生物沥青的研究现状及发展趋势
摘要：近年来，国内外研究重点多数集中于生物沥青的制备工艺与改性效应，在复合改性剂中生物质改性剂与现常用改性剂之间的反应机理研究仍然较少，基
质沥青的改性研究和评价方法还需进一步探究。
因此，本文综述了生物质改性材
料和生物沥青的制备工艺，分析了其改性效应，对比了现常用改性剂与生物质复
合改性剂对沥青的改性效应，对现有的制备工艺和改性效应进行了总结和评价。
关键词：改性沥青；生物质；环保；可持续性
1生物沥青制备工艺
生物质原料经过不同的加工工艺得到的产物形式多种多样，主要包括热裂解
生物质油、高温煅烧形成的灰烬及合成的纤维材料。
由于不同工艺制得的生物质
改性剂改性效应不同，本节为确定不同类型生物质材料的特性，对生物质改性剂
的制备工艺进行总结，为生物质改性沥青的制备提供依据。
生物沥青制备需要先从生物质中采用压榨提取或热裂解工艺提取生物质油，
再将其与石油沥青剪切搅拌。
因此生物沥青的性能很大程度上受生物质油的原料
来源、制取工艺以及与石油沥青的混合方法等影响，国内外专家对此开展了大量
研究。
传统的蒸馏法由于无法去除水分而不适用于制取生物质油，物理压榨法常
用于花生、油菜籽等植物果实类生物质油制取，而对于猪粪、植物秸秆等其他生
物质一般采用更为通用的快速热解法制取生物质油，针对加热温度、裂解压力和
剪切速率等制备条件对不同来源生物沥青的影响已经开展大量研究。
fini等在304℃、10.3mpa的条件下从猪粪中制取生物油，而julan则进一步将猪粪油的制
备温度提高到了380℃。
郑典模等在540℃温度下对废植物油进行70分钟的深度
裂解制取生物油。
yang等将落叶置于500℃中高温分解制取生物油。
综上所述，
现阶段热裂解法制取生物油的温度一般在300℃以上，不同来源的生物质对加热
温度、反应时间、裂解压力的要求也不尽相同，生成的生物质油化学成分更是区
别较大，因此在生物沥青性能研究中需要说明生物油的原料来源、制备条件及主
要成分。
在生物质油与基质沥青的剪切搅拌中，不同来源生物质油对剪切速率、
温度的要求区别极大。
木质素、纤维素、半纤维素含量较高的秸秆油、木屑油等
植物油通常需要5000～6000ｒ·min -1的剪切速率，剪切温度一般在130。
而以
猪粪油为代表的生物油只需要2000ｒ*min -1以下的剪切速率，但剪切温度略高
于植物油。
2生物沥青效应研究
2.1生物沥青改性机理
针对生物沥青的改性作用，不同掺量的生物油改性沥青的高低温性能、耐疲
劳性能被广泛研究。
Gokalp等研究了连续热裂解工艺制备的废植物油对基质沥青
的改性作用，结果表明2％～10％掺量的废植物油降低了基质沥青的车辙因子，
但其低温性能改善明显。
而Barzegari等使用木质素油改性基质沥青后却观察到
相反的性能变化，其高温性能在提升的同时低温性能劣化，同样在秸秆油和蓖麻
油改性沥青中也观察到抗车辙性能和抗疲劳性能的提升。
Fini等制备的猪粪油改
性沥青则兼顾了高温抗车辙性能和低温抗裂性能，采用5％～10％的猪粪油改性
基质沥青后在提高车辙因子的同时,还降低临界开裂温度最高达4.６℃。
红外光谱、原子力显微镜等微观表征方法表明生物沥青制备过程中生物油与石油沥青发
生了化学反应，这在改变生物沥青力学性能的同时确保了其储存稳定性[1]。
Mohammad等采用汉堡轮载试验、修正罗特曼试验和半圆弯曲试验进一步测试了生
