一种煤直接液化残渣与石油沥青相容性的评价方法与流程

本发明属于建筑技术领域，涉及一种煤直接液化残渣与石油沥青相容性的评价方法。

背景技术：

煤直接液化残渣dclr(directcoalliquefactionresidue)是在煤直接液化工艺中产生的副产物约占原料煤总量30％，其是一种高灰、高硫、高炭和高发热量的物质，由沥青烯、前沥青烯、重质油和四氢呋喃不溶物4个组分组成，其中重质油和沥青烯类物质占30～50％

从70年代开始，人们就已着手研究dclr作为改性剂对沥青性能的影响。

王寨霞用不同种类的dclr不同比例混合，发现随着dclr改性剂掺量的增加，改性沥青的软化点逐渐升高，针入度和延度明显下降，发现在沥青中加入7％的dclr时，改性沥青的相关指标满足美国astmd5710-95标准中40-55针入度的级别。

朱伟平发现配混工艺、dclr用量、混合温度、掺加量都会影响改性沥青的性能。

何亮对不同dclr掺量下改性沥青的针入度、软化点和延度进行测试，结果表明，其性能接近5％sbs改性沥青。随着dclr掺量的增加，改性沥青的粘度均呈上升趋势。

张艳荣探讨改性温度、改性时间、dclr掺量和掺加方式等因素对改性沥青性能的影响，发现当dclr掺量为5％时，可以满足50号沥青的标准。

季节对dclr与沥青共混物的性能进行了研究，发现dclr对沥青的高温性能有很好的改善作用。

在dclr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，但是将dclr直接作为改性剂添加到石油沥青中会使得改性沥青的低温性能急剧下降。目前人们对dclr的研究还停留在对沥青的改性作用上，没有提出一种用于评价dclr与石油沥青相容性的方法。因此，有必要研究并提出一种dclr与石油沥青相容性的评价方法。

在改性剂与石油沥青相容性评价方法方面，郝培文利用热储存稳定性试验，研究了sbs与基质沥青的相容性。结果发现，线型sbs优于星型sbs，当sbs剂量超过3％时离析程度明显增大。

冯新军对sbs与聚合物的配伍性做了研究，发现就改性效果而言，星型sbs不一定优于线型sbs，但线型sbs具有更好的相容性。

肖云认为sbs改性沥青的性能与sbs在沥青中的分散状态密切相关，而共混工艺条件是影响改性剂在沥青中分散状态的重要因素。

郑绍军对胶粉沥青的流变性质及其相容/共混特点做了研究，发现胶粉在10％以下的掺量下，胶粉与沥青可以做到整体相容，但是过高的胶粉掺量则只能使胶粉颗粒分散于基质沥青中，并形成一定的空间结构，从而改善沥青的弹性能力。

由上可知，目前在改性剂与石油沥青相容性方面，主要是利用sbs改性沥青或橡胶粉改性沥青的改性效果进行sbs或橡胶粉与石油沥青相容性的评价，没有合适、合理的直接进行dclr与石油沥青的相容性评价方法。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种dclr与石油沥青相容性的评价方法，该方法简单、容易操作、耗能低、成本低、利于环保。

本发明提供了如下的技术方案：

一种煤直接液化残渣与石油沥青相容性的评价方法，包括如下步骤：

步骤一：在石油沥青中加入一定掺量的dclr，制备dclr与石油沥青的共混物；

步骤二：通过动态剪切流变仪dsr对石油沥青及dclr与石油沥青的共混物进行动态剪切流变dsr试验；

步骤三：根据动态剪切流变dsr试验结果计算复数黏度的实部η’及虚部η”，并作cole-cole图(η’～η”关系图)；

步骤四：根据cole-cole图，计算其纵、横短轴比的变化率；

步骤五：根据dclr与石油沥青共混物的cole-cole图中纵、横短轴比的变化率，评价dclr与石油沥青的相容性。

其中，dsr试验，即动态剪切流变试验，测试石油沥青的动态剪切模量和相位角，用于测定石油沥青的线性黏弹性质。利用dsr试验可对石油沥青进行温度扫描和频率扫描试验，本发明利用dsr中的频率扫描试验测试石油沥青及dclr与石油沥青共混物的η”和η’值，通过η”值和η’值作cole-cole图，利用cole-cole图中纵、横短轴比的变化率来评价dclr与石油沥青之间的相容性。

