植物沥青在道路工程中现状.docx

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，我们必须找到一种可再生的原来来缓解 这一矛盾，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。作为一种全新的材料，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、植物沥青简介作为一种全新的材料，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35%左右。其主要成分为6080%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，植物沥青具有一定的亲水性和可降解性， 不 能简单给予替代使用，必须采用一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， 起到一定的增稠作用，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一定量改性剂， 以达到道路石油沥青标准，从而满 足用户的生产要求。常Jk塔乙二I?内二醉 丁二M- Mi 性物汹幷图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等发明了一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1:812将植物沥青和石油沥青混合后，于155165C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混合沥青技术指标测试项口测试方法针入度60 806470T0604就化点（场球法、r>464S847.5丁 0606动力粘度（60r. Plb）>1802S2丁 0620延度(15V,5cm/min). cm>100>150>150T 060515X2). g/cm1L0381.055T0603>260>300>300T O6t 6薄膜烘箱试验质显搠失变化，m%QQ2-0.184T0609歿幣针入攬比*悯,旳69.765,8T0604残惭延度（廿C）, cm>1517.8T0605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 。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检開顷目技术娄求昼合沥青70号呈质册青撫试方袪马瞰尔稳定度9*1T0709沆值（mm）1.5J.6TQ7O9戒冊稳宜度（馮）&8O82.4«3.7TO7O90. J(j0 14Ttncnq氏棚对踊陕实测值2. 3652.J72TO7O5朵丈理论相对廡度实蒲値2.49(2.4X3Tinii空隙那（喘£ -65.04 5T07O5矿科闾直率（条）b 416.3TO7O3沏青胞和度（）65 -7569. S72.4TO7O5林准背塔顒e故按刘a）实測值673T 0733根朮冲塔堡飞散损夾（強J实测怔I2.fiT0733#撤劲稳進酸（次誤 1000J05T.41145.2T 1)719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松謂戰目<4忒翌锻-测试办社1 d20 d40d圧实度（旳A%06.6A7.397.6TW2-Iffflt( nun)设计值如43贮T0912平整度(ttLIIL)54.04_4I跑1町沉谴计値强504442TiWSI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 E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一层油膜。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等发明了一种造价低，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植物沥青技术指标陨目外观i鼻酋相对花康(2CfC)r 100-1300迂孑帖贋(loot?)aim- s220 00250 00展T?<18 00两S (HO)n.oo<100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520份、树脂1 10份混合到一起加热到130 140C ;将沥青乳化剂0.30.8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5565C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3:90#埃翻青豆减删青C9石佛雎十從耕tW钠I阳水图2实施例1的配比及其渗透效果70#SX iJj 青棉秆讪植拘诃青古马隆树脂十兀优基匚甲基氯化骸 乙胖胺JFC-2烷幕1»聚氧乙烯瞇OHIO水25® |10 (h右份：asffr ：实施例2d3fr ： (M低：0l4触 畝图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，会发生一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。张铭发明了一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植物沥青技术指标技术指标单位参考值软化点C3040针入度1/10mm17023025 C密度g/cm30.951.0560 C粘度Pa s20100闪点C> 210该再生剂的组分及重量份数比：组成植物沥青30150碁础油4070朴度调节剂1-4.0抗辄化剂Id內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：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80100 C,搅拌24小时，搅拌速度是80130转/分钟，冬季生产时 应将基础油预热至60 80C再用泵抽出；(2) 将植物沥青存储在130C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80100 C,搅拌1 3小时，搅拌速度是80130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，用量一般为回收沥青料的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一一用量比例较小、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.