煤直接液化改性瀝青性能試驗

楊建剛 蘇青松 劉元強 許斌 余昕潔

（1.云南和潤澤工程建設有限公司，云南 昆明 650021；2.云南省公路工程監理咨詢有限公司，云南 昆明 650021；3.中路高科（北京）公路技術有限公司，北京 101102）

目前，煤炭直接液化殘渣（Direct Coal Liquefaction Residue，DCLR）是煤炭直接液化過程中所產生的主要副產品之一，占原煤總量的30%[1]。DCLR含有30%～50%的重油和瀝青質材料[2-3]，有可能開發成瀝青改性劑。然而，當前DCLR的主要用途為用作取暖燃料，這不僅造成嚴重的環境污染，也降低了其經濟價值，浪費了寶貴資源。

研究人員很早就開始研究DCLR的性質和應用，包括其主要結構和熱解特性[4]。何亮[5]采用ESSO70瀝青和DCLR混合制備DCLR改性瀝青，并認為DCLR的最佳含量為7%～21%。朱偉平[6]認為若DCLR的含量為5%時，DCLR改性瀝青的性能符合技術標準。季節[7，8]認為摻加DCLR改性劑會提高瀝青的高溫性能，但DCLR的加入會降低其低溫性能。可以看出，DCLR可以作為瀝青改性劑來改善瀝青粘合劑的高溫性能，但可能會對低溫性能產生負面影響。因此，研究DCLR改性瀝青具有較高的工程價值。

一、試驗材料性能研究

（一）原材料性能

本文采用SK-90號基質瀝青分別制備DCLR改性瀝青及SBS改性瀝青，原材料性能如表1～表3所示。

表1 SK-90 號基質瀝青性能試驗結果

表2 DCLR 性能試驗結果

表3 SBS 改性劑性能試驗結果

（二）改性瀝青制備

SBS改性瀝青的制備方法為在SK-90瀝青中加入3.7%的SBS改性劑。DCLR改性瀝青的制備則為在SK-90瀝青中加入10%的煤直接液化殘渣改性劑。

二、瀝青性能研究

重點對比SK-90瀝青、SBS改性瀝青及DCLR改性瀝青的性能。

（一）基本性能研究

通過試驗分析三種瀝青的針入度、軟化點及延度三大指標，試驗結果如表4所示。

表4 三種瀝青三大指標性能試驗結果

由上表可以看出，SK-90瀝青的針入度指標值最大，其次為SBS改性瀝青，針入度指標值最小的為DCLR改性瀝青。由于25℃針入度表征瀝青材料的黏稠度，一般認為針入度高于30（0.1mm）時，其所制備的瀝青混合料具有較高的抗開裂性能，這說明三種瀝青均滿足要求，但DCLR改性瀝青已接近該評級的下限值。

軟化點表示瀝青材料的高溫性能，三種瀝青中高溫性能的排序為：SBS改性瀝青＞SK-90＞DCLR改性瀝青，這說明SBS改性瀝青的高溫穩定性能較高，而SK-90瀝青與DCLR改性瀝青的高溫穩定性能較為相似。

延度表示瀝青材料的低溫延展性能。三種瀝青的延度值排序為：SBS改性瀝青＞SK-90瀝青＞DCLR改性瀝青。其中，SBS改性瀝青與SK-90瀝青的低溫延展性能較為接近，而DCLR改性瀝青的低溫延展性能較差，說明DCLR改性瀝青混合料易發生低溫開裂等病害，因此，需提升DCLR改性瀝青的性能。

（二）抗老化性能研究

分析三種瀝青薄膜烘箱試驗（Thin Film Oven Test）后的質量損失、針入度比及延度指標，試驗結果如表5所示。

表5 三種瀝青性能試驗結果

由上表可知，三種瀝青在薄膜烘箱老化試驗后的質量損失大致相同，而針對TFOT老化試驗后的針入度比而言，DCLR改性瀝青的針入度比最大，SK-90與SBS改性瀝青的針入度比值大致相等，這說明DCLR改性瀝青的抗老化性能略高于其他兩種瀝青。

在TFOT試驗后的10℃延度試驗中，由于三種瀝青的初始延度值并不相同，故不可直接對比其數值大小，本文采用剩余延度百分比評價三種瀝青的抗老化性能。SK-90、SBS改性瀝青和DCLR改性瀝青的剩余延度百分比分別為47.8%、53.66%和64.55%。可以看出，DCLR改性瀝青的剩余延度百分比值最大，其次則為SBS改性瀝青，剩余延度百分比值最小的則為SK-90瀝青，一方面說明DCLR改性瀝青的抗老化性能最佳，另一方面也說明了改性劑可以提高基質瀝青的抗老化性能。

（三）黏度性能研究

通過布氏黏度試驗測試三種瀝青在135℃環境下的黏度，試驗結果如表6所示。

表6 3 種瀝青布氏黏度試驗結果

由表6可知，3種瀝青的布氏黏度的大小為：SBS改性瀝青＞DCLR改性瀝青＞SK-90瀝青，這說明在SK-90瀝青中加入改性劑后瀝青的黏度得到大幅提高，其中SBS改性瀝青的布氏黏度比SK-90的布氏黏度提高了41.27%，而DCLR改性瀝青的布氏黏度比SK-90的布氏黏度提高了38.1%，說明SBS改性瀝青與DCLR改性瀝青均具有較高的黏度。

三、結語

本文研究了煤直接液化殘渣（DLCR）對SK-90瀝青材料改性處理后所得到的DLCR改性瀝青的性能，并對比了SK-90瀝青、SBS改性瀝青的性能，認為DLCR改性瀝青的高溫性能較好，但低溫抗開裂性能較差，需要提高；而DLCR改性瀝青的抗老化性能則優于其他兩種瀝青，且DLCR改性瀝青的布氏黏度與SBS改性瀝青的布氏黏度值大致相同，說明DLCR改性瀝青具有較高的黏度。