浅谈公路工程中生物沥青的应用意义

马胜龙

摘要：随着传统石油资源的持续大量的开采和使用，这种不可再生资源面临枯竭的问题引起人们的担忧，公路工程中修建沥青路面所需要的大量石油沥青来自于石油资源，因此，使用可再生的生物沥青来修筑沥青路面成为了一个可持续发展的方法。

关键词：生物沥青;石油沥青;环保

1 生物沥青简介

石油沥青源自石油，由于目前人类的过度开采和使用，石油资源即将面临枯竭的危险。随着石油资源的日渐枯竭和生态环境的逐渐恶化，道路建设的可持续发展正面临着巨大的挑战。因此，研发新型的沥青材料来替代石油沥青已经成为国内外路面工程领域研究的热点，而生物沥青作为一种潜力巨大且应用前景广阔的新能源沥青材料，正逐渐得到研究人员的重视。现如今国内外已经开始了对于生物沥青这一新型材料的研究，并且美国、荷兰以及挪威等国家已经铺筑了生物沥青实验路段。

2 生物沥青的来源

生物油是制备生物沥青的基础材料，因此必须对生物油的制备机制、组成和性质进行了解。生物油的制备需要的生物质材料主要有：农作物秸秆、各类禽兽粪便、能源植物（藻类）、桐油、餐饮废油等。我国的生物资源丰富，据测算我国目前可供开发的生物质资源折合7.5亿t标准煤[1]。过去大部分的生物质资源都通过进行处理，不仅会产生废气而且污染环境浪费资源。近些年来由于生物质热裂解技术的成熟应用，已有多家能源企业利用生物质原料制成生物柴油，并将其作为燃料，如海南的绿地微藻生物科技公司利用二氧化碳来养殖微藻，利用微藻这种生物质转化为生物柴油，产油率高达28%-32 %，投产后具有年产生物柴油30万吨的能力[2]。基于生物油值得的生物沥青和石油沥青性质接近，将其应用到道路材料上既经济环保又有广阔的前景。

3 生物沥青的应用意义

生物沥青相对于石油沥青来说是一种新型的材料，它通过生物质快速裂解生成生物油，然后将生物油经过蒸馏，萃取氧化等化学工艺处理制备成生物沥青。生物沥青和普通石油沥青都是基于生物质来的，但是生物资源具有可再生及绿色环保的优点，可以再生循环利用，而石油沥青由于石油资源的过度开采价格一路走高。地球上的石油储量有限，应可持续发展要求，我们需要一种石油沥青的替代产品。生物沥青因其成本低，可再生成为沥青材料研究发展的新方向。随着时代的进步发展，我国基础建设的速度日趋加快，已建成的基础设施如道路在使用年限期间总会出现各种各样的问题，大规模的高等级公路建设和养护维修工程对沥青材料的需求量逐渐增加。石油资源作为一种不可再生资源，再加上有限的储量和大规模的开采 可利用的宝贵石油资源逐渐面临枯竭. 因此，石油价格一直居高不下，沥青材料的價格也逐渐上涨，这些因素严重制约着沥青路面的建设和养护维修成本。生物沥青具有可再生，成本低的优点可以考虑成为石油沥青的优质替补材料。

4 生物沥青的缺点

但生物沥青也有其不可避免的缺点，如：易老化，在高温条件下，生物沥青容易发生老化，并且老化的速度会随着时间的增长而逐渐加快;稳定性较差：因为生物沥青的成分比较复杂，所以会表现出一定的非均匀特性，所以生物沥青几乎都被当成石油沥青的改性剂来使用，虽然如此，一旦解决生物沥青的缺点使其能成为一种优良的筑路胶结料的话，将会掀起路用材料的一场新的革命。

