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含油污泥(油泥)是指在油田勘探开发、原油储存、运输、精炼等过程中, 由于滴漏、自然沉降、事故等原因产生的一种固体危险废弃物[1]。目前，我国落地油泥主要采用露天堆放、填埋、机械分离、微生物降解和焚烧等方法进行处理[2-4]。传统的露天堆放和填埋法不仅侵占土地，而且可能造成二次污染；机械分离法由于受到油泥高黏度的限制，无法将原油有效地分离出来。许德增[5]采用微生物降解法处理油泥，但生物降解法降解周期长，降解效果不稳定。焚烧法处理成本高，亦存在资源浪费等问题[6]。将落地油泥制备成改性沥青不仅可以彻底解决油泥的污染问题，而且可以充分地利用油泥，实现变废为宝、废物利用的目的。
改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善制成的沥青结合料[7]。改性沥青的种类和改性方法有很多种，在高分子聚合物改性沥青中，苯乙烯-丁二烯嵌段高聚物(SBS)改性沥青技术[8-9]和废橡胶粉改性沥青技术比较成熟。改性沥青有优异的路用性能，如可以改善沥青混合料抵抗高温永久变形，可以提高沥青混合料抵抗低温变形并改善路面的抗水损害，可以改善沥青混合料的抗老化性能等。
基于油泥污染问题和处理现状，结合SBS改性沥青技术和废橡胶粉改性沥青技术，本研究提出用孤岛落地油泥对沥青进行改性。参考橡胶改性沥青评价指标和SBS改性沥青评价指标，确定孤岛落地油泥改性沥青的最优配比和改性效果，并对其储存稳定性进行分析，这对其后续研究与工程应用具有参考价值。
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油泥样品取自胜利油田的孤岛落地油泥，黑褐色，有石油气味，常温下不流动，油的含量约为20%~30%，元素氧化物分析如表 1所示。在这些组分中，CO2含量最高，达74.8%，说明干燥油泥中有机质含量很高；SO3 (1.88%)反映出油泥中可能存在一定量的石膏矿物，或者油泥中残留石油类物质中存在的部分硫；样品中SiO2 (12.2%)、Al2O3 (4.1%)等硅铝质含量相对较低，说明油泥中泥质组分较低；Cl的含量为0.22%，说明油泥含有石盐矿物(这是油泥的普遍特征)，但含量很低；成分中H3O+的含量为2.15%，说明油泥干燥后，仍然存在具有结构水的矿物，很可能与黏土矿物有关。
废胶粉为冀恒公司常温粉碎生产的20目橡胶粉。活性中间体是由油泥和废胶粉按照4:1的质量比，再加入一定的相关助剂，加工制作而成。SBS采用岳阳石化生产的SBS(791)。基质沥青为海韵牌70号A级道路石油沥青(海韵70号沥青)，针入度(25 ℃，5 s，100 g)为7.0 mm，软化点为48 ℃，含蜡量为0.6%，密度(15 ℃)为1.027 g·cm-3。本研究按照《聚合物改性沥青技术要求》及《公路工程废胎胶粉橡胶沥青行业标准》相关要求开展实验。
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孤岛落地油泥制备改性沥青，其制备方法与SBS改性沥青的工艺及设备基本相同。不同之处在于，先将油泥与废橡胶制备成活性中间体。制备活性中间体的过程是一种类似于废橡胶活化再生的过程。油泥制备改性沥青的过程如下：首先进行油泥的预处理，利用离心机将油泥进行水、石油、高黏度油泥三相分离，并对黏度油泥进行高温活化；然后进行活性中间体的制备，将活化后的油泥与废橡胶粉和相关助剂共混活化；最后进行油泥改性沥青的制备，将基质沥青置于135 ℃烘箱中2 h进行脱水，然后把活性中间体和SBS等助剂加入到180 ℃基质沥青中高速剪切1 h，升温至175 ℃缓慢搅拌1 h，使其充分溶胀，最后加入稳定剂，温度保持在175 ℃缓慢搅拌发育1 h，使活性中间体与基质沥青充分混合反应，形成一种相对稳定的混合胶体，即为改性沥青。孤岛落地油泥制备改性沥青的流程如图 1所示。
1.1. 实验样品
1.2. 孤岛落地油泥改性沥青的制备方法
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实验采用掺量(外掺法)为5%、10%、15%、20%的活性中间体分别与掺量为3%、4%、5%的SBS进行共混改性，分析其针入度(标准针在物质中的深度)、软化点(物质软化的温度)、延度(物质拉伸的长度)、弹性恢复、闪点(闪燃的最低温度)、运动黏度、离析软化点差和TOFT老化的性能，结果如表 2所示。
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针入度用于表征沥青软硬程度和稠度、抵抗剪切破坏的能力。该指标反映了一定条件下沥青的相对黏度，针入度越小，表示沥青的稠度越大，反之，则越小[10]。图 2所示为25 ℃条件下活性中间体和SBS添加量对针入度的影响。由表 2和图 2可以看出，当SBS添加量为3%和5%时，随着活性中间体添加量从5%到20%时，针入度缓慢增大并趋向平稳；在SBS添加量由3%增大到5%时，针入度逐渐增大，并呈线性关系；随着活性中间体含量和SBS含量的增加，改性沥青的针入度增大；SBS对针入度的影响程度大于活性中间体对针入度的影响程度。由此可见，活性中间体与SBS加入沥青中可以降低沥青的稠度。
