煤直接液化残渣改性沥青混合料路用性能试验

苏青松 刘长伟 郑琪 李峰 许斌 李怀建

（1.云南省公路工程监理咨询有限公司，云南 昆明 650021；2.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司，贵州 贵阳 550081；3.河北工程技术学院，河北 石家庄 050020；4.中路高科（北京）公路技术有限公司，北京 101102）

一、引言

煤液化技术是指煤在氢气和催化剂作用下，经过高温高压，通过加氢裂化或催化剂作用将合成气转变为液体燃料的过程。近年来，煤液化技术已在工业中有诸多应用[2]。煤在直接液化过程中经固液分离（减压蒸馏）出液态油后的残留物，被称为煤直接液化残渣（DCLR），约占原煤质量的30%[3]，如处置不当，会对生态环境造成严重破坏。由于DCLR成分与沥青相似[4]，许多研究人员秉持可持续发展理念，将DCLR市场扩展到沥青行业。

Yang等人[5]通过比较DCLR对不同基础沥青的影响得出，DCLR性能取决于DCLR所占百分比和所用基质沥青的类型。Wang等人通过试验结果表明，在基质沥青中添加DCLR会提高其软化点，从而降低延展性[6]。张德润等人[7]的试验结果表明，DCLR改性剂可以溶解在沥青材料中，并且与沥青相容。Ji等人[8]认为在基质沥青中添加10%的DCLR，可显著提高其高温性能等级，同时保持其低温性能等级不变或不出现明显降低。

本文采用DCLR作为改性剂与基质沥青发生混合反应，制备DCLR改性沥青，并成型马歇尔试件，研究DCLR改性沥青混合料的性能及其工程应用可行性。

二、原材料制备

（一）性能研究

本文采用70#基质沥青制备DCLR改性沥青，原材料基本性能如表1和表2所示；粗集料和细集料均采用玄武岩，如表3和表4所示；混合料采用石灰石自制矿粉，性能试验结果如表5所示。

表1 DCLR基本性能

表2 70#基质沥青基本性能

表3 粗集料基本性能

表4 细集料基本性能

表5 矿粉基本性能

（二）制备流程

本文分别将DCLR和70#基质沥青置入160℃的烘箱中加热至熔融状态，然后将熔融的DCLR按10%的掺量与熔融的基质沥青进行混合，并在160℃温度下采用剪切装置低速剪切DCLR和基质沥青混合物约1小时，直至二者充分混合。

（三）配合比

本文所采用的AC-13沥青混合料配合比如表6所示。

表6 DCLR改性沥青混合料配合比

三、性能研究

（一）高温稳定性能

本文分别采用表6所示的AC-13配合比和DCLR改性沥青、基质沥青成型车辙试件，并参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011），分别对两者进行60℃高温车辙试验，试验结果如表7所示。

表7 沥青混合料车辙试验结果

由表7可以看出，DCLR改性沥青混合料和基质沥青混合料的车辙动稳定度均能满足技术要求，但DCLR改性沥青混合料的车辙动稳定度远高于基质沥青混合料。换言之，通过在基质沥青中加入10%的DCLR改性剂，可以将混合料的车辙动稳定度提高约38.45%。因此，DCLR改性沥青混合料具有较高的高温稳定性能。

（二）水稳定性能

本文分别采用表6所示的AC-13配合比和DCLR改性沥青、基质沥青成型马歇尔试件，试件成型时两侧均采用击实75次；参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）分别进行标准马歇尔稳定度试验和浸水马歇尔稳定度试验，试验结果如表8所示。

表8 沥青混合料马歇尔试验结果

从上表可以看出，与基质沥青混合料相比，DCLR改性沥青混合料经标准马歇尔试验所得到的稳定度值提高了38.12%；同时，DCLR改性沥青混合料的浸水马歇尔稳定度也得到大幅提高，即提高了80.15%。由此表明与标准马歇尔试验相比，DCLR改性剂对沥青混合料浸水稳定度的提升效果最佳，DCLR改性剂可以较大程度改善沥青混合料的水稳定性能。

（三）中低温断裂性能

本文分别采用表6所示的AC-13配合比和DCLR改性沥青、基质沥青成型旋转压实试件，试件高度180mm，直径150mm，切割成厚度为50mm且中间含有25mm缺口的半圆型试件，在UTM试验机上采用50mm/min的速率测试试件强度，试验结果如表9所示。

表9 沥青混合料半圆弯曲试验结果

由上表可以看出，DCLR改性沥青混合料的半圆弯曲强度值比基质沥青混合料提高了约93.85%，这说明采用DCLR改性剂对基质沥青进行改性处理可以大幅提高沥青混合料强度。

四、结论

本文通过试验在基质沥青中加入10%的DCLR改性剂，制备DCLR改性沥青混合料和基质沥青混合料，得到以下结论：

DCLR改性剂可大幅度提高沥青混合料的高温稳定性能，相比于基质沥青混合料，混合料车辙动稳定度提高约38.45%；

DCLR改性剂可提高沥青混合料的标准稳定度和浸水稳定度值，其中，DCLR改性剂对浸水马歇尔稳定度提升效果最佳，相比于基质沥青，DCLR改性沥青混合料的浸水马歇尔稳定度提高80.15%，说明DCLR改性剂可以较大程度上改善沥青混合料的水稳定性能；

采用DCLR改性后的混合料强度值比未改性前的沥青混合料强度提高了约93.85%，表明采用DCLR改性剂可以大幅度提高沥青混合料强度值。