物沥青混合料的力学性能，结果同样表现出优异的低温抗裂性、水敏感性和耐疲
劳性。
针对生物沥青高温性能较差的缺陷，Ｒaouf等研究了聚乙烯对生物沥青黏
度的影响[2]。
Ｐeralta等尝试将橡胶颗粒加入生物沥青，并表现出良好的相容性。
Ｏnichie等采用纳米黏土和纳米硅复合改性生物沥青获得了良好的高温和抗老化
性能。
2.2生物沥青抗老化性能
生物沥青的抗老化性能同样备受关注。
Cao等研究发现废植物油掺量为7％的生物沥青经过热氧老化后观察不到明显变化，证明其具有较好的抗热氧老化性能。
Fini等采用猪粪油与石油沥青制备抗老化生物沥青，红外光谱发现生物沥青的羰基和亚砜官能团相比石油沥青降低了44％。
Zhou等对生物质油抗热氧老化性能进行多尺度表征发现，生物质油中存在大量低极性分子不易参与沥青的老化反应，同时存在的少量高极性生育酚则替代部分沥青质成为热氧老化反应的主要靶点，在两者共同作用下提高了生物沥青的抗热氧老化性能；并结合LAMMPS,DMOL Module等软件对微观机理进行了讨论[3]。
Mehdi等采用生物沥青制备了抗紫外老化雾封层，试验中表现出更高的不可恢复蠕变柔量。
Ｈosseinnezhad等研究了不同生物沥青的抗紫外老化性能，结果发现抗紫外老化性能与碳质颗粒含量以及分子极化率有关，碳质颗粒能够有效吸附紫外光的同时，低极化率的生物沥青分子不易发生紫外老化，从而减缓了紫外光对生物沥青性能的影响。
3生物质改性剂与现常用改性剂复合改性效果研究现状
综上，尽管生物沥青在化学成分、物理特性及流变性能上均与石油沥青存在较大的相似性，但由于来源的不同及生产工艺的复杂性，而且生物沥青常含有较多的轻组分及一定量的可溶性物质，同时其温度敏感性较高、抗老化性能较差，将生物沥青掺加到石油沥青当中会对后者的性能产生不利影响，从而导致其路用性能偏弱而难以满足公路工程使用沥青的技术要求，因此有必要对生物沥青进行改性以改善其路用性能，提升生物沥青在公路工程建设中的适用性。
随着沥青改性技术的不断发展，苯乙烯−丁二烯−苯乙烯嵌段共聚物(SBS)及橡胶粉等作为沥青改性剂的典型代表，已被广泛应用于沥青改性并在高级沥青路面建设中取得良好效果。
此外，为更好提高改性沥青的路用性能，应对极端气候条件，研究人员利用SBS/橡胶粉复合改性沥青，结果表明复合改性沥青的性能提升效果显著，同时此技术在实际工程中使用广泛。
因此，若将SBS或橡胶粉等改性剂与生物质改性剂用于石油沥青的复合改性，不仅可以有效弥补生物沥青的原有缺陷，生物沥青中的轻组分也能有效增容聚合物改性剂以提高复合改性效果，在改善生物沥青路用性能的同时又能降低工程造价，大幅提高可再生废旧材料在公路工程建设中的利用比例，在创造经济价值的同时，也能满足中国当前可持续发展的需求。
4生物沥青发展前景
作为可能替代石油沥青的可持续沥青路面结合料，生物沥青逐渐成为当下路
面材料领域研究重点，其在沥青材料的改性、温拌和再生应用中表现出巨大潜力。
然而其高温性能较差的缺陷仍需要进一步研究，其他各项力学性能，尤其是长期
耐久性能同样需要工程应用来进一步检验。
由于生物沥青中的生物质来源广泛，
有必要建立不同生物油的化学成分及其宏观性能的关联模型，以进一步掌握生物
沥青与石油沥青的作用机理及其性能演化过程，为生物沥青的工程检验与应用推
广提供理论依据和技术支撑。
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