《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）一部分公铁水《长三角地区 SBS 改性沥青指标体系长期研究与质量数据平台示范应用》
1. 项目名称: 长三角地区 SBS 改性沥青指标体系长期研究与质量数据平台示范应用
2. 完成单位: 江苏省交通工程建设局、 江苏中路工程技术研究院有限公司、 南京林业大学、东南大学、 江苏中路信息科技有限公司
3. 主要完成人: 刘世同、 金光来、 许涛、 刘朝晖、 陆宇、 马涛、 邵学富、 张孝胜、 曾庆伟、唐建亚、 冯雯雯、 刘海婷、 王祥波、 蔡文龙、 王宣
(一)项目背景
2018年底我国公路总里程突破486万公里,SBS改性沥青作为公路建设的最关键材料之一,对公路的高质量发展具有至关重要的作用。其中江苏、浙江、江西等地区在SBS改性沥青应用上具有时间早、规模大的特点,但应用过程中也存在机理不明确、指标体系不尽合理、信息化监管手段缺失等问题,特别是近5年来改性沥青出现了质量波动性大、早期路用性能衰减快等新问题,对道路建设质量的精细化管控造成了巨大压力。
(二)技术概况
本项目以长三角地区高速公路SBS改性沥青为研究对象,首先,基于国内外SBS改性沥青技术指标体系调研及存在问题分析,先后4次组织24家单位开展了327组沥青样品的比对试验,改进并规范了改性沥青性能试验方法;其次,在此基础上,基于20年期、4100公里高速公路的SBS改性沥青检测数据分析,提出以短期老化后沥青指标为主的指标体系构建思路,首次构建了长三角SBS改性沥青指标体系(VIPP);最后,结合信息化技术的应用,建立了“一中心、一标准、四方联动冶的沥青质量管控体系。
(三)适用范围
适用于全国高速公路建设工程领域。
(四)获奖情况
项目获得2020年度中国交通运输协会科学技术二等奖。
(1)改进并规范了SBS改性沥青60益旋转黏度、黏韧性、短期老化、多应力蠕变恢复等试验方法,提高了改性沥青检测结果的可靠性、准确性、可比性。通过先后4次组织24家单位开展了327组沥青样品的比对试验,统一了60益旋转黏度、黏韧性、短期老化、多应力蠕变恢复等4个关键试验方法的仪具设备、试验条件、操作流程、允许误差。
(2)构建了长三角SBS改性沥青新型指标体系,实现了改性沥青质量评价的科学性。通过20年长三角地区SBS改性沥青技术指标体系的研究,基于4100公里高速公路的SBS改性沥青检测及监管,建立了以短期老化后指标为主的SBS改性沥青质量VIPP评价体系,增加了RTFOT软化点差、弹性恢复差和不可恢复蠕变柔量作为评价改性沥青质量的关键指标,提升了指标评价结果与实际路用性能相关性。
(3)创建了全国首个以“互联网+冶为基础的省级高速公路沥青路面质量数据中心,构建了“一中心、一标准、四方联动冶的沥青质量管控新体系,实现了信息化监管的实时性、准确性和可溯源性。开发了沥青三大指标等参数的自动化实时采集方法与装置,制定了标准化的数据元结构与物联网接口协议,建设并运营了“江苏省高速公路沥青路面质量数据中心冶,保障了260220吨改性沥青生产及应用,检测结果的变异性降低13.4%~52.5%。
技术创新点一:改进并规范了SBS改性沥青60益旋转黏度、黏韧性、短期老化、多应力蠕变恢复等试验方法,提高了改性沥青检测结果的可靠性、准确性、可比性
(1)通过先后4次组织24家单位开展比对试验,分析试验结果的平行性、再现性,提出摒弃采用毛细管法测定改性沥青60益黏度,并且提出沥青60益旋转黏度标准化试验方法,发布了《公路沥青60益旋转黏度试验规程》团体标准。
(2)基于室内粘韧性试验研究,探究试验温度、球头大小、拉伸速率对试验结果的影响,提出统一采用试验温度25益、球头半径11郾1mm、拉伸速率500mm/min的试验参数。
(3)基于试验检测、参数分析、与工程实际的有效性分析,提出摒弃TFOT方法,统一采用RTFOT作为模拟短期老化的规范化试验方法。
(4)通过室内开展大量多应力重复蠕变试验,明确MSCR试验对改性沥青质量具有良好的甄别作用,规范了标准化试验方法,发布了《SBS改性沥青多应力蠕变恢复(MSCR)试验规程》团体标准。
