CN114479491A - 一种含煤液化沥青的高模量沥青及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及道路工程领域，具体涉及一种含煤液化沥青的高模量沥青及其制备方法与应用。本发明的高模量沥青含有质量比为(10：90)‑(35：65)的煤液化沥青和基质沥青，且煤液化沥青和基质沥青的总质量占高模量沥青质量的95％以上；其中，所述煤液化沥青的粒径为40‑80目；所述基质沥青的针入度为40‑80。本发明从资源节约和环境友好的角度出发，将煤液化沥青开发成高模量改性剂制备高模量沥青，其与道路石油沥青的相容性好，所制成的高模量沥青技术指标符合国家标准《硬质道路石油沥青》(GB/T 38075)的技术要求，可有效解决长大纵坡、平交路口、公交车站等特殊部位的车辙问题，延长道路使用寿命。

Description

一种含煤液化沥青的高模量沥青及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及道路工程领域，具体涉及一种含煤液化沥青的高模量沥青及其制备方法与应用。

背景技术

在沥青路面所有病害类型中，超过80％的病害都是由车辙变形而引起，这些车辙病害极大地影响了车辆运营的安全性，降低了路面服务水平和使用寿命，目前主要通过在沥青混合料中添加抗车辙剂来解决上述问题，但是市面上的抗车辙剂价格较高，而且其拌和困难，相容性也较差，在混合料中不容易分散。

煤直接液化技术是一种清洁高效煤制油技术，但除了料油之外，还会产生30％的煤液化沥青副产品。煤液化沥青由煤直接液化过程中未反应的煤有机体、中间产物、无机物质、催化剂及部分重质油组成，含有大量多环缩合芳烃、沥青烯等沥青类物质，研究表明沥青类物质与硬质天然岩沥青的化学组成和性能相近，芳香度高，碳含量高，容易聚合或交联的特点，可将煤液化沥青通过开发作为道路建筑材料。

现有技术中(如CN1827697A等)虽然也提到了将煤直接液化残渣作为道路沥青改性剂的应用，但其所提供的沥青在实际应用中仍然不能较好地避免车辙病害情况。而在与改善沥青的抗车辙性能相关的现有技术中，CN 108517127A提到了一种煤直接液化残渣硬质热沥青注浆材料及其制备方法，其以质量百分数计包括以下组分：46.5％～63.5％的基质沥青；25％～35％的煤直接液化残渣(DCLR)；6％～10％的芳烃油；4％～6％的SBS改性剂；1.5％～2.5％的羟乙基乙撑双硬脂酰胺。CN 109593371A提到了一种道路沥青改性剂和改性道路沥青及其制备方法以及沥青混合料，其中，该道路沥青改性剂包含煤直接液化沥青、聚合物和添加剂；所述添加剂包含硫化剂及硫化活性剂，所述硫化剂和硫化活性剂的重量比为1∶0.1-0.6。上述方案可一定程度上改善抗车辙性能，但均需要加入较多的添加剂，尤其添加剂SBS是现有路用成熟的改性剂产品，且价格高昂；羟乙基乙撑双硬脂酰胺也是温拌沥青材料成熟的添加剂产品，对沥青体系降粘有很大作用，二者均对沥青性能本身影响很大，且成本较高、制备难度较大，不易在大规模生产中进行推广应用。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种性能良好、价格低廉、工艺简单的高模量沥青及其制备方法与应用。

为了实现上述目的，本发明首先提供一种高模量沥青，其含有质量比为(10：90)-(35：65)的煤液化沥青和基质沥青，且煤液化沥青和基质沥青的总质量占高模量沥青质量的95％以上；

其中，所述煤液化沥青的粒径为40-80目；所述基质沥青的针入度为40-80。

本发明发现，在将煤液化沥青的粒径控制在上述范围内后，可以在少量添加或不添加其他添加剂(如SBS改性剂、聚合物等)的情况下，大掺量地与针入度为40-80的基质沥青混合，且具有较好的相容性，从而使其高温性能、抗车辙性能和耐久性能得到大幅改善。

