高性能预拌式冷铺沥青混合料的研制和应用技术研究.doc

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1、 1西部交通建设科技项目 合同号：2006 318 223 40 高性能预拌式冷铺沥青混合料的 研制和应用技术研究 研究报告简本 交通运输部公路科学研究所 陕西高速机械化工程有限公司 北京市政路桥建材集团有限公司 六安市交通公路实业有限公司 2012年9月 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 1目 录 1 项目背景 . 1 1.1 项目概述 . 1 1.2 目的意义 . 1 1.3 总体目标 . 3 2 研究内容与技术路线 . 4 2.1 研究内容 . 4 2.2 技术路线 . 4 3 研究成果与创新 . 5 4 经济社会效益 . 6 4.1 生产成本比较 . 6 4

2、.2 生产、运输、施工过程中节能和环保问题 . 7 4.3 不同修补方法的比较 . 8 4.4 高性能冷补料的优点 . 10 5 研究结论 . 11 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 11 项目背景 1.1 项目概述 “高性能预拌式冷铺沥青混合料的研制和应用技术研究”（编号：2006 318 223 40）是交通部2006年度西部交通建设科技项目。本项目由交通运输部公路科学研究所、陕西高速公路机械化工程有限公司、北京市政路桥建材集团有限公司、六安市交通公路实业有限公司联合承担。 本项目主要针对我国西部地区（同时也考虑了中部、东部地区）的道路状况及气候、材料条件，研究

3、开发适合我国西部地区的高等级公路及时、快速、全天候修补的高性能修补材料和技术，特别是在低温、雨雪等不利施工季节下的路面快速局部修补技术，提高高等级公路路面的使用性能和使用寿命，满足高等级公路日常养护的需要。研究中提出了冷补液的技术要求以及达到技术要求所应采取的技术措施；提出了冷补沥青混合料设计方法及技术指标；提出了高性能冷补沥青混合料所应达到的技术要求，并开发了高性能的冷补沥青混合料产品；提出了冷补沥青混合料生产工艺、施工工艺要求，提出了冷补料产品的储存方法要求；编写了“冷补沥青混合料技术指南”。 项目研究过程中，课题组十分重视技术推广应用工作，已经取得了重大的经济和社会效益。本项目于2006

4、年7月正式立项，2006年底至2007年春在陕西、北京、安徽三地生产冷补沥青混合料共1000余吨，并于2006年底2007年冬春之际用于实际路面坑槽修补，迄今已近四年，使用效果良好。2007年下半年至2010年，又陆续生产了2000多吨冷补料，应用于各地的道路坑槽修补，取得的良好的经济效益和社会效益。 1.2 目的意义 1.2.1 公路“建养并举”发展阶段的客观要求 经过二十几年的大规模建设，我国的公路交通基础设施得到了跨越式的发展，高速公路通车里程已经超过7.4万公里（2010年底），居世界第二位，一、二级公路通车里程也已经超过了40 万公里。面对如此大规模的已经通车运营的高等级公路网，公路

5、部门在继续加大公路新建力度的同时，开始对公路养护工作投入更大的人力、物力、财力，以维持公路网的正常运营。 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 2在2006年5月11日召开的全国养护管理工作会议上，交通部李盛霖部长、冯正霖副部长多次指出：公路建设是前提，养护管理是保障；公路建设是创造财富，养护管理则是保护财富，财富的创造积累和财富的保护同等重要。同时强调：各地各部门要站在落实科学发展观和建立资源节约型社会的高度，深刻认识加强公路养护管理工作的重大意义，牢固树立“建设是发展，养护管理也是发展，而且是可持续发展”的理念，维护好、管理好、养护好公路，提升公路交通网络公共服务能

6、力，让人民群众的出行更畅通、更安全、更和谐、更高效。 按照2004 年12 月国务院审议通过的国家公路网发展规划，我国高速公路总规模将达到8.5万公里，这预示着在接下来的几年间将有更多的高速公路加入到维修养护的队伍中来。再加上继续大量建成通车的一、二级公路，我们的高等级公路维修养护任务将越来越繁重。 因此可以认为，我国高等级公路已经开始由原来“建设为主”的发展阶段逐渐转变为“建养并举”的发展阶段。公路发展阶段的转变，要求我们有更多的经济、有效、实用的高等级公路养护新技术、新材料和新工艺。但实际情况却是，我国长期以来对公路养护技术的研发力度不够，养护技术研究滞后的问题突出，养护工作长期在低技术水

