高性能废旧沥青混合料冷再生还原剂研究课题申请.docx
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高性能废旧沥青混合料冷再生还原剂研究课题申请
高性能废旧沥青混合料冷再生
还原剂研究
课题申报
1.前言
1.1研究意义
目前国内已建成的高等级公路路面，据不完全统计约有80%为沥青路面。
根据我国公路网发展规划，我国高速公路将达8.5万公里，路网总里程也将达到650万公里。
按照沥青的设计寿命，我国国内早期建设的高等级沥青道路目前已进入大，中修阶段。
而对于在沥青路面养护，维修和改造过程中所产生的大量废弃材料，通过再生加以利用可以节约大量砂石材料和沥青，显著减低建设成本，具有明显的经济和社会效益。
其中路面冷再生技术由于施工设备简单，投入成本低等优势，已被广泛推广和应用。
沥青路面冷再生是指将旧沥青路面材料（主要是面层材料，有时也包括部分基层材料）适当加工后进行重复利用，按比例加人一定量的添加剂（水泥、石灰、泡沫沥青和乳化沥青等），需要时加人部分新骨料而制成冷再生混合料。
这是在自然环境温度下完成沥青路面的翻挖、破碎、新材料的添加、拌和、摊铺及压实成型，重新形成路面结构层的一种工艺方法。
冷再生结构层主要作为公路路面的基层或底基层，也可作为低等级公路的面层。
但传统的以水泥，泡沫沥青，乳化沥青等作为添加及剂的冷再生方式只将废旧沥青混合料（RAP）当作黑色集料使用，而没有重新恢复RAP中老化沥青的性能，使其重新发挥胶结料的作用。
因此严格意义上讲，他们属于RAP的再利用，而不是再生。
废旧沥青混合料冷再生还原技术以沥青材料的老化机理和废旧沥青混合料再生机理为研究基础，能够重新实现RAP中老化沥青胶结料的作用，对比传统冷再生技术，具有RAP利用率高（达到90%以上），无污染，能耗低等优点。
同时这一技术也填补了国内冷再生还原剂领域的空白。
1.2国内外研究现状及发展趋势
国外发达国家对沥青路面再生利用的研究，最早从上个世纪初就已经开始了。
但真正成规模的应用始于上世纪60、70年代。
美国早在1915年开始了沥青路面再生利用的研究，但由于以后大规模的公路建设而忽视了对该技术的研究。
1973年石油危机爆发后美国对这项技术才引起重视，并在全国范围内进行广泛研究，到八十年代末美国再生沥青混合料的用量几乎为全部路用沥青混合料的一半，并在再生剂开发、再生混合料的设计、施工设备等方面的研究也日趋深入。
沥青路面的再生利用在美国已是常规工程应用，目前每年再生利用的沥青混合料约为3亿吨，可直接节省材料费15～20亿美元，材料的重复利用率高达80%。
欧洲国家也十分重视这项技术，德国是最早将再生沥青混合料用于高速公路路面维修的国家，早在1978年就已实现了废弃沥青材料的全部回收利用。
芬兰几乎所有的城镇都组织旧路面材料的收集和储存工作，过去再生料主要用于低等级公路的路面与基层，近些年已应用于重交通道路。
法国现在也已开始在高速公路和一些重交通道路的路面修复工程中推广应用这项技术。
前苏联于上世纪60年代开始了沥青路面再生技术的研究，1984年出版了《再生路用沥青混凝土》一书，概述详细介绍了再生技术，表明苏联在这一领域也取得了很大的进展。
最近，欧洲沥青路面协会EAPA在互联网上公布，其成员国的废旧沥青路面材料以100%通过再生方式得以重复利用。
我国对于废旧沥青再生利用研究开展得比较晚，20世纪50至70年代，曾在不同程度上利用过废旧沥青混合料来修路，但均作为废物利用考虑，一般只用于轻交通道路、人行道或者高等级公路的垫层。
1982年，交通部科技局将沥青路面再生利用作为重点科技项目下达，由同济大学负责该课题研究的协调，山西、湖北、河南、河北等省市参加，对沥青路面再生技术开展了比较系统的试验研究。