作为优选，所述高模量沥青含有质量比为(15：85)-(35：65)的煤液化沥青和基质沥青。

作为优选，所述基质沥青为50#道路石油沥青或70#道路石油沥青。在选择50#道路石油沥青时，高温性能更优；在选择70#道路石油沥青时，低温性能更优；本领域人员可根据需求对其进行选用。

作为优选，所述煤液化沥青的粒径为60-80目。

更优选所述的煤液化沥青的灰分含量在25wt％以下，软化点为80-180℃，质量变化在0.1％以下。

进一步优选地，所述煤液化沥青的灰分含量在15％以下，软化点为160-180℃。

作为一种实施方案，在与所述基质沥青混合前，本领域人员可对所述的煤液化沥青进行预处理，将其粉碎为目数为40-80目(优选为60-80目)的煤液化沥青粉末。

作为优选，所述高模量沥青还含有添加剂，

所述添加剂为质量比为1：(0.05-0.1)的相容剂和稳定剂；以煤液化沥青和基质沥青的总质量为基准，所述添加剂的添加量为5％以下；

所述相容剂为橡胶油、芳烃油和环烷油中的一种或几种；所述的稳定剂为硫磺、一氯化硫中的一种或两种。

本发明还发现，在本发明中按上述方式加入添加剂后，可进一步提升煤液化沥青与基质沥青间的相容性，并使高模量沥青的稳定性得到进一步改善。

进一步优选地，以煤液化沥青和基质沥青的总质量为基准，所述相容剂的添加量为1.5-2.5％。

作为本发明的一种优选方案，所述的高模量沥青由如下组分组成：

煤液化沥青10-35份、基质沥青65-90份、相容剂1.5-2.5份，稳定剂0.1-0.2份。

本领域人员可依照常识对上述方案进行组合，得到本发明的较优实施例。

本发明进一步提供所述的高模量沥青的制备方法，其包括：将包含所述煤液化沥青和基质沥青在内的原料进行混合。

作为优选，所述的制备方法具体包括：

步骤一：将基质沥青加热至140-170℃，而后与相容剂混合，以得到第一沥青混合体系；

步骤二：将所述第一沥青混合体系升温至170-185℃后，缓慢加入煤液化沥青并进行混合，以得到第二沥青混合体系；

步骤三：在180-185℃向所述第二沥青混合体系中缓慢加入稳定剂并进行混合后，在170-180℃下发育1-2h。

作为优选，步骤一、二、三中的混合方式为在2000r/min以内搅拌。

一般沥青改性剂像SBS、SBR等均需要通过胶体磨或高速剪切机进行剪切，才能实现理想的分散程度，而在本发明中，即使在煤液化沥青掺量较大的情况下，仍只需低速搅拌的工艺即可促进分散混合。

更优选的，步骤一中的搅拌时间为15-30min。

更优选的，步骤二中的搅拌时间为20-40min。

更优选的，步骤三中的搅拌时间为10-20min。

进一步的，本发明还提供所述的高模量沥青或所述的制备方法制得的高模量沥青在公路铺筑中的应用。

作为优选，所述公路为长大纵坡、平交路口、公交车站或重载交通路段的公路。

基于上述技术方案，本发明的有益效果包括：

(1)本发明将煤液化沥青开发成高模量改性剂制备高模量沥青，其与道路石油沥青的相容性好，能加入到道路石油沥青中进行直接改性，使其高温性能得到大幅提升，并能提升路面的抗车辙性能和耐久性能，所制成的高模量沥青技术指标符合国家标准《硬质道路石油沥青》(GB/T 38075)的技术要求，可有效解决长大纵坡、平交路口、公交车站等特殊部位的车辙问题，延长道路使用寿命。

(2)本发明使用的煤液化沥青属于煤炭固废，价格低廉，附加值及性价比较高，工程造价降低，具有较高的社会经济效益。本发明的煤液化沥青掺量大，不仅使大量的煤炭固废得到有效的处理，实现了煤工业固体废弃物循环再利用，有效替代了部分道路石油沥青的使用，可与煤炭资源形成产业链，对煤炭资源的绿色应用、煤炭行业的可持续发展有着深远的影响。

