淺談公路工程中生物瀝青的應(yīng)用意義

馬勝龍

摘要：隨著傳統(tǒng)石油資源的持續(xù)大量的開采和使用，這種不可再生資源面臨枯竭的問題引起人們的擔(dān)憂，公路工程中修建瀝青路面所需要的大量石油瀝青來自于石油資源，因此，使用可再生的生物瀝青來修筑瀝青路面成為了一個可持續(xù)發(fā)展的方法。

關(guān)鍵詞：生物瀝青;石油瀝青;環(huán)保

1 生物瀝青簡介

石油瀝青源自石油，由于目前人類的過度開采和使用，石油資源即將面臨枯竭的危險。隨著石油資源的日漸枯竭和生態(tài)環(huán)境的逐漸惡化，道路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因此，研發(fā)新型的瀝青材料來替代石油瀝青已經(jīng)成為國內(nèi)外路面工程領(lǐng)域研究的熱點，而生物瀝青作為一種潛力巨大且應(yīng)用前景廣闊的新能源瀝青材料，正逐漸得到研究人員的重視。現(xiàn)如今國內(nèi)外已經(jīng)開始了對于生物瀝青這一新型材料的研究，并且美國、荷蘭以及挪威等國家已經(jīng)鋪筑了生物瀝青實驗路段。

2 生物瀝青的來源

生物油是制備生物瀝青的基礎(chǔ)材料，因此必須對生物油的制備機(jī)制、組成和性質(zhì)進(jìn)行了解。生物油的制備需要的生物質(zhì)材料主要有：農(nóng)作物秸稈、各類禽獸糞便、能源植物（藻類）、桐油、餐飲廢油等。我國的生物資源豐富，據(jù)測算我國目前可供開發(fā)的生物質(zhì)資源折合7.5億t標(biāo)準(zhǔn)煤[1]。過去大部分的生物質(zhì)資源都通過進(jìn)行處理，不僅會產(chǎn)生廢氣而且污染環(huán)境浪費資源。近些年來由于生物質(zhì)熱裂解技術(shù)的成熟應(yīng)用，已有多家能源企業(yè)利用生物質(zhì)原料制成生物柴油，并將其作為燃料，如海南的綠地微藻生物科技公司利用二氧化碳來養(yǎng)殖微藻，利用微藻這種生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物柴油，產(chǎn)油率高達(dá)28%-32 %，投產(chǎn)后具有年產(chǎn)生物柴油30萬噸的能力[2]。基于生物油值得的生物瀝青和石油瀝青性質(zhì)接近，將其應(yīng)用到道路材料上既經(jīng)濟(jì)環(huán)保又有廣闊的前景。

3 生物瀝青的應(yīng)用意義

生物瀝青相對于石油瀝青來說是一種新型的材料，它通過生物質(zhì)快速裂解生成生物油，然后將生物油經(jīng)過蒸餾，萃取氧化等化學(xué)工藝處理制備成生物瀝青。生物瀝青和普通石油瀝青都是基于生物質(zhì)來的，但是生物資源具有可再生及綠色環(huán)保的優(yōu)點，可以再生循環(huán)利用，而石油瀝青由于石油資源的過度開采價格一路走高。地球上的石油儲量有限，應(yīng)可持續(xù)發(fā)展要求，我們需要一種石油瀝青的替代產(chǎn)品。生物瀝青因其成本低，可再生成為瀝青材料研究發(fā)展的新方向。隨著時代的進(jìn)步發(fā)展，我國基礎(chǔ)建設(shè)的速度日趨加快，已建成的基礎(chǔ)設(shè)施如道路在使用年限期間總會出現(xiàn)各種各樣的問題，大規(guī)模的高等級公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修工程對瀝青材料的需求量逐漸增加。石油資源作為一種不可再生資源，再加上有限的儲量和大規(guī)模的開采 可利用的寶貴石油資源逐漸面臨枯竭. 因此，石油價格一直居高不下，瀝青材料的價格也逐漸上漲，這些因素嚴(yán)重制約著瀝青路面的建設(shè)和養(yǎng)護(hù)維修成本。生物瀝青具有可再生，成本低的優(yōu)點可以考慮成為石油瀝青的優(yōu)質(zhì)替補材料。

4 生物瀝青的缺點

但生物瀝青也有其不可避免的缺點，如：易老化，在高溫條件下，生物瀝青容易發(fā)生老化，并且老化的速度會隨著時間的增長而逐漸加快;穩(wěn)定性較差：因為生物瀝青的成分比較復(fù)雜，所以會表現(xiàn)出一定的非均勻特性，所以生物瀝青幾乎都被當(dāng)成石油瀝青的改性劑來使用，雖然如此，一旦解決生物瀝青的缺點使其能成為一種優(yōu)良的筑路膠結(jié)料的話，將會掀起路用材料的一場新的革命。