7、平徘徊，养护工程费时、费力、对交通影响大、养护效果差的问题突出。 因此，进行公路路面养护新材料、新工艺、新技术的研究是十分及时、必要的，意义重大。 1.2.2 目前的路面局部修补材料与技术不能满足养护需要 众所周知，由于交通量增长迅速、超载严重、雨水影响，以及路面结构不尽合理、材料质量不过关、施工管理不严等原因，我国高等级公路沥青路面的水损害问题严重。以修补坑槽为主的路面局部修补已经成为公路养护部门的最主要的工作内容之一。 沥青路面局部修补可以分为热补法和冷补法两种类型。前者采用的是热拌沥青混合料，而后者采用常温沥青材料。目前路面坑槽的修补通常采用热拌沥青混合料，热拌沥青混合料技术成熟，材料来

8、源广泛，材料与原路面粘结牢固，修补效果较好，但是对施工环境温度要求较高，而且在雨雪天气不能正常施工。我国大部分地区冬春季节气温较低，使用热拌沥青混合料进行路面局部修补难度很PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 3大，首先是用热拌混合料拌和楼生产小批量热补料很不方便，在冬季尤其如此。其次是修补剩余的混合料在低温下无法再利用，只能废弃，造成很大的浪费和污染。再次，在雨季，有些施工质量不佳的路面容易出现很多坑槽路段，而热拌混合料在雨天无法正常施工。 坑槽的出现往往具有突发性，并有不断扩大的趋势，若不及时修补，将会越来越严重，对行车安全造成极大的威胁。所以，在坑槽出现之后必须迅

9、速进行修补（有些高速公路要求在坑槽出现后24小时内修补完毕）。传统的热补法由于不能在低温和雨雪气候下施工，无法满足高等级公路及时快速修补的要求。 因此，坑槽修补技术需要满足快速、及时、全天候的要求，而冷补材料施工速度快，操作简便，可在冬季和雨雪天气施工的优点，恰好满足了坑槽修补的要求，因此这项技术正在逐步得到认可和推广应用。 冷补沥青混合料就是设法改变普通热拌沥青混合料在常温或低温状态下硬化的性质，使其在常温或低温下不结块，并可密封储存，使用时直接铺到路面上，经碾压成型后，立刻开放交通。图1为典型的路面坑槽，图2为冷补沥青混合料修补坑槽。 图1 路面坑槽 图2 冷补坑槽 1.3 总体目标 （1

10、）研发具有自主知识产权的、高性能储存式冷补沥青混合料，其使用性能达到国际同类产品水平，其价格不超过国际同类产品价格的80%，满足我国高等级公路路面修补的需要。 （2）对高性能储存式冷补沥青混合料的材料选择、混合料生产、施工工艺等进行系统研究，并在此基础上编制高性能冷补沥青混合料技术指南，为我国广大公路工作者提供技术参考，为国内相关技术标准的制修订提供技术依据。 （3）通过本项目的实施，形成不少于2个的高性能预拌式冷补沥青混合料产业PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 4化生产基地，使科研成果真正转化为生产力。 （4）在高等级公路铺筑的高性能预拌式冷补沥青混合料修补坑槽的

11、试验路段及实体工程的总长度不小于5km。 2 研究内容与技术路线 2.1 研究内容 （1）冷补液配方研究。通过对比研究，确定适用于不同气候条件下的隔离剂类型和用量，开发能显著改善冷补沥青混合料性能的添加剂。 （2）矿料级配研究。从冷补沥青混合料强度形成机理和室内试验二个方面研究不同类型的矿料级配对冷补料初期强度和成型强度的影响，确定适用于不同坑槽类型的若干种冷补料矿料级配范围。 （3）评价方法与性能指标。研究评价冷补沥青混合料性能的室内试验方法，并提出相应的技术指标和技术要求。 （4）生产工艺研究。研究冷补液的配制工艺、冷补料的拌和工艺以及冷补料的包装。 （5）施工工艺研究。结合冷补料实际坑槽

12、修补试验，研究冷补料的施工工艺，包括坑槽预处理、摊铺和压实。 （6）坑槽修补试验路及工后观测。应用所生产的冷补料进行坑槽修补试验，定期跟踪观测修补效果。 （7）编写技术指南。对冷补液配方、矿料级配、评价方法、生产和施工工艺等进行分析和总结，编写适用于指导我国冷补沥青混合料性能评价、生产和施工的技术指南。 2.2 技术路线 本项目采取理论分析、室内试验研究与试验路研究三者相结合的方法展开研究。具体技术路线如下： （1）首先进行国内外调研和相关技术资料的检索与查阅，了解国内外高性能预拌式冷补沥青混合料的应用情况、技术特点、最新发展动态和存在的主要问题，明确研究目标，整理研究思路； PDF 文件使用

