不同制備工藝對煤直接液化殘渣改性瀝青混合料性能的影響

岳峰 王秉興 王大偉 路凱冀 王曉軍

（1.河北承德市圍場縣交通運輸局冀通公司，河北 承德 068450；2.河北承德市圍場滿族蒙古族自治縣交通運輸局工程隊，河北 承德 068450；3.中路高科（北京）公路技術有限公司，北京 100000）

中國是一個煤和天然氣資源豐富而石油資源匱乏的國家，目前探明的煤炭儲量約為13983億噸，居世界第二位，但石油資源相對稀少。為緩解我國石油資源的短缺，煤制油已成為一種重要能源趨勢。我國的液體燃料需求基本可以通過煤液化滿足。煤液化按加工方法可分為直接液化和間接液化，其中煤直接液化石油轉化率高、成本低。因此，其迅速成為當前研究熱點。

與汽油、柴油等液體燃料不同，在煤炭直接液化過程中，產生的主要副產品是液化殘渣，占原料煤總量的30%。事實上，煤直接液化殘渣（DCLR）中含有30%～50%的重油和黏結劑烯。這與特立尼達湖黏結劑（TLA，一種改善黏結性能的天然改性劑）成分和一些物理性能相似。在非聚合物添加劑中，TLA具有良好的改性性能，在世界范圍內得到廣泛應用。中國許多重要項目也使用TLA，例如北京首都國際機場跑道和成渝高速公路等。隨著中國高速公路建設和普通公路改善，對TLA的需求也在增加。然而，由于TLA來源有限且進口價格高，TLA的應用也相應受到了限制。

由于DCLR是一種與TLA性質最相似的物質。因此，本研究將DCLR作為瀝青改性劑來取代TLA，用于改善黏瀝青材料性能的新型改性劑。這具有十分重要的科學意義和應用價值。一方面，DCLR作為改性劑，可以顯著改善瀝青材料性能，降低改性瀝青價格（DCLR價格僅相當于TLA的四分之一），促進我國瀝青工業(yè)的發(fā)展；另一方面，使用DCLR改性的瀝青對環(huán)境保護、合理利用有限資源、提高DCLR利用率具有積極意義。

一、原材料性能

本文使用的DCLR來自中國神華煤制油化工股份有限公司蒙古分公司生產的煤炭直接液化殘渣?；|瀝青采用70#基質瀝青。

二、DCLR改性瀝青制備方法

本文中使用的是粉末狀DCLR，并使用兩種不同加工方法與基質瀝青攪拌混合。

加工方法1：首先加熱基質瀝青，然后直接向熔融基質瀝青中添加不同比例DCLR粉末；為了確保DCLR與基質瀝青充分混合，應在160℃的溫度下，用剪切裝置低速剪切DCLR和基質瀝青混合物約1h。

加工方法2：分別將基質瀝青和DCLR加熱至熔融狀態(tài)，然后將熔融DCLR和基質瀝青按一定比例混合。為了確保DCLR與基質瀝青的充分混合，應在160℃的溫度下，用剪切裝置低速剪切DCLR和基質瀝青混合物約1h。

三、DCLR改性瀝青性能研究

本文繼續(xù)研究了兩種制備方法下所得到的DCLR改性瀝青的性能，其試驗結果如表1所示。

表1 DCLR改性瀝青性能研究

由表1可知，加工方法1和加工方法2所制備的DCLR改性瀝青性能有較大區(qū)別。這說明采用不同的工法制備DCLR改性瀝青，其性能也有較大差別。方法2所制備的DCLR改性瀝青的針入度、軟化點和延度均高于方法1，其中方法2所制備的DCLR改性瀝青的軟化點比方法1軟化點高出了11.7℃，這說明方法2所制備的DCLR改性瀝青的高溫穩(wěn)定性能較好；而方法2所制備的DCLR改性瀝青的10℃延度比方法1高了近一倍，說明方法2所制備的DCLR改性瀝青的低溫延展性能較好。同時，對比老化后DCLR改性瀝青性能可知，其中最為明顯區(qū)別為采用方法2所制備的DCLR改性瀝青的質量損失率比方法1降低了超過50%，這說明采用方法2制備的DCLR改性瀝青在老化后仍有較高的彈性恢復能力。綜上所述，可以認為采用方法2制備的DCLR改性瀝青的性能最佳。

四、DCLR改性瀝青混合料性能研究

本文以DCLR改性瀝青作為膠結料成型AC-13混合料。首先，設計DCLR改性瀝青混合料配合比；其次，確定其最佳油石比為5.4%；最后，通過車轍試驗、凍融劈裂試驗和低溫彎曲試驗評價瀝青混合料的性能。DCLR改性瀝青混合料配合比如表2所示。

表2 DCLR改性瀝青混合料的配合比

（一）高溫穩(wěn)定性能

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011），通過車轍試驗測試混合瀝青抗車轍性能。試驗結果如表3所示。

表3 DCLR改性瀝青混合料車轍動穩(wěn)定度試驗結果

DCLR改性瀝青混合料在2種改性瀝青制備方法下，抗車轍性能均達到規(guī)范要求。其中，采用方法2制備的DCLR改性瀝青混合料動態(tài)穩(wěn)定度比方法1提高了16.54%。

（二）低溫性能

本文對2種混合瀝青進行了低溫彎曲試驗，結果如表4所示。

表4 DCLR改性瀝青混合料低溫性能試驗結果

DCLR改性瀝青混合料在2種改性瀝青制備方法下的低溫性能均達到規(guī)范要求，并且2種混合料的低溫彎拉應變大致相同，這說明二者低溫性能較為接近。

（三）水穩(wěn)定性能

本文對兩種瀝青混合料進行了凍融劈裂試驗，其結果如表5所示。

表5 DCLR改性瀝青混合料水穩(wěn)定性能試驗結果

兩種制備方法下的DCLR改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性能均符合規(guī)范要求，均超過85%。但是相比之下，采用方法1制備的DCLR改性瀝青混合料凍融殘留劈裂強度比接近于技術要求下限值，而采用方法2制備的DCLR改性瀝青混合料凍融殘留劈裂強度比遠大于規(guī)范技術要求值，且比方法1凍融殘留劈裂強度比高出了約7.26%。這說明采用方法2制備DCLR改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性能更好。

五、結語

DCLR與基質瀝青混合生產制備工藝對DCLR改性瀝青和DCLR改性瀝青混合料影響較大。其中，采用熔融后的DCLR與基質瀝青混合制備的改性瀝青比直投法性能更好，主要體現(xiàn)在三大指標、黏度及老化后殘留物性能等方面。而兩種制備方法對DCLR改性瀝青混合料性能影響也較大，主要體現(xiàn)在高溫穩(wěn)定性能和水穩(wěn)定性能差異。因此，本文推薦采用熔融后的DCLR與基質瀝青混合制備改性瀝青及混合料方法。