5 生物沥青国内外研究现状及主要研究内容

目前，国内外对生物沥青改性沥青结合料和混合料开展了大量的研究工作。国外的研究中生物沥青一般是从废木材，猪粪，及废弃油等转化而来，对海藻，农作物秸秆等生物质研究较少。此外，对于不同研究者做的试验得到了不同的结论，应该制定合适的指标来评价其路用性能。综合国内外研究可以发现，不同的生物质制备的生物沥青在掺入到普通沥青中时，往往会有不同的性能表现，基本上都是高温性能降低，低温性能提升。尽管生物沥青材料前景广阔，但目前来看，生物沥青的研究和应用还是存在局限性。第一、生物沥青混合料的研究较少，致使生物沥青作为胶结料应用于道路缺少试验基础。第二、生物沥青性能的研究主要集中在国外，但采用的评价指标，技术仪器等均与我国存在差异，道路工程规范也有所不同，因此在参考国外的相关研究时会对研究产生阻碍。主要研究内容为以下三个方面：第一，利用不同的生物质如玉米秸秆，猪粪，木屑，废弃餐饮用油，草屑等得到不同的生物沥青进行性能分析和评价。第二，将生物沥青作为改性剂掺入到普通石油沥青中，评价改性生物沥青与基质沥青在物理化学性能上的差异。并对老化后的生物改性沥青进行评价。第三，. 生物沥青改性机制研究，生物沥青改性机制生物质重油掺入到沥青中之后，沥青元素组成、分子量分布与组分均会发生变化，确定出有利于生物沥青胶体结构改善的反应机理及其反应条件，将有助于对生物沥青的深入理解。国外的研究者对此也开展了研究。

6 该技术的应用案例

生物沥青技术是一种新型的结合料技术，但其混合料的研究仍然处于起步阶段，报道研究少，除了对木屑、猪粪、废弃油脂等提取的生物重油制得的生物沥青混合料进行研究外，对其他来源的生物质研究有待进一步的拓展。总体而言，现今国外采用的生物结合料制备工艺大多为快速热裂解技术。如爱荷华州立大学与Avello生物能源公司合作，以植物茎科及残渣为原材料，采用快速裂解技术制得生物结合料。室内试验显示此种生物结合料可以作为沥青材料的改性剂、添加物或抗氧化剂等，其基本性能满足沥青使用的要求。有鉴于此，爱荷华州于2010年修建了第一条由生物沥青铺筑的自行车道，其摊铺、设备仍然采用常规技术及设备。

7该项技术的应用前景及待研究问题

生物沥青作为普通石油沥青的替代品，目前存在一定局限，生物沥青混合料的研究较少，混合料的研究仍然处于初步阶段而且大部分集中在国外，国内关于生物沥青混合料的路用性能的研究几乎空白。这不利于生物沥青作为一种道路工程中的胶结材料进行大规模应用。对于生物沥青的评价方法依赖于对传统沥青的评价方法，应该制定新的、统一的评价方法以便于对生物沥青的性能进行评价，应该注意到，由于生物质原料不同，使得制备的生物质重油的质量也有所差别，掺入到石油沥青中作为改性剂会对性能产生不同程度的影响。除了美国的一例利用生物沥青替代石油沥青铺筑的自行车道外，未见生物沥青作为一种独立的胶结料进行应用。所以作为未来材料，需要找到一种新方法或者添加剂使之能独立成为一种胶结料。生物沥青在再生方面的研究较少，由于有研究表明，生物沥青掺入可以改善其老化性能，所以可以将生物沥青作为再生沥青混合料添加的胶结料，但可行性有待进一步的研究。

8 总结

在对生物沥青的后续研究上，可以从改善生物沥青性能方面进行研究，找到合适的添加剂，提高其承载力，以及在不改变性能的基础上，增加生物油的比例，从而达到节省经济效益的目的。随着科学技术的日渐成熟，生物沥青将会具有更好的性能，更广泛的使用范围。

参考文献：

[1]曹雪娟，刘攀，唐伯明，生物沥青研究进展综述[J]，2015.017.018

[2]邵长春，孙体雄，微藻试养并提取生物柴油获成功[N]，海南日报，2008-10-08（1）