為貫徹落實國家全面節約,堅持循環利用和創新驅動、開放合作的發展戰略,結合當前我國高速公路建設由新建改向擴建、養護轉型過程中產生的因利用率偏低導致的廢舊瀝青路面材料過剩及由其引發的土地侵占、環境污染等問題,開展科技攻關高效再生利用廢舊SBS混合料已成為公路工程領域關注的熱點與焦點。然而,傳統熱拌再生技術施工溫度高(160——180°C),能耗大、碳排放強度高,并且普通再生劑無法實現老化SBS混合料的同步交聯再生,導致當前廢舊SBS混合料普遍以小摻量(<20%)、錯層位再生應用于低等級瀝青路面中、下面層,不利于公路工程的綠色高值化可持續發展。
為突破該技術瓶頸,項目通過研發一種高摻量溫拌同步再生技術,實現了高效恢復廢舊SBS混合料的原有性能至90%以上,顯著提升廢舊SBS混合料在高等級瀝青路面上中面層的再生利用率至30%以上的目標,并有效降低再生瀝青路面施工碳排放,已經形成了一套完善的高摻量廢舊瀝青路面材料低碳溫拌同步再生技術方案,極大地推動了高速公路廢舊瀝青路面材料再生產業發展向“高摻量、高值化”轉型。
1) 對于高性能再生劑的開發及其最佳摻量確定,項目通過老化過程中與基質瀝青輕質組分相關FTIR特征峰面積計算老化基質瀝青指數和老化SBS聚合指數,將其老化歷程劃分為SBS聚合物溶脹、SBS聚合物降解以及瀝青組分失穩為主的老化三階段;基于老化歷程研發了綠色高效低碳型溫拌同步再生劑,有針對性地向不同老化歷程的SBS改性瀝青中摻加再生劑;同時基于SBS改性瀝青微觀同步再生反應機理,根據基質瀝青輕質組分以及SBS共聚物相關的FTIR特征峰面積比老化損失與再生補償,開發了同步再生劑最佳摻量計算方法,快速準確地計算出不同老化程度SBS改性瀝青所需的再生劑摻量;通過引入自由體積理論揭示了溫拌——同步再生協同作用機制,明確了最佳溫拌再生溫度,同時提出了一套再生瀝青性能恢復量化方法。
2) 對于再生瀝青混合料的級配設計,項目通過自主開發智能化骨料三維重建的相機矩陣裝置及其使用方法,實現對骨料顆粒進行多角度、多方位的拍攝,精準識別“偽顆粒”,基于多目視覺三維重構技術的骨料級配檢測系統,實現合理控制高摻量廢舊SBS改性再生瀝青混合料的配合比設計精度的目的,同時結合性能均衡設計確保了其力學性能。
3) 對于再生瀝青路面性能評估,項目將紅外光譜技術和AI機器學習與疲勞壽命理論預測模型相結合,能夠快速預測實際服役狀態下再生瀝青路面的疲勞壽命。
圖1 老化SBS改性瀝青同步溫拌再生劑
本項目技術方案實現了廢舊SBS瀝青混合料的原層位高摻量再生利用,將RAP舊料摻量不足20%提升至30%以上,延長服役壽命1.5倍以上,具備大規模推廣的技術可行性。
本項目產品與技術主要應用于公路養護與重建工程領域,該領域市場規模巨大,且具有不斷增長趨勢,我們的產品技術能夠彌補當前相關技術領域的缺陷不足,有效地促進完成國家公路養護與重建工作,并且具有顯著的環保、經濟和社會效益,降本增效,發展趨勢向好。
目前,中國公路網絡已基本形成,大規模建設后必然帶來繁重的養護任務,公路養護已由傳統的“搶修時代”過渡到“全面養護時代”。由于交通量的急劇增加與規范管理養護技術的缺失,某些早期修建使用的SBS改性瀝青路面在達到預期使用年限前便產生了車轍、裂縫等病害,導致早期修建的瀝青路面達到使用壽命,產生大量廢舊老化瀝青混合料,需要進行大規模的公路維修養護工作。根據交通部發布的信息顯示,“十三五”以來全國累計投入公路養護資金1.29萬億元,實施預防養護135.6萬公里,修復養護公路里程高達165.2萬公里。由此可見,全國大量的待維修養護公路為本項目提供了大量用戶。
本項目技術符合國家基礎建設發展新方向,落實國家基礎建設新戰略;增加廢棄老化SBS改性瀝青混合料的回收利用率,降低瀝青再生成本;降低瀝青再生技術的能源消耗,經濟環保;提高溫拌同步再生技術的廢舊SBS混合料摻配比例與再生混合料的路用性能,降低路面再生修復成本。綜上,本項目應用前景廣闊。
可量產。
1)廢舊SBS混合料摻配比例上升至30%以上,再生混合料的生產施工溫度降低30℃;基質瀝青和SBS共聚物同步修復;智能化識別廢舊SBS混合料中的“偽顆粒”同時開發高精度級配變異性檢測方法,實現“原位再生”打破廢舊SBS混合料的應用面層限制;
2)完善長期性能評價機制,保證再生混合料良好的路面性能;
3)將填補全國瀝青路面同步再生技術工程應用空白,社會效益進一步提升。
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