Effects of Engine Oil Residues on Asphalt Cement Quality

Abstract

This paper discusses and documents an investigation of chemical aging in asphalt cement modified with Engine Oil Residue (EOR). EOR is produced during the recycling of used motor oils collected from vehicles. It has been reported that a significant fraction of the asphalt cement used in parts of Canada is blended with EOR to meet certain low temperature Superpave grades. Such material can provide a low-cost method of increasing the grade span when blended with asphalt high in asphaltenes. However, concerns exist that such modifiers may negatively affect asphalt quality in several ways. First, the paraffinic nature of the EOR and possible presence of engine detergents can reduce the adhesion to the aggregate and thereby increase moisture damage. Second, metals such as iron, copper, and chromium, abundantly present in EOR, can act as catalysts in the oxidation of asphalt cement. Finally, paraffin can precipitate asphaltenes, which may accelerate further chemical and physical hardening. This paper presents results of aging tests on straight and EOR-modified asphalt cements. We found that EOR significantly increased oxidation rates and the tendency for asphaltenes to precipitate, leading to a less ductile material with higher stress at low temperatures, which typically results in early and increased cracking. // Cet article discute et documente une enquete sur le vieillissement chimique du bitume modifie avec moteur un residu petrolier de moteur (RPM). Le RPM est produit pendant le recyclage des huiles a moteur utilisees recueillies sur les vehicules. Il a ete signale qu'une fraction significative du bitume utilise dans certaines regions du Canada est melangee a du RPM pour repondre a certains grades de Superpave a basse temperature. Ce materiel peut fournir une methode a bas cout pour augmenter l'etendue du grade lorsque melange avec un bitume a forte teneur en asphaltenes. Cependant, des preoccupations existent que de tels modificateurs peuvent nuire a la qualite du bitume de plusieurs facons. Tout d'abord, la nature du solvant du RPM et la presence eventuelle de detergents moteur peuvent reduire l'adherence a l'agregat et augmenter ainsi les dommages de l'humidite. Deuxiemement, les metaux comme le fer, le cuivre et le chrome, abondamment presents dans le RPM, peuvent agir comme catalyseurs dans l'oxydation du ciment bitume. Enfin, la paraffine peut precipiter les asphaltenes, ce qui peut accelerer davantage le durcissement chimique et physique. Cet article presente les resultats de tests de vieillissement sur le bitume pur et celui modifie au RPM. Nous avons constate que le RPM augmente significativement les taux d'oxydation et la tendance des asphaltenes a precipiter, conduisant a un materiau moins ductile avec des contraintes plus elevees a basses temperatures, ce qui generalement entraine une fissuration precoce et plus grande.