煤基复合改性沥青制备工艺分析

于丽韬 余昕洁 许斌 岳晋辉

（1.石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北 石家庄 050021；2.中路高科（北京）公路技术有限公司，北京 100088 ；3.河北科技大学，河北 石家庄 050018）

0 引言

目前煤制油技术分为煤直接液化和煤间接液化两类。煤直接液化技术转化利用效率高且成本低[1]，但会产生大量的煤直接液化残渣（DCLR）[2-3]，若不处理，会对环境造成污染。国内学者研究发现将DCLR开发成道路改性剂可降低公路建设成本。研究表明，DCLR改性沥青的高温抗变形能力远超基质沥青，DCLR加入可提高改性沥青的黏附性及水稳定性。但直接用于铺筑路面会影响道路安全，因为DCLR的加入会对沥青的低温性能产生较大影响。

煤基复合改性沥青（DCLR）是一种新型的改性沥青材料，具有较好的改性效果和环保性能。本文研究了DCLR改性沥青的制备工艺对沥青性能的影响。通过系统研究不同制备工艺对沥青性能的影响，最终确定了最佳制备工艺，以提升其各项性能。

1 原材料

1.1 样品沥青制备

本文选用的是厦门华特生产的SK-90基质沥青，为了保证基质沥青的质量，笔者对该沥青各性能指标进行检测，试验结果如表1所示。

表1 SK-90 基本性能

1.2 DCLR

DCLR由陕西神华集团提供，外观呈块状，为使其具有更好的改性效果，使用破碎机将其破碎成粉末状，并对其性能进行检测，检测结果如表2所示。

表2 DCLR 基本性能

2 煤基复合改性沥青制备工艺影响因素

改性沥青在制备时，不同的制备参数对于其性能会产生严重的影响，本文从剪切温度，DCLR粒径，DCLR的加入方式出发开展试验研究，最终得出DCLR改性沥青的最佳制备工艺。

2.1 剪切温度对改性沥青性能影响分析

为了探究单因素剪切温度对于DCLR改性沥青各性能指标的影响规律，控制其他影响因素不变，在剪切温度为150℃、160℃、170℃、180℃、190℃的条件下分别制备DCLR改性沥青，并检测其三大指标，试验结果如表3所示。

表3 不同剪切温度下DCLR 改性沥青试验结果表

分析数据：随着剪切温度的升高，DCLR改性沥青的针入度呈现不断减小的趋势。剪切温度低于180℃时，针入度下降由急到缓，而当剪切温度高于180℃后，变化幅度变陡，可能是因为此时的剪切温度较高，沥青在制备过程中发生老化，导致针入度减小。DCLR改性沥青软化点随着剪切温度的升高而增大，表明沥青的高温性能在不断地增强，此时沥青中的沥青质不断增多，沥青质可以使沥青在高温环境下还能保持较高的黏度，沥青稠度增强。DCLR改性沥青的延度随着剪切温度的升高延度不断减小，其低温性能严重下降。剪切温度范围在150℃～160℃时，DCLR含有的大量的沥青质使得沥青中胶体结构的平衡遭到破坏，延度指标变差，剪切温度大于180℃后，其延度急速减小，可能是由于沥青老化和沥青内部胶体结构平衡破坏双重作用导致的。

对于制备出的DCLR改性沥青的高低温性能进行综合评判，在后续制备时剪切温度确定为170℃。

2.2 不同DCLR粒径大小对改性沥青性能影响分析

为了探究不同DCLR粒径大小对改性沥青性能的影响规律，控制其他影响因素不变，分别制备不同粒径的大小的DCLR改性沥青，试验结果如表4所示。

表4 不同DCLR 粒径大小下DCLR 改性沥青试验结果表

分析数据可知：随着DCLR的粒径不断增大，沥青的针入度不断变大，沥青的软化点则不断减小，其低温性能出现不同程度的提升。当DCLR粒径增大，与沥青的比表面积较小，在外部剪切过程中，在沥青中不能得到较好的分散与溶解，对沥青的改性效果不明显，宏观表现为软化点较小，而针入度及延度较大。

为了制备出性能优异的改性沥青，本文在后续的制备过程中均使用粒径为0.3mm的DCLR。

2.3 不同DCLR的加入方式对改性沥青性能影响分析

采用不同的DCLR的加入方式对沥青的性能会造成一定的影响，本文研究了两种加入方式。方式一：将粉末状的DCLR直接加入沥青中剪切得到DCLR改性沥青，方式二：将DCLR加热呈熔融状态然后加入沥青中剪切得到DCLR改性沥青。试验结果如表5所示。

表5 不同DCLR 粒径大小的DCLR 改性沥青试验结果表

分析数据可知：方式二制备的DCLR改性沥青性能明显优于方式一。方式一将DCLR直接加入沥青中，虽然加入的DCLR粒径极小，在沥青中得到相对较好的溶解和分散，但是DCLR加入沥青中从固态变为熔融状态的过程中，DCLR小颗粒之间易出现聚集现象，从而影响分散效果。

3 制备工艺选定

通过分析确定本文DCLR制备工艺：先将基质沥青加热到135℃，选用粒径为0.3mm的DCLR,将其在190℃下加热呈现熔融状态，将呈现熔融状态的DCLR按照掺入比例加入沥青中，用高速剪切机进行剪切，剪切温度设置为170℃，剪切速率为5000r/min，剪切时间为50min，DCLR改性沥青即制备完成。

4 结束语

随着剪切温度升高，DCLR改性沥青的针入度下降。软化点随着剪切温度升高而增大，表明沥青高温性能提高。在150℃～160℃剪切温度范围内，延度指标变差。当剪切温度大于180℃时，延度急剧减小。因此，在后续制备时，剪切温度确定为170℃，以制备出性能优异的改性沥青。

DCLR粒径越大，沥青的针入度越大，软化点则越小，其低温性能有所提升。使用粒径为0.3mm的DCLR以制备出性能优异的改性沥青。

先将DCLR加热至熔融状态后沥青制备的DCLR改性沥青性能优于直接加入的，因为直接加入的DCLR易出现聚集现象，影响分散效果。