沥青氧指数(生物沥青及其路用性能研究综述)

目前，每年大约有90%的沥青用于道路路面和机场道面，而用于路面行业的沥青粘结剂或胶黏剂主要来自矿物燃料。但是随着石油储量的逐渐枯竭，石油沥青作为一种不可再生资源，面临着供求失衡的危机;同时，传统石油沥青存在一些路用性能上的缺陷，需要进一步研究并改善;此外从环境角度来看，矿物燃料的大量使用会产生温室效应，危害环境。因此，迫切需要从可再生资源或其他可替换资源中开发一种粘结剂材料，为公路行业改性或代替现有的石油沥青。而生物粘结剂均来自废弃的生物质材料，回收再利用环境中废弃物的同时减少了路面行业对石油沥青的依赖性，保护环境。逐渐增长的沥青需求量和需要改善的沥青路用性能，以及环境的友好性为生物沥青的出现提供了契机。

近几年来，使用生物粘结剂作为石油沥青的替代品在国内外受到了广泛关注。国外学者通过对生物粘结剂进行测试，研究了生物粘结剂的物理化学性质和生物粘结剂加入沥青后具备的性能特点，发现来自废弃生物质资源中的生物粘结剂可以改善石油沥青的部分路用性能。而中国目前对生物沥青用于道路工程的研究和应用较少，主要针对加入生物粘结剂后沥青的流变性能及改性沥青性能进行了研究，认为生物结合料能够以一定比例替代石油沥青。因此，基于生物沥青在路面行业的可适用性，本文介绍了采用生物油作为沥青改性剂或添加剂及其相关的路用性能，为生物粘沥青在我国的研究与应用提供参考。

生物沥青是一种全新的路面材料，国内外学术界目前对其还没有命名和分类。从广义上讲，凡是以生物质为原料，最终能转化为具备沥青功能的材料，都可以称之为生物沥青，是一种由生物油和石油沥青组成的混合物。通常将生物油加入沥青中通过一定的工艺制备得到。主要采用以下3种方式获得:①直接替代沥青粘结剂(100%替代);②作为一种沥青添加剂(25%～75%替代);③作为一种沥青改性剂(＜10%替代)。生物沥青是一种可持续的交通替代材料。它源自以植物为代表的生物质，能在短时间为再生，循环利用，可以部分或全部替代石油沥青，是筑路沥青材料发展的一个方向。

在生物油和基质沥青混合之前，基质沥青加热到约120℃。由于生物油储存在塑料瓶，因此它不适合在烘箱中加热，通过采用水浴加热法取出生物油。因此，加热该生物油样品的温度是大约为90～100℃。加热后，将生物油和基质沥青按照设计量混合。混合温度分别为生物油90℃和沥青120℃。

然后通过高速机械剪切设备进行基质沥青和生物油的混合。在混合过程中，搅拌器高速搅拌，使基质沥青和生物油拌合均匀。保持转速为5000r/min时，在110℃下进行15min。较高的速度可以产生更强的旋涡流，这有利于对2种组分的均匀混合。温度越高，流动性越高，混合也就越容易。

生物沥青的性能受基质沥青、生物质来源与成分、炼制工艺和沥青粘结剂混合的生物油比例等多方面因素影响。与石油沥青相比，所有从各种生物质中产生的生物油都具有更高含量的氧元素。通常，根据来源不同，生物油中的氧元素分数从10%～45%不等，而石油沥青的氧元素含量仅为1%左右。化学成分的差异可能导致物沥青与石油沥青两种材料的性能也存在较大差异。

生物沥青的优势

①改善传统沥青的多方面性能。沥青粘结剂长时间暴露在高温下会导致粘结剂老化，会对路用性能产生不利影响。因此，在沥青中加掺入生物粘结剂既可以降低能耗又能改善路用性能。生物油中含有大量的碳氢化合物，可以降低基结合料的黏度，从而提高混合料的和易性并降低了拌合压实温度，可以改善沥青的施工和易性和抗疲劳、低温开裂性能。

②良好的环境效益。传统铺面材料的生产需要大量能量，并导致大量的对环境造成负面影响的气体和可挥发物质排放。在传统沥青中加入生物粘结剂会降低粘结剂的黏度而增强其和易性和润湿性。因此，它会降低拌和与压实温度，减少可挥发物质的排放并且降低能源消耗。由动物粪便提取的生物油在沥青中的使用还会减少由粪便气味造成的环境污染和通过减少粪便处理的需要让其不从粪便存储池中溢出。生物沥青作为传统沥青的部分替代品，能改善基粘结剂的性能同时提供巨大的环境效益来。

③良好的经济效益和实施效益。生物粘结剂的应用会改善沥青粘结剂的性能，同时降低沥青路面的建设成本。与沥青的生产成本为2美元/加仑相比，生物粘结剂的生产成本为0.54美元/加仑。如生物沥青中的生物油替代或部分替代石油沥青，将节省相当可观的工程费用。

生物粘结剂除了成为石油基粘结剂的一个可再生选择之外，它的生产和应用可能提供一个管理废弃物的解决方案。随着石油和石油储量的减少，开发矿物燃料基粘结剂的替代品变的非常有益。生物油提供了一种选择，它是可再生和可持续的，可以从很多自然资源中生产。这表明，生物沥青切实可行，实施效益良好。