(3)本发明提供的高模量沥青与目前市面上的抗车辙剂及其他添加剂相比，成分较为单一，全部来自于固废。同时，拌和工艺简单，且相容性好，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

为了便于比对效果，以下实施例中所使用的煤液化沥青均为同一批次的磨细的目数为60-80目的煤液化沥青粉末，且其灰分含量为13wt％，软化点为175℃，质量变化在0.1％以下。在实际实施时，只要煤液化沥青在本发明所限定的范围内，均可以获得本发明的技术效果。

为了便于比对效果，以下实施例及对比例中均采用70#道路石油沥青。在实际实施时，只要基质沥青在本发明所限定的范围内，均可以获得本发明的技术效果。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

实施例1

本实施例首先提供一种高模量沥青，由如下重量份组分组成：

基质沥青87份、煤液化沥青13份、芳烃油2份，硫磺0.1份。

本实施例进一步提供上述高模量沥青的制备方法，具体如下：

步骤一：将87份的70#道路石油沥青加热至150℃，将2份的芳烃油添加到沥青混合体系中，在2000r/min下搅拌20mim；

步骤二：升温至180℃，缓慢加入13份的煤液化沥青，在2000r/min下搅拌30min得到混合物；

步骤三：在180℃慢慢加入0.1份的硫磺，在2000r/min下搅拌15min，在温度为180℃的条件下发育1.5h即可。

实施例2

本实施例首先提供一种高模量沥青，由如下重量份组分组成：

基质沥青80份、煤液化沥青20份、芳烃油2份，硫磺0.2份。

本实施例进一步提供上述高模量沥青的制备方法，具体如下：

步骤一：将80份的70#道路石油沥青加热至150℃，将2份的芳烃油添加到沥青混合体系中，在2000r/min下搅拌20mim；

步骤二：升温至180℃，缓慢加入20份的煤液化沥青，在2000r/min下搅拌30min得到混合物；

步骤三：在180℃慢慢加入0.2份的硫磺，在2000r/min下搅拌15min，在温度为180℃的条件下发育1.5h即可。

实施例3

本实施例首先提供一种高模量沥青，由如下重量份组分组成：

基质沥青77份、煤液化沥青23份、芳烃油2份，硫磺0.2份。

本实施例进一步提供上述高模量沥青的制备方法，具体如下：

步骤一：将77份的70#道路石油沥青加热至150℃，将2份的芳烃油添加到沥青混合体系中，在2000r/min下搅拌20mim；

步骤二：升温至180℃，缓慢加入23份的煤液化沥青，在2000r/min下搅拌30min得到混合物；

步骤三：在180℃慢慢加入0.2份的硫磺，在2000r/min下搅拌15min，在温度为180℃的条件下发育1.5h即可。

实施例4

本实施例首先提供一种高模量沥青，由如下重量份组分组成：

基质沥青69份、煤液化沥青31份、芳烃油2份，硫磺0.1份。

本实施例进一步提供上述高模量沥青的制备方法，具体如下：

步骤一：将69份的70#道路石油沥青加热至150℃，将2份的芳烃油添加到沥青混合体系中，在2000r/min下搅拌20mim；

步骤二：升温至185℃，缓慢加入31份的煤液化沥青，在2000r/min下搅拌30min得到混合物；

步骤三：在185℃慢慢加入0.1份的硫磺，在2000r/min下搅拌15min，在温度为185℃的条件下发育1.5h即可。

对比例1

本对比例提供70#道路石油沥青作为对照组。

对比例2

本对比例提供一种沥青，其与实施例1的区别在于：所使用的煤液化沥青为目数为16-40目的煤液化沥青粉末。

对比例3

本对比例提供一种沥青，其与实施例1的区别在于：所使用的煤液化沥青为目数为200-230目的煤液化沥青粉末。

试验例

将实施例及对比例中所得高模量沥青进行常规性能测试，将对比例1的70#道路石油沥青进行常规性能测试，测试结果见表1。

检测指标定义及检测过程按照交通部行业标准《公路沥青路面施工技术规范JTGF40》执行。

表1

随着煤液化沥青掺量不断增大，高模量沥青针入度不断减小，软化点增大，低温延度变小，与对比例的基质沥青相比，实施例1-4针入度分别下降46.2％，60％，64.6％，75.4％，软化点分别增加16％，24.5％，26.6％，37.2％。

