【摘 要】
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煤直接液化残渣（Direct coal liquefaction residue,DCLR）是煤直接液化过程中产生的副产物,经研究发现,DCLR可以被用作道路石油沥青改性剂,提高沥青的高温性能。但是DCLR与道路石油沥青在结构以及性质上存在一定的差异,两者无法形成完全相容的均相体系,导致沥青的低温性能有所下降。本文使用增容剂与增塑剂对DCLR与道路石油沥青混合体系进行单一/复合增容,提升DCLR与
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煤直接液化残渣（Direct coal liquefaction residue,DCLR）是煤直接液化过程中产生的副产物,经研究发现,DCLR可以被用作道路石油沥青改性剂,提高沥青的高温性能。但是DCLR与道路石油沥青在结构以及性质上存在一定的差异,两者无法形成完全相容的均相体系,导致沥青的低温性能有所下降。本文使用增容剂与增塑剂对DCLR与道路石油沥青混合体系进行单一/复合增容,提升DCLR与道路石油沥青之间的相容性,改善沥青的低温性能。同时,结合DSC试验、离析软化点试验、扫描电镜试验和分子动力学方法对单一/复合增容方式下DCLR与道路石油沥青、DCLR与道路石油沥青四组分及道路石油沥青与DCLR三组分之间的相容性进行评价。首先,确定了单一/复合增容方式下DCLR改性沥青的制备工艺,将三种增容剂（芳烃油、苯甲醛、硅烷偶联剂）和三种增塑剂（DOM、DOP、WAR）两两组合制备了不同的DCLR复合改性沥青（DCLR composite modified asphalt,C-DCLR-A）并测试其性能,确定了最佳的增容剂与增塑剂组合为:苯甲醛+DOP。基于最佳组合以DCLR掺量、苯甲醛掺量及DOP掺量为影响因素,使用响应面试验设计法设计了三因素五水平试验,制备了不同的C-DCLR-A并测试其性能,通过方差分析,确定了C-DCLR-A中各成分最佳比例:DCLR掺量为11.5%,苯甲醛掺量为2.5%,DOP掺量为1.6%。其次,根据上述最佳组合及比例,在SK沥青（SK-A）的基础上分别制备了DCLR改性沥青（DCLR-A）、苯甲醛+DCLR改性沥青（B-DCLR-A）、DOP+DCLR改性沥青（D-DCLR-A）以及C-DCLR-A四种沥青,并使用玻璃化转变温度、离析软化点差值等指标以及扫描电镜图像分别对单一/复合增容方式下DCLR与道路石油沥青之间的相容性进行了评价。与未增容的情况对比,单一/复合增容方式下DCLR与道路石油沥青之间的相容性均有所提升,且复合增容方式的效果最佳,单一增容方式下苯甲醛的效果要优于DOP。第三,基于分子动力学方法构建了单一/复合增容方式下SK-A、DCLR及四种DCLR改性沥青的分子动力学模型,并模拟了单一/复合增容方式下DCLR改性沥青的玻璃化转变温度及DCLR与道路石油沥青之间的溶解度参数差值、相互作用能等指标。与未增容的情况对比,单一/复合增容方式下苯甲醛与DOP优先作用于道路石油沥青,提升了道路石油沥青的溶解度参数和非键接能、范德华势能、静电势能,进而降低了DCLR与道路石油沥青的溶解度参数差值以及相互作用能,增强了DCLR与道路石油沥青的相容性。此外,复合增容方式的效果最佳,单一增容方式下苯甲醛的效果要优于DOP。最后,基于分子动力学方法构建了单一/复合增容方式下SK-A、DCLR、SK-A四组分及DCLR三组分的分子动力学模型,并模拟了单一/复合增容方式下DCLR与道路石油沥青四组分及道路石油沥青与DCLR三组分之间的溶解度参数差值及相互作用能。与未增容的情况对比,单一/复合增容方式下苯甲醛与DOP优先作用于道路石油沥青及其四组分,提升了道路石油沥青及其组分的溶解度参数、非键接能、范德华势能及静电势能,降低了DCLR与道路石油沥青四组分及道路石油沥青与DCLR三组分之间的溶解度参数差值和相互作用能,改善了DCLR与道路石油沥青四组分及道路石油沥青与DCLR三组分之间的相容性。此外,单一/复合增容方式下DCLR与道路石油沥青四组分之间的相容性优劣排序均一致,即:芳香分＞胶质＞沥青质＞饱和分;而道路石油沥青与DCLR三组分之间的相容性优劣排序在增容前后并不一致,未增容时排序为:重油＞前沥青烯＞沥青烯,单一/复合增容时排序均为:沥青烯＞前沥青烯＞重油。
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