1、第52 卷第2 期 当 代 化 工 Vol.52，No.2 2023年2月 Contemporary Chemical Industry February，2023 基金项目基金项目：广西重点研发计划（桂科攻 1598009-11），六宾高速科研项目（项目编号：LBGS-HT-51）。收稿日期收稿日期：2022-11-11 作者简介作者简介：张二毛（1982-），男，广西自治区南宁市人，高级工程师，硕士，研究方向：沥青路面材料。E-mail：。蓖麻重油制备生物沥青及其性能研究 张二毛1，李创战2，杨礼明3，刘沛荣4（1.南宁高速公路建设发展有限公司，广西 南宁 530023；2.广西南宾公路建
2、设发展有限公司，广西 南宁 530400；3.广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029；4.广西六宾高速公路建设发展有限公司，广西 南宁 530400）摘 要：将蓖麻重油按一定比例掺入 50#基质沥青中制备生物沥青胶结料，利用荧光显微镜与傅里叶红外光谱仪分析研究蓖麻重油与基质沥青共混机理，并通过室内试验对比研究不同掺量的生物沥青和基质沥青的各项性能，采用线性回归与灰色关联度分别对蓖麻重油掺量与生物沥青各性能指标之间的相关性进行分析。结果表明：当蓖麻重油掺量为 10%25%时，生物沥青胶结料具有良好的抗老化性、储存稳定性和低温性能，但重油的掺入会对其高温性能产生不利影响，同时回归分析与
3、灰色关联度分析均表明重油掺量对生物沥青高温性能的影响要远大于抗老化性和低温性能，故重油掺量不宜过多，适宜掺量范围为 15%20%。关 键 词：道路工程；生物沥青；蓖麻重油；胶结料性能；相关性分析 中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1671-0460（2023）02-0297-06 Study on Preparation and Properties of Bio Asphalt From Castor Oil ZHANG Er-mao1,LI Chuang-zhan2,YANG Li-ming3,LIU Pei-rong4（1.Nanning Expressway Constr
4、uction and Development Co.,Ltd.,Nanning Guangxi 530023,China;2.Guangxi Nanbin Highway Construction and Development Co.,Ltd.,Nanning Guangxi 530400,China;3.Guangxi Communications Design Group Co.,Ltd.,Nanning Guangxi 530029,China;4.Guangxi Liubin Expressway Construction and Development Co.,Ltd.,Nanni
5、ng Guangxi 530400,China）Abstract:The bio-asphalt binder was prepared by mixing castor heavy oil into 50#matrix asphalt in a certain proportion.The blending mechanism of castor heavy oil and matrix asphalt was analyzed and studied by fluorescence microscope and Fourier infrared spectrometer,and the p
6、roperties of different amounts of bio asphalt and matrix asphalt were compared through laboratory tests,The correlation between castor heavy oil content and various performance indexes of bio asphalt was analyzed by linear regression and grey correlation degree.The results showed that when the conte
7、nt of castor heavy oil was 10%25%,the bio asphalt binder had good anti-aging,storage stability and low temperature performance.However,the addition of heavy oil had adverse effects on its high-temperature properties.Regression analysis and grey correlation analysis showed that the effect of heavy oi
8、l content on the high-temperature performance of bio asphalt was far greater than anti-aging and low temperature performance.Therefore,the heavy oil content should not be too high,and the suitable range of mixing was 15%20%.Key words:Road engineering;Bio-asphalt;Castor oil;Cement properties;Correlat