实施例2-3针入度和软化点及老化后技术指标均满足国标《硬质道路石油沥青》(GB/T 38075)中HA-25沥青标准，实施例4针入度和软化点及老化后技术指标均满足国标《硬质道路石油沥青》(GB/T 38075)中HA-15沥青标准。

可见，按本发明方法添加煤液化沥青后，可以显著提升道路石油沥青的高温性能，具有较好的抗车辙能力，同时煤液化沥青中杂原子较多，渗透性强，与集料的粘附性好，较70#道路石油沥青均提升了2个等级达到改性沥青的技术水平。

与实施例1比较，对比例2针入度大，软化点低，延度低，老化后指标相对差，对比例3针入度小，软化点大但仅相差0.5个值，延度及老化后指标较实施例1差。本发明粉碎的煤直接液化沥青的粒度分布相对比较适宜制备高模量沥青。

且经过计算，本产品来自于煤炭行业固废产品，价格低廉，具有极大的性价比优势。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种高模量沥青，其特征在于，其含有质量比为(10：90)-(35：65)的煤液化沥青和基质沥青，且煤液化沥青和基质沥青的总质量占高模量沥青质量的95％以上；

其中，所述煤液化沥青的粒径为40-80目；所述基质沥青的针入度为40-80。

2.根据权利要求1所述的高模量沥青，其特征在于，所述基质沥青为50#道路石油沥青或70#道路石油沥青。

3.根据权利要求1或2所述的高模量沥青，其特征在于，所述煤液化沥青的粒径为60-80目；

优选所述的煤液化沥青的灰分含量在25wt％以下，软化点为80-180℃，质量变化在0.1％以下。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的高模量沥青，其特征在于，其还含有添加剂，所述添加剂为质量比为1：(0.05-0.1)的相容剂和稳定剂；以煤液化沥青和基质沥青的总质量为基准，所述添加剂的添加量为5％以下；

所述相容剂为橡胶油、芳烃油和环烷油中的一种或几种；所述的稳定剂为硫磺、一氯化硫中的一种或两种。

5.根据权利要求4所述的高模量沥青，其特征在于，以煤液化沥青和基质沥青的总质量为基准，所述相容剂的添加量为1.5-2.5％。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的高模量沥青，其特征在于，其由如下组分组成：

煤液化沥青10-35份、基质沥青65-90份、相容剂1.5-2.5份，稳定剂0.1-0.2份。

7.权利要求1-6中任一项所述的高模量沥青的制备方法，其特征在于，其包括：将包含所述煤液化沥青和基质沥青在内的原料进行混合。

8.根据权利要求7所述的高模量沥青的制备方法，其特征在于，其具体包括：

步骤一：将基质沥青加热至140-170℃，而后与相容剂混合，以得到第一沥青混合体系；

步骤二：将所述第一沥青混合体系升温至170-185℃后，缓慢加入煤液化沥青并进行混合，以得到第二沥青混合体系；

步骤三：在180-185℃向所述第二沥青混合体系中缓慢加入稳定剂并进行混合后，在170℃-180℃下发育1-2h；

优选步骤一、二、三中的混合方式为在2000r/min以内搅拌；更优选步骤一中的搅拌时间为15-30min，步骤二中的搅拌时间为20-40min，步骤三中的搅拌时间为10-20min。

9.权利要求1-6中任一项所述的高模量沥青或权利要求7-8中任一项所述的制备方法制得的高模量沥青在公路铺筑中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述公路为长大纵坡、平交路口、公交车站或重载交通路段的公路。