随着中国交通运输行业的不断发展，以沥青路 面为主的高等级公路建设持续增加。截至２０１７年 底，中国高速公路里程达１３．６５×１０４ ｋｍ，用于道路 建设的沥青材料持续增加，急需寻找石油沥青材料 的替代品，缓解道路建设行业对不可再生石油资源 的依赖性。生物沥青是近年来开发的一种新型道路 胶结材料，由可再生生物质原材料经热裂解或热液 化等方法处理，并由发生一系列物理化学反应的生 物质重油部分替代石油沥青得到，具有石油沥青的 基本性质。中国是一个生物质资源丰富的国家， 大量农林废弃物、动物排泄物的不当处理，造成环境 污染和资源浪费，若将废弃生物质用于发展生物沥 青，既可实现废弃资源的环保利用，又可为道路胶结 材料的开发研究开辟新方向。
研究生物再生沥青及其混合料 的性能，研究表明，生 物 再 生 剂 具 有 较 好 的 再 生 性 能，能较好地恢复老化沥青的基 本物理性能及流 变性 能 等，改 变 再 生 沥 青 的 化 学 组 成。目 前 已有将生物沥青用作胶结材料 的沥青路面，通 过 全寿命周 期 评 价 发 现，生 物 沥 青 的 使 用 能 有 效 降 低施工能 耗，提 升 环 保 效 益；但仍有研究发现， 生物沥 青 的 实 验 室 性 能 与 实 际 路 用 性 能 存 在 差 异，在外界 条 件 作 用 下，易 出 现 胶 结 料 黏 胎、集 料 脱落等不良现象。
１ 原材料性能指标
１．１ 基质沥青
本研究涉及到５０＃ 基质沥青与７０＃ 基 质 沥 青， 均为道路 a级石油沥青（上海
昌吉沥青检测分析仪器），技术指标测试参照《公 路 工程 沥 青 及 沥 青 混 合 料 试 验 规 程 》（ＪＴＧ Ｅ２０— ２０１１）。
１．２ 生物质重油
以木屑（木质纤维素类生物质）为原材料，采用 乙醇－乙二醇混合溶剂，在密闭反应釜内通过热液化 技术制 备 生 物 油，制 备 工 艺 参 数 包 括 液 固 质 量 比 ６∶１、催 化 剂 掺 量（质 量 分 数，下 同）３％、反 应 温 度 ２５０ ℃、停留时间３０ｍｉｎ。液化产物经滤布减压抽 滤、２００ ℃减 压 旋 转 蒸 馏 得 到 生 物 质 重 油 （简 称 重 油，下同），在室温情况下重油为黑色黏稠状液体（图 １），含有一 定 量 的 生 物 炭 微 颗 粒，具有一定的流动 性。
１．３ 生物沥青制备
将重油 在１６５ ℃条 件 下 保 温１ｈ，按 照 掺 量 为 ０％、５％、１０％、１５％、２０％加入１３５℃的５０＃ 基质沥 青中，然后在１３５℃油浴中以１０００ｒ／ｍｉｎ的转速剪 切３０ｍｉｎ，即得不同重油掺量的生物沥青。
１．４ 表征方法及试验参数
红外光谱测试 所 用 仪 器 为 ＢｒｕｋｅｒＴＥＮＳＯＲⅡ， 采用方法为 ＫＢｒ压片法；扫描电镜分析仪器为ＺＥＩＳＳ Ｓｉｇｍａ３００；热稳定性分析仪器为 ＭＥＴＴＬＥＲＴＧＡ／ ＤＳＣ，载气为 Ｎ２，升温速率为１０ ℃／ｍｉｎ；生物沥青性 能评价方法参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规 程》（ＪＴＧＥ２０—２０１１）。
２ 重油物化性质
２．１ 红外光谱分析 对重油及７０＃ 基质沥 青 进 行 红 外 光 谱 分 析，比 较重油与沥青材料的官能团组成差异。
２．２ 扫描电镜分析 已有研究表明，生物炭具有增稠作用，可改善沥 青材料的温 度 敏 感 性、抗 车 辙 变 形 等 高 温 性 能。 故本文在分离液化产物时，选用适当孔径的滤布作 为抽滤媒介，使一部分小颗粒生物炭混入生物油中， 以缓解油分对生物沥青高温性能的不利影响。
２．３ 热稳定性分析 生物沥青存在热稳定性较差的问题。若要将生 物沥青用于道路建设中，必须研究重油的热稳定性 能，保证施工过程中胶结料不会因拌和受热而分解， 降低油石比，影响沥青混合料的路用性能。
３ 生物沥青性能评价
