植物瀝青在道路工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀.doc

植物瀝青在道路工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀我國(guó)龐大的公路網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃，形成了對(duì)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(jià)格不斷攀升，已開(kāi)始制約我國(guó)道路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，我們必須找到種可再生的原來(lái)來(lái)緩解這矛盾，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。而植物瀝青的出現(xiàn)和規(guī)?；a(chǎn)將為緩解行業(yè)對(duì)石油瀝青資源的依賴(lài)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(fù)雜化合物，具有低碳環(huán)保和可再生的優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)石化瀝青枯竭后，我們依然可以透過(guò)植物煉制技術(shù)源源不斷地生產(chǎn)出來(lái)。1、植物瀝青簡(jiǎn)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(shì)。市場(chǎng)上植物瀝青來(lái)源主要分為三大類(lèi):油脂行業(yè)下游產(chǎn)品(也稱(chēng)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(lái)源的植物瀝青單套常能相對(duì)較小，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定度不足，主要用于生產(chǎn)鑄造粘結(jié)劑、橡膠軟化劑、水泥預(yù)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(zhì)燃料等等。由于產(chǎn)能和質(zhì)量穩(wěn)定度的限制，因此植物瀝青在道路工程中的應(yīng)用還正處于研究試驗(yàn)階段。目前，市場(chǎng)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(zhì)量分?jǐn)?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(yīng)用于鑄造粘合劑和防水瀝青等領(lǐng)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(jiǎn)單給予替代使用，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(dòng)性，與石化瀝青均勻混和后，起到定的增稠作用，會(huì)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(lái)自于植物淀粉基材料和農(nóng)作物秸稈，因此從分子結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)石油瀝青有所不同。目前市場(chǎng)應(yīng)用方面主要是通過(guò)與石油瀝青摻配并添加定量改性劑，以達(dá)到道路石油瀝青標(biāo)準(zhǔn)，從而滿(mǎn)足用戶(hù)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(yīng)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(zhì)量比1:812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(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。表1 混合瀝青技術(shù)指標(biāo)可以看出加入植物瀝青后，混合瀝青的針入度、軟化點(diǎn)和密度較基質(zhì)瀝青相比均略有提高，但所有技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求。該專(zhuān)利在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用，并鋪筑了試驗(yàn)段2。該試驗(yàn)段選取了德勝東路工程，其位于江干區(qū)。瀝青路面結(jié)構(gòu)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(xì)粒式AC13C瀝青混合料上面層。試驗(yàn)段長(zhǎng)度為 300 m，所配含植物瀝青的瀝青混合料僅施工于路面表層，路面下層和中層仍以基質(zhì)瀝青為原料。對(duì)由混合瀝青 (植物瀝青：基質(zhì)瀝青 = 19)生產(chǎn)的AC13C瀝青混合料的進(jìn)行了幾項(xiàng)初步的檢驗(yàn)，并同時(shí)對(duì)比了70號(hào)基質(zhì)瀝青AC13C混合料的測(cè)試結(jié)果。表2 AC13C瀝青混合料檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)表明其各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)到公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范( JTG F402004) 技術(shù)指標(biāo)要求，和采用70號(hào)基質(zhì)瀝青的數(shù)據(jù)相差不多。對(duì)試驗(yàn)段按通車(chē)1d、20d、40 d 后對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行后期跟蹤檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括壓實(shí)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(xiàng)指標(biāo)性能上趨于穩(wěn)定，幾乎都沒(méi)有變化。表3 試驗(yàn)段路測(cè)跟蹤結(jié)果通車(chē)時(shí)間達(dá)123d后，路面情況良好，無(wú)嚴(yán)重開(kāi)裂、坑洞現(xiàn)象。由此，植物瀝青與基質(zhì)瀝青摻配后用于道路工程中，其混合瀝青性質(zhì)滿(mǎn)足路用瀝青的實(shí)際應(yīng)用要求。2.2 水穩(wěn)基層透層用植物瀝青我國(guó)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(yán)重影響基層表面強(qiáng)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(fèi)嚴(yán)重。而且據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，煤油稀釋瀝青360下蒸餾殘留物針入度由基質(zhì)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(xiàng)路用性能指標(biāo)下降嚴(yán)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(huì)在基層表面形成層油膜。