5 生物瀝青國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及主要研究內(nèi)容

目前，國內(nèi)外對生物瀝青改性瀝青結(jié)合料和混合料開展了大量的研究工作。國外的研究中生物瀝青一般是從廢木材，豬糞，及廢棄油等轉(zhuǎn)化而來，對海藻，農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)研究較少。此外，對于不同研究者做的試驗得到了不同的結(jié)論，應(yīng)該制定合適的指標(biāo)來評價其路用性能。綜合國內(nèi)外研究可以發(fā)現(xiàn)，不同的生物質(zhì)制備的生物瀝青在摻入到普通瀝青中時，往往會有不同的性能表現(xiàn)，基本上都是高溫性能降低，低溫性能提升。盡管生物瀝青材料前景廣闊，但目前來看，生物瀝青的研究和應(yīng)用還是存在局限性。第一、生物瀝青混合料的研究較少，致使生物瀝青作為膠結(jié)料應(yīng)用于道路缺少試驗基礎(chǔ)。第二、生物瀝青性能的研究主要集中在國外，但采用的評價指標(biāo)，技術(shù)儀器等均與我國存在差異，道路工程規(guī)范也有所不同，因此在參考國外的相關(guān)研究時會對研究產(chǎn)生阻礙。主要研究內(nèi)容為以下三個方面：第一，利用不同的生物質(zhì)如玉米秸稈，豬糞，木屑，廢棄餐飲用油，草屑等得到不同的生物瀝青進(jìn)行性能分析和評價。第二，將生物瀝青作為改性劑摻入到普通石油瀝青中，評價改性生物瀝青與基質(zhì)瀝青在物理化學(xué)性能上的差異。并對老化后的生物改性瀝青進(jìn)行評價。第三，. 生物瀝青改性機(jī)制研究，生物瀝青改性機(jī)制生物質(zhì)重油摻入到瀝青中之后，瀝青元素組成、分子量分布與組分均會發(fā)生變化，確定出有利于生物瀝青膠體結(jié)構(gòu)改善的反應(yīng)機(jī)理及其反應(yīng)條件，將有助于對生物瀝青的深入理解。國外的研究者對此也開展了研究。

6 該技術(shù)的應(yīng)用案例

生物瀝青技術(shù)是一種新型的結(jié)合料技術(shù)，但其混合料的研究仍然處于起步階段，報道研究少，除了對木屑、豬糞、廢棄油脂等提取的生物重油制得的生物瀝青混合料進(jìn)行研究外，對其他來源的生物質(zhì)研究有待進(jìn)一步的拓展。總體而言，現(xiàn)今國外采用的生物結(jié)合料制備工藝大多為快速熱裂解技術(shù)。如愛荷華州立大學(xué)與Avello生物能源公司合作，以植物莖科及殘渣為原材料，采用快速裂解技術(shù)制得生物結(jié)合料。室內(nèi)試驗顯示此種生物結(jié)合料可以作為瀝青材料的改性劑、添加物或抗氧化劑等，其基本性能滿足瀝青使用的要求。有鑒于此，愛荷華州于2010年修建了第一條由生物瀝青鋪筑的自行車道，其攤鋪、設(shè)備仍然采用常規(guī)技術(shù)及設(shè)備。

7該項技術(shù)的應(yīng)用前景及待研究問題

生物瀝青作為普通石油瀝青的替代品，目前存在一定局限，生物瀝青混合料的研究較少，混合料的研究仍然處于初步階段而且大部分集中在國外，國內(nèi)關(guān)于生物瀝青混合料的路用性能的研究幾乎空白。這不利于生物瀝青作為一種道路工程中的膠結(jié)材料進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。對于生物瀝青的評價方法依賴于對傳統(tǒng)瀝青的評價方法，應(yīng)該制定新的、統(tǒng)一的評價方法以便于對生物瀝青的性能進(jìn)行評價，應(yīng)該注意到，由于生物質(zhì)原料不同，使得制備的生物質(zhì)重油的質(zhì)量也有所差別，摻入到石油瀝青中作為改性劑會對性能產(chǎn)生不同程度的影響。除了美國的一例利用生物瀝青替代石油瀝青鋪筑的自行車道外，未見生物瀝青作為一種獨立的膠結(jié)料進(jìn)行應(yīng)用。所以作為未來材料，需要找到一種新方法或者添加劑使之能獨立成為一種膠結(jié)料。生物瀝青在再生方面的研究較少，由于有研究表明，生物瀝青摻入可以改善其老化性能，所以可以將生物瀝青作為再生瀝青混合料添加的膠結(jié)料，但可行性有待進(jìn)一步的研究。

8 總結(jié)

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。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹雪娟，劉攀，唐伯明，生物瀝青研究進(jìn)展綜述[J]，2015.017.018

[2]邵長春，孫體雄，微藻試養(yǎng)并提取生物柴油獲成功[N]，海南日報，2008-10-08（1）