煤沥青的物理改性与性能研究

发布时间：2020-08-07 20:29

【摘要】：煤沥青是煤焦油蒸馏后的剩余物,和石油沥青相比,煤沥青与集料的粘附性能好,路面摩擦系数大,但也存在着热敏性高、延展性能差、安全性能低,尤其是耐老化性能差等缺陷,限制了其在道路建设中的应用。本文以插层高岭土及石油沥青改性煤沥青,详细研究了煤沥青改性后的老化性能,并通过红外光谱分析了老化机理。首先在超声条件下采用二甲基亚砜(DMSO)对高岭土进行插层处理,研究了高岭土插层后的结构及形态变化。结果表明,DMSO插入高岭土层间,削弱了层间铝羟基与硅氧键之间的氢键作用,层间距由0.716nm增至1.124nm,插层率达到98.57%。与煤沥青熔融复合后,高岭土发生层剥离,由原来堆叠的假六边形片层结构剥离为分散的薄片层。改性煤沥青的老化性能按照国标进行了测试,结果显示,高岭土掺量为6wt%时,老化后针入度比为50.4%,15℃延度达到最大值26.7cm,而未改性煤沥青针入度比仅为35.3%,延度为20.4cm,说明高岭土减弱了老化过程中的氧化作用。红外光谱进一步证实了高岭土的改性效果,和原煤沥青相比,改性煤沥青老化后羰基增幅降低了80.0%,亚砜降低了32.4%。高岭土可能以阻隔空气、延缓传输的方式减少并有效控制了老化反应,提高了煤沥青的抗老化性能。插层高岭土同时提高了煤沥青的热稳定性,650℃的失重率由原煤沥青的85.41%降为78.04%。为进一步提高煤沥青的路用性能,采用石油沥青与芳烃油改性煤沥青,针入度在加热时间为3h时达到最大值63.7 10-1mm,延度在加热温度为110℃时达到最大值115.3cm。随石油沥青用量的增加,煤沥青软化点逐渐下降,但针入度和延度呈上升趋势。老化之后,针入度比及延度呈抛物线变化,石油沥青用量为18wt%时均达到最大值,此时针入度比为56.1%,延度为29.4cm。继续与插层高岭土复合改性,煤沥青性能指标达到了70#石油道路沥青的标准。
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ522.65
【图文】：

形态图,胶体结构,形态,煤沥青

QI 是在焦化过程中形成的，包括煤中的灰分颗粒及炼焦煤热解和缩聚时形成碳氢化合物颗粒，大小一般在 0.5～30μm 之间，在蒸馏过程中转移到煤沥青 QI 是煤焦油蒸馏过程中由原生喹啉不溶物外的其他组分热聚合形成，其粒般在 8μm 以上。煤沥青中 α 树脂含量越高，其结焦值越高，一定量的 α 树高炭制品的强度及电极材料的导电性，对生坯在焙烧过程中的膨胀有一定限但是 α 树脂含量过高时，因为其对炭质骨料没有润湿和黏结能力，使沥青和动性及塑性显著降低，不利于炭制品的后期加工。.2 煤沥青的结构煤沥青和石油沥青一样，也是一种非常复杂的胶体分散体系[8]。在石油沥青所含油分、胶质、沥青质分布的不同，常将沥青分为凝胶型、凝胶-溶胶型、种胶体结构，各胶体结构的具体形态如图 1.2。在胶体体系中，沥青质和胶化作用，芳香分和饱和分构成油分，起着分散介质的作用，沥青质以胶团形散相存在，各胶体类型的组成特征如表 1.2[9]。

有序排列,高岭土,插层

图 2.2 DMSO 的有序排列结构Fig. 2.2 The ordered structure of DMSO C 为插层高岭土复合改性煤沥青的衍射结果，插层高岭土的(001)衍射峰衍射峰出现，说明高岭土已实现层剥离。这可能是由于 DMSO 显著增间距且降低了层间氢键作用，煤沥青分子据此进入高岭土层间，进而凭子体积促进高岭土实现层剥离。声时间对高岭土插层率的影响岭土插层改性的研究中，时间一直是影响插层率的重要因素。将高岭土MSO 混合后在 70℃条件下超声，随着超声时间的延长，插层率的变化100

高岭土,插层,形态结构

超声不仅可以使 DMSO 插入高岭土层间，同时也起到了剥离高岭土的作用。A—原高岭土 B—插层高岭土图2.5 高岭土插层前后的SEM形态结构Fig. 2.5 SEM morphology of raw kaolinite and intercalated kaoliniteA—原高岭土 B—剥离高岭土图 2.6 高岭土剥离前后的 TEM 形态结构

【参考文献】