1985年，建设部曾组织上海、南京、天津、武汉等市政部门和苏州市公路局、哈尔滨建筑工程学院等单位进行过专题研究，1991年6月发布了《热拌再生沥青混合料路面施工及验收规程》（CJJ43-91），指出再生沥青混合料所用的矿料、沥青的品质及混合料技术要求应符合不用废料的普通沥青混合料的有关规定。
但由于课题的不配套，尤其没有可供实际施工使用的沥青再生设备，CJJ43-91规程无法推广使用。
20世纪90年代，沥青路面再生技术的研究与推广几乎被搁置。
新颁布的《公路沥青路面养护技术规范》（JTJ073.2-2001）论述再生沥青混合料的条款，仍因技术陈旧、缺乏先进的再生设备，并没有跳出CJJ43-91规程的局限。
进入21世纪，北京、天津、上海、广东、山东、江苏、河北等省市都相继引进了大型的沥青路面再生设备。
2001年，华北高速公路公司率先对京津塘高速公路和北京市城市道路实施沥青再生养护作业，2002年浦东建设在上海地区进行了试用；2003年在沪宁高速公路上海段大修工程采用了沥青路面现场热再生技术，维修后路段的旧料的利用率达到100%；2003年至2004年4月，广东冠粤路桥有限公司引进美国ASTEC的再生设备应用于广佛高速公路14公里路段的大修工程，取得了非常好的效果。
其中不乏冷再生施工技术。
2004年在辽宁营大路（营口-大石桥）的冷再生施工应用是现场冷再生技术最为典型的案列。
在再生施工中确定了混合料的配合比设计为：
添加4.2%的乳化沥青（55%沥青固含量）和1.0%-1.5%水泥，同时添加15%的10-30mm碎石和10%的0-5mm石屑以改善原路面的级配。
在施工中喷入1.0%-2.0%拌和水。
营大路就地冷再生工程于2004年5月开始，2004年9月竣工通车。
经历了两年多的使用，路面没有出现裂缝和变形，路面使用性能取得了令人满意的效果。
2005年4月由维特根公司、陕西高速机械化养护公司和长安大学共同在西宝高速公路大修中尝试性地铺筑了2km泡沫沥青结合水泥厂拌冷再生路段。
这是国内第一次在高速公路上采用厂拌冷再生工艺。
经过对原路面材料的试验分析，最终确定再生混合料的配合为：
在原路面铣刨材料中添加2.5%泡沫沥青、2.0%水泥和3.0%-3.5%拌和水。
该段工程在迄今为止的两年时间里质量性能一直比较稳定。
由此，这项沥青路面再生技术得到全国多个省市公路主管部门的青睐，近两年中在沪杭嘉地区多条路段、昌九高速、河南郑州等地都有成功应用。
陕西省更是先后在西-阎、西-户、渭-潼等多条高速路的大修工程中采用这一工艺方法。
目前冷再生施工中使用的添加剂主要为水泥，泡沫沥青，乳化沥青等，或者他们的复合物，虽然各有其优势，但也存在明显的不足：
水泥能够显著提高路面材料的抗压强度和刚度，抗水能力，但是可能会降低抗疲劳能力施工中可能出现收缩裂缝，需要防护和养生。
乳化沥青可以提高路面的粘弹性和抗疲劳能力形成柔性路面但是强度发展较慢养生时间较长，对含水量高的路面不适合。
泡沫沥青能够将粗糙的材料粘结在一起因此抗变形和抗疲劳性能都较好，可以获得强度较高的柔性路面，铺设后可以立即开放交通，但饱和或者缺少细料的路面不适合泡沫沥青。
对破碎后的集料进行筛分，一般大于5毫米的集料少于40%的需要添加适量的粗料，如果大于5毫米的集料大于80%则需要加入适量的细料。
废旧沥青混合料冷再生还原剂首创对废旧沥青混合料采用清洁节能的还原技术处理，不加热，不用添加新沥青，还原率高达90%以上，再生沥青混合料与新料性能相当。
比较项目
废旧沥青冷再生还原剂
泡沫沥青技术
乳化沥青技术
加热
不需要加热
需要加热
不要要加热
新添加沥青
无需添加新沥青
需要添加新沥青
需要添加新沥青
废旧料利用率
≥90
＜90
＜90
设备
一般冷再生设备
专用泡沫设备
专用冷再生设备（考虑破乳问题）
施工
不受时间和距离的限制
由于发泡问题，受时间和距离的限制
由于破乳问题，受时间和距离的限制
稳定度（KN）
＞6
＞5
＞5
2.预期研究目标
通过本项目的实施，预期达到以下研究目标
1.完成高性能废旧沥青混合料冷再生还原剂配方，制备工艺的确定，使得产品性能以及再生后的废旧沥青混合料路用性能达到相关标准。
