淺談公路工程中生物瀝青的應用意義

馬勝龍

摘要：隨著傳統石油資源的持續大量的開采和使用，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發展的方法。

關鍵詞：生物瀝青;石油瀝青;環保

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環境的逐漸惡化，道路建設的可持續發展正面臨著巨大的挑戰。因此，研發新型的瀝青材料來替代石油瀝青已經成為國內外路面工程領域研究的熱點，而生物瀝青作為一種潛力巨大且應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。現如今國內外已經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材料，因此必須對生物油的制備機制、組成和性質進行了解。生物油的制備需要的生物質材料主要有：農作物秸稈、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，據測算我國目前可供開發的生物質資源折合7.5億t標準煤[1]。過去大部分的生物質資源都通過進行處理，不僅會產生廢氣而且污染環境浪費資源。近些年來由于生物質熱裂解技術的成熟應用，已有多家能源企業利用生物質原料制成生物柴油，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殖微藻，利用微藻這種生物質轉化為生物柴油，產油率高達28%-32 %，投產后具有年產生物柴油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接近，將其應用到道路材料上既經濟環保又有廣闊的前景。

3 生物瀝青的應用意義

生物瀝青相對于石油瀝青來說是一種新型的材料，它通過生物質快速裂解生成生物油，然后將生物油經過蒸餾，萃取氧化等化學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來的，但是生物資源具有可再生及綠色環保的優點，可以再生循環利用，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，應可持續發展要求，我們需要一種石油瀝青的替代產品。生物瀝青因其成本低，可再生成為瀝青材料研究發展的新方向。隨著時代的進步發展，我國基礎建設的速度日趨加快，已建成的基礎設施如道路在使用年限期間總會出現各種各樣的問題，大規模的高等級公路建設和養護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，這些因素嚴重制約著瀝青路面的建設和養護維修成本。生物瀝青具有可再生，成本低的優點可以考慮成為石油瀝青的優質替補材料。

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，生物瀝青容易發生老化，并且老化的速度會隨著時間的增長而逐漸加快;穩定性較差：因為生物瀝青的成分比較復雜，所以會表現出一定的非均勻特性，所以生物瀝青幾乎都被當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良的筑路膠結料的話，將會掀起路用材料的一場新的革命。

5 生物瀝青國內外研究現狀及主要研究內容

目前，國內外對生物瀝青改性瀝青結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，及廢棄油等轉化而來，對海藻，農作物秸稈等生物質研究較少。此外，對于不同研究者做的試驗得到了不同的結論，應該制定合適的指標來評價其路用性能。綜合國內外研究可以發現，不同的生物質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，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料應用于道路缺少試驗基礎。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，技術儀器等均與我國存在差異，道路工程規范也有所不同，因此在參考國外的相關研究時會對研究產生阻礙。主要研究內容為以下三個方面：第一，利用不同的生物質如玉米秸稈，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瀝青在物理化學性能上的差異。并對老化后的生物改性瀝青進行評價。第三，. 生物瀝青改性機制研究，生物瀝青改性機制生物質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生變化，確定出有利于生物瀝青膠體結構改善的反應機理及其反應條件，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 該技術的應用案例

生物瀝青技術是一種新型的結合料技術，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行研究外，對其他來源的生物質研究有待進一步的拓展。總體而言，現今國外采用的生物結合料制備工藝大多為快速熱裂解技術。如愛荷華州立大學與Avello生物能源公司合作，以植物莖科及殘渣為原材料，采用快速裂解技術制得生物結合料。室內試驗顯示此種生物結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、設備仍然采用常規技術及設備。

7該項技術的應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，國內關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材料進行大規模應用。對于生物瀝青的評價方法依賴于對傳統瀝青的評價方法，應該制定新的、統一的評價方法以便于對生物瀝青的性能進行評價，應該注意到，由于生物質原料不同，使得制備的生物質重油的質量也有所差別，摻入到石油瀝青中作為改性劑會對性能產生不同程度的影響。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料進行應用。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料，但可行性有待進一步的研究。

8 總結

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。

參考文獻：

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

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