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1、附件二： 西部交通建设科技项目可行性研究报告项目名称：乳化剂与石料配套数据库研究申报单位：沈阳三鑫集团有限公司中华人民共和国交通部制2006年04月目 录一.项目的背景和必要性11.1项目的背景11.2项目研究的目的21.3推广应用领域及前景31.4达到的技术水平31.5在国民经济发展中的作用3二.项目前期科研及工作基础42.1稀浆封层及微表处用乳化剂技术国内外发展状况42.2项目前期科研准备及工作基础5三.项目实施方案73.1拟解决技术问题83.2研究内容83.3具体实施方案103.4主要技术指标13四.项目承担单位及参加单位概况 144.1项目承担单位概况 144.2项目参加单位概况 14
2、4.3项目负责人介绍 154.4项目承担单位及参加单位分工 15五.项目依托工程情况及其他必要支撑条件165.1项目依托工程情况165.2其它必要的支撑16六.项目经费估算及资金筹措情况176.1经费预算176.2资金筹措176.3经费使用范围及使用明细17七.项目预期目标及经济、社会效益187.1项目预期目标187.2经济效益分析187.3社会效益分析 19八、其他需说明的问题 20九、申报单位签章 21一. 项目的背景和必要性1.1 项目的背景稀浆封层及微表处技术作为公路维护与养护的新技术,已得到大家的广泛认同和欢迎,并在全国范围内推广和应用。随着公路建设规模的日益扩大,稀浆封层技术的应用
3、领域会更加扩展,前景广阔。但是，随着稀浆封层及微表处施工技术的逐渐开展,一些影响和制约该技术顺利推进的重大问题也陆续显现。如石料的多变性,通常在施工的准备期,通过控制石料的砂当量及级配等参数,可能达到部分规范稀浆封层及微表处施工效果的作用。然而由于不同地域的石料,其表面电荷及酸碱性的差异很大。在稀浆封层施工中,直接影响到了乳化沥青和石料的和易性。造成相同的乳化沥青,不同地域的稀浆封层及微表处施工路面成型和开放交通状况差异巨大。在一些特殊区域,常规乳化剂与当地石料配伍困难,无法进行正常的稀浆封层及微表处施工。例如十八胺乳化剂在辽宁省范围内,使用A地石料施工效果很好,而在B地却无法拌和, 只能从辽
4、阳运送石料进行施工,成本增加很大。再如乳化剂的适应性问题,通常一种乳化剂制备的乳化沥青,对一种或几种石料效果较好,不能适应所有的石料。找出适应所有石料且保持较好拌和效果的乳化剂是不可能的。这就要求乳化沥青生产和稀浆封层及微表处施工的厂家有较多的技术储备,有多种乳化剂的生产,以满足不同地域施工的要求。实际工作中,遇到当地石料不能满足施工要求时,在乳化剂的选择上,没有一个清晰的方向和技术支持,造成了工作中的被动。为了改变此类稀浆封层及微表处施工中的突出矛盾和问题,有必要建立一个比较详细和实用的乳化剂和相关石料配套数据库。在跨地域施工或特殊路段施工中,当常规乳化剂不能满足施工要求时,从乳化剂与石料配
5、套数据库中选取合适的乳化剂或根据数据库中所体现出的规律性来合成新的乳化剂，为乳化剂的选择提供直接且有效的解决途径,为稀浆封层及微表处施工提供必要和准确的数据及信息,可以为今后更大区域和范围的稀浆封层及微表处施工，提供有力的技术保障。1.2项目研究的目的对稀浆封层微表处用乳化剂与石料配伍性进行配套研究，可以达到以下目的：1.2.1彻底解决稀浆封层及微表处用乳化剂与石料拌和问题，为稀浆封层及微表处技术在全国范围内的更广泛应用提供技术上的保障。1.2.2对乳化剂与石料的配伍性进行系统研究，研究石料与乳化沥青破乳过程的机理，为实际应用提供理论参考。1.2.3通过对乳化剂与石料配套数据库研究，建立一套完
6、备的数据库系统，为稀浆封层及微表处的应用提供数据支持。1.2.4通过配套研究，解决石料与乳化剂的配套问题，从而降低实际应用的成本。1.2.5通过配套研究，提高稀浆封层及微表处的施工质量，从而提高我国公路养护的服务水平。1.3 推广应用领域及达到的技术水平1.3.1推广应用领域可以在整个辽宁省及东北区域范围内广泛采用，并可延伸到全国范围内，用于稀浆封层及微表处施工用的乳化剂。而且由于对乳化剂进行系统性研究，可以延展到乳化剂的其它应用领域，如粘层用乳化沥青及透层用乳化沥青。1.3.2达到的技术水平到目前为止，国内及国外尚没有对稀浆封层及微表处用乳化剂及石料配套技术进行系统数据库研究，因此，最终达到