本发明首先测试dclr、石油沥青的各项性能指标，并在石油沥青中加入一定掺量的dclr，制备dclr与石油沥青的共混物；第二，采用ar1500ex型动态剪切流变仪对石油沥青及dclr与石油沥青共混物进行频率扫描试验，得到石油沥青及dclr与石油沥青共混物的η”和η’值，以η”值(η”＝g’/ω)为纵坐标，以η’值(η’＝g”/ω)为横坐标作图，得到石油沥青及dclr与石油沥青共混物的cole-cole图；第三，根据石油沥青及dclr与石油沥青共混物的cole-cole图，计算其纵、横短轴比的变化率；最后，根据dclr与石油沥青共混物的cole-cole图中纵、横短轴比的变化率，评价dclr与石油沥青的相容性。

根据高分子共混物的两相体系的热力学相容性原理，如果高分子共混物的cole-cole图关系曲线为一半圆弧，则说明共混物具有良好的相容性；对于不相容共混体系，其曲线图会形成偏离半圆弧的特点，标记为相分离现象。dclr作为改性剂，通过高速剪切后加入到石油沥青中，与石油沥青形成共混物，如果这种共混物是一种相容共混体系，即dclr如果能以分子状态的分散相均匀地分散在石油沥青中，就可以全面提升石油沥青的性能。因而，dclr与石油沥青的相容性是保证dclr改性沥青性能的重要前提之一，而评价dclr与石油沥青的相容性方法更是保证dclr改性沥青性能的重中之重，这直接关系到dclr对石油沥青的改性效果。

本发明弥补了dclr与石油沥青相容性评价方法的空白，对今后dclr改性沥青的研究具有重要的指导意义。

上述方案中优选的是，在步骤一之前，还包括测试dclr、石油沥青的性能指标。

上述任一方案中优选的是，所述石油沥青的性能指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)中有关道路用石油沥青的技术规定。

上述任一方案中优选的是，步骤一中，dclr以8％的掺量加入至石油沥青中，制备dclr与石油沥青的共混物。

上述任一方案中优选的是，所述8％为dclr与石油沥青质量比。

上述任一方案中优选的是，步骤一中，dclr与石油沥青共混物的制备工艺为剪切温度160℃、剪切时间90min、剪切速率4000r/min。

上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述动态剪切流变dsr试验为频率扫描试验。

上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述频率扫描试验的频率范围为0.05～500rad/s。

上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述频率扫描试验的频率扫描温度为60℃。

上述任一方案中优选的是，步骤二中，所述频率扫描试验的振动应力为100pa。

上述任一方案中优选的是，步骤三中，测试石油沥青及dclr与石油沥青共混物的损耗模量g”与ω值并计算η’值(η’＝g”/ω)。

上述任一方案中优选的是，步骤三中，测试石油沥青及dclr与石油沥青共混物的储能模量g’与ω值并计算η”值(η”＝g’/ω)。

上述任一方案中优选的是，步骤三中，根据石油沥青及dclr与石油沥青共混物的η’及η”值，作cole-cole图。

上述任一方案中优选的是，步骤四中，计算石油沥青及dclr与石油沥青共混物的cole-cole图中的纵横短轴比

上述任一方案中优选的是，根据石油沥青及dclr与石油沥青共混物的cole-cole图中的纵、横短轴比，计算石油沥青与dclr与石油沥青共混物的纵横短轴比的变化率

上述任一方案中优选的是，步骤五中，根据石油沥青及dclr与石油沥青共混物的cole-cole图中的纵、横短轴比的变化率评价dclr与石油沥青的相容性。

上述任一方案中优选的是，当纵、横短轴比的变化率小于20％时，则认为dclr与石油沥青相容性较好。

本发明含有一种dclr与石油沥青相容性的评价方法，对制备dclr改性沥青、保证dclr改性沥青性能至关重要，同时，通过本发明的实施对二次合理开发dclr为沥青改性剂具有重要意义，因此，本发明的相容性评价方法是一种经济实用方法，且该方法简单、容易操作、耗能低、成本低、利于环保。

