生物沥青研究进展报告

孙建勋

（中交第四公路工程局有限公司，中国北京 100022）

0 绪论

在各种可再生能源中，生物质能源具有可再生、储量巨大、分布广的特点。当前主要类型有：农作物秸秆、废弃食物油脂以及各类生畜粪便等。通过生物质快速热裂解技术，将生物质分解并最终可得到生物质重油。研究表明，生物质重油的主要成分与石油沥青的元素组成很接近，在化学组成上具备良好的相容性与稳定性。将生物质重油与石油沥青在一定条件下相溶合或者在一定条件下掺加其他外掺剂，制备而成的结合物，称之为生物沥青。

1 国内外生物沥青的研究现状

近几年来，美国、澳大利亚、英国等国家开展了生物沥青的研究及应用工作。在2012年美国交通运输委员会TRB第91届年会期间，举办了一场 “可持续沥青路面替代结合料（Alternative Binders for Sustainable Asphalt Pavements）”的研讨会，来自美国、法国、智利、荷兰等多所大学与研究机构的9个报告中，有7个是针对生物沥青展开的研究。

爱荷华州大学的Abdel Raouf and Williams等开展了基于快速热裂解生物油获得的胶结料用于柔性路面的研究。他们系统研究了基于三种不同类型的生物油(分别为橡木、柳枝樱和玉米秸秆)作为生物胶结料的物理化学性质，并且采用三种不同的聚合物改性剂与生物油拌和以研究它们对生物油物理性质的影响。Abdel Raouf and Williams通过流变特性研究了基于橡木生物油研发的生物胶结料作为一种直接替代方案的应用。生物胶结料与改性生物胶结料的温度与剪切率对改变生物油的黏度起主要作用。

我国在生物沥青方面的研究基本上处于空白状态，仅有少量有关植物油沥青的文献报道。孙勤阐述了利用植物油脚制取沥青的原理及工艺，提出了工艺流程，指出油角沥青不仅能防水而且无毒，具有很好经济效益，可用来铺各等级的公路，也可作为防水材料。王晓辉等经过初步分析表明，植物沥青中含有60%到70%混都脂肪酸、5%～10%的植物甾醇及5%左右的天然维生素E等。

2 生物沥青制备工艺

生物质重油是生物沥青的组成基础，同时制备质量合格的生物沥青，需要将生物质重油均匀地分布到基质沥青中，形成均一稳定的体系。

2.1 生物质重油的制备

生物质重油是通过生物质快速热裂解技术制备而成的。生物质热裂解技术是生物质在惰性气氛下受高温加热后，其分子破裂而产生可燃气体、液体生物质油及固体生物炭的热加工过程（如图1所示）。

图1 生物质快速裂解过程示意图

研究表明，国外在高温加压下生产出用于生物沥青制备的生物质重油，制备温度一般在300℃以上，不同生物质所适用的裂解温度与压力条件存在一定差异。受知识产权及商业保密等因素的影响，我国生物质重油的制备工艺及详细参数鲜有公开报道。

2.2 生物沥青的制备

将生物质重油加入石油沥青，在一定温度以一定的剪切速率溶合一定的时间，制备成生物沥青。目前，国外专家学者对此过程进行了研究，如表1所示。

表1 国外生物沥青制备参数一览表

3 生物沥青及混合料性能特征

3.1 生物沥青性能研究

生物质重油和石油沥青能够较容易地溶合并体现出较好的性能。但目前的性能以及研究仍存在以下几方面的局限性；1）生物沥青高温性能较弱，温度敏感性强；2）研究过程中多采用车辙因子对生物沥青结合料高温性能进行评价，但其适用性有待考证；3）目前生物沥青的研究多集中在国外，其生物质来源、参考规范、仪器标准等与我国均有一定差异。

3.2 生物沥青混合料性能研究

单纯依靠生物沥青结合料的研究，无法较为全面地表征其在路面使用过程中所出现的高温、低温等性状，因此，生物沥青混合料的路用性能也成为其是否能够大规模应用的关键。

Mohammad等利用汉堡轮载试验、修正罗特曼试验、半圆弯曲试验与约束长度温度应力实验（TSRST）对由松木木屑生物油制备而成的生物沥青进行了高温抗车辙、低温抗裂、水敏感性及抗疲劳性能测试，认为加入生物质重油能够在一定程度上改善水敏感性及低温抗裂性能，体现出优良的路用性能。

4 结语

综上所述，国外的研究已表明生物沥青是可以部分应用于道路石油沥青中，而且具有可再生、节能、环保与较低的成本等优势。目前，温拌沥青混合料(WMA)由于其拌和、摊铺、碾压温度相对于热拌沥青混合料降低了30℃以上，可以降低生产能耗、减少废气和粉尘的排放及延长施工季节的功效，因而近几年受到国内外的热捧。

生物质能源具有高性价比、可再生、环保等特点，同时生物质重油与石油沥青具备良好的相容性和稳定性，这将使得生物沥青成为未来道路用沥青材料研究发展的新方向。生物沥青高温性能较弱，温度敏感性强。

［1］Mohamed Abdel Raouf Mohamed Metwally.Development of non-petroleum binders derived from fast pyrolysis bio-oils for use in flexible pavement[D].Ames;Iowa State University,2010.

［2］孙勤.利用植物油脚合成油脚沥青的技术工艺[J].中国建筑防水,2001(4).

［3］张炳岭,赵东方.植物沥青铸造型(芯)砂私剂的制作工艺[J].铸造技术,2009(4)：565-566.

［4］王晓辉,司南,叶爱英,等.植物油角的综合利用[J].现代化工,2006,26(11)：21-24.

［5］Airey,Gordon D.;Mohammed,MusarratH.;Fichter,Caroline. Rheological characteristics of synthetic road binders[J].Fuel,2008(87)：1763-1775.

［6］Mohan D,Pittman CU，Steele PH.Pyrolysis of wood/biomass for bio——oil;a critical review[J].Energy Fuels,2006,20(3)：848-889.