2.针对本项目还原剂的施工应用，制定除泡沫沥青，乳化沥青冷再生技术以外的废旧沥青混合料厂拌冷再生技术解决方案。
3.主要研究内容
（1）沥青路面老化过程的研究
从有机化学以及化学热力学的角度分析沥青的老化过程，从而为还原剂对老化沥青的性能恢复提供理论基础。
同时对废旧沥青混合料（RAP）中集料的压碎值，磨耗值等参数进行分析，充分评价RAP的性能，同时确定是否添加新集料改善混合集料的级配和性能。
同时为国内冷再生过程中RAP的质量评价提供经验。
（2）还原剂配方的确定和生产工艺的调整
结合沥青老化的机理，将具有还原作用，增溶浸润作用，补强作用的各组分按照一定的工艺，分别添加到废旧沥青还原剂中，并利用充分的剪切，溶胀等作用得到稳定的液态还原剂。
这一过程需要不断调整生产工艺，保证各组分性能得到最大发挥。
（3）再生沥青混合料的制备和评价标准的设计
由于目前国内还没有，关于这种冷再生还原剂及其混合料的，统一的技术标准和相关规范，因此我们需要针对该项目并结合已有的《公路沥青路面施工技术规范》等资料，制定合适的混合料试件成型和养生工艺，并对其路用性能进行评价，为最终的路面施工提供技术支持。
也为目前我国国内还相对空白的冷再生剂相关标准的制定提供经验。
（4）再生层试验路段的铺筑
通过前几个阶段的工作，完成还原剂项目室内试验后，我们将利用公司的中试设备，针对需要再生的路段，生产废旧沥青还原剂，并与施工单位合作完成试验路段的铺筑。
对施工工艺进行优化，通过对试验路段进行观测和综合评价其路用性能，最终实现还原剂配方的进一步优化和施工工艺的确定，为该项目的产业化奠定基础。
（5）对废旧沥青还原剂系列产品的开发
由于路面状况以及沥青的老化程度，路面交通状况，气候条件等等因素的制约，合成固定组分的还原剂不切实际，因此我们需要针对实际的沥青路面冷再生工程，改进还原剂的的配方或工艺，从而开发出一系列有针对性的还原剂，满足不同市场的需求。
4.研究拟采用的技术路线
本项目阶段划分如下：
小试、中试、产品定型鉴定、规模生产、成果鉴定。
拟采用的技术路线为：
废旧沥青混合料沥青老化机理及性能研究再生剂配方与工艺研究再生混合料路用性能研究中试生产与试验段铺筑、观测废旧沥青混合料及再生沥青混合料评价体系研究再生剂产品系列化研究
5.依托工程情况及必要的支撑条件
5.1依托工程情况
陕西海威路面再生工程有限公司是与我单位长期合作的施工单位，能够为本项目的试验段铺筑提供施工支持。
它是陕西省集路面再生技术研究与施工为一体的专业路面再生机构，拥有各类专业技术人员及经验丰富的施工人员共70余名，专业再生设备及配套的大型施工机具30余台套，施工控制配套完善的现场及室内试验仪器100余台套，可以针对不同等级的旧路面结构进行优化设计，制订个性化的施工方案。
采用先进的施工技术，完善的质量监督及管理体系，保证每项工程达到优质标准。
5.2支撑条件
陕西省公路再生工程技术研究中心是以西安国琳再生技术研究有限公司作为第一依托单位与长安大学、陕西海威路面再生工程有限公司联合组建的，并被列入陕西省“13115”科技创新工程专项资助名单。
研究中心由西安市科技局正式批准组建，中心座落于西安市高新区信息港大厦一层，占地1000多平方米。
中心以长安大学、西安公路研究所、陕西省公路局等专家学者作为学科带头人，开展公路材料再生技术的工程化研究，集中产学研各方面创新要素，攻克公路再生领域的关键性、共性技术问题，并为新技术、新工艺和新产品系统化、配套化和工程化提供有力的技术支持。
目前研究中心已申请发明型专利五项，自2004年公司前身西安国琳道路材料试验研究所成立以来，先后实施以下项目：
泰然生物土壤固化酶应用研究（铜川）；农村低交通量道路粉煤灰路面硬化技术研究（铜川）；关中地区国省道沥青路面冷再生技术研究开发（G108线澄城段、G316线凤县段）；关中地区农村道路沥青路面冷再生技术研究开发（泾阳街道）；乳化沥青路面面层冷再生技术研究开发项目（西安三环阎新段）等项目。