9、ion analysis 生物重油是由植物基生物质（如农业作物、农业废弃物和林业废弃物等）、动物基生物质（如动物油脂、粪便等）和工业基生物质（如工业垃圾、城市垃圾和建筑有机垃圾等）经过一系列的物化手段制备得到，其存在与石油沥青相近的组分（如芳香烃、烷烃等），因此有望成为石油沥青的替代品。FINI1等以猪粪为原料提取了生物重油，从而制备了生物沥青，并利用气质联用、红外光谱、核磁共振等表征手段分析了生物沥青与基质沥青在组成成分上的差别，表明生物沥青具有代替石油沥青的可能性。曹雪娟2等采用林业木屑为原料制取生物重油，并于 50#基质沥青共混制备生物沥青，试验表明生物沥青的低温性能要优于基质沥青。李志
10、豪3等利用城市污泥为原料液化制取污泥重油，并与基质沥青共混制备生物沥青，结果表明生物沥青除了高温性能外，其余性能皆可。综上所述，目前因生物质原料种类、重油提取技术和掺入沥青方式的不同，各国均未对生物沥青形成系统的研究，同时也并未制定相关标准和规范，故其与实际应用仍有 距离。1 试验材料与仪器 1.1 原材料 1.1.1 基质沥青 基质沥青选取 SK50#沥青，用于制备生物沥青，并根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程DOI:10.13840/21-1457/tq.2023.02.004 298 当 代 化 工 2023 年2 月 （JTG E202011）4的要求测试其各项技术指标，测试结果如表
11、 1 所示。表 1 50#基质沥青的技术指标测试结果 Table 1 50#Matrix asphalt technical index test results 试验项目 规范要求 试验结果 试验方法 针入度（25，100 g，5s）/(0.1 mm)4060 48.6 T0604 软化点/4558 49.5 T0606 延度（15，5 cmmin-1）/cm 80 100 T0605 闪点/260 310 T0611 密度（25）/(gcm-3)实测记录 1.032 T0603 质量损失率/%0.08-0.03 T0608 1.1.2 蓖麻重油 蓖麻重油是蓖麻子炼油后的残余废料经过蒸馏、氧
12、化等一系列的物化处理所得，其常温下为沥青状半固体，具有一定的流动性，如图 1 所示。图 1 蓖麻重油 Fig.1 Castor heavy oil 1.2 试验仪器 试验所用的主要测试仪器如表 2 所示。表 2 试验主要仪器 Table 2 Test main instrument 仪器名称 型号/规格 生产厂家 沥青针入度仪 SME-ZRD1000-L 视迈电子技术有限公司 沥青软化点仪 SME-RHD1000 视迈电子技术有限公司 沥青延度仪 LYY-7D 锡通昂建筑仪器有限公司 高速剪切机 JRJ300-SH 上海沪析实业有限公司 恒温鼓风烘箱 101-5 苏珀仪器设备有限公司 动态剪切
13、流变仪 DHR-2 美国 TA 公司 弯曲梁流变仪 TE-BBR 美国 Cannon 公司 荧光显微镜 XSP-63XV 上海光学仪器厂 傅里叶红外光谱仪 TENSOR 美国 Bruker 公司 2 试验方法 2.1 生物沥青制备 首先将蓖麻重油与 50#基质沥青在 135 下保温 1 h，然后将重油添加到基质沥青中，掺量（质量分数）分别为 10%、15%、20%、25%；最后用高速剪切机剪切搅拌混合物 30 min，剪切温度 135，剪切速率 1 500 rmin-1，即得不同掺量的生物沥青，分别记为 10%BA、15%BA、20%BA 和 25%BA。具体制备流程如图 2 所示。图 2 生
14、物沥青制备流程图 Fig.2 Preparation flow chart of bio asphalt 2.2 荧光显微测试 首先将生物沥青样品烘至流动状态（加热温度为 135），然后用玻璃棒均匀地涂布在载玻片上，并盖上盖玻片，静待样品冷却至室温，最后利用荧光显微镜观测，放大倍数为 100。2.3 红外光谱测试 采用傅里叶红外光谱仪测试了蓖麻重油、50#基质沥青与生物沥青的红外光谱（FTIR），扫描范围为 4 000400 cm-1，扫描次数为 16 次，光谱分辨率为 4 cm-1，以压片法制备测试样品。2.4 生物沥青胶结料性能测试 生物沥青胶结料的各项性能研究试验均参照公路工程沥青及沥青
15、混合料试验规程（JTC E202011），其中，车辙因子通过动态剪切流变仪的温度扫描测试获得，温度范围为 5282；多重应力蠕变恢复试验（MSCR）也采用动态剪切流变仪，试验温度为 65；蠕变劲度（S）与劲度变化速率（m）则通过弯曲梁流变仪测得，试验温度为-12。2.5 线性回归 生物沥青的路用性能与多个因素相联系，而蓖麻重油掺量是其最主要的影响因素，以线性回归方程拟合两者间的关系，其表达式为：，其中称为回归系数，以此通过蓖麻重油掺量来预测或估计生物沥青的路用性能。2.6 灰色关联 通过计算目标值（参考数列：如生物沥青针入度、软化点等指标）与影响因素（比较数列：蓖麻重油掺量）关联度的大小来评价
16、其影响程度，其主要分析步骤如下。1）确定参考数列：。（1）确定比较数列：Yakx=+k()00|1,2,XXkkn=第 52 卷第 2 期 2）将上述数列均值化处理参考数列比较数列：其中，3）计算比较数列和参考数列的关联系数其中，一般级最大值。4）求关联度3 试验结果与讨论3.1 蓖麻重油与基质沥青共混机理3.1.1 荧光分析在生物沥青胶结料中激发，从而产生荧光性，无法被激发产生荧光观测蓖麻重油在基质沥青中的分布形态间的共混机理蓖麻重油较为均匀其与基质沥青具有较好的相溶性未发生改变只是物理共混 （aiiXX kkn in=YkniYkn in=minminmaxmaxinkni=-(0,1e(1,1,minminiinkn=期 将上述数列均值化处理参考数列：比较数列：其中，计算比较数列和参考数列的关联系数，本文参考相关文献取值为为两级最小值；级最大值。求关联度。试验结果与讨论蓖麻重油与基质沥青共混机理荧光分析 在生物沥青胶结料中从而产生荧光，无法被激发产生荧光观测蓖麻重油在基质沥青中的分布形态间的共混机理，测试结果如图蓖麻重油较为均匀地分布在其与基质沥青具有较好的相溶性未发生改变，推测