植物瀝青在道路工程中的應用現(xiàn)狀

1、植物瀝青在道路工程中的應用現(xiàn)狀我國龐大的公路網(wǎng)建設規(guī)劃，形成了對道路瀝青的巨大需求。然而石油瀝青屬于稀缺性不可再生資源，隨著石油資源的日漸枯竭，以及瀝青價格不斷攀升，已開始制約我國道路建設的可持續(xù)發(fā)展，我們必須找到種可再生的原來來緩解這矛盾，達到可持續(xù)發(fā)展的目標。而植物瀝青的出現(xiàn)和規(guī)?；a(chǎn)將為緩解行業(yè)對石油瀝青資源的依賴提供新的出路。作為種全新的材料，植物瀝青不屬于多芳環(huán)復雜化合物，具有低碳環(huán)保和可再生的優(yōu)點，未來石化瀝青枯竭后，我們依然可以透過植物煉制技術源源不斷地生產(chǎn)出來。1、植物瀝青簡介作為種全新的材料，植物瀝青具有低碳、環(huán)保、可再生的優(yōu)勢。市場上植物瀝青來源主要分為三大類:油脂行業(yè)下

2、游產(chǎn)品(也稱黑腳)、生物柴油副產(chǎn)品、植物基化工醇下游產(chǎn)品。其中前兩種來源的植物瀝青單套常能相對較小，產(chǎn)品質量穩(wěn)定度不足，主要用于生產(chǎn)鑄造粘結劑、橡膠軟化劑、水泥預制隔離劑、黑色印刷油墨、瀝青涂料、涂料、表面活性炭、皮革助劑及重質燃料等等。由于產(chǎn)能和質量穩(wěn)定度的限制，因此植物瀝青在道路工程中的應用還正處于研究試驗階段。目前，市場出現(xiàn)的植物瀝青大都是植物油煉制后的廢棄物，約占植物油質量分數(shù)的35%左右。其主要成分為6080%的脂肪酸和植物醇，油溶性與瀝青接近，主要應用于鑄造粘合劑和防水瀝青等領域，或直接作為重油填充料燃燒掉。與石化瀝青有著明顯區(qū)別的是，植物瀝青具有定的親水性和可降解性，不能簡單給予

3、替代使用，必須采用些表面活性溶劑或者乳化劑配合使用，改善與石化瀝青的相容性。植物瀝青常溫下具有良好的流動性，與石化瀝青均勻混和后，起到定的增稠作用，會增加瀝青與碳酸鈣或者石料的粘合性及親和力，不易出現(xiàn)沉降分層，使鋪灑更加均勻。植物瀝青煉化工藝流程如圖1。由于其原料主要來自于植物淀粉基材料和農(nóng)作物秸稈，因此從分子結構上與傳統(tǒng)石油瀝青有所不同。目前市場應用方面主要是通過與石油瀝青摻配并添加定量改性劑，以達到道路石油瀝青標準，從而滿足用戶的生產(chǎn)要求。圖1 植物瀝青煉化工藝2、植物瀝青在道路工程中的應用2.1 面層用植物瀝青吳嘉麟1等發(fā)明了種用植物瀝青與石油瀝青混合用于道路工程中的方法。按照質量比1:

4、812將植物瀝青和石油瀝青混合后，于155165攪拌1-5h，得到混合瀝青。植物瀝青為環(huán)保828植物瀝青，石油瀝青為AH-70重交道路石油瀝青。按比例混合后的技術指標見表1。表1 混合瀝青技術指標可以看出加入植物瀝青后，混合瀝青的針入度、軟化點和密度較基質瀝青相比均略有提高，但所有技術指標均符合規(guī)范要求。該專利在實際工程中得到了應用，并鋪筑了試驗段2。該試驗段選取了德勝東路工程，其位于江干區(qū)。瀝青路面結構為10 cm粗粒式AM30瀝青混合料下面層，7cm粗粒式AC25C瀝青混合料中面層，4 cm細粒式AC13C瀝青混合料上面層。試驗段長度為 300 m，所配含植物瀝青的瀝青混合料僅施工于路面表

