引 言
煤直接液化沥青( DCLA) 是煤直接液化过程的副产品，是一种高灰、高硫和高热值的物质，以前称为煤直接液化残渣或油灰渣，由约 50%的沥青类物质及约 50%的固体颗粒组成，固体颗粒物中包括超细磁铁矿类催化剂、超大分子有机物颗粒和煤中夹带的矿物质。沥青类物质主要由多环缩合芳烃组成，具有芳香度高，碳含量高，容易聚合和交联的特点，是一种宝贵而独特的碳资源。石油沥青和DCLA 中的沥青组分由结构极其复杂的高分子碳氢化合物及其非金属( 氧、碳、氮) 衍生物组成的大分子有机物，各部分的相互作用使沥青形成一个相对平衡的系统。石油沥青行业通常是以四组分( 饱和分、芳香分、胶质、沥青质) 方法表征沥青组成，利用正庚烷进行溶解，过滤后得到正庚烷不溶物，用甲苯溶解此不溶物得到沥青质，正庚烷可溶物在中性氧化铝吸附色谱柱上依次用正庚烷( 或石油醚) 、甲苯、甲苯－乙醇分别冲洗，对应得到饱和分、芳香分、胶质，这 4 种组分均是甲苯可溶物。其中胶质是分子质量仅次于沥青质的大分子多环芳烃。DCLA 和石油沥青中的沥青质均是由缩合芳环组成，分子中含有较多 N、O、S 元素的活性官能团。经 VPO( 蒸汽压法) 测试石油沥青中沥青质的分子质量为3 000 ～ 10 000 g /mol，H /C 原子比为 1. 1 ～ 1. 3; 石油沥青中的胶质组分分子质量为1 000 ～ 3 000 g /mol，H /C 原子比 1. 4 ～ 1. 5。DCLA 中甲苯不溶物－四氢呋喃可溶物的分子质量为2 443 g /mol，相当于石油沥青中的“胶质”组分。关于胶质( 又称树脂) 和沥青质目前国际上没有统一的分析方法和严格定义，本文参照石油沥青的四组分分析方法，将 DCLA甲苯可溶部分按照石油沥青四组分依次分类为饱和分、芳香分、胶质和沥青质，甲苯不溶物－四氢呋喃可溶部分称为“类胶质物”，四氢呋喃不溶物归为沥青质。
本文通过模拟改性沥青老化试验对 DCLA－改性沥青老化前后的组分和性能进行研究，建立其微观特性和宏观现象的联系，从 而 初 步 认 识DCLA－改性沥青老化机理，为提高 DCLA－改性沥青路面使用寿命及提高 DCLA 在改性沥青中的用量提供理论基础。
1 试 验
1. 1 试验材料
选取内蒙古鄂尔多斯神华煤制油有限公司生产的 DCLA、基质沥青 SK90、巴陵石化 SBS、泰安沥青稳定剂作为制备改性沥青的原料，SK90 和 SBS 的性质
1. 2 试样制备及测试
1. 2. 1 改性沥青制备工艺
改性沥青原料配。配 比将 SBS 与 DCLA 共 同 加 入 SK90 中，并 在 175 ～180 ℃ 加 热 搅 拌 30 min，用高速剪切研磨机在215 ℃高速搅拌，30 min 后降至 180 ℃ 加入稳定剂，搅拌 30 min 得到改性沥青。
1. 2. 2 老化试验
按照 T 0610—2011《沥青旋转薄膜加热试验》，将环形架 以 15 r /min 转 动，同 时 将 流 速( 4 000 ±200) mL /min 的热空气喷入转动的盛样瓶试样中，试样在 163 ℃下受热 75 min 后取出待测试。沥青 针 入 度、软 化 点 和 延 度 采 用 JTGE 20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》方法测定，上海昌吉SYD-2806G全自动
沥青软化点试验器,氧含量采用上海昌吉元素分析仪测定。
2.老化对 DCLA 改性沥青常规指标的影响
JTGF 40—2017《公路沥青路面施工技术规范》评价沥青抗老化性能指标为薄膜烘箱或旋转薄膜烘箱后即老化后沥青残留针入度比、残留延度和质量损失。由于 DCLA 制备的改性沥青中 SBS 添加量为4% ～ 6%，本文采用旋转薄膜烘箱试验来表征改性沥青的老化性能。
2. 1 残留质量变化
改性沥青老化过程中，一方面轻质油分的挥发造成质量减少，另一方面，沥青中活泼分子与空气中氧气发生化学反应，又使沥青增重。DCLA 单独老化试验发现 DCLA 中有机官能团与氧发生反应增重0. 13%。因此，改性沥青老化前后质量变化既有DCLA 和基质沥青增重又有轻组分挥发失重，DCLA－改性沥青老化前后质量变化均不大于 1%，符合 JTGF 40—2017 规定的 SBS 改性沥青老化后的质量变化不大于±1%的标准。
2. 2 残留软化点变化
