孫建勛

（中交第四公路工程局有限公司，中國(guó)北京 100022）

0 緒論

在各種可再生能源中，生物質(zhì)能源具有可再生、儲(chǔ)量巨大、分布廣的特點(diǎn)。當(dāng)前主要類型有：農(nóng)作物秸稈、廢棄食物油脂以及各類生畜糞便等。通過(guò)生物質(zhì)快速熱裂解技術(shù)，將生物質(zhì)分解并最終可得到生物質(zhì)重油。研究表明，生物質(zhì)重油的主要成分與石油瀝青的元素組成很接近，在化學(xué)組成上具備良好的相容性與穩(wěn)定性。將生物質(zhì)重油與石油瀝青在一定條件下相溶合或者在一定條件下?lián)郊悠渌鈸絼?，制備而成的結(jié)合物，稱之為生物瀝青。

1 國(guó)內(nèi)外生物瀝青的研究現(xiàn)狀

近幾年來(lái)，美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)等國(guó)家開展了生物瀝青的研究及應(yīng)用工作。在2012年美國(guó)交通運(yùn)輸委員會(huì)TRB第91屆年會(huì)期間，舉辦了一場(chǎng) “可持續(xù)瀝青路面替代結(jié)合料（Alternative Binders for Sustainable Asphalt Pavements）”的研討會(huì)，來(lái)自美國(guó)、法國(guó)、智利、荷蘭等多所大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)的9個(gè)報(bào)告中，有7個(gè)是針對(duì)生物瀝青展開的研究。

愛荷華州大學(xué)的Abdel Raouf and Williams等開展了基于快速熱裂解生物油獲得的膠結(jié)料用于柔性路面的研究。他們系統(tǒng)研究了基于三種不同類型的生物油(分別為橡木、柳枝櫻和玉米秸稈)作為生物膠結(jié)料的物理化學(xué)性質(zhì)，并且采用三種不同的聚合物改性劑與生物油拌和以研究它們對(duì)生物油物理性質(zhì)的影響。Abdel Raouf and Williams通過(guò)流變特性研究了基于橡木生物油研發(fā)的生物膠結(jié)料作為一種直接替代方案的應(yīng)用。生物膠結(jié)料與改性生物膠結(jié)料的溫度與剪切率對(duì)改變生物油的黏度起主要作用。

我國(guó)在生物瀝青方面的研究基本上處于空白狀態(tài)，僅有少量有關(guān)植物油瀝青的文獻(xiàn)報(bào)道。孫勤闡述了利用植物油腳制取瀝青的原理及工藝，提出了工藝流程，指出油角瀝青不僅能防水而且無(wú)毒，具有很好經(jīng)濟(jì)效益，可用來(lái)鋪各等級(jí)的公路，也可作為防水材料。王曉輝等經(jīng)過(guò)初步分析表明，植物瀝青中含有60%到70%混都脂肪酸、5%～10%的植物甾醇及5%左右的天然維生素E等。

2 生物瀝青制備工藝

生物質(zhì)重油是生物瀝青的組成基礎(chǔ)，同時(shí)制備質(zhì)量合格的生物瀝青，需要將生物質(zhì)重油均勻地分布到基質(zhì)瀝青中，形成均一穩(wěn)定的體系。

2.1 生物質(zhì)重油的制備

生物質(zhì)重油是通過(guò)生物質(zhì)快速熱裂解技術(shù)制備而成的。生物質(zhì)熱裂解技術(shù)是生物質(zhì)在惰性氣氛下受高溫加熱后，其分子破裂而產(chǎn)生可燃?xì)怏w、液體生物質(zhì)油及固體生物炭的熱加工過(guò)程（如圖1所示）。

圖1 生物質(zhì)快速裂解過(guò)程示意圖

研究表明，國(guó)外在高溫加壓下生產(chǎn)出用于生物瀝青制備的生物質(zhì)重油，制備溫度一般在300℃以上，不同生物質(zhì)所適用的裂解溫度與壓力條件存在一定差異。受知識(shí)產(chǎn)權(quán)及商業(yè)保密等因素的影響，我國(guó)生物質(zhì)重油的制備工藝及詳細(xì)參數(shù)鮮有公開報(bào)道。

2.2 生物瀝青的制備

將生物質(zhì)重油加入石油瀝青，在一定溫度以一定的剪切速率溶合一定的時(shí)間，制備成生物瀝青。目前，國(guó)外專家學(xué)者對(duì)此過(guò)程進(jìn)行了研究，如表1所示。

表1 國(guó)外生物瀝青制備參數(shù)一覽表

3 生物瀝青及混合料性能特征

3.1 生物瀝青性能研究

生物質(zhì)重油和石油瀝青能夠較容易地溶合并體現(xiàn)出較好的性能。但目前的性能以及研究仍存在以下幾方面的局限性；1）生物瀝青高溫性能較弱，溫度敏感性強(qiáng)；2）研究過(guò)程中多采用車轍因子對(duì)生物瀝青結(jié)合料高溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，但其適用性有待考證；3）目前生物瀝青的研究多集中在國(guó)外，其生物質(zhì)來(lái)源、參考規(guī)范、儀器標(biāo)準(zhǔn)等與我國(guó)均有一定差異。

3.2 生物瀝青混合料性能研究

單純依靠生物瀝青結(jié)合料的研究，無(wú)法較為全面地表征其在路面使用過(guò)程中所出現(xiàn)的高溫、低溫等性狀，因此，生物瀝青混合料的路用性能也成為其是否能夠大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。

Mohammad等利用漢堡輪載試驗(yàn)、修正羅特曼試驗(yàn)、半圓彎曲試驗(yàn)與約束長(zhǎng)度溫度應(yīng)力實(shí)驗(yàn)（TSRST）對(duì)由松木木屑生物油制備而成的生物瀝青進(jìn)行了高溫抗車轍、低溫抗裂、水敏感性及抗疲勞性能測(cè)試，認(rèn)為加入生物質(zhì)重油能夠在一定程度上改善水敏感性及低溫抗裂性能，體現(xiàn)出優(yōu)良的路用性能。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，國(guó)外的研究已表明生物瀝青是可以部分應(yīng)用于道路石油瀝青中，而且具有可再生、節(jié)能、環(huán)保與較低的成本等優(yōu)勢(shì)。目前，溫拌瀝青混合料(WMA)由于其拌和、攤鋪、碾壓溫度相對(duì)于熱拌瀝青混合料降低了30℃以上，可以降低生產(chǎn)能耗、減少?gòu)U氣和粉塵的排放及延長(zhǎng)施工季節(jié)的功效，因而近幾年受到國(guó)內(nèi)外的熱捧。

生物質(zhì)能源具有高性價(jià)比、可再生、環(huán)保等特點(diǎn)，同時(shí)生物質(zhì)重油與石油瀝青具備良好的相容性和穩(wěn)定性，這將使得生物瀝青成為未來(lái)道路用瀝青材料研究發(fā)展的新方向。生物瀝青高溫性能較弱，溫度敏感性強(qiáng)。

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