jià)瀝青混合料在高溫條件下抵抗變形的能力。將制備好的試件在60 ℃的條件下進(jìn)行車轍試驗(yàn)，三種不同種類的瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)按照《規(guī)范》中氣候分區(qū)夏熱區(qū)2-1的相關(guān)要求判定。由表7可知，隨著油基巖屑替代礦粉的比例逐步增加，AC-20C、AC-13C、SMA-13三種類型的改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度比分別在40%、60%、40%時(shí)達(dá)到峰值，之后開始降低。說明隨著油基巖屑代礦粉的比例增加，其混合料高溫抗車轍性能在一定范圍內(nèi)有所升高。

2.5 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果與分析

采用-10 ℃的小梁彎曲[JP+2]試驗(yàn)來評(píng)價(jià)三種油基巖屑瀝青混合料低溫抗開裂性能。三種不同種類的瀝青混合料低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，隨著油基巖屑替代礦粉的比例逐步增加，AC-20C、AC-13C、SMA-13三種類型的改性瀝青混合料的低溫彎曲破壞應(yīng)變逐步降低，說明摻入油基巖屑代礦粉對(duì)瀝青混合料低溫抗開裂性能有不利影響。值得注意的是，對(duì)于SMA-13瀝青混合料，用油基巖屑100%替代礦粉后，瀝青混合料的低溫彎曲破壞應(yīng)變依舊能滿足相關(guān)規(guī)范的要求（gt;2 500），說明這種不利影響范圍有限，并未對(duì)混合料的低溫抗開裂性能造成較大的影響。

3 結(jié)語

（1）熱脫附處理后的油基巖屑主要由少量碎石和巖粉組成，具有一定的級(jí)配，可用于瀝青混合料中替代部分填料。

（2）采用油基巖屑替代瀝青混合料部分填料，在一定范圍內(nèi)可有效改善改性瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度、高溫抗車轍性能以及水穩(wěn)定性能。隨著油基巖屑替代礦粉摻量的增加，混合料的穩(wěn)定度、高溫抗車轍性能以及水穩(wěn)定性能呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。

（3）采用油基巖屑替代瀝青混合料部分填料，對(duì)改性瀝青混合料低溫抗開裂性能會(huì)產(chǎn)生不利影響。隨著油基巖屑替代礦粉摻量的增加，混合料的低溫彎曲應(yīng)變逐漸降低，然而對(duì)于SMA-13混合料，當(dāng)油基巖屑替代比例達(dá)到100%后，其低溫彎曲應(yīng)變?nèi)詽M足規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)

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［2］劉宇程，王茂仁，李永剛，等.油基巖屑熱脫附處理工藝參數(shù)優(yōu)化［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2020，14（6）：1 639-1 648.

［3］方 濤.油基巖屑在瀝青混凝土路面中的應(yīng)用研究［D］.綿陽：西南科技大學(xué)，2019.

［4］饒 維，劉文士，黃 慶，等.四川頁巖氣開發(fā)壓裂返排液和油基巖屑處理處置探析［J］.環(huán)境影響評(píng)價(jià)，2019，41（1）：15-19.

［5］陳居涌.脫硫灰瀝青混凝土水穩(wěn)定性能研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2015.

收稿日期：2023-10-16

作者簡介：李鑫?。?979—），高級(jí)工程師，主要從事試驗(yàn)檢測工作。