技术创新点二:构建了长三角SBS改性沥青新型指标体系,实现了改性沥青质量评价的科学性
(1)基于FTIR及DSC技术研究,明确改性沥青SARA组分理化性质和热解老化机理,通过对比原样沥青、短期老化沥青、长期老化沥青,提出短期老化沥青与实际服役于高速公路的沥青状态相符,明确以短期老化后的沥青指标作为指标体系建立的思路更加符合工程实际情况,也有利于准确评价改性沥青的质量。
(2)通过多指标相关性、敏感性分析,确定了SBS改性沥青质量评价关键指标为:RTFOT短期老化软化点差、弹性恢复差、MSCR试验的不可恢复蠕变柔量Jnr3郾2,且软化点差的控制范围为“-10~5益冶,弹性恢复差的控制范围为“逸-10%冶,Jnr3郾2的控制范围为“臆0郾5kPa-1冶。
(3)采用了DEM技术,对沥青混合料采用数字试样进行重构,分析沥青混合料内部受力随温度变化的情况,确定70益车辙试验的方法,提出70益条件下动稳定度及5000次加载的车辙深度等评价指标。
(4)基于室内60益和70益水稳定性能试验研究,明确70益冻融劈裂试验的方法,提出70益的冻融劈裂强度比评价指标。
(5)通过SBS改性沥青长期检测数据分析及监管经验,基于沥青材料性能测试结果与高速公路路用性能相关性分析,取消球头覆盖比例、渗流度、RTFOT+PAV后的质量损失、离析、针入度比、延度6个指标。
(6)通过先后4次组织24家试验检测机构、沥青材料供应商、施工企业、监理企业开展了82组60益旋转黏度比对试验,提出调整PG76SBS改性沥青60益旋转黏度的控制指标范围为“逸20000Pa·s冶。
(7)通过关键指标试验方法统一的研究、技术指标及其控制范围调整研究、关键指标及其控制范围确定研究,以短期老化后沥青指标为主,“扬弃冶针入度分级体系、黏度分级体系、PG分级体系,形成了长三角SBS改性沥青技术指标VIPP优化体系。
技术创新点三:创建了全国首个以“互联网+冶为基础的省级高速公路沥青路面质量数据中心,构建了“一中心、一标准、四方联动冶的沥青质量管控新体系,实现了信息化监管的实时性、准确性和可溯源性
(1)开发了自动化实时采集方法与装置,制定了标准化数据元结构与物联网接口协议。
(2)创建了全国首个以“互联网+冶为基础的省级高速公路沥青路面质量数据中心。
(3)以沥青路面质量数据中心为依托,以严格的苏交建质也2018页77号文“关于调整沥青、沥青混合料技术标准及检测频率的通知冶中的沥青及沥青混合料技术要求为质量标准,以苏交建质也2017页122号文“关于进一步加强沥青质量管控工作的通知冶中的沥青供应单位接受生产全过程的监督、路面施工单位全面检测验收、路面技术服务单位驻厂检测监控为质量管控方法,构建了“一中心、一标准、四方联动冶的沥青质量管控体系。
与当前国内外同类技术相比,本项目技术具有如下特点(见表1):
(1)改进并规范了SBS改性沥青60益旋转黏度、黏韧性、短期老化、多应力蠕变恢复试验方法,提高了改性沥青检测结果的可靠性、准确性、可比性。
(2)构建了长三角SBS改性沥青新型指标体系,实现改性沥青质量科学评价。
(3)创建了全国首个以“互联网+冶为基础的省级高速公路沥青路面质量数据中心,构建了“一中心、一标准、四方联动冶的沥青质量管控新体系,实现了信息化监管的实时性、准确性和可溯源性。
项目成果分别在江苏镇丹高速公路、海启高速公路、锡通高速公路、京沪高速公路扩建工程、浙江杭州湾跨海大桥杭甬高速、江西宁安高速等工程中得到应用与检验,应用里程超过600km,支撑工程建设30亿元,经济社会效益显著。
基于本项目所提出的VIPP优化体系、“互联网+冶的沥青质量数据中心平台及改性沥青质量管控新体系的联合应用,一方面,从源头上解决了沥青质量监管仅依靠检测指标符合性判断的片面性问题,实现了质量的全过程、全方位监管,减少人力投入成本;另一方面,提出了以短期老化后沥青指标为主改性沥青质量评价体系,提升了检测结果的真实性、可靠性,有效保障了工程改性沥青质量,延缓了路面养护时间,降低了路面养护费用,具有显著的经济社会效益。
