隨著中國交通運輸行業的不斷發展，以瀝青路 面為主的高等級公路建設持續增加。截至２０１７年 底，中國高速公路里程達１３．６５×１０４ ｋｍ，用于道路 建設的瀝青材料持續增加，急需尋找石油瀝青材料 的替代品，緩解道路建設行業對不可再生石油資源 的依賴性。生物瀝青是近年來開發的一種新型道路 膠結材料，由可再生生物質原材料經熱裂解或熱液 化等方法處理，并由發生一系列物理化學反應的生 物質重油部分替代石油瀝青得到，具有石油瀝青的 基本性質。中國是一個生物質資源豐富的國家， 大量農林廢棄物、動物排泄物的不當處理，造成環境 污染和資源浪費，若將廢棄生物質用于發展生物瀝 青，既可實現廢棄資源的環保利用，又可為道路膠結 材料的開發研究開辟新方向。

研究生物再生瀝青及其混合料 的性能，研究表明，生 物 再 生 劑 具 有 較 好 的 再 生 性 能，能較好地恢復老化瀝青的基 本物理性能及流 變性 能 等，改 變 再 生 瀝 青 的 化 學 組 成。目 前 已有將生物瀝青用作膠結材料 的瀝青路面，通 過 全壽命周 期 評 價 發 現，生 物 瀝 青 的 使 用 能 有 效 降 低施工能 耗，提 升 環 保 效 益；但仍有研究發現， 生物瀝 青 的 實 驗 室 性 能 與 實 際 路 用 性 能 存 在 差 異，在外界 條 件 作 用 下，易 出 現 膠 結 料 黏 胎、集 料 脫落等不良現象。

１ 原材料性能指標

１．１ 基質瀝青
本研究涉及到５０＃ 基質瀝青與７０＃ 基 質 瀝 青， 均為道路 a級石油瀝青（上海昌吉瀝青檢測分析儀器），技術指標測試參照《公 路 工程 瀝 青 及 瀝 青 混 合 料 試 驗 規 程 》（ＪＴＧ Ｅ２０— ２０１１）。

１．２ 生物質重油
以木屑（木質纖維素類生物質）為原材料，采用 乙醇－乙二醇混合溶劑，在密閉反應釜內通過熱液化 技術制 備 生 物 油，制 備 工 藝 參 數 包 括 液 固 質 量 比 ６∶１、催 化 劑 摻 量（質 量 分 數，下 同）３％、反 應 溫 度 ２５０ ℃、停留時間３０ｍｉｎ。液化產物經濾布減壓抽 濾、２００ ℃減 壓 旋 轉 蒸 餾 得 到 生 物 質 重 油 （簡 稱 重 油，下同），在室溫情況下重油為黑色黏稠狀液體（圖 １），含有一 定 量 的 生 物 炭 微 顆 粒，具有一定的流動 性。

１．３ 生物瀝青制備
將重油 在１６５ ℃條 件 下 保 溫１ｈ，按 照 摻 量 為 ０％、５％、１０％、１５％、２０％加入１３５℃的５０＃ 基質瀝 青中，然后在１３５℃油浴中以１０００ｒ／ｍｉｎ的轉速剪 切３０ｍｉｎ，即得不同重油摻量的生物瀝青。

１．４ 表征方法及試驗參數
紅外光譜測試 所 用 儀 器 為 ＢｒｕｋｅｒＴＥＮＳＯＲⅡ， 采用方法為 ＫＢｒ壓片法；掃描電鏡分析儀器為ＺＥＩＳＳ Ｓｉｇｍａ３００；熱穩定性分析儀器為 ＭＥＴＴＬＥＲＴＧＡ／ ＤＳＣ，載氣為 Ｎ２，升溫速率為１０ ℃／ｍｉｎ；生物瀝青性 能評價方法參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規 程》（ＪＴＧＥ２０—２０１１）。

２ 重油物化性質

２．１ 紅外光譜分析 對重油及７０＃ 基質瀝 青 進 行 紅 外 光 譜 分 析，比 較重油與瀝青材料的官能團組成差異。
２．２ 掃描電鏡分析 已有研究表明，生物炭具有增稠作用，可改善瀝 青材料的溫 度 敏 感 性、抗 車 轍 變 形 等 高 溫 性 能。 故本文在分離液化產物時，選用適當孔徑的濾布作 為抽濾媒介，使一部分小顆粒生物炭混入生物油中， 以緩解油分對生物瀝青高溫性能的不利影響。
２．３ 熱穩定性分析 生物瀝青存在熱穩定性較差的問題。若要將生 物瀝青用于道路建設中，必須研究重油的熱穩定性 能，保證施工過程中膠結料不會因拌和受熱而分解， 降低油石比，影響瀝青混合料的路用性能。

