煤直接液化残渣改性沥青混合料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于道路建筑材料制备技术领域，具体涉及一种煤直接液化残渣改性沥青 混合料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 煤直接液化残渣（Direct Coal Liquefaction Residue，简称DCLR)是煤直接液化 过程中不可避免地产生的重质副产物，占原料煤总量的30%左右。我国每年都将产生大量 的煤直接液化残渣，仅神华集团每年就产生117. 6万吨。如此大量的煤直接液化残渣得不 到合理利用，往往直接作为垃圾处理，导致资源浪费，同时污染环境。
[0003] 自二十世纪七十年代初，人们就开始研究煤直接液化残渣作为改性剂对沥青性能 的影响。王寨霞等人研究了煤直接液化残渣对道路石油沥青的改性作用，发现了经过煤直 接液化残渣改性过的基质沥青可以满足针入度为50号沥青的标准，且随着煤直接液化残 渣添加量的增加，改性沥青的软化点逐渐升高，针入度和延度呈逐渐降低的趋势。朱伟平等 人用煤直接液化残渣作为沥青改性剂，研究了煤直接液化残渣的添加量、配混工艺和配混 温度对沥青性能的影响。何亮对不同添加量的煤直接液化残渣的改性沥青的针入度、软化 点和延度进行了测试，测试结果表明，其性能接近添加量为5% SBS的改性沥青，随着改性 剂添加量的增加，改性沥青的粘度均呈上升趋势。张艳荣研究了改性温度、改性时间、煤直 接液化残渣的添加量和添加方式等因素对改性沥青性能的影响，发现了当煤直接液化残渣 的添加量为5%时，即可满足50号沥青的标准。
[0004] 申请公布号为CN104788971A的发明专利公开了一种改善煤直接液化残渣改性沥 青低温性能的方法，其中在基质沥青中加入的煤直接液化残渣的最佳添加量为5. 0%，进而 制得煤直接液化残渣改性沥青，再通过添加其他改性剂改善其低温性能。虽然该发明专利 的煤直接液化残渣改性沥青的低温性能得到良好改善，但是在该煤直接液化残渣改性沥青 的基础上无法制备其混合料，由于煤直接液化残渣的添加量或煤直接液化残渣改性沥青的 添加量很难控制，且与其他物质的配比也很难调节，因此无法制备路用性能优良且均衡的 混合料。
[0005] 在煤直接液化残渣的再利用方面，人们普遍认为可将其二次开发成沥青的改性 剂、中间相沥青等。目前对煤直接液化残渣的研究还停留在其对沥青改性作用的研究上，未 涉及煤直接液化残渣改性沥青混合料的研究。因此，有必要开发一种煤直接液化残渣改性 沥青混合料及其制备方法，以提高煤直接液化残渣的附加值。
【发明内容】
[0006] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种煤直接液化残渣改性沥青混合 料，含有集料和矿粉，还含有煤直接液化残渣改性沥青，各组成原料占所述煤直接液化残渣 改性沥青混合料的重量百分比为，集料91-95 %，矿粉1. 5-4%，煤直接液化残渣改性沥青 3-5 % 〇
[0007] 本发明的煤直接液化残渣改性沥青混合料可以使煤直接液化残渣变废为宝，其路 用性能能够达到热拌沥青混合料的性能要求，且其高温性能甚至优于热拌沥青混合料，因 此具有明显的经济效益和社会效益。
[0008] 优选的是，各组成原料占所述煤直接液化残渣改性沥青混合料的重量百分比为， 集料91. 3 %，矿粉4 %，煤直接液化残渣改性沥青4. 7 %。
[0009] 在上述任一方案中优选的是，所述集料包括粗集料和细集料。
[0010] 在上述任一方案中优选的是，所述粗集料与细集料的质量配比为2. 0-2. 5:1。
[0011] 在上述任一方案中优选的是，所述粗集料包括玄武岩、辉绿岩和花岗岩中的一种 或几种。
[0012] 在上述任一方案中优选的是，所述细集料包括天然砂、机制砂和石肩中的一种或 几种。
[0013] 在上述任一方案中优选的是，所述矿粉包括石灰粉、消石灰和水泥中的一种或几 种。
[0014] 本发明还提供一种上述任一项所述的煤直接液化残渣改性沥青混合料的制备方 法，其按照先后顺序包括以下步骤：
[0015] 步骤一：测试煤直接液化残渣、基质沥青、集料和矿粉的各项性能；
[0016] 步骤二：制备煤直接液化残渣改性沥青；
[0017] 步骤三：将煤直接液化残渣改性沥青、集料和矿粉进行预处理；
[0018] 步骤四：将不同用量的煤直接液化残渣改性沥青与集料拌合，再加入矿粉拌合，制 备煤直接液化残渣改性沥青混合料；
[0019] 步骤五：测试煤直接液化残渣改性沥青混合料的各项性能，并进行综合评价，确定 煤直接液化残渣改性沥青的最佳用量；
