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生物沥青制备方法及其性能性能综述

2019-10-30罗万力

大经贸 2019年8期

【摘 要】 本文综述了生物沥青的制备方法及工艺,对生物沥青的基本参数与原基质沥青进行了对比。并对目前国内生物沥青部分相关研究进行了收集总结,分析了不同种类生物沥青的技术性能。

【关键词】 石油沥青 生物沥青 生物油

1研究现状

近年来,生物粘结剂作为石油沥青的替代品在国内外收到广泛关注[1-3]。生物沥青是以农林业产品及废弃物、生活有机废弃物、能源作物等生物质材料为原料,经过热裂解、调合等工艺制备而成性能类似石油沥青的胶结料,具有绿色无污染、成本低廉、来源广泛等优势[4-6]。

生物油含有大量的能提高混合料的和易性并降低拌和压实温度的碳氢化合物[7,8],该类物质能够由于降低了基质沥青黏度而改善沥青的施工和易性,并提高其抗疲劳性能和低温开裂性能。因此生物结合料由于能以一定比例替代石油沥青而具有良好的发展前景。目前,生物沥青主要作为有三种替代方式:完全替代(100%替代)、作为添加剂(25%一75%替代)、作为改性剂(<10%替代)[5]。目前生物沥青研究的生物质来源主要分为以下三类,分别为:1)秸秆、木屑、草屑等木质纤维类;2)猪粪等动物粪便类;3)地沟油类(废弃食用油脂、煎炸废油等)。此外,生物油还可以通过微藻、橡木分解、棉籽和大豆炼油的下脚油以及咖啡渣等生产[5]。我国作为世界第一人口大国及工农业大国,每年会产生大量动物粪便以及木质纤维类废弃物,而各种废弃物会加速环境污染和温室气体排放,因此如何处理工农业发展所产生的废弃物且变废为宝成为当今社会的热门话题。

2生物沥青制备工艺

由生物质热解制备得到的液体产物简称为生物油,生物油是由生物质中木质素、纤维素和半纤维素共同转化得到,表观上呈黑色或黑褐色勃稠状,是分离与制备生物沥青的母体。现阶段生物质液化主要有两种方法:1)生物质热解液化法;2)生物质高压液化法。

动植物等原材料直接经液化制备的生物油还无法达到路用标准,因此一般还需要将初步制备的生物油进行再次加工以制备能够满足沥青使用要求的生物沥青。目前将生物油加工成生物沥青的方法主要有四种:1)蒸馏法;2)调和法;3)氧化法;4)聚合物改性法。

3生物沥青性能研究

目前国内外生物沥青主要分为木质纤维类、动物粪便类和地沟油类三种。目前大多数生物油都是作为添加剂或者改性剂加入到基质沥青中来提升原沥青性能。通过相关试验可以看出三种类型的生物沥青均会提升原沥青的低温性能、抗疲劳能力和抗老化能力。并且在加入生物沥青作为改性剂或者添加剂后石油沥青的黏度、温度敏感性都得到降低.并且通过该试验可以看出基质沥青有很好的相溶性;但也有高温下易老化、低温下易脆、延性较低、长时间放置后会表现出非均匀性等问题。目前对木质纤维类生物沥青的高温稳定性还存在争议,多数研究表明木质纤维类生物油对沥青结合料的高温性能影响不大,甚至降低高温性能[6]。动物粪便类生物油性能较差,大部分被作为改性剂掺入基质沥青且掺量较少(不超过10%)。普遍认为动物粪便类生物油能够提高结合料的高温稳定性和低温抗裂性,降低沥青黏度。目前国内关于动物类生物沥青的相关研究多针对其结合料性能,缺乏对其路用性能研究与评价。地沟油基生物有能够提升沥青的和易性和流变性能,但由于亲水基团的存在,生物沥青的抗水损害能力不足。

4结语

生物沥青作为一种具有可再生、高性价比和环保的新型材料是传统沥青的良好替代品,具有极大的发展前景。目前我国生物沥青的研究已经逐步展开,并且部分企业已经开始进行规模化生产自研的生物沥青,随着科学技术的发展,生物沥青相关技术将逐渐成熟。同时,生物沥青与石油沥青在组成上存在显著差异,其老化机理、老化行为以及评价方法仍需进行深入研究。

【参考文献】

[1] 周南阳,葛岚,周宇弘,等.植物沥青在筑路技术中的应用研究[J].华东公路.2013(1):62一65.

[2] 马素月.当生物“恋”上沥青[N].中国交通报,2012.

[3] 雷茂锦,朱耀庭,彭明.生物结合料的物理和化学特性研究[J].中外公路.2012. 32 (1) :222-225.

[4] 闰金定.我国生物质能源发展现状与战略思考[J].林产化学与工业,2014,34(4):151-158.

[5] 汪海年,高俊锋,尤占平,等.路用生物沥青研究进展[J].武汉理工大学学报,2014,36(7):55-60.

[6] 鲁童,孙国强,庞琦,施沈越,孙大权.不同生物质来源的生物沥青制备方法及其性能综述[J],2017,31(3):60-66.

[7] 廖晓锋,雷茂锦,陈忠达,等.生物结合料共混沥青的路用性能试验研究[J].材料导报:研究篇,2014,28(l):144-149

[8] Fini EH,AI-Qadi I L,YouZ,etal.Partial replacement of asphalt Binder with bio-binder:characterisation and modification[J].International Journal of Pavement Engineering,2012,13(6):515-522.

[9] 凃成,陈艳巨,何敏,曹东伟,张玉贞.生物沥青制备工艺研究进展[J].石油沥青,2015,29(6):62-67.

[10] Gong M,Yang J,Zhang J,et al. Physical-chemical properties of aged asphalt rejuvenated by bio-oil derived from biodiesel residue[J]. Construction&Building Materials,2016,105:35-45.

作者简介:姓名:罗万力 出生年月:1995.9.30 性别:男 民族:汉 籍贯:重庆 学历:本科(研究生在读) 单位:重庆交通大学 研究方向:道路材料 单位省市:重庆市南岸區 邮编:400074