煤直接液化改性沥青性能试验
2023-04-07杨建刚苏青松刘元强许斌余昕洁
杨建刚 苏青松 刘元强 许斌 余昕洁
（1.云南和润泽工程建设有限公司，云南 昆明 650021；2.云南省公路工程监理咨询有限公司，云南 昆明 650021；3.中路高科（北京）公路技术有限公司，北京 101102）
目前，煤炭直接液化残渣（Direct Coal Liquefaction Residue，DCLR）是煤炭直接液化过程中所产生的主要副产品之一，占原煤总量的30%[1]。DCLR含有30%～50%的重油和沥青质材料[2-3]，有可能开发成沥青改性剂。然而，当前DCLR的主要用途为用作取暖燃料，这不仅造成严重的环境污染，也降低了其经济价值，浪费了宝贵资源。
研究人员很早就开始研究DCLR的性质和应用，包括其主要结构和热解特性[4]。何亮[5]采用ESSO70沥青和DCLR混合制备DCLR改性沥青，并认为DCLR的最佳含量为7%～21%。朱伟平[6]认为若DCLR的含量为5%时，DCLR改性沥青的性能符合技术标准。季节[7，8]认为掺加DCLR改性剂会提高沥青的高温性能，但DCLR的加入会降低其低温性能。可以看出，DCLR可以作为沥青改性剂来改善沥青粘合剂的高温性能，但可能会对低温性能产生负面影响。因此，研究DCLR改性沥青具有较高的工程价值。
一、试验材料性能研究
（一）原材料性能
本文采用SK-90号基质沥青分别制备DCLR改性沥青及SBS改性沥青，原材料性能如表1～表3所示。
表1 SK-90 号基质沥青性能试验结果
表2 DCLR 性能试验结果
表3 SBS 改性剂性能试验结果
（二）改性沥青制备
SBS改性沥青的制备方法为在SK-90沥青中加入3.7%的SBS改性剂。DCLR改性沥青的制备则为在SK-90沥青中加入10%的煤直接液化残渣改性剂。
二、沥青性能研究
重点对比SK-90沥青、SBS改性沥青及DCLR改性沥青的性能。
（一）基本性能研究
通过试验分析三种沥青的针入度、软化点及延度三大指标，试验结果如表4所示。
表4 三种沥青三大指标性能试验结果
由上表可以看出，SK-90沥青的针入度指标值最大，其次为SBS改性沥青，针入度指标值最小的为DCLR改性沥青。由于25℃针入度表征沥青材料的黏稠度，一般认为针入度高于30（0.1mm）时，其所制备的沥青混合料具有较高的抗开裂性能，这说明三种沥青均满足要求，但DCLR改性沥青已接近该评级的下限值。
软化点表示沥青材料的高温性能，三种沥青中高温性能的排序为：SBS改性沥青＞SK-90＞DCLR改性沥青，这说明SBS改性沥青的高温稳定性能较高，而SK-90沥青与DCLR改性沥青的高温稳定性能较为相似。
延度表示沥青材料的低温延展性能。三种沥青的延度值排序为：SBS改性沥青＞SK-90沥青＞DCLR改性沥青。其中，SBS改性沥青与SK-90沥青的低温延展性能较为接近，而DCLR改性沥青的低温延展性能较差，说明DCLR改性沥青混合料易发生低温开裂等病害，因此，需提升DCLR改性沥青的性能。
（二）抗老化性能研究
分析三种沥青薄膜烘箱试验（Thin Film Oven Test）后的质量损失、针入度比及延度指标，试验结果如表5所示。
表5 三种沥青性能试验结果
由上表可知，三种沥青在薄膜烘箱老化试验后的质量损失大致相同，而针对TFOT老化试验后的针入度比而言，DCLR改性沥青的针入度比最大，SK-90与SBS改性沥青的针入度比值大致相等，这说明DCLR改性沥青的抗老化性能略高于其他两种沥青。
在TFOT试验后的10℃延度试验中，由于三种沥青的初始延度值并不相同，故不可直接对比其数值大小，本文采用剩余延度百分比评价三种沥青的抗老化性能。SK-90、SBS改性沥青和DCLR改性沥青的剩余延度百分比分别为47.8%、53.66%和64.55%。可以看出，DCLR改性沥青的剩余延度百分比值最大，其次则为SBS改性沥青，剩余延度百分比值最小的则为SK-90沥青，一方面说明DCLR改性沥青的抗老化性能最佳，另一方面也说明了改性剂可以提高基质沥青的抗老化性能。
（三）黏度性能研究
通过布氏黏度试验测试三种沥青在135℃环境下的黏度，试验结果如表6所示。
表6 3 种沥青布氏黏度试验结果
由表6可知，3种沥青的布氏黏度的大小为：SBS改性沥青＞DCLR改性沥青＞SK-90沥青，这说明在SK-90沥青中加入改性剂后沥青的黏度得到大幅提高，其中SBS改性沥青的布氏黏度比SK-90的布氏黏度提高了41.27%，而DCLR改性沥青的布氏黏度比SK-90的布氏黏度提高了38.1%，说明SBS改性沥青与DCLR改性沥青均具有较高的黏度。
三、结语
本文研究了煤直接液化残渣（DLCR）对SK-90沥青材料改性处理后所得到的DLCR改性沥青的性能，并对比了SK-90沥青、SBS改性沥青的性能，认为DLCR改性沥青的高温性能较好，但低温抗开裂性能较差，需要提高；而DLCR改性沥青的抗老化性能则优于其他两种沥青，且DLCR改性沥青的布氏黏度与SBS改性沥青的布氏黏度值大致相同，说明DLCR改性沥青具有较高的黏度。