13、 pdfFactory Pro 试用版本创建 5（2）进行大量细致的室内试验研究，提出高性能预拌式冷补沥青混合料配方； （3）参照国内外相关技术标准，制订符合我国国情的冷补料室内试验评价指标、检测方法，开发相关检测设备； （4）深入生产施工第一线，将室内研究结论与工程实际相结合，总结提出具有普遍指导意义的生产工艺和施工工艺要求； （5）通过对试验路段效果性能的观测，验证并改进高性能预拌式冷补沥青混合料的配方。 研究技术路线见图3所示： 图3 技术路线流程图 3 研究成果与创新 （1）在国内首次提出了系统的、全新的冷补沥青混合料的性能评价方法。以贯入试验评价冷补料的施工和易性能，取代传统的手工拌

14、和，判断施工性能的经验方法，并开发了相应的贯入试验仪器，并获得了一项实用新型专利（专利号：PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 6ZL 2007 2 0151753.8）；以粘聚性试验评价冷补料的粘聚性能，并提出了详细的操作步骤和试验器具，以弥补2004版施工规范中相应试验方法的不足；以修正马歇尔试验评价冷补料的成型强度、水稳定性，确定了适用于冷补料的修正马歇尔试验方法。 （2）开发了高性能的冷补添加剂，开发了具有自主知识产权的高性能、低价格的冷补沥青混合料产品。开发的高性能冷补料，无论在室内试验还是工程实践中，都体现了优异的施工性能和耐久性能。解决了进口产品价格过高的

15、问题，解决了国内产品施工和易性和路用耐久性能的矛盾。在陕西、北京、安徽等地建立了3个冷补料生产基地，使高性能冷补沥青混合料技术真正转化为了生产力，促进了我国路面养护事业的发展。 4 经济社会效益 4.1 生产成本比较 目前市场上材料价格波动很快，课题组根据生产当年的一般市场价格，以石料价格80元/t，基质沥青4000元/t，课题组自行研制开发的冷补添加剂为80000元/t，0#柴油价格为6.2元/kg为基准进行费用分析。以表1所示生产配合比为例，比较冷补沥青混合料和热拌沥青混合料的材料费用差异。 表1 冷补料和热拌料的生产配合比 热拌沥青混合料 冷补沥青混合料 石料用量（%） 95.5 95.

16、5 沥青用量（%） 4.5 4.5 沥青 78 隔离剂 20 添加剂 2 表2 材料费用比较 材料 重量（kg） 单价 费用（元） 合计（元） 热拌沥青混合石料 955 80元/t 76.4 256.4 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 7料 基质沥青 45 4000元/吨 180 SBS改性沥青混合料 石料 955 80元/t 76.4 301.4 SBS改性沥青PG70-28 45 5000元/吨 225 冷补沥青混合料 石料 955 80元/t 76.4 344.6 基质沥青 35.1 4000元/吨 140.4 隔离剂 9 6.2元/kg 55.8 添加剂

17、0.9 80000元/t 72 表3 国内外冷补成品料销售价格（2006年底2007年初） 产品 交科冷补 山西唐太冷补 百和道补 价格（元/吨） 700 13001500 840 冷补沥青混合料生产采用与热拌沥青混合料相同的拌和楼，石料和沥青加热温度低于热拌沥青混合料，可节约燃料。 课题组自行研发生产的冷补料满足项目投标文件上提到的经济指标要求： （1）销售价格比国外同类产品低20%以上； （2）生产成本不超过热拌沥青混合料成本的2倍。 4.2 生产、运输、施工过程中节能和环保问题 热拌沥青混合料在拌和、运输和摊铺过程中存在过多能耗、有害气体排放等问题。首先，高温下的能耗问题。热拌沥青混合料

18、的拌和和施工过程温度是相当高的。公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）中对热拌沥青混合料相关温度的规定可很好说明这一点。以90号沥青为例，要求沥青的加热温度为150160，集料加热温度为160190。考虑到顺利碾压，混合料在运输到现场后的温度要保持在140以上，则混合料储运的温度一般要大于150。对于70号沥青，上述各项温度还要提高5。沥青和集料分别加热至如此高的温度，必PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 8然要消耗大量能源。在全球能源短缺，油价暴涨的今天，能源的节约已不仅仅是经济问题本身，而是一个关系全球可持续发展的世界性大课题。 其次，高温下的有害气

