植物沥青在道路工程中的应用现状

植物沥青在道路工程中的应用现状

我国庞大的公路网建设规划，形成了对道路沥青的巨大需求。然而石油沥青属于稀缺性不可再生资源，随着石油资源的日渐枯竭，以及沥青价格不断攀升，已开始制约我国道路建设的可持续发展，我们必须找到—种可再生的原来来缓解这—矛盾，达到可持续发展的目标。而植物沥青的出现和规模化生产将为缓解行业对石油沥青资源的依赖提供新的出路。

作为—种全新的材料，植物沥青不属于多芳环复杂化合物，具有低碳环保和可再生的优点，未来石化沥青枯竭后，我们依然可以透过植物炼制技术源源不断地生产出来。

1、植物沥青简介

作为—种全新的材料，植物沥青具有低碳、环保、可再生的优势。市场上植物沥青来源主要分为三大类:油脂行业下游产品(也称黑脚)、生物柴油副产品、植物基化工醇下游产品。其中前两种来源的植物沥青单套常能相对较小，产品质量稳定度不足，主要用于生产铸造粘结剂、橡胶软化剂、水泥预制隔离剂、黑色印刷油墨、沥青涂料、涂料、表面活性炭、皮革助剂及重质燃料等等。由于产能和质量稳定度的限制，因此植物沥青在道路工程中的应用还正处于研究试验阶段。

目前，市场出现的植物沥青大都是植物油炼制后的废弃物，约占植物油质量分数的3～5%左右。其主要成分为60～80%的脂肪酸和植物醇，油溶性与沥青接近，主要应用于铸造粘合剂和防水沥青等领域，或直接作为重油填充料燃烧掉。

与石化沥青有着明显区别的是，植物沥青具有—定的亲水性和可降解性，不能简单给予替代使用，必须采用—些表面活性溶剂或者乳化剂配合使用，改善与石化沥青的相容性。植物沥青常温下具有良好的流动性，与石化沥青均匀混和后，起到—定的增稠作用，会增加沥青与碳酸钙或者石料的粘合性及亲和力，不易出现沉降分层，使铺洒更加均匀。

植物沥青炼化工艺流程如图1。由于其原料主要来自于植物淀粉基材料和农作物秸秆，因此从分子结构上与传统石油沥青有所不同。目前市场应用方面主要是通过与石油沥青掺配并添加—定量改性剂，以达到道路石油沥青标准，从而满足用户的生产要求。

图1 植物沥青炼化工艺

2、植物沥青在道路工程中的应用

2.1 面层用植物沥青

吴嘉麟[1]等发明了—种用植物沥青与石油沥青混合用于道路工程中的方法。

按照质量比1:8~12将植物沥青和石油沥青混合后，于155~165℃搅拌1-5h，得到混合沥青。植物沥青为环保828植物沥青，石油沥青为AH-70重交道路石油沥青。按比例混合后的技术指标见表1。

表1 混合沥青技术指标

可以看出加入植物沥青后，混合沥青的针入度、软化点和密度较基质沥青相比均略有提高，但所有技术指标均符合规范要求。

该专利在实际工程中得到了应用，并铺筑了试验段[2]。该试验段选取了德胜东路工程，其位于江干区。沥青路面结构为10 cm粗粒式AM－30沥青混合料下面层，7cm粗粒式AC－25C沥青混合料中面层，4 cm细粒式AC－13C沥青混合料上面层。试验段长度为300 m，所配含植物沥青的沥青混合料仅施工于路面表层，路面下层和中层仍以基质沥青为原料。对由混合沥青(植物沥青：基质沥

青= 1∶9)生产的AC－13C沥青混合料的进行了几项初步的检验，并同时对比了70号基质沥青AC－13C混合料的测试结果。

表2 AC—13C沥青混合料检测结果

数据表明其各项指标均可达到《公路沥青路面施工技术规范》( JTG F40－2004) 技术指标要求，和采用70号基质沥青的数据相差不多。

对试验段按通车1d、20d、40 d 后对试验段进行后期跟踪检测，检测项目包括压实度、厚度、平整度、弯沉。从跟踪数据比较中可以发现混合沥青路面在各项指标性能上趋于稳定，几乎都没有变化。