此外研究中心在西安市北郊407库，建成拥有1吨/小时产能的中试车间，基本具备本项目冷再生还原剂的中试生产能力。
为本项目的中试生产以及试验路段的铺筑提供支持。
6.组织机构和人员分工
6.1科研组织机构
图一“高性能废旧沥青混合料冷再生还原剂研究”项目组机构图
6.2分工及人员安排
（1）项目负责：
徐培华主任作为本研发项目的技术总监，负责项目立项分析，确定研究方向，以及市场需求状况，考察项目可行性评估以及最终的研究报告。
（2）项目组长：
张晓宏副主任，主要负责解决科研工作中项目经费管理，协调各参与单位之间的关系。
韩耀斌总工助理具体负责本项目的技术管理，审查中间及最终的研究报告，并负责监督项目的进度，敦促各方按照项目组要求提交相关资料。
（3）专业组长：
王彩艳：
具体负责项目小试试验的组织和实施；
张俊博：
具体负责项目的中试生产设备的设计和安装生产。
（4）其他参与人员
其余项目参与人员主要负责项目负责人完成工作任务，并及时上交相关资料和信息。
表一承担单位人员安排一览表
姓名
性别
职称/学历
在本项目中承担的任务
徐培华
男
教授级高工
项目负责人
技术总监
张晓宏
男
工程师
项目组长研究中心管理
韩耀斌
男
工程师
项目组长技术管理
王彩艳
女
本科
专业组长小试试验
张俊博
男
本科
专业组长中试试验
陈梁
男
本科
参与中试现场检测
张文军
男
本科
参与中试试验
张巧宁
女
本科
参与小试路用性能试验
张玲
女
硕士
参与小试配方试验
7.工作进度和实施计划（按季度的研究内容和目标）
第一阶段：
2010年1月-2010年3月
1．解决再生剂稳定性、提高路用性能；
2．对RAP制定评价标准；
3．根据2010年再生市场提供可选择中试路段。
第二阶段：
2010年4月-2010年6月
1.确定满足再生路用性能要求的再生剂工艺、配方；
2.建立混合料评价标准；
3完成实验室验证工作。
第三阶段：
2010年7月-2010年9月
1.完成中试；
2.试验路段铺筑；
3.可供推广的初段产品形成。
第四阶段：
2010年10月-2010年12月
1.完成产品周边地方推广；
2.制定高端产品的研究方案；
3.再生文献汇编；
4.发表文章到核心期刊。
8.最终提交的研究成果（研究报告，测试报告等）
最终提交各阶段研究报告，总研究报告等。
9.经费使用及拨款计划
表二：
项目经费构成表
序号
项目
金额
（万元）
备注
1
原材料购买
2
仪器设备投入
主要用于试验设备
的购买
3
研发人员经费
项目人员工资以及外出培训费用
4
试验、测试及鉴定费
5
管理费
项目日常管理
6
产品推广费用
用于产品的宣传和推广
10结束语
随着国民经济的稳步、快速发展，对道路交通的需求将越来越高，国家对交通领域的建设、养护投资在逐年大幅增长，我国正朝着资源节约和环境友好社会发展，废旧沥青道路材料再生技术这项既节约能源又有利环保的新型养护产业将会得到各级政府和交通主管部门的重视和大力支持。
特别在西部地区，由于自然生态环境的脆弱性，使得环境保护越来越成为各级领导和各部门一件重要的事情。
因此，大量的沥青路面旧材料的再生利用，对缓解环境的压力、减少环境污染和水土流失，具有重要的社会意义。
本项目因系对固体废弃物进行再生利用，属于国家重点支持的清洁生产以及环保项目，具有良好的推广价值，产品较传统技术具有明显的性能优势与成本优势，因而将逐步成为路面冷再生技术的主流技术，保守预计2012年，我国沥青路面再生的普及率至少达到5%以上，市场份额约30亿元。
如果本项目立项通过，在本项目各参与单位勤恳踏实的工作下，一定会为陕西省乃至全国的废旧沥青混合料冷再生技术的发展做出应用的贡献。
陕西省公路材料再生工程技术研究中心
2010-2-8
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