《交通运输科学技术新成果推广目录》(2021)第三部分 基础设施篇《减碳常温沥青材料开发及应用》

发布时间:2023-02-10 来源: 浏览量:8839 发布者:

获奖项目名称:减碳常温沥青材料开发及应用

完成单位:长沙理工大学、中交路桥检测养护有限公司、湖南鑫长胜材料科技有限公司、湖南高速养护工程有限公司、中交基础设施养护集团有限公司

主要完成人:李九苏、董雨明、戴聆春、沈增辉、孙志林、张毅、李杰、吴恙、王世成、邢鹏、谢娟、蒋汶玉、张琛

 

项目简介

  沥青路面因具有良好的路用性能和行车舒适性而在各等级道路中被广泛应用。热拌热铺沥青混合料技术是目前新建沥青路面和修复养护及专项养护作业时均被广泛使用的技术。然而,由于其作业时需要加热到较高温度、以提高流动性和干燥集料,将造成二氧化碳的大量排放,严重影响碳中和目标的达成,不但造成施工周期延长,而且还会增加成本和环境污染。

  作为对比,国际上目前出现了中温(常温)沥青混合料和冷拌冷铺沥青混合料,都在保持热拌沥青混合料性能的基础降低拌和温度、减少二氧化碳排放量,同时简化拌和工艺、扩展拌和场景。但国内外目前应用的冷拌(常温)沥青混合料虽然降低了二氧化碳排放量,但普遍存在初始强度低、强度增长慢、开放交通迟、温度敏感性大及抗水损害能力差等问题,难以满足市场对道路维修养护材料与技术的需求。

  针对冷拌(常温)沥青混合料存在的技术瓶颈,本项目研制了一种高性能减碳常温沥青材料与技术,通过采用有机聚合物-偶联剂-无机活性粉末多元改性体系对沥青与沥青混合料进行改性,具有渗透能力强、初始强度高、粘结强度高、温度稳定性佳等显著特点。在突破上述传统冷拌沥青混合料技术瓶颈的同时,还对材料的生产储存、施工设备、生产与施工工艺进行了成套技术的开发,形成了以减碳常温沥青材料为核心的,以生产、施工设备和工艺为基本点的成套技术体系,破解了在新材料推广应用过程中因配套设备及工艺的缺失而陷入困境的困局。此外,冷拌(常温)沥青混合料不仅符合可持续性发展要求,同时对于交通强国战略实施和交通行业“碳中和”目标的实现具有重要的现实意义。

  减碳常温液体沥青混合料在现场可以直接拌和、直接使用,无需加热,操作简单方便,所需施工机具和施工人员较少,且通过实体工程验证,减碳常温液体沥青混合料路用性能良好,能够满足不同条件下路面材料的要求。目前此项技术已获中国交通运输协会科技进步一等奖。

  

项目创新点

  针对传统冷拌沥青混合料所存在的初始强度低、强度增长慢、开放交通迟、温度敏感性大、抗水损害能力差及储存稳定性不好等技术难题,以物理-化学反应原理为基础,在对冷拌沥青混合料强度形成原理和现有沥青改性技术研究后,以解决常温液化与沥青粘度之间的矛盾、快速固化与储存稳定性之间的矛盾为前提,以制备具有渗透能力强、初始强度高、粘结强度高、温度稳定性佳等特征的减碳常温沥青混合料为目标,在摒弃传统冷拌沥青混合料所使用的柴油溶剂沥青或乳化沥青的基础上,以多元复合改性的方式对沥青混合料进行研制,在经过原材料选择与强度形成机理分析、常温液体沥青与固化剂研制及性能研究、常温沥青混合料配合比设计与性能研究等工作后,成功制备出了符合预期要求的减碳常温沥青混合料,并经过实体工程应用和经济性分析,进一步验证了减碳常温沥青混合料所具有的市场竞争力。同时,完成了以减碳常温沥青材料为核心的,以生产、施工设备和工艺为基本点的成套技术体系,破解了在新材料推广应用过程中,因配套设备及工艺的缺失而陷入的困境,使得其推广与应用更为有效和便捷。

 

应用案例

  减碳常温液体沥青材料自研发以来,在湖南省内外开展了推广应用工作。目前已在湖南、河南、浙江、云南等地成功应用,具体包括:湖南长沙市万家丽南路二段工程、云南昆明市320国道大板桥段工程、湖南长韶娄高速公路、湖南临长高速、浙江宁波北环西路、岳阳平江县向家村013县道、恒清拌合站等。

  以湖南长韶娄高速公路路面修复工程为例,在环境及车辆荷载的共同作用下,路面出现了不同程度的坑槽病害,影响到新车舒适性与安全性。于2018年6月在长韶娄高速岳麓收费站路段进行减碳常温沥青混合料的坑槽修补试点工作。其在不同龄期的效果如图所示。

 

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  湖南长韶娄高速公路路面修复工程修补后不同龄期效果图

  通过将减碳常温沥青作为修补材料,经过清理、切割、原路面移除、现场拌和、摊铺等多个步骤进行路面修补,修补后路面平整度好,密实度高,根据2019年9月18日现场反馈情况发现路面修补情况良好,未出现二次病害,应用情况得到湖南长韶娄高速公路有限公司的高度认可。

 

社会效益与经济效益

  减碳常温液体沥青路面冷补材料具有显著的经济、社会、环境效益,具体包括:能显著降低常规坑槽修补的能源消耗(90%以上),且与常规冷补材料相比,具有性能上的优势(达到常规热拌沥青混合料的性能指标要求),因而在节能减耗的前提下,又能延长使用寿命,降低道路全寿命周期的投资成本,具有显著的经济效益;新型复合型冷补材料的研发与应用,对于推进建设资源节约型和环境友好型社会具有良好的推进作用,对于促进交通行业尤其是道路的维修养护技术的发展具有重要的现实意义,助力实现绿色、高效、安全的建设新要求;在环境效益方面,一方面生产能显著降低能耗,减少碳排放;另一方面,施工和使用过程中对环境友好,无污染。

 

注:相关内容摘录自中国交通运输协会编写、中国市场出版社出版的《交通运输科学技术新成果推广目录(2021)》,图片由项目完成单位提供,版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。