熊保林

（長沙理工大學(xué)，湖南 長沙 410000）

0 引言

熱解制油是目前生物能源生產(chǎn)利用的最主要技術(shù)途徑，經(jīng)過熱解生成的生物油原油要經(jīng)過進(jìn)一步的處理，經(jīng)過處理后仍然有很大一部分重油或者渣油，其性質(zhì)與道路用瀝青很接近，可以改性為道路建設(shè)瀝青—生物瀝青，這樣既可以實現(xiàn)能源化工領(lǐng)域的相對“廢料”的再利用，變廢為寶，又可以形成循環(huán)經(jīng)濟(jì)的互補(bǔ)生產(chǎn)系統(tǒng)。生物油經(jīng)過“蒸餾/萃取/熱氧老化/調(diào)合”等熱處理加工工藝得到生物瀝青，并與石油瀝青等制備得到生物瀝青組合物。得到的生物瀝青及生物瀝青組合物具有優(yōu)良的可塑性和粘接性，可以用做道路鋪裝。但是其承載能力差，高溫抗車轍和低溫抗裂性能差，不能滿足現(xiàn)代交通和重載道路的高性能瀝青路面鋪筑要求。改性瀝青是目前常用的提高瀝青性能的方法。通過對生物瀝青及生物瀝青組合物中添加聚合物等改性劑進(jìn)行改性可以提高彈性、韌性和粘性，提高耐疲勞性并降低生物瀝青材料對溫度的敏感性，鋪筑的路面也能顯著地提高抗永久變形、抗溫縮及抗疲勞開裂等，表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國內(nèi)的專家學(xué)者們通過試驗的方式探索了生物瀝青的制備、調(diào)合、測試、生產(chǎn)等內(nèi)容，為生物瀝青的量化生產(chǎn)提供了指導(dǎo)。目前國內(nèi)在山東、河北等地已有許多生物瀝青廠家進(jìn)行生物瀝青批量生產(chǎn)。

2012年馮德成發(fā)明的“一種道路用生物瀝青材料及其制備方法”專利，它涉及道路用瀝青及其制備方法。主要解決現(xiàn)有生物瀝青使用性能較差以及傳統(tǒng)道路用瀝青產(chǎn)量不足、價格較高的問題。道路用生物瀝青材料由生物瀝青、基質(zhì)瀝青和氧化鋅組成，其制作的生物瀝青性能已經(jīng)初步滿足路用瀝青的要求，為生物瀝青的路用性提供了參考。

交通運輸部公路科學(xué)研究所的曹東偉在2012年至2013年申請了三個生物瀝青相關(guān)的專利，分別是：改性生物瀝青材料、生物瀝青混合料、其制備方法及用途；生物瀝青、生物瀝青組合物及其制備方法；一種生物瀝青及其制備方法。第一個專利的目的是提出提高生物瀝青及其組合物性能的方法，并制備改性生物瀝青材料及生物瀝青混合料，并用以代替石油瀝青鋪筑路面，從而減少石油瀝青的使用，用以解決目前正在廣泛使用的石油瀝青資源枯竭、價格過高以及生態(tài)環(huán)保性欠佳的問題。在這三個專利中，分別描述了生物瀝青的制備工藝、原材料的選取，以及基本性能試驗。從其專利的相關(guān)成果上看，其制作的生物瀝青已經(jīng)滿足道路鋪裝的要求。

東南大學(xué)的張佳運在他的專利中，將生物瀝青摻加在老化瀝青中，用于改善老化瀝青的性能。將生物柴油殘渣蒸餾處理得到生物瀝青，將生物瀝青與老化瀝青按比例摻配，得到新的改性瀝青。

目前國內(nèi)也有部分學(xué)者進(jìn)行生物瀝青的研究。廖曉峰對摻加了生物瀝青的瀝青共混物進(jìn)行了試驗研究。采用的生物油為棉籽和大豆等煉制油脂后殘余的下腳油，再經(jīng)過蒸餾、氧化等化學(xué)工藝處理而得到的。利用高速剪切設(shè)備將生物油和基質(zhì)（改性）瀝青混合，試驗結(jié)果表明：生物結(jié)合料強(qiáng)度和高溫性能劣于常規(guī)瀝青，二者共混后高溫穩(wěn)定性有所下降，但在適當(dāng)添加量下性能下降并不顯著；生物結(jié)合料的中等溫度疲勞性能介于SBS改性瀝青和基質(zhì)瀝青之間，共混后可提高基質(zhì)瀝青的疲勞性能；生物結(jié)合料具有良好的低溫抗裂性，添加適量的生物結(jié)合料能顯著改善常規(guī)瀝青的抗裂性，可作為改性添加劑使用[7]。