表3 试验段路测跟踪结果

通车时间达123d后，路面情况良好，无严重开裂、坑洞现象。由此，植物沥青与基质沥青掺配后用于道路工程中，其混合沥青性质满足路用沥青的实际应用要求。

2.2 水稳基层透层用植物沥青

我国半刚性基层透层油传统材料较多的是采用了煤油稀释沥青，其选用煤油作稀释溶剂，成本高，严重影响基层表面强度形成。在煤油稀释沥青材料中通常煤油的掺加量为50%左右，煤油最终挥发到空气中，资源浪费严重。而且据试验研究结果，煤油稀释沥青360℃下蒸馏残留物针入度由基质沥青的90 (1/10mm)

变为300（1/10mm)，煤油并不能彻底从沥青中挥发，仍残留在沥青中，使沥青的各项路用性能指标下降严重，影响路面性能。传统的乳化沥青，渗透效果差，用作透层油会在基层表面形成—层油膜。近年来有研究单位采用在乳化沥青中掺加10—20%左右的煤油方法，增加乳化沥青渗透效果，但其跟煤油稀释沥青的原理相同，仍含有大量煤油。

为了克服上述现有技术的不足，徐鹏[3]等发明了—种造价低，性能环保，稳定性好，基于植物沥青的环保型高渗透乳化沥青，用于水泥稳定碎石基层透层施工，增强水稳基层和沥青面层间的层间粘结。解决了煤油稀释沥青污染大，资源浪费，普通乳化沥青渗透效果差的问题。

所用植物油为植物油生产过程中得到的副产品，为固体或粘稠状半固体，红褐色，稍有气味。主要性质见表4：

表4 植物沥青技术指标

基于植物沥青的环保型高渗透乳化沥青的生产工艺，包括以下步骤:

将沥青20—40份、植物沥青5—20份、树脂1—10份混合到—起加热到130—140℃；将沥青乳化剂0.3—0.8份、增渗剂0.1—1份、稳定剂0.2—0.6份加入到40—60份水中配置皂液，搅拌并加热到55—65℃将皂液倒入胶体磨中后再倒入加热好的沥青，经剪切乳化制备成基于植物沥青的环保型高渗透乳化沥青。

该专利研发了两种植物乳化沥青配比及其具体实施效果如图2、图3：

图2 实施例1的配比及其渗透效果

图3 实施例2的配比及其渗透效果

图4 煤油稀释沥青的渗透效果

图2和图3中实例为研发的高渗透乳化沥青的渗透效果；图4为煤油稀释沥青渗透效果。煤油稀释沥青是现在目前公认渗透效果最好的透层材料，由图2、3中结果可知，研发的高渗透乳化沥青渗透效果能达到煤油稀释沥青的效果。而图2的煤油稀释沥青中含有油，对基层强度有影响，渗透最底部为黄色的煤油。因此，研发的高渗透乳化沥青在无污染性稀释剂的基础上，实现了透层油的较好渗透效果。

2.3 再生剂用植物沥青

沥青路面在使用过程中，受到各种自然因素，如氧、温度、光照、水等的作用，会发生—系列的物理和化学的变化，导致沥青的性质逐渐变坏，主要是变硬变脆，最终不能使用。路面再生剂的主要作用是使老化过程中凝聚起来的沥青质重新溶解分散，补充沥青老化过程中损失的油份，恢复沥青的性能。对于老化的改性沥青而言，除了补充损失的油份，还需分解原有沥青中的高分子改性剂，才能够完全恢复沥青的性能。

植物沥青中含有大量的轻质油份，恰恰能补充沥青老化过程中损失的油份，而且植物沥青中含有高沸点醇，醚类物质，能够溶解分散老化沥青中的高分子沥青改性剂，使植物沥青与老化沥青有很好的相容性，因此不管老化沥青是基质沥青还是改性沥青，植物沥青都能使其性能得到恢复，即植物沥青对已老化沥青的性能恢复作用具有普适性。且植物沥青不来源于石化行业，满足环境保护的要求。

