煤基復合改性瀝青制備工藝分析

于麗韜 余昕潔 許斌 岳晉輝

（1.石家莊市公路橋梁建設集團有限公司，河北 石家莊 050021；2.中路高科（北京）公路技術有限公司，北京 100088 ；3.河北科技大學，河北 石家莊 050018）

0 引言

目前煤制油技術分為煤直接液化和煤間接液化兩類。煤直接液化技術轉化利用效率高且成本低[1]，但會產生大量的煤直接液化殘渣（DCLR）[2-3]，若不處理，會對環境造成污染。國內學者研究發現將DCLR開發成道路改性劑可降低公路建設成本。研究表明，DCLR改性瀝青的高溫抗變形能力遠超基質瀝青，DCLR加入可提高改性瀝青的黏附性及水穩定性。但直接用于鋪筑路面會影響道路安全，因為DCLR的加入會對瀝青的低溫性能產生較大影響。

煤基復合改性瀝青（DCLR）是一種新型的改性瀝青材料，具有較好的改性效果和環保性能。本文研究了DCLR改性瀝青的制備工藝對瀝青性能的影響。通過系統研究不同制備工藝對瀝青性能的影響，最終確定了最佳制備工藝，以提升其各項性能。

1 原材料

1.1 樣品瀝青制備

本文選用的是廈門華特生產的SK-90基質瀝青，為了保證基質瀝青的質量，筆者對該瀝青各性能指標進行檢測，試驗結果如表1所示。

表1 SK-90 基本性能

1.2 DCLR

DCLR由陜西神華集團提供，外觀呈塊狀，為使其具有更好的改性效果，使用破碎機將其破碎成粉末狀，并對其性能進行檢測，檢測結果如表2所示。

表2 DCLR 基本性能

2 煤基復合改性瀝青制備工藝影響因素

改性瀝青在制備時，不同的制備參數對于其性能會產生嚴重的影響，本文從剪切溫度，DCLR粒徑，DCLR的加入方式出發開展試驗研究，最終得出DCLR改性瀝青的最佳制備工藝。

2.1 剪切溫度對改性瀝青性能影響分析

為了探究單因素剪切溫度對于DCLR改性瀝青各性能指標的影響規律，控制其他影響因素不變，在剪切溫度為150℃、160℃、170℃、180℃、190℃的條件下分別制備DCLR改性瀝青，并檢測其三大指標，試驗結果如表3所示。

表3 不同剪切溫度下DCLR 改性瀝青試驗結果表

分析數據：隨著剪切溫度的升高，DCLR改性瀝青的針入度呈現不斷減小的趨勢。剪切溫度低于180℃時，針入度下降由急到緩，而當剪切溫度高于180℃后，變化幅度變陡，可能是因為此時的剪切溫度較高，瀝青在制備過程中發生老化，導致針入度減小。DCLR改性瀝青軟化點隨著剪切溫度的升高而增大，表明瀝青的高溫性能在不斷地增強，此時瀝青中的瀝青質不斷增多，瀝青質可以使瀝青在高溫環境下還能保持較高的黏度，瀝青稠度增強。DCLR改性瀝青的延度隨著剪切溫度的升高延度不斷減小，其低溫性能嚴重下降。剪切溫度范圍在150℃～160℃時，DCLR含有的大量的瀝青質使得瀝青中膠體結構的平衡遭到破壞，延度指標變差，剪切溫度大于180℃后，其延度急速減小，可能是由于瀝青老化和瀝青內部膠體結構平衡破壞雙重作用導致的。

對于制備出的DCLR改性瀝青的高低溫性能進行綜合評判，在后續制備時剪切溫度確定為170℃。

2.2 不同DCLR粒徑大小對改性瀝青性能影響分析

為了探究不同DCLR粒徑大小對改性瀝青性能的影響規律，控制其他影響因素不變，分別制備不同粒徑的大小的DCLR改性瀝青，試驗結果如表4所示。

表4 不同DCLR 粒徑大小下DCLR 改性瀝青試驗結果表

分析數據可知：隨著DCLR的粒徑不斷增大，瀝青的針入度不斷變大，瀝青的軟化點則不斷減小，其低溫性能出現不同程度的提升。當DCLR粒徑增大，與瀝青的比表面積較小，在外部剪切過程中，在瀝青中不能得到較好的分散與溶解，對瀝青的改性效果不明顯，宏觀表現為軟化點較小，而針入度及延度較大。

為了制備出性能優異的改性瀝青，本文在后續的制備過程中均使用粒徑為0.3mm的DCLR。

2.3 不同DCLR的加入方式對改性瀝青性能影響分析

采用不同的DCLR的加入方式對瀝青的性能會造成一定的影響，本文研究了兩種加入方式。方式一：將粉末狀的DCLR直接加入瀝青中剪切得到DCLR改性瀝青，方式二：將DCLR加熱呈熔融狀態然后加入瀝青中剪切得到DCLR改性瀝青。試驗結果如表5所示。

表5 不同DCLR 粒徑大小的DCLR 改性瀝青試驗結果表

分析數據可知：方式二制備的DCLR改性瀝青性能明顯優于方式一。方式一將DCLR直接加入瀝青中，雖然加入的DCLR粒徑極小，在瀝青中得到相對較好的溶解和分散，但是DCLR加入瀝青中從固態變為熔融狀態的過程中，DCLR小顆粒之間易出現聚集現象，從而影響分散效果。

3 制備工藝選定

通過分析確定本文DCLR制備工藝：先將基質瀝青加熱到135℃，選用粒徑為0.3mm的DCLR,將其在190℃下加熱呈現熔融狀態，將呈現熔融狀態的DCLR按照摻入比例加入瀝青中，用高速剪切機進行剪切，剪切溫度設置為170℃，剪切速率為5000r/min，剪切時間為50min，DCLR改性瀝青即制備完成。

4 結束語

隨著剪切溫度升高，DCLR改性瀝青的針入度下降。軟化點隨著剪切溫度升高而增大，表明瀝青高溫性能提高。在150℃～160℃剪切溫度范圍內，延度指標變差。當剪切溫度大于180℃時，延度急劇減小。因此，在后續制備時，剪切溫度確定為170℃，以制備出性能優異的改性瀝青。

DCLR粒徑越大，瀝青的針入度越大，軟化點則越小，其低溫性能有所提升。使用粒徑為0.3mm的DCLR以制備出性能優異的改性瀝青。

先將DCLR加熱至熔融狀態后瀝青制備的DCLR改性瀝青性能優于直接加入的，因為直接加入的DCLR易出現聚集現象，影響分散效果。