[0020] 步骤六：将最佳用量的煤直接液化残渣改性沥青与集料拌合，再加入矿粉拌合，制 备煤直接液化残渣改性沥青混合料。
[0021] 本发明选用煤直接液化残渣作为沥青改性剂，在基质沥青中加入最佳添加量的煤 直接液化残渣，制备煤直接液化残渣改性沥青，然后再选取最佳用量的煤直接液化残渣改 性沥青，与集料和矿粉拌合，制备煤直接液化残渣改性沥青混合料。本发明的煤直接液化残 渣改性沥青混合料的性能优异、价格低廉，对提高煤直接液化残渣的附加值以及将其二次 合理开发成沥青混合料具有重要的社会效益和经济效益。
[0022] 优选的是，所述步骤二中，煤直接液化残渣改性沥青的制备方法，其按照先后顺序 包括以下步骤：
[0023] 步骤（1):在基质沥青中加入不同添加量的煤直接液化残渣，制备煤直接液化残 渣改性沥青；
[0024] 步骤（2):采用针入度分级评价体系和PG分级评价体系共同评价煤直接液化残渣 改性沥青的性能，确定煤直接液化残渣的最佳添加量；
[0025] 步骤（3):在基质沥青中加入最佳添加量的煤直接液化残渣，制备煤直接液化残 渣改性沥青。
[0026] 针入度分级评价体系，是根据沥青针入度的大小确定沥青所适应的气候条件和载 荷条件。针入度分级评价体系的主要指标有针入度、延度、软化点等，辅助指标有闪点、质量 损失、残留针入度比、残留延度等。其中，沥青的技术指标应满足《公路沥青路面施工技术规 范》（JTG F40-2004)中有关的技术规定。
[0027] PG分级评价体系，是根据沥青的路用性能进行分级，直接采用设计使用温度表示 适用范围，利用DSR试验和BBR试验确定沥青的性能。DSR试验，即动态剪切流变试验，用于 测定沥青的粘弹性。沥青作为粘弹性材料，它同时具有弹性材料的特性和粘性材料的特性， 这两种特性之间的关系被用来评价胶结料的抗永久变形能力和抗疲劳开裂能力。为了抗车 辙，胶结料需要坚硬和有弹性；为了抗疲劳开裂，胶结料需要柔软和有粘性。沥青的弹性与 粘性之间的平衡是非常重要的。BBR试验，即弯曲梁流变试验，用于测定沥青小梁试件在低 温蠕变载荷作用下的劲度。
[0028] 在上述任一方案中优选的是，所述煤直接液化残渣的最佳添加量为10%。
[0029] 在上述任一方案中优选的是，所述基质沥青的加热温度为110_130°C，所述煤直 接液化残渣的加热温度为170_190°C ;所述基质沥青与所述煤直接液化残渣的拌合温度为 150-160°C、拌合时间为l_2h。
[0030] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，煤直接液化残渣改性沥青的预热温 度为150-160°c、预热时间为2-3h。
[0031] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，集料的预热温度为155-185°c、预热 时间为4-5h。
[0032] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤三中，矿粉的预热温度为155_185°C、预热 时间为4-5h。
[0033] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤四中，煤直接液化残渣改性沥青与集料的 拌合温度为145-175°C、拌合时间为60-90s ;加入矿粉后的拌合温度为145-175°C、拌合时 间为 60-90s。
[0034] 在上述任一方案中优选的是，所述步骤六中，最佳用量的煤直接液化残渣改性 沥青与集料的拌合温度为145-175°C、拌合时间为60-90s ;加入矿粉后的拌合温度为 145-175°C、拌合时间为 60-90s。
[0035] 本发明的煤直接液化残渣改性沥青混合料的制备方法，其设计思路独特，工艺简 单，操作便捷，上述各组成原料的配比、各步骤中的参数及条件具有协同作用，通过各组成 原料的配比、各参数及条件的最优组合实现了煤直接液化残渣改性沥青混合料的制备，并 且其路用性能良好、均衡，具有重要的社会效益和经济效益。
【附图说明】
[0036] 图1为按照本发明的煤直接液化残渣改性沥青混合料及其制备方法的一优选实 施例的工艺流程图；
[0037] 图2为按照本发明的煤直接液化残渣改性沥青混合料及其制备方法的图1所示实 施例的煤直接液化残渣改性沥青用量与毛体积密度之间的关系图；
[0038] 图3为按照本发明的煤直接液化残渣改性沥青混合料及其制备方法的图1所示实 施例的煤直接液化残渣改性沥青用量与稳定度之间的关系图；
[0039] 图4为按照本发明的煤直接液化残