5、層，路面下層和中層仍以基質瀝青為原料。對由混合瀝青 (植物瀝青：基質瀝青 = 19)生產(chǎn)的AC13C瀝青混合料的進行了幾項初步的檢驗，并同時對比了70號基質瀝青AC13C混合料的測試結果。表2 AC13C瀝青混合料檢測結果數(shù)據(jù)表明其各項指標均可達到公路瀝青路面施工技術規(guī)范( JTG F402004) 技術指標要求，和采用70號基質瀝青的數(shù)據(jù)相差不多。對試驗段按通車1d、20d、40 d 后對試驗段進行后期跟蹤檢測，檢測項目包括壓實度、厚度、平整度、彎沉。從跟蹤數(shù)據(jù)比較中可以發(fā)現(xiàn)混合瀝青路面在各項指標性能上趨于穩(wěn)定，幾乎都沒有變化。表3 試驗段路測跟蹤結果通車時間達123d后，路面情況良好，無嚴

6、重開裂、坑洞現(xiàn)象。由此，植物瀝青與基質瀝青摻配后用于道路工程中，其混合瀝青性質滿足路用瀝青的實際應用要求。2.2 水穩(wěn)基層透層用植物瀝青我國半剛性基層透層油傳統(tǒng)材料較多的是采用了煤油稀釋瀝青，其選用煤油作稀釋溶劑，成本高，嚴重影響基層表面強度形成。在煤油稀釋瀝青材料中通常煤油的摻加量為50%左右，煤油最終揮發(fā)到空氣中，資源浪費嚴重。而且據(jù)試驗研究結果，煤油稀釋瀝青360下蒸餾殘留物針入度由基質瀝青的90 (1/10mm)變?yōu)?00（1/10mm)，煤油并不能徹底從瀝青中揮發(fā)，仍殘留在瀝青中，使瀝青的各項路用性能指標下降嚴重，影響路面性能。傳統(tǒng)的乳化瀝青，滲透效果差，用作透層油會在基層表面形成層

7、油膜。近年來有研究單位采用在乳化瀝青中摻加1020%左右的煤油方法，增加乳化瀝青滲透效果，但其跟煤油稀釋瀝青的原理相同，仍含有大量煤油。為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，徐鵬3等發(fā)明了種造價低，性能環(huán)保，穩(wěn)定性好，基于植物瀝青的環(huán)保型高滲透乳化瀝青，用于水泥穩(wěn)定碎石基層透層施工，增強水穩(wěn)基層和瀝青面層間的層間粘結。解決了煤油稀釋瀝青污染大，資源浪費，普通乳化瀝青滲透效果差的問題。所用植物油為植物油生產(chǎn)過程中得到的副產(chǎn)品，為固體或粘稠狀半固體，紅褐色，稍有氣味。主要性質見表4：表4 植物瀝青技術指標基于植物瀝青的環(huán)保型高滲透乳化瀝青的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟:將瀝青2040份、植物瀝青520份、樹脂11

8、0份混合到起加熱到130140；將瀝青乳化劑0.30.8份、增滲劑0.11份、穩(wěn)定劑0.20.6份加入到4060份水中配置皂液，攪拌并加熱到5565將皂液倒入膠體磨中后再倒入加熱好的瀝青，經(jīng)剪切乳化制備成基于植物瀝青的環(huán)保型高滲透乳化瀝青。該專利研發(fā)了兩種植物乳化瀝青配比及其具體實施效果如圖2、圖3：圖2 實施例1的配比及其滲透效果圖3 實施例2的配比及其滲透效果圖4 煤油稀釋瀝青的滲透效果圖2和圖3中實例為研發(fā)的高滲透乳化瀝青的滲透效果；圖4為煤油稀釋瀝青滲透效果。煤油稀釋瀝青是現(xiàn)在目前公認滲透效果最好的透層材料，由圖2、3中結果可知，研發(fā)的高滲透乳化瀝青滲透效果能達到煤油稀釋瀝青的效果。而

9、圖2的煤油稀釋瀝青中含有油，對基層強度有影響，滲透最底部為黃色的煤油。因此，研發(fā)的高滲透乳化瀝青在無污染性稀釋劑的基礎上，實現(xiàn)了透層油的較好滲透效果。2.3 再生劑用植物瀝青瀝青路面在使用過程中，受到各種自然因素，如氧、溫度、光照、水等的作用，會發(fā)生系列的物理和化學的變化，導致瀝青的性質逐漸變壞，主要是變硬變脆，最終不能使用。路面再生劑的主要作用是使老化過程中凝聚起來的瀝青質重新溶解分散，補充瀝青老化過程中損失的油份，恢復瀝青的性能。對于老化的改性瀝青而言，除了補充損失的油份，還需分解原有瀝青中的高分子改性劑，才能夠完全恢復瀝青的性能。植物瀝青中含有大量的輕質油份，恰恰能補充瀝青老化過程中損失