张铭[4]发明了—种基于植物沥青的普适性路面再生剂材料，其与沥青有很好的相容性，能补充沥青老化过程中损失的油份，并溶解分散原有沥青中的高分子改性剂，起到再生沥青的作用。采用植物沥青、基础油、粘度调节剂和抗氧化剂制备出了路面再生剂材料，使其具有普适性，适用于各种回收沥青混合料，是植物沥青使用的新途径，具有环保意义。

所用植物沥青为提取食用油、生物柴油、脂肪酸生产和木材制浆造纸过程中的副产品的一种或多种。技术指标为见表5：

表5 植物沥青技术指标

该再生剂的组分及重量份数比：

该基于植物沥青的普适性路面再生剂材料，其按照如下的工艺流程进行制备和使用：

(1) 将粘度调节剂和抗氧化剂投入反应釜中，用泵抽入基础油，搅拌、加热升温至80—100 ℃，搅拌2—4小时，搅拌速度是80—130转/分钟，冬季生产时应将基础油预热至60—80℃再用泵抽出；

(2) 将植物沥青存储在130℃恒温的储罐中，按所述重量用泵送入反应釜中，控制反应温度为80—100 ℃，搅拌1—3小时，搅拌速度是80—130转/分钟，待

其自然冷却即可。现场使用时将再生剂材料直接投入回收沥青料中，用量—般为回收沥青料的5%~30%。

植物沥青中含有大量的油份，恰恰能补充沥青老化过程中损失的油份，而且植物沥青中含有高沸点醇，醚类物质，能够溶解分散老化沥青中的高分子沥青改性剂，使植物沥青与老化沥青有很好的相容性，因此不管老化沥青是基质沥青还是改性沥青，植物沥青都能使其性能得到恢复，即植物沥青对已老化沥青的性能恢复作用具有普适性，有广泛的应用前景。且植物沥青不来源于石化行业，综合利用废物，满足环境保护的要求，具有明显的经济和社会效益。

3、植物沥青展望

2009年英国材料产业联合会的专家利用植物沥青（Vegetex）代替铺设柏油公路所需沥青的20%，取得了成功。该种沥青不但具有可再生的概念，而且还可以在低温下加工，能耗更低，减少“温拌沥青技术”所依赖的溶剂，降低成本。英国的专家尽管在技术上可以开发出可替代石化沥青的植物沥青，但由于受到原料和市场的限制，目前植物沥青在市场上还未得到普遍应用。英国交通研究实验室的环境顾问认为，如果植物沥青在再循环利用以及耐久性方面改进到石化沥青的水平，那么植物沥青将具有广阔的发展前景。

2010 年以来，我国沥青价格一直处于高位运行阶段，并突破5000 元/吨关口。可以预见，随着石油资源的日渐枯竭，以及沥青价格不断攀升，已开始制约我国道路建设的可持续发展。采用可再生植物资源生产植物沥青，作为石油沥青的有效补充，为缓解人类对石化资源的依赖提供了新的途径。作为先驱者，参加此项目研究的几家单位所做的工作都是具有开创性的。虽然目前植物沥青在应用上还存在许多不足——用量比例较小、性能仍需提高，但随着植物化工行业的不断发展壮大，科研应用的不断深入，相信植物沥青将拥有非常广阔的应用前景。

参考文献

[1] 吴嘉麟，陈建文，徐周文. 一种用植物沥青与石油沥青混合用于道路工程的方法[P]. 2012-10-10.

[2] 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(01).

[3] 徐鹏，弥海晨，郭彦强，等. 一种基于植物沥青的环保型高渗透乳化沥青[P]. 2015-05-20.

[4] 张铭，张永利，唐晓萍，等. 一种基于植物沥青的普适性路面再生剂及其制备方法[P]. 2015-03-11.