近年來(lái)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(shù)的不足，徐鵬3等發(fā)明了種造價(jià)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(qiáng)水穩(wěn)基層和瀝青面層間的層間粘結(jié)。解決了煤油稀釋瀝青污染大，資源浪費(fèi)，普通乳化瀝青滲透效果差的問(wèn)題。所用植物油為植物油生產(chǎn)過(guò)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(zhì)見(jiàn)表4：表4 植物瀝青技術(shù)指標(biāo)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(shù)脂110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(zhuān)利研發(fā)了兩種植物乳化瀝青配比及其具體實(shí)施效果如圖2、圖3：圖2 實(shí)施例1的配比及其滲透效果圖3 實(shí)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(shí)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(rèn)滲透效果最好的透層材料，由圖2、3中結(jié)果可知，研發(fā)的高滲透乳化瀝青滲透效果能達(dá)到煤油稀釋瀝青的效果。而圖2的煤油稀釋瀝青中含有油，對(duì)基層強(qiáng)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(wú)污染性稀釋劑的基礎(chǔ)上，實(shí)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(guò)程中，受到各種自然因素，如氧、溫度、光照、水等的作用，會(huì)發(fā)生系列的物理和化學(xué)的變化，導(dǎo)致瀝青的性質(zhì)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(guò)程中凝聚起來(lái)的瀝青質(zhì)重新溶解分散，補(bǔ)充瀝青老化過(guò)程中損失的油份，恢復(fù)瀝青的性能。對(duì)于老化的改性瀝青而言，除了補(bǔ)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(fù)瀝青的性能。植物瀝青中含有大量的輕質(zhì)油份，恰恰能補(bǔ)充瀝青老化過(guò)程中損失的油份，而且植物瀝青中含有高沸點(diǎn)醇，醚類(lèi)物質(zhì)，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(zhì)瀝青還是改性瀝青，植物瀝青都能使其性能得到恢復(fù)，即植物瀝青對(duì)已老化瀝青的性能恢復(fù)作用具有普適性。且植物瀝青不來(lái)源于石化行業(yè)，滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)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(bǔ)充瀝青老化過(guò)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(chǔ)油、粘度調(diào)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。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(guò)程中的副產(chǎn)品的一種或多種。技術(shù)指標(biāo)為見(jiàn)表5：表5 植物瀝青技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)單位參考值軟化點(diǎn)3040針入度1/10mm17023025密度g/cm30.951.0560粘度Pas20100閃點(diǎn)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(jìn)行制備和使用：(1) 將粘度調(diào)節(jié)劑和抗氧化劑投入反應(yīng)釜中，用泵抽入基礎(chǔ)油，攪拌、加熱升溫至80100 ，攪拌24小時(shí)，攪拌速度是80130轉(zhuǎn)/分鐘，冬季生產(chǎn)時(shí)應(yīng)將基礎(chǔ)油預(yù)熱至6080再用泵抽出；(2) 將植物瀝青存儲(chǔ)在130恒溫的儲(chǔ)罐中，按所述重量用泵送入反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)溫度為80100 ，攪拌13小時(shí)，攪拌速度是80130轉(zhuǎn)/分鐘，待其自然冷卻即可。現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)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(bǔ)充瀝青老化過(guò)程中損失的油份，而且植物瀝青中含有高沸點(diǎn)醇，醚類(lèi)物質(zhì)，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(zhì)瀝青還是改性瀝青，植物瀝青都能使其性能得到恢復(fù)，即植物瀝青對(duì)已老化瀝青的性能恢復(fù)作用具有普適性，有廣泛的應(yīng)用前景。且植物瀝青不來(lái)源于石化行業(yè)，綜合利用廢物，滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)的要求，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。3、植物瀝青展望2009年英國(guó)材料產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會(huì)的專(zhuān)家利用植物瀝青（Vegetex）代替鋪設(shè)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(shù)”所依賴(lài)的溶劑，降低成本。英國(guó)的專(zhuān)家盡管在技術(shù)上可以開(kāi)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(chǎng)的限制，目前植物瀝青在市場(chǎng)上還未得到普遍應(yīng)用。英國(guó)交通研究實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境顧問(wèn)認(rèn)為，如果植物瀝青在再循環(huán)利用以及耐久性方面改進(jìn)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(lái)，我國(guó)瀝青價(jià)格一直處于高位運(yùn)行階段，并突破 5000 元 /噸關(guān)口?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著石油資源的日漸枯竭，以及瀝青價(jià)格不斷攀升，已開(kāi)始制約我國(guó)道路建設(shè)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(bǔ)充， 為緩解人類(lèi)對(duì)石化資源的依賴(lài)提供了新的途徑。作為先驅(qū)者，參加此項(xiàng)目研究的幾家單位所做的工作都是具有開(kāi)創(chuàng)性的。雖然目前植物瀝青在應(yīng)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(yīng)用的不斷深入，相信植物瀝青將擁有非常廣