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软化点是表征沥青高温性能的指标之一，是指沥青从黏塑性状态转变为黏流状态的临界温度，是一种条件黏度指标。一般认为软化点越高，沥青的高温稳定性越好[11]。从表 2和图 3可以看出，随着活性中间体和SBS添加量的增大，软化点均降低，而且对SBS更加敏感；当SBS的添加量相同时，随着活性中间体添加量的增大，沥青软化点降低，但降低量很小。由此可见，活性中间体和SBS的加入会使软化点降低，即改性沥青的高温稳定性降低。但是，在活性中间体添加量为5%~20%时，软化点均符合改性沥青要求。活性中间体中含有油泥中的石油类化合物，如芳香烃等，提高了活性中间体与沥青的相容性。活性中间体以颗粒状态均匀分布在沥青中，更容易吸附沥青中的轻组分，发生部分溶解，在颗粒表面形成沥青质含量很高的凝胶膜。胶粉颗粒通过凝胶膜连接，形成一个黏度很大的半固态连续相的体系，与基质沥青相比，软化点得到了很大的提高。因此，孤岛落地油泥改性沥青具有良好的高温稳定性能。
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延度是表征沥青低温性能的实验指标。延度越大，沥青的低温变形能力越大，低温抗裂性越好，沥青路面越不容易开裂[12]。从表 2和图 4可以看出，对于相同含量的SBS，随着活性中间体含量的增加，改性沥青的延度增大，增长趋势平缓，说明油泥的加入对延度增大有一定的积极作用。活性中间体中部分颗粒的交联点是断开的，具有一定的活性自由基，在吸收沥青中轻质油分子时，颗粒逐渐软化，快速处于溶胀状态。溶胀的活性中间体颗粒恢复了橡胶的性质，重新具有一定的黏弹性，并由原来的紧密结构变成相对疏松的絮状结构。基质沥青也因部分油分被吸收而变得黏稠，保持了基质沥青材料的主要物理力学性能和恢复橡胶材料部分生胶的黏弹性和可塑性，从而增强了沥青的低温变形能力；当活性中间体含量相同时，随着SBS添加量增大，改性沥青的低温形变能力明显增强。由此可见，活性中间体和SBS对基质沥青的低温抗裂性能有很大的提高作用。
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运动黏度是道路改性沥青技术指标体系中保证施工安全性的重要指标，相关规范要求使用布洛克菲尔德黏度计(简称布氏黏度计)进行测试。一般的普通SBS改性沥青要求运动黏度≤3 Pa·s[13]。图 5为不同添加量的活性中间体和SBS添加量对运动黏度的影响。在SBS添加量一定时，随着活性中间体添加量的增大，改性沥青的运动黏度不断增大；在活性中间体添加量一定时，运动黏度随着SBS添加量的增大而减小。运动黏度增大，表明活性中间体对沥青的高温性能有显著的改善作用，即孤岛落地油泥的加入会提高改性沥青的高温性能。改性沥青的运动黏度值都小于3 Pa·s，说明改性沥青具有良好的加工性能。
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改性沥青的储存稳定性，主要是通过离析实验来表征。离析软化点差越小，说明改性剂与沥青相容程度越高，改性沥青越不容易分层；储存过程中改性剂的上浮或下沉越不明显，代表改性沥青储存稳定性越好[14]。我国改性沥青技术标准要求离析软化点差不大于2.5 ℃。从表 2和图 6可以看出，当SBS添加量不变时，随着活性中间体添加量的增大，离析软化点差增大，在活性中间体添加量为20%时，样品离析软化点差均大于2.5 ℃。根据《聚合物改性沥青技术要求》(JTG F40-2004)[15]规定的离析软化点差不大于2.5 ℃的要求，确定活性中间体的最大添加量为15%；当活性中间体添加量不大于15%时，离析软化点差随着SBS添加量先减小后增大，存在最小值，此时SBS添加量为4%。在活性中间体添加量15%、SBS为4%时改性沥青的储存稳定性最好。因此，孤岛落地油泥改性沥青的最优配比为活性中间体15%和SBS 4%。
2.1. 实验结果
2.2. 孤岛落地油泥改性沥青的性能分析
2.2.1. 针入度
2.2.2. 软化点
2.2.3. 延度
2.2.4. 运动黏度
2.2.5. 储存稳定性
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1) 孤岛落地油泥改性沥青技术是一种新的油泥处理技术，不仅可以解决油泥难处理问题，并将油泥资源化利用，而且还可以改善改性沥青性能。
2) 油泥改性沥青大幅提高了沥青的低温抗裂性能，降低了沥青稠度，改善了其加工性能和耐低温性能。由此可见，孤岛落地油泥对沥青具有较好的改性效果。
3) 当活性中间体添加量为15%、SBS添加量为4%时，改性沥青的储存稳定性最好，而沥青的高温性能、运动黏度和老化性能无明显变化。因此，建议孤岛落地油泥改性沥青的最优配比为15%的活性中间体和4%的SBS。
4) 当活性中间体添加量为15%、SBS添加量为4%时，改性沥青各项指标均满足橡胶沥青和SBS沥青指标要求，这对于孤岛落地油泥改性沥青今后运用于实际工程具有重要参考。