附图说明

图1是本发明一种煤直接液化残渣与石油沥青相容性的评价方法的一优选实施例中石油沥青的cole-cole图；

图2是图1所示优选实施例中石油沥青及石油沥青与dclr共混物的cole-cole图。

具体实施方式

为了进一步了解本发明的技术特征，下面结合具体实施例对本发明进行详细地阐述。实施例只对本发明具有示例性的作用，而不具有任何限制性的作用，本领域的技术人员在本发明的基础上做出的任何非实质性的修改，都应属于本发明的保护范围。

实施例1：

石油沥青采用中国石油天然气集团公司生产的70号石油沥青(zsy-70)和韩国生产的90号石油沥青(sk-90)，dclr来自内蒙古神华集团。

1)测试dclr、zsy-70、sk-90的性能。

dclr、zsy-70、sk-90的性能分别见表1～3。

表1dclr的性能

表2zsy-70沥青的性能

表3sk-90沥青的性能

zsy-70及sk-90石油沥青的技术指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)中有关道路用石油沥青的技术标准。

2)分别制备dclr与zsy-70、sk-90的共混物。

dclr以8％(dclr与石油沥青质量比)掺量分别加入至zsy-70、sk-90中，采用高速剪切仪使其混合均匀。制备工艺采用剪切温度160℃、剪切时间90min、剪切速率4000r/min。根据《公路沥青路面施工技术规范》(jtgf40-2004)聚合物改性沥青的技术要求，将两种混合物进行聚合物改性沥青离析试验(试验方法t0661-2011)，试验结果见表4。

表4dclr与石油沥青混合物的离析试验结果

3)分别对zsy-70、sk-90以及dclr与zsy-70共混物、dclr与sk-90共混物进行dsr动态剪切流变试验。

将zsy-70、sk-90及以及dclr与zsy-70共混物、dclr与sk-90共混物进行dsr动态剪切流变试验，频率扫描温度为60℃、频率0.05～500r/s、振动应力100pa，测试其的η’和η”值。

4)zsy-70、sk-90以及dclr与zsy-70共混物、dclr与sk-90共混物的cole-cole图。

以zsy-70、sk-90以及dclr与zsy-70共混物、dclr与sk-90共混物测试得到的η”值(η”＝g’/ω)为纵坐标，以η’值(η’＝g”/ω)为横坐标作图，分别得到其的cole-cole图，见图1～2。图1中从上向下依次表示zsy-70和sk90。图2中从上向下依次表示zsy共混物、zsy-70、sk-90和sk共混物。

由图1～2及表4可以看出：

(1)与石油沥青相比，dclr与石油沥青共混物的实部η’和虚部η”值都明显增大。加入dclr后，石油沥青与dclr共混物的cole-cole关系曲线形状不再接近半圆弧，仅为1/4圆弧状。

(2)计算石油沥青与dclr共混物的cole-cole图中纵、横短轴比的变化率，由图2可以计算出dclr与zsy-70共混物的纵、横短轴比变化率为28％，dclr与sk-90共混物的纵、横短轴比变化率为12％。

(3)当cole-cole图中纵、横短轴比的变化率小于20％，则认为dclr与石油沥青相容性较好，从计算结果可知，dclr与zsy-70的相容性相对较差(cole-cole图中纵、横短轴比变化率为28％，大于20％)，而dclr与sk-90的相容性较好(cole-cole图中纵、横短轴比变化率为12％，小于20％)。

(4)zsy-70共混物与sk-90共混物的热储存稳定性均满足标准，且离析软化点差相差不大。可见，与离析软化点差相比，cole-cole图对dclr与石油沥青的相容性更为敏感。