生物瀝青研究現狀與展望分析

熊保林

（長沙理工大學，湖南 長沙 410000）

0 引言

熱解制油是目前生物能源生產利用的最主要技術途徑，經過熱解生成的生物油原油要經過進一步的處理，經過處理后仍然有很大一部分重油或者渣油，其性質與道路用瀝青很接近，可以改性為道路建設瀝青—生物瀝青，這樣既可以實現能源化工領域的相對“廢料”的再利用，變廢為寶，又可以形成循環經濟的互補生產系統。生物油經過“蒸餾/萃取/熱氧老化/調合”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，表現出優良的性能。

1 國內外研究現狀

國內的專家學者們通過試驗的方式探索了生物瀝青的制備、調合、測試、生產等內容，為生物瀝青的量化生產提供了指導。目前國內在山東、河北等地已有許多生物瀝青廠家進行生物瀝青批量生產。

2012年馮德成發明的“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。主要解決現有生物瀝青使用性能較差以及傳統道路用瀝青產量不足、價格較高的問題。道路用生物瀝青材料由生物瀝青、基質瀝青和氧化鋅組成，其制作的生物瀝青性能已經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研究所的曹東偉在2012年至2013年申請了三個生物瀝青相關的專利，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、價格過高以及生態環保性欠佳的問題。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。從其專利的相關成果上看，其制作的生物瀝青已經滿足道路鋪裝的要求。

東南大學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。

目前國內也有部分學者進行生物瀝青的研究。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，再經過蒸餾、氧化等化學工藝處理而得到的。利用高速剪切設備將生物油和基質（改性）瀝青混合，試驗結果表明：生物結合料強度和高溫性能劣于常規瀝青，二者共混后高溫穩定性有所下降，但在適當添加量下性能下降并不顯著；生物結合料的中等溫度疲勞性能介于SBS改性瀝青和基質瀝青之間，共混后可提高基質瀝青的疲勞性能；生物結合料具有良好的低溫抗裂性，添加適量的生物結合料能顯著改善常規瀝青的抗裂性，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系得到生物瀝青在高溫下容易老化，耐久性能差的結論；分析了生物瀝青混合料的水穩定性，其殘留穩定度和劈裂強度比均未達到規范要求；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。

雖然目前國內對于生物瀝青的研究還處于起步階段，但是已經初見成果，對于生物瀝青的制作工藝，調和比例，路用性能等的研究也步入正軌，目前已經有了初步的成套制作流程。今后的發展方向將是完善制作工藝，提出系統的評價方法和路用規范標準。

國外對生物結合料在道路工程中的應用主要有三種方法，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，當前大部分生物結合料雖然具有一定的可塑性和粘結性，但是其承載能力一般，缺點主要體現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，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出生物結合料，對石油瀝青進行了直接替代，對比了兩者的溫感性和流變學特性，并通過傅里葉紅外轉化光譜對結合料進行化學組分分析，得出雖然在化學組分上存在差異，但是有很好的共混相容性。Wen等以廢棄餐飲地溝油經化學加工而成的生物結合料為研究對象，對石油瀝青進行不同比例的混合調配，并采用SHAP實驗評價其結合料路用性能，結果表明隨著生物結合料的增加，抗車轍性能將出現一定程度的下降。

2 結語

分析總結國內外學者對生物瀝青的研究成果，我們可以發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，安全環保，生物油的制作流程簡便快速，易量產化；對于儀器設備沒有特殊要求，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，缺點主要體現為高溫抗車轍性能不足。

生物瀝青可帶來顯著的經濟效益，但其長期路用性能、最佳共混方式和生產工藝仍需進一步研究。在對生物瀝青的后續研究上，可以從改善生物瀝青性能方面進行研究，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上，增加生物油的比例,從而達到節省經濟效益的目的。隨著科學技術的日漸成熟，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,等.生物結合料共混瀝青的路用性能試驗研究[J].材料導報,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:應用技術版,2014(5):31-34.

［3］Mills-Beale J，Fini 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，Fini 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.