改性沥青的软化点能反映改性沥青的黏度和温度敏感度，与改性沥青铺设路面的硬度有关，因此软化点可用于评价沥青的高温性能。考虑到不同沥青软化点初始值的差异，本文采用改性沥青软化点变化率来评价改性沥青的老化性能。软化点变化率定义为: 改性沥青老化前后软化点差值与改性沥青软化点的比值。软化点变化率越小，沥青的抗老化性能越好。由于 DCLA 制备的 SBS 改性沥青老化过程中包 括 SK90 老 化、SBS 老 化 及 DCLA 老 化，其中 SK90 的老化使得沥青硬化，软化点升高; DCLA在老化过程中，通过发生氧化反应，使分子质量变大，软化点升高。SBS 改性剂在老化过程中通常伴随着 降 解 反 应，造成粒径及分子质量减小，导致 SBS 改性沥青软化点变化不规律，因此应综合整个体系来研究改性沥青的软化点变化。DCLA改性沥青体系中的 SBS 及沥青质含量与改性沥青老化前后软化点变化率的关系如图 1 所 示。可知，改性沥青体系中沥青质含量越多、SBS 含量越少，则改性沥青老化残留物软化点变化率越小。当 SBS /沥 青 质 为 0. 29 时，其 软 化 点 变 化 率 为1. 81%。由于 DCLA 中含有约 45%的沥青质，在改性沥青制备中，随 DCLA 的增加，改性沥青体系中的沥青质含量增多，老化后软化点变化率降低，因此 DCLA 的加入有利于改善 DCLA 改性沥青的老化。
2. 3 残留针入度比
残留针入度比是老化前后沥青的针入度比值，通常小于 1( 100%) ，残留针入度比越大，表明沥青的抗老化性能越好。改性沥青的针入度和沥青的组分有直接关系，其中沥青质和残留针入度比的关系所示。随着沥青质的增多，残留针入度比提高，即提高了改性沥青的抗老化性。这是因为改性沥青体系中沥青质含量适当时，会形成以分子质量较大的沥青质为中心，极性胶质吸附周围的分散相，形成溶胶－凝胶结构。沥青质含量较高时，这种结构黏度增大，塑性变小，感温性弱，更趋向于凝胶结构。体系中沥青质含量达到 12. 9%时，其残留针入度比为 72%，随着 DCLA 加入体系中沥青质增多，提高了改性沥青的抗老化性。
2. 4 残留延度
沥青的低温延度能反映沥青在低温状态下的塑性，即变形能力的好坏。多数学者认为沥青的延度与路面的使用性能有一定相关性，尤其是低温延度与低温开裂性能关系密切。公路调查研究表明沥青的延度是决定沥青道路长期使用性能的重要因素。DCLA 改性沥青老化后残留延度和体系中胶质含量的关系，此处胶质是石油沥青四组分中的胶质和 DCLA 中“类胶质物”的统称。质，沥青质增加延度则变差，当改性沥青体系中胶质含量 28%时，老化后延度降低率达到 70%。沥青中四组分的反应活性依次为: 胶质＞芳香分＞沥青质＞饱和分。在道路沥青中，胶质能改善道路沥青的塑性与黏弹性，有效提高沥青的延展度，是道路沥青的重要组分之一，但其自身活性较大，是不稳定物质，老化过程中易被氧化而缩合成沥青质，从而影响改性沥青的使用性能。
3.老化对 SBS 改性沥青微观方面的影响
本文采用凝胶色谱法( GPC) 分析测定改性沥青老化前后分子质量分布变化规律，并结合红外、元素等组成分析探讨道路沥青的老化机理。
3. 1 分子质量分布
改性沥青及原料分子质量变化。基质沥青和 DCLA 老化前后分子质量变化( W为质量，Mn 为数均分子量，Mw 为重均分子量) 。老化后重均分子质量变大，DCLA的平均分子质量由 337 g /mol 提高至 448 g /mol，DCLA 最小分子质量由 192 g /mol 变为 259 g /mol，DCLA 老化后分子质量向大分子方向移动。
3. 2 红外光谱分析
红外光谱是由于分子振动能级的跃迁而形成的吸收光谱，不同的物质对红外吸频率不同，进而形成的吸收峰也不一样，因此可利用红外光谱对有机分子进行检测，并在红外谱图库中找到与吸收峰相对应的化学基团，从而确定样品中存在的化合物或官能团。
4.结 论
1) 对 DCLA 制备的改性沥青老化前后的分子质量、红外光谱、氧含量等分析，发现改性沥青的老化不是单一反应，是包括氧化( 氧含量增加) 、挥发( 轻组分挥发减重) 、聚合团聚( 分子质量增大) 、断裂( SBS 分子质量减少降解) 等在内的多种反应的综合结果。其中体系中的沥青质能降低改性沥青的低温延度，胶质能改善改性沥青的低温延度，但胶质活性较大极易与空气中氧发生反应生成沥青质，从而造成老化后残留延度降低。
2) DCLA 改 性 沥 青 符 合 JTGF 40—2017 规 定的 SBS 改性
沥青老化后的质量变化不大于± 1%的标准。
3) 随着 DCLA 增加，改性沥青体系中沥青质含量增多，则改性沥青的软化点变化率越小，残留针入度比越大，则抗老化性能越好。为达到 JTGF 40—2017 的 I－D 改性沥青延度标准，即 5 ℃ 的延度不小于 20 cm，则改性沥青体系中沥青质含量不能超过12. 9%，其残留针入度比为 72%。
4) DCLA 老化时，由于活性基团与空气中的氧发生反应，氧含量由 3. 8%增加到 4. 1%，平均分子质量由 337 g /mol 增加到 448 g /mol。SBS 在老化过程中发生氧化降解，氧含量由 0. 7%增加到 2. 7%，平均分子质量由 41 482 g /mol 降到 20 647 g /mol。
5) 胶质能提高改性沥青的低温延度，但胶质不稳定，易与空气中的氧发生氧化反应，这体现在红外谱图中出现的羰基 C O 与亚砜基 S O，当体系
中胶质含量 28%时则老化后延度降低率达到 70%。