19、体排放问题。由于热拌沥青混合料的拌和温度高，所以混合料拌和过程乃至摊铺时青烟燎燎的现象随处可见，尤其是从拌和楼储料仓将混合料放到运输车上时，冒青烟的现象特别明显。热拌沥青混合料在拌和，摊铺过程中排放出来的“青烟”不仅对施工人员的身体健康有较大的危害，还严重污染环境。 冷补沥青混合料作为一种环保、节能的新型养护材料，可以很大程度上热拌沥青混合料的高温能耗和有害气体排放问题。冷补沥青混合料的拌和过程中的温度控制为：基质沥青加热温度120130，集料加热至80左右。可见在冷补料拌和过程中，能耗大大低于单位质量的热拌料。只要能严格控制出料温度，冷补料出料时不会出现青烟缭绕的现象，仅有极少量的隔离剂挥发

20、而形成的雾气，由于冷补料出料后不需要保温，冷却很快，一般仅十几分钟至半小时后，冷补料不再散发任何可见气体或异味。冷补料冷却装袋后，整个储存、运输、施工过程都不再需要加热保温，基本没有有害气体排放和异味产生。 热补法用于较小的修补工程，取料量要多于用料量，剩余的热拌沥青混合料只能废弃处理。而冷补沥青混合料一次生产，随用随取，真正做到了材料的100%利用，整个生产、施工过程不产生废料。 4.3 不同修补方法的比较 沥青路面一旦出现坑槽，应立即修补，如修补不及时，其损坏面积会迅速扩大。调查表明，若冬季早期不能及时修补坑槽，到第二年春季，坑槽面积可扩大35倍，有的坑槽因冰雪冻融、雨水侵蚀而造成严重翻浆

21、，甚至造成路基损坏。这种情况，就会使得维修养护费用大大增加。冷补沥青混合料实现了在冬季、雨季进行坑槽的及时修补，并且施工十分方便，在进行应急抢修时，对于修补坑槽只需做简单的清扫即可填料，可采用小型压路机、运料货车或人工铲背压实。而热补材料需要熟练工人和专用机械。 冷补沥青混合料与其它坑槽处理方法相比较有很多优点，如表4所示。 表4 冷补料与传统补坑材料的性能和特点比较 修补热补 乳化沥青混合料 冷补沥青混合料 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 9法 项目 施工季节 低温季节、雨季不能施工 5以上，全国施工时间平均比热补延长60天 全年不受气候影响 对坑槽的处理 要清

22、理干净，排除积水并烘干，刷粘层油 要清理、整形、排除积水 视实际情况，可进行清理、整形、除水、刷粘层油等步骤，也可直接填补 存放 不能存放 20下可存放37天 密封袋装存放1年 施工性能 需要熟练工人和专用机械 需要熟练工人和专用机械 很好，不需熟练工人，不需专用机械 生产环境 需在工厂拌和，有浓重的沥青气味 需在工厂预先拌和 需在工厂预先拌和 材料利用率 较小的修补工程，取料量多于用料量，剩余材料作废 破乳后的材料不能继续使用 一次生产，随用随取，100%利用 开放交通 修补完毕需封闭交通一段时间 修补完毕需封闭交通，等待破乳 修补完毕立即开放交通 能源消耗 加热沥青、石料 石料不加热、沥青

23、要求温度较高 加热沥青、石料，温度低于热拌 社会效益 低温、雨雪天气不能及时修补，造成损害加剧，影响交通安全，影响道路使用寿命 受气候、环境条件限制 随时修补，保持路面质量，减少交通安全隐患，延长道路使用寿命 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 10 4.4 高性能冷补料的优点 针对我国的道路状况及气候、材料条件，课题组研制开发的高性能冷补沥青混合料产品，能满足高等级公路和普通公路的日常养护需要，并且具有如下优点： （1）适用于任何天气和环境 高性能冷补沥青混合料在任何天气条件下均可使用，不受低温、雨雪等恶劣环境的影响。这一性能使冷补沥青混合料即使在冬季和雨季也能很好

24、地应用于道路养护，使坑槽修补从此没有了冬天。 （2）适用面广 可广泛应用于公路、桥梁道面、城市道路、停车场、机场跑道等场合的坑槽修补，适用于沥青混凝土路面和水泥混凝土路面。 （3）施工便捷 冷补沥青混合料使用十分方便，无需配备专门的工具与设备，也无需专门的技术。用于应急性修补坑槽时，只需将待修补的坑槽清理干净，放入冷补料，用汽车车轮碾压几遍或用小型振动夯压实即可开放通车。 （4）即时开放交通 冷补沥青混合料填料压实后即可开放交通，从而实现道路的“即修即开”。而传统的热补在压实后需冷却一段时间方可开放交通，对于交通流量大、容易造成堵塞的路段（如高速公路和城市道路），冷补养护具有更强的即时性，更能