宋昭睿通過常壓蒸餾生物油的方法來制備生物瀝青，并研究了其路用性能。通過針入度、軟化點、延度和粘附性試驗，得到生物瀝青的針入度和軟化點較高，具有較大的粘度和較好的高溫性能；生物瀝青延度值較低，無法抵抗較大的塑性變形，生物瀝青的粘附性等級較低；通過研究生物瀝青的布氏黏度隨時間的變化關(guān)系得到生物瀝青在高溫下容易老化，耐久性能差的結(jié)論；分析了生物瀝青混合料的水穩(wěn)定性，其殘留穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度比均未達(dá)到規(guī)范要求；低溫彎曲試驗表明生物瀝青混合料的低溫性能尚有不足；生物瀝青混合料的高溫抗車轍能力較好。

雖然目前國內(nèi)對于生物瀝青的研究還處于起步階段，但是已經(jīng)初見成果，對于生物瀝青的制作工藝，調(diào)和比例，路用性能等的研究也步入正軌，目前已經(jīng)有了初步的成套制作流程。今后的發(fā)展方向?qū)⑹峭晟浦谱鞴に?，提出系統(tǒng)的評價方法和路用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

國外對生物結(jié)合料在道路工程中的應(yīng)用主要有三種方法，即直接替代（100%）、石油瀝青稀釋液（25%～75%）和石油瀝青改性劑（＜10%）。然而，當(dāng)前大部分生物結(jié)合料雖然具有一定的可塑性和粘結(jié)性，但是其承載能力一般，缺點主要體現(xiàn)為高溫抗車轍性能不足，因此，在道路工程中直接替代石油瀝青較難實現(xiàn)，一般作為石油瀝青稀釋液和改性劑，或通過改性方法提高生物瀝青的彈性、韌性和粘性后才得以使用。

Raouf等以橡木為原料，利用快速高溫分解方法生產(chǎn)出生物結(jié)合料，對石油瀝青進(jìn)行了直接替代，對比了兩者的溫感性和流變學(xué)特性，并通過傅里葉紅外轉(zhuǎn)化光譜對結(jié)合料進(jìn)行化學(xué)組分分析，得出雖然在化學(xué)組分上存在差異，但是有很好的共混相容性。Wen等以廢棄餐飲地溝油經(jīng)化學(xué)加工而成的生物結(jié)合料為研究對象，對石油瀝青進(jìn)行不同比例的混合調(diào)配，并采用SHAP實驗評價其結(jié)合料路用性能，結(jié)果表明隨著生物結(jié)合料的增加，抗車轍性能將出現(xiàn)一定程度的下降。

2 結(jié)語

分析總結(jié)國內(nèi)外學(xué)者對生物瀝青的研究成果，我們可以發(fā)下生物瀝青具有以下特性：

（1）用于制作生物油的原材料種類豐富價格低廉，安全環(huán)保，生物油的制作流程簡便快速，易量產(chǎn)化；對于儀器設(shè)備沒有特殊要求，易于推廣；

（2）生物瀝青具有較好的軟化點和黏度，能夠提高混合料的抗疲勞性能；

（3）生物瀝青承載能力一般，缺點主要體現(xiàn)為高溫抗車轍性能不足。

生物瀝青可帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益，但其長期路用性能、最佳共混方式和生產(chǎn)工藝仍需進(jìn)一步研究。在對生物瀝青的后續(xù)研究上，可以從改善生物瀝青性能方面進(jìn)行研究，找到合適的添加劑，提高其承載力，以及在不改變性能的基礎(chǔ)上，增加生物油的比例,從而達(dá)到節(jié)省經(jīng)濟(jì)效益的目的。隨著科學(xué)技術(shù)的日漸成熟，生物瀝青將會具有更好的性能，更廣泛的使用范圍。

［1］廖曉鋒,雷茂錦,陳忠達(dá),等.生物結(jié)合料共混瀝青的路用性能試驗研究[J].材料導(dǎo)報,2014(2):144-149.

［2］宋昭睿,曹東偉,張海燕,等.基于生物熱解油的瀝青材料及混合料性能研究[J].公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版,2014(5):31-34.

［3］Mills-Beale J，F(xiàn)ini E，Goh S W，et al，State of the art in sustainable asphalt pavement materials[C]//Proceedings of International Workshop on Energy and Environment in the Development of Sustainable Asphalt Pavements[D].Xi’an:Chang’an University，2010:109.

［4］Mills-Beale J，You Z，F(xiàn)ini E，et al.Aging influence on rheology properties of petroleum-based asphalt modified with bio-binder[J].J Mater Civil Eng，first online，doi：10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000712.

［5］Wen H，Bhusal S，Wen B.A laboratory evaluation of waste cooking oil-based bioasphalt as an alternative binder for hot mix asphalt[J].J Mater Civil Eng，2013，25(10):1432.

［6］Raouf A M， Williams R C.General physical and chemical properties of biobinders derived from fast pyrolysis bio-oils[C]//proceedings of 2009 Mid-Continent Transportation Research Symposium.Ames， Iowa， 2009.

［7］Raouf A M， Williams R C.Temperature and shear susceptibility of a nonpetroleum binder as a pavement material[J].Transportation Res Record，2010，2:9.