煤直接液化殘?jiān)男詾r青混合料路用性能試驗(yàn)

蘇青松 劉長偉 鄭琪 李峰 許斌 李懷建

（1.云南省公路工程監(jiān)理咨詢有限公司，云南 昆明 650021；2.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081；3.河北工程技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050020；4.中路高科（北京）公路技術(shù)有限公司，北京 101102）

一、引言

煤液化技術(shù)是指煤在氫氣和催化劑作用下，經(jīng)過高溫高壓，通過加氫裂化或催化劑作用將合成氣轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w燃料的過程。近年來，煤液化技術(shù)已在工業(yè)中有諸多應(yīng)用[2]。煤在直接液化過程中經(jīng)固液分離（減壓蒸餾）出液態(tài)油后的殘留物，被稱為煤直接液化殘?jiān)―CLR），約占原煤質(zhì)量的30%[3]，如處置不當(dāng)，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。由于DCLR成分與瀝青相似[4]，許多研究人員秉持可持續(xù)發(fā)展理念，將DCLR市場(chǎng)擴(kuò)展到瀝青行業(yè)。

Yang等人[5]通過比較DCLR對(duì)不同基礎(chǔ)瀝青的影響得出，DCLR性能取決于DCLR所占百分比和所用基質(zhì)瀝青的類型。Wang等人通過試驗(yàn)結(jié)果表明，在基質(zhì)瀝青中添加DCLR會(huì)提高其軟化點(diǎn)，從而降低延展性[6]。張德潤等人[7]的試驗(yàn)結(jié)果表明，DCLR改性劑可以溶解在瀝青材料中，并且與瀝青相容。Ji等人[8]認(rèn)為在基質(zhì)瀝青中添加10%的DCLR，可顯著提高其高溫性能等級(jí)，同時(shí)保持其低溫性能等級(jí)不變或不出現(xiàn)明顯降低。

本文采用DCLR作為改性劑與基質(zhì)瀝青發(fā)生混合反應(yīng)，制備DCLR改性瀝青，并成型馬歇爾試件，研究DCLR改性瀝青混合料的性能及其工程應(yīng)用可行性。

二、原材料制備

（一）性能研究

本文采用70#基質(zhì)瀝青制備DCLR改性瀝青，原材料基本性能如表1和表2所示；粗集料和細(xì)集料均采用玄武巖，如表3和表4所示；混合料采用石灰石自制礦粉，性能試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表1 DCLR基本性能

表2 70#基質(zhì)瀝青基本性能

表3 粗集料基本性能

表4 細(xì)集料基本性能

表5 礦粉基本性能

（二）制備流程

本文分別將DCLR和70#基質(zhì)瀝青置入160℃的烘箱中加熱至熔融狀態(tài)，然后將熔融的DCLR按10%的摻量與熔融的基質(zhì)瀝青進(jìn)行混合，并在160℃溫度下采用剪切裝置低速剪切DCLR和基質(zhì)瀝青混合物約1小時(shí)，直至二者充分混合。

（三）配合比

本文所采用的AC-13瀝青混合料配合比如表6所示。

表6 DCLR改性瀝青混合料配合比

三、性能研究

（一）高溫穩(wěn)定性能

本文分別采用表6所示的AC-13配合比和DCLR改性瀝青、基質(zhì)瀝青成型車轍試件，并參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011），分別對(duì)兩者進(jìn)行60℃高溫車轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表7可以看出，DCLR改性瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料的車轍動(dòng)穩(wěn)定度均能滿足技術(shù)要求，但DCLR改性瀝青混合料的車轍動(dòng)穩(wěn)定度遠(yuǎn)高于基質(zhì)瀝青混合料。換言之，通過在基質(zhì)瀝青中加入10%的DCLR改性劑，可以將混合料的車轍動(dòng)穩(wěn)定度提高約38.45%。因此，DCLR改性瀝青混合料具有較高的高溫穩(wěn)定性能。

（二）水穩(wěn)定性能

本文分別采用表6所示的AC-13配合比和DCLR改性瀝青、基質(zhì)瀝青成型馬歇爾試件，試件成型時(shí)兩側(cè)均采用擊實(shí)75次；參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

從上表可以看出，與基質(zhì)瀝青混合料相比，DCLR改性瀝青混合料經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)所得到的穩(wěn)定度值提高了38.12%；同時(shí)，DCLR改性瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度也得到大幅提高，即提高了80.15%。由此表明與標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試驗(yàn)相比，DCLR改性劑對(duì)瀝青混合料浸水穩(wěn)定度的提升效果最佳，DCLR改性劑可以較大程度改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

（三）中低溫?cái)嗔研阅?/h3>

本文分別采用表6所示的AC-13配合比和DCLR改性瀝青、基質(zhì)瀝青成型旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件，試件高度180mm，直徑150mm，切割成厚度為50mm且中間含有25mm缺口的半圓型試件，在UTM試驗(yàn)機(jī)上采用50mm/min的速率測(cè)試試件強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 瀝青混合料半圓彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由上表可以看出，DCLR改性瀝青混合料的半圓彎曲強(qiáng)度值比基質(zhì)瀝青混合料提高了約93.85%，這說明采用DCLR改性劑對(duì)基質(zhì)瀝青進(jìn)行改性處理可以大幅提高瀝青混合料強(qiáng)度。

四、結(jié)論

本文通過試驗(yàn)在基質(zhì)瀝青中加入10%的DCLR改性劑，制備DCLR改性瀝青混合料和基質(zhì)瀝青混合料，得到以下結(jié)論：

DCLR改性劑可大幅度提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，相比于基質(zhì)瀝青混合料，混合料車轍動(dòng)穩(wěn)定度提高約38.45%；

DCLR改性劑可提高瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定度和浸水穩(wěn)定度值，其中，DCLR改性劑對(duì)浸水馬歇爾穩(wěn)定度提升效果最佳，相比于基質(zhì)瀝青，DCLR改性瀝青混合料的浸水馬歇爾穩(wěn)定度提高80.15%，說明DCLR改性劑可以較大程度上改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性能；

采用DCLR改性后的混合料強(qiáng)度值比未改性前的瀝青混合料強(qiáng)度提高了約93.85%，表明采用DCLR改性劑可以大幅度提高瀝青混合料強(qiáng)度值。