10、的油份，而且植物瀝青中含有高沸點醇，醚類物質，能夠溶解分散老化瀝青中的高分子瀝青改性劑，使植物瀝青與老化瀝青有很好的相容性，因此不管老化瀝青是基質瀝青還是改性瀝青，植物瀝青都能使其性能得到恢復，即植物瀝青對已老化瀝青的性能恢復作用具有普適性。且植物瀝青不來源于石化行業(yè)，滿足環(huán)境保護的要求。張銘4 發(fā)明了種基于植物瀝青的普適性路面再生劑材料，其與瀝青有很好的相容性，能補充瀝青老化過程中損失的油份，并溶解分散原有瀝青中的高分子改性劑，起到再生瀝青的作用。采用植物瀝青、基礎油、粘度調節(jié)劑和抗氧化劑制備出了路面再生劑材料，使其具有普適性，適用于各種回收瀝青混合料，是植物瀝青使用的新途徑，具有環(huán)保意義。

11、所用植物瀝青為提取食用油、生物柴油、脂肪酸生產(chǎn)和木材制漿造紙過程中的副產(chǎn)品的一種或多種。技術指標為見表5：表5 植物瀝青技術指標技術指標單位參考值軟化點3040針入度1/10mm17023025密度g/cm30.951.0560粘度Pas20100閃點210該再生劑的組分及重量份數(shù)比：該基于植物瀝青的普適性路面再生劑材料，其按照如下的工藝流程進行制備和使用：(1) 將粘度調節(jié)劑和抗氧化劑投入反應釜中，用泵抽入基礎油，攪拌、加熱升溫至80100 ，攪拌24小時，攪拌速度是80130轉/分鐘，冬季生產(chǎn)時應將基礎油預熱至6080再用泵抽出；(2) 將植物瀝青存儲在130恒溫的儲罐中，按所述重量用泵送

12、入反應釜中，控制反應溫度為80100 ，攪拌13小時，攪拌速度是80130轉/分鐘，待其自然冷卻即可。現(xiàn)場使用時將再生劑材料直接投入回收瀝青料中，用量般為回收瀝青料的5%30%。植物瀝青中含有大量的油份，恰恰能補充瀝青老化過程中損失的油份，而且植物瀝青中含有高沸點醇，醚類物質，能夠溶解分散老化瀝青中的高分子瀝青改性劑，使植物瀝青與老化瀝青有很好的相容性，因此不管老化瀝青是基質瀝青還是改性瀝青，植物瀝青都能使其性能得到恢復，即植物瀝青對已老化瀝青的性能恢復作用具有普適性，有廣泛的應用前景。且植物瀝青不來源于石化行業(yè)，綜合利用廢物，滿足環(huán)境保護的要求，具有明顯的經(jīng)濟和社會效益。3、植物瀝青展望20

13、09年英國材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會的專家利用植物瀝青（Vegetex）代替鋪設柏油公路所需瀝青的20%，取得了成功。該種瀝青不但具有可再生的概念，而且還可以在低溫下加工，能耗更低，減少“溫拌瀝青技術”所依賴的溶劑，降低成本。英國的專家盡管在技術上可以開發(fā)出可替代石化瀝青的植物瀝青，但由于受到原料和市場的限制，目前植物瀝青在市場上還未得到普遍應用。英國交通研究實驗室的環(huán)境顧問認為，如果植物瀝青在再循環(huán)利用以及耐久性方面改進到石化瀝青的水平，那么植物瀝青將具有廣闊的發(fā)展前景。2010 年以來，我國瀝青價格一直處于高位運行階段，并突破 5000 元 /噸關口。可以預見，隨著石油資源的日漸枯竭，以及瀝青價格不斷攀升，已開始制約我國道路建設的可持續(xù)發(fā)展。采用可再生植物資源生產(chǎn)植物瀝青，作為石油瀝青的有效補充， 為緩解人類對石化資源的依賴提供了新的途徑。作為先驅者，參加此項目研究的幾家單位所做的工作都是具有開創(chuàng)性的。雖然目前植物瀝青在應用上還存在許多不足用量比例較小、性能仍需提高，但隨著植物化工行業(yè)的不斷發(fā)展壯大，科研應用的不斷深入，相信植物瀝青將擁有非常廣