煤直接液化殘渣改性瀝青混合料路用性能試驗

蘇青松 劉長偉 鄭琪 李峰 許斌 李懷建

（1.云南省公路工程監理咨詢有限公司，云南 昆明 650021；2.貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550081；3.河北工程技術學院，河北 石家莊 050020；4.中路高科（北京）公路技術有限公司，北京 101102）

一、引言

煤液化技術是指煤在氫氣和催化劑作用下，經過高溫高壓，通過加氫裂化或催化劑作用將合成氣轉變為液體燃料的過程。近年來，煤液化技術已在工業中有諸多應用[2]。煤在直接液化過程中經固液分離（減壓蒸餾）出液態油后的殘留物，被稱為煤直接液化殘渣（DCLR），約占原煤質量的30%[3]，如處置不當，會對生態環境造成嚴重破壞。由于DCLR成分與瀝青相似[4]，許多研究人員秉持可持續發展理念，將DCLR市場擴展到瀝青行業。

Yang等人[5]通過比較DCLR對不同基礎瀝青的影響得出，DCLR性能取決于DCLR所占百分比和所用基質瀝青的類型。Wang等人通過試驗結果表明，在基質瀝青中添加DCLR會提高其軟化點，從而降低延展性[6]。張德潤等人[7]的試驗結果表明，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]認為在基質瀝青中添加10%的DCLR，可顯著提高其高溫性能等級，同時保持其低溫性能等級不變或不出現明顯降低。

本文采用DCLR作為改性劑與基質瀝青發生混合反應，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用可行性。

二、原材料制備

（一）性能研究

本文采用70#基質瀝青制備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，性能試驗結果如表5所示。

表1 DCLR基本性能

表2 70#基質瀝青基本性能

表3 粗集料基本性能

表4 細集料基本性能

表5 礦粉基本性能

（二）制備流程

本文分別將DCLR和70#基質瀝青置入160℃的烘箱中加熱至熔融狀態，然后將熔融的DCLR按10%的摻量與熔融的基質瀝青進行混合，并在160℃溫度下采用剪切裝置低速剪切DCLR和基質瀝青混合物約1小時，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規程》（JTG E20-2011），分別對兩者進行60℃高溫車轍試驗，試驗結果如表7所示。

表7 瀝青混合料車轍試驗結果

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

（二）水穩定性能

本文分別采用表6所示的AC-13配合比和DCLR改性瀝青、基質瀝青成型馬歇爾試件，試件成型時兩側均采用擊實75次；參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）分別進行標準馬歇爾穩定度試驗和浸水馬歇爾穩定度試驗，試驗結果如表8所示。

表8 瀝青混合料馬歇爾試驗結果

從上表可以看出，與基質瀝青混合料相比，DCLR改性瀝青混合料經標準馬歇爾試驗所得到的穩定度值提高了38.12%；同時，DCLR改性瀝青混合料的浸水馬歇爾穩定度也得到大幅提高，即提高了80.15%。由此表明與標準馬歇爾試驗相比，DCLR改性劑對瀝青混合料浸水穩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定性能。

（三）中低溫斷裂性能

本文分別采用表6所示的AC-13配合比和DCLR改性瀝青、基質瀝青成型旋轉壓實試件，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試驗機上采用50mm/min的速率測試試件強度，試驗結果如表9所示。

表9 瀝青混合料半圓彎曲試驗結果

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

四、結論

本文通過試驗在基質瀝青中加入10%的DCLR改性劑，制備DCLR改性瀝青混合料和基質瀝青混合料，得到以下結論：

DCLR改性劑可大幅度提高瀝青混合料的高溫穩定性能，相比于基質瀝青混合料，混合料車轍動穩定度提高約38.45%；

DCLR改性劑可提高瀝青混合料的標準穩定度和浸水穩定度值，其中，DCLR改性劑對浸水馬歇爾穩定度提升效果最佳，相比于基質瀝青，DCLR改性瀝青混合料的浸水馬歇爾穩定度提高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定性能；

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