为评价与 对 比 生 物 沥 青 及 ５０＃ 、７０＃ 基 质 沥 青 的应力恢复性能，本文开展了０．１、３．２ｋＰａ应力下 的多 重 应 力 蠕 变 恢 复 试 验 （ＭＳＣＲ），试 验 温 度 为 ６５ ℃。图１０为试验测试结果，表５为平 均 应 变 恢 复率Ｒ 与平均不可恢复蠕变柔量Ｊｎｒ的计算结果。 从图１０可以看出，在同一应力水平下，生物沥 青加载产生的 应 变 介 于５０＃ 与７０＃ 基 质 沥 青 之 间。 基质沥青是一种感温性较强的胶结材料，在高温条 件下更多地表现出黏性性能，弹性性能逐渐丧失，蠕 变恢复能力逐渐降低，生物沥青在蠕变特性上基本 与基质沥青相类似。 通过对各试样的 Ｒ 与Ｊｎｒ的 计 算，见 表５，发 现 各试样仍具有一定的蠕变恢复能力，但恢复率较低。 当应力水平 为０．１ｋＰａ时，生 物 沥 青 的 Ｒ 随 重 油 掺 量增加而逐渐降低，但均高于７０＃ 基质沥青，在重油 掺量不超过１０％时，生物沥青的Ｒ 也高于５０＃ 基质 沥青；生 物 沥 青 的 Ｊｎｒ介 于 ５０＃ 与 ７０＃ 基 质 沥 青 之 间，且随重油掺量增加而逐渐增大。当应力水平为 ３．２ｋＰａ时，生物 沥 青 的 Ｒ 介 于５０＃ 与７０＃ 基 质 沥 青之间，但却随重油掺量增加而逐渐增大；Ｊｎｒ的 变化规律与应力水平０．１ｋＰａ时一致。 当应力水平为０．１ｋＰａ时，重 油 中 的 油 分 对 生 物沥青蠕变性能起主导作用。随重油掺量的增加， 用于裹覆沥青胶团结构的油分逐渐增多，降低沥青 大分子间的运动阻力，生物沥青的变形性能逐渐增 强，导致Ｒ 逐渐降低，Ｊｎｒ逐 渐 增 大。此 时 由 于 重 油 中生物炭的存 在，使 生 物 沥 青 的 Ｒ 水 平 整 体 较 高。 当应力水平为３．２ｋＰａ时，重油中的生物炭对生物 沥青蠕变性能起主导作用。较高应力时，生物沥青 中的生物炭起主要的承载作用，纤维素类生物炭具 有较好的机械性能，有利于胶结材料的弹性恢复，且 随重油掺量的增加，生物炭含量逐渐增加，故使得Ｒ 逐渐增大，但Ｊｎｒ仍 逐 渐 增 大。２个 应 力 条 件 下，生 物沥青的Ｒ 均大于７０＃ 基质沥青，Ｊｎｒ均小于７０＃ 基质沥青，表明生物沥青较７０＃ 基质沥青有 更 好 的 蠕 变恢复性能。
４ 结 语
（１）采用红外光谱分析了重油与７０＃ 基 质 沥 青 的官能团组成，发现重油的官能团组成有羟基、烷烃 基、酯基、芳环等，而基质沥青官能团组成较为单一， 主要包括烷烃基及芳环等，两者存在类似官能团组 成结构，离析试验表明两者有较好的相容性。
（２）扫描电镜对重油中生物炭的微观形貌表征 发现，生物炭为直径约为３μｍ 的均质球形微颗粒， 表面有大量凹凸结构。重油与７０＃ 基质沥青的热重 性质测试结果发现，重油的高温热稳定 性 不 如７０＃ 基 质 沥 青，但重油在沥青混合料常规拌和温度 （１６５ ℃）时的 热 质 量 损 失 率 仅 为３．６％，热 稳 定 性 较好，可满足沥青路面热拌施工要求。
（３）生物沥青与５０＃ 、７０＃ 基质沥青的性能评价 表明，标号均为７０＃ 的生物沥青较基质沥 青 有 更 优 异的常规物理性能。三大指标分析发现，重油能增 大生物沥青的针入度，降低软化点和延度。水煮法 试验发现，生物沥青与集料有较好的黏附性能，除重 油掺量为２０％的生物沥青的黏附等级为４级外，其 他生物沥青的黏附等级均为５级。
（４）ＤＳＣ 测 试 结 果 表 明，重 油 能 降 低 生 物 沥 青 的Ｔｇ，提高 生 物 沥 青 的 低 温 性 能。ＤＳＲ 对 生 物 沥 青的高温流变性能测试发现，随重油掺量增加，生物 沥青的高温性能逐渐降低，但各生物沥青的高温抗 永久 变 形 能 力 与 抗 剪 切 性 能 均 不 低 于 ７０＃ 基 质 沥 青。ＭＳＣＲ试验 显 示，在 不 同 应 力 条 件 下，重 油 中 的油分和生物炭对生物沥青的蠕变恢复性能有不同 的影响，但其较７０＃ 基质沥青优异。
（５）本文主要进行胶结料性能评价，缺乏对生物 沥青混合料性能研究，同时未评价生物沥青应用的 经济效益。下一步将继续研究生物沥青的路用性 能，探索生物
沥青在实际工程中的应用。