25、有效地保证道路交通的通畅。 （5）经济环保 生产好的成品冷补料可长期储存，采用袋装密封储存，存放期可达半年至二年。进行坑槽修补时可随用随取，一次用不完可下次再用，不会造成材料的浪费，真正做到百分百利用。冷补料的生产和使用过程中，不会产生沥青黑烟、废料，有利于保护环境。 （6）经济效益和社会效益显著 高性能冷补沥青混合料由于自身的突出特点，可以实现在任何条件下道路的及时修补，避免路面病害进一步扩大，极大地延长道路的使用寿命，延缓中修和大修的到来；同时由于使用冷补料可有效的减少人力和资源的投入，修补“坑槽不过夜” 的即时性，可有效地保证路面平整，道路畅通，提高车速，大大提高了PDF 文件使用 pd

26、fFactory Pro 试用版本创建 11养护效率和通行的安全性，因此高性能冷补沥青混合料具有很好的经济效益和社会效益。 5 研究结论 本研究得出的主要结论如下： （1）通过对冷补液及其三大组成原材料（基质沥青、隔离剂、添加剂）的研究得出以下结论： 采用的基质沥青应符合JTG-F40-2004规范“重交通道路石油沥青技术要求”A级沥青的要求。基质沥青标号与当地热拌沥青混合料所用沥青标号一致。 隔离剂应采用符合国家标准的“-20#0#”车用柴油。柴油用量和标号应根据使用地区的气候条件决定。 冷补液中需掺加某些添加剂，以提高冷补液与骨料之间的粘附性能及其它性能。 冷补液赛波特粘度（50、3mm）

27、范围宜在5005000之间。 （2）通过对冷补沥青混合料的矿料级配进行研究得出以下结论： 冷补沥青混合料应采用骨架空隙型结构。 提出了冷补沥青混合料的4种级配，在冷补沥青混合料的日常应用中，一般采用LB-10和LB-13级配为主。 （3）通过对冷补沥青混合料设计方法的研究得出以下结论： 提出了冷补沥青混合料纸迹试验方法，以此确定油石比。 提出了冷补沥青混合料性能评价的试验方法。粘附性试验评价冷补料的抗剥落性能，贯入试验评价施工性能及初期强度，粘聚性试验评价粘聚性能，修正马歇尔试验评价成型强度及水稳定性。 （4）通过对冷补沥青混合料生产工艺和施工工艺的研究得出以下结论： 冷补沥青混合料生产一般借

28、用生产热拌沥青混合料的拌和楼来完成，必要时还需要对拌和楼进行适当改造，以确保沥青罐具有搅拌、计量等功能，确保拌和楼火力可控，以达到出料的温度控制要求。 生产的冷补料如果计划在一周内使用完毕，可在室内或室外有覆盖的情况下以散料形式存放，但至少需储存20吨，并且以金字塔状堆积。使用期超过一PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 12 周的，必须装袋或桶装密封储存。 冷补沥青混合料使用分2种情况。当用于应急抢修时，可不进行圆坑方补、刷粘层油、坑槽干燥等传统热补复杂的工序，只需做简单的清扫即可填料。在没有压实设备情况下，只需用运料车的轮胎碾压几遍即可，也可用铁锹人工拍打击实。日常

29、维修情况下，宜按坑槽开挖、清扫、涂刷粘层油、填料、压实等步骤严格进行。 （5）通过对国内多条各等级公路和市政道路坑槽修补情况的跟踪观测得出以下结论： 冷补沥青混合料完全适用于各级公路和市政道路的坑槽修补，特别是在冬季、雨季等热补方法不适用的情况，更能体现冷补料及时、快捷、全天候修补的优点。 开发的高性能冷补沥青混合料使用效果良好，耐久性好，使用寿命长。取得了良好的经济效益和社会效益。 （6）通过本项目的研究，结合国内外相关技术标准，提出了我国冷补沥青混合料技术指南初稿，对冷补沥青混合料技术涉及的名词术语、原材料技术要求、混合料性能评价方法与指标、技术要求、生产工艺、施工工艺等作了明确规定。 （7）通过本项目的研究，开发了一种具有自主知识产权的高性能冷补沥青混合料产品，使用性能好，价格极具竞争力。在北京、陕西、安徽等地建立了3个冷补料生产基地，先进的技术得到了应用和推广，并产生了巨大的经济和社会效益。 PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建