３ 生物瀝青性能評價

為評價與 對 比 生 物 瀝 青 及 ５０＃ 、７０＃ 基 質 瀝 青 的應力恢復性能，本文開展了０．１、３．２ｋＰａ應力下 的多 重 應 力 蠕 變 恢 復 試 驗 （ＭＳＣＲ），試 驗 溫 度 為 ６５ ℃。圖１０為試驗測試結果，表５為平 均 應 變 恢 復率Ｒ 與平均不可恢復蠕變柔量Ｊｎｒ的計算結果。 從圖１０可以看出，在同一應力水平下，生物瀝 青加載產生的 應 變 介 于５０＃ 與７０＃ 基 質 瀝 青 之 間。 基質瀝青是一種感溫性較強的膠結材料，在高溫條 件下更多地表現出黏性性能，彈性性能逐漸喪失，蠕 變恢復能力逐漸降低，生物瀝青在蠕變特性上基本 與基質瀝青相類似。 通過對各試樣的 Ｒ 與Ｊｎｒ的 計 算，見 表５，發 現 各試樣仍具有一定的蠕變恢復能力，但恢復率較低。 當應力水平 為０．１ｋＰａ時，生 物 瀝 青 的 Ｒ 隨 重 油 摻 量增加而逐漸降低，但均高于７０＃ 基質瀝青，在重油 摻量不超過１０％時，生物瀝青的Ｒ 也高于５０＃ 基質 瀝青；生 物 瀝 青 的 Ｊｎｒ介 于 ５０＃ 與 ７０＃ 基 質 瀝 青 之 間，且隨重油摻量增加而逐漸增大。當應力水平為 ３．２ｋＰａ時，生物 瀝 青 的 Ｒ 介 于５０＃ 與７０＃ 基 質 瀝 青之間，但卻隨重油摻量增加而逐漸增大；Ｊｎｒ的 變化規律與應力水平０．１ｋＰａ時一致。 當應力水平為０．１ｋＰａ時，重 油 中 的 油 分 對 生 物瀝青蠕變性能起主導作用。隨重油摻量的增加， 用于裹覆瀝青膠團結構的油分逐漸增多，降低瀝青 大分子間的運動阻力，生物瀝青的變形性能逐漸增 強，導致Ｒ 逐漸降低，Ｊｎｒ逐 漸 增 大。此 時 由 于 重 油 中生物炭的存 在，使 生 物 瀝 青 的 Ｒ 水 平 整 體 較 高。 當應力水平為３．２ｋＰａ時，重油中的生物炭對生物 瀝青蠕變性能起主導作用。較高應力時，生物瀝青 中的生物炭起主要的承載作用，纖維素類生物炭具 有較好的機械性能，有利于膠結材料的彈性恢復，且 隨重油摻量的增加，生物炭含量逐漸增加，故使得Ｒ 逐漸增大，但Ｊｎｒ仍 逐 漸 增 大。２個 應 力 條 件 下，生 物瀝青的Ｒ 均大于７０＃ 基質瀝青，Ｊｎｒ均小于７０＃ 基質瀝青，表明生物瀝青較７０＃ 基質瀝青有 更 好 的 蠕 變恢復性能。

４ 結 語

（１）采用紅外光譜分析了重油與７０＃ 基 質 瀝 青 的官能團組成，發現重油的官能團組成有羥基、烷烴 基、酯基、芳環等，而基質瀝青官能團組成較為單一， 主要包括烷烴基及芳環等，兩者存在類似官能團組 成結構，離析試驗表明兩者有較好的相容性。
（２）掃描電鏡對重油中生物炭的微觀形貌表征 發現，生物炭為直徑約為３μｍ 的均質球形微顆粒， 表面有大量凹凸結構。重油與７０＃ 基質瀝青的熱重 性質測試結果發現，重油的高溫熱穩定 性 不 如７０＃ 基 質 瀝 青，但重油在瀝青混合料常規拌和溫度 （１６５ ℃）時的 熱 質 量 損 失 率 僅 為３．６％，熱 穩 定 性 較好，可滿足瀝青路面熱拌施工要求。
（３）生物瀝青與５０＃ 、７０＃ 基質瀝青的性能評價 表明，標號均為７０＃ 的生物瀝青較基質瀝 青 有 更 優 異的常規物理性能。三大指標分析發現，重油能增 大生物瀝青的針入度，降低軟化點和延度。水煮法 試驗發現，生物瀝青與集料有較好的黏附性能，除重 油摻量為２０％的生物瀝青的黏附等級為４級外，其 他生物瀝青的黏附等級均為５級。
（４）ＤＳＣ 測 試 結 果 表 明，重 油 能 降 低 生 物 瀝 青 的Ｔｇ，提高 生 物 瀝 青 的 低 溫 性 能。ＤＳＲ 對 生 物 瀝 青的高溫流變性能測試發現，隨重油摻量增加，生物 瀝青的高溫性能逐漸降低，但各生物瀝青的高溫抗 永久 變 形 能 力 與 抗 剪 切 性 能 均 不 低 于 ７０＃ 基 質 瀝 青。ＭＳＣＲ試驗 顯 示，在 不 同 應 力 條 件 下，重 油 中 的油分和生物炭對生物瀝青的蠕變恢復性能有不同 的影響，但其較７０＃ 基質瀝青優異。
（５）本文主要進行膠結料性能評價，缺乏對生物 瀝青混合料性能研究，同時未評價生物瀝青應用的 經濟效益。下一步將繼續研究生物瀝青的路用性 能，探索生物瀝青在實際工程中的應用。