7、的技术水平应该至少为国内领先水平。1.4达到的技术水平通过本项目的研究，获得的研究成果的技术水平总体达到国内领先，其中的乳化剂技术水平甚至可达到国际先进水平。1.5在国民经济发展中的作用随着国家建设社会主义新农村战略的全面启动，可以设想并预计我国新的一轮改革又在华夏大地上展开，国民经济将进入一个崭新阶段，而公路总量也将进一步增大，这必将给道路养护工作带来新的机遇与挑战，而稀浆封层（微表处）技术做为一种成熟、简单且实用、有效的技术已被我国公路领域广泛认可，该项技术在此背景下，也必将带来新的发展机遇。乳化剂是稀浆封层（微表处）技术的核心即是乳化剂与石料的配伍性问题，解决了配伍性问题，其它问题就会迎
8、刃而解。本项目正是针对这一关键问题而展开的，本项目的研究开发成功，从一定意义上说是对稀浆封层（微表处）技术从技术角度的一种支持，相当具有经济意义及现实意义，对提高我国路网的整体服务水平及公路的养护质量都有着重要的意义。二、项目前期科研及工作基础2.1 稀浆封层及微表处用乳化剂技术国内外发展状况在稀浆封层技术出现的初期，全部采用慢裂的乳化剂和乳化沥青，在美国划归为SS（Slow Set）和CSS（Cationic Slow Set）。由于这种乳化沥青稀浆封层需要45h的固化时间，影响了稀浆封层的使用和推广，故而开始在快速成型方面下功夫，形成QS(Quick Set)和CQS(Cationic Q
9、uick Set)稀浆封层系统，我国习惯上称之为“慢裂快凝”。“慢裂快凝”技术实际就是要求在稀浆封层施工过程中，有一定慢裂时间，而施工后又要使封层快速成型。这种施工技术首先要求有合格的乳化沥青，同时施工工艺也是十分重要的。应该说，该技术是乳化剂、乳化沥青、骨料、添加剂、施工机械等各种因素综合作用的结果，但合格的乳化剂是主要条件。目前稀浆封层及微表处用国内外乳化剂技术的发展情况参差不齐，乳化剂品种也是良莠不分，发展状况极不平衡，且国外乳化剂技术相对成熟，乳化剂品种适用范围也较广及质量也优于国内多数品种。但目前国内外的乳化剂品种还不能根本解决石料与乳化沥青拌和问题，即配伍性问题还不能得到有效解决，
10、在施工中还广泛存在。2.2项目前期科研准备及工作基础近几年，我公司针对在稀浆封层及微表处技术应用过程中出现的诸多问题，例如不能拌和及成型速度慢问题、各种病害等情况，根据石料与乳化剂配伍性不好的实际情况，与国内有关科研院所积极合作，先后与大连理工大学、东北大学、山西化工研究所及北京航空航天大学等以联合开发或技术转让等方式进行技术合作，目前已联合开发及技术引进了几种乳化剂，解决了辽宁省内部分地区几种典型石料与乳化沥青的配伍性问题，但仍没能根本解决省内所有石料的配伍性问题。为根本解决石料与乳化剂的配伍性问题，我们于2005年开始与北京航空航天大学合作，联合进行石料与乳化剂配套数据库研究，目前前期调研
11、工作及试验设计、试验室小试工作已经开始实施。到2006年3月，已经进行了项目的前期调研工作，主要包括以下主要内容：1、项目总体规划2、全国稀浆封层及微表处用乳化剂现状调研3、辽宁省省内各石料料场的分布调研及基本性能评价4、乳化剂合成的工艺路线设计【参考文献】1 阳离子乳化沥青路面，交通部阳离子乳化沥青课题协作组，人民交通出版社2 乳化沥青稀浆封层技术，姜云焕，王立志等，人民交通出版社三、项目实施方案3.1拟解决的技术问题3.1.1几个系列乳化剂的试验设计。3.1.2系列乳化剂室内合成工艺路线及参数控制。3.1.3数据库有关乳化剂及石料相关指标的选择。3.2研究内容3.2.1国内外调研：于200
12、6年3月-2006年6月实施。3.2.2 项目科研大纲的编制及技术方案设计：于2006年7月-2006年8月实施。3.2.3 室内试验用原材料采购：于2006年8月-2006年9月实施。3.2.4 乳化剂室内合成及乳化沥青与石料相关试验研究：于2006年9月-2007年6月实施。3.2.5石料及乳化剂基本性能试验于2006年6月-2007年6月实施。3.2.6 试验路的铺筑于2007年7月2007年8月实施。3.2.7建立石料与乳化剂配套数据库：于2007年7月-2006年9月实施。3.2.8结合工程实践丰富及完善数据库：于2007年10月-2007年12月实施。3.2.9项目总结及鉴定验收：
13、于2008年1月2008年3月实施。3.3具体实施方案3.3.1两种开发方案的取舍在乳化沥青稀浆封层的道路维修过程中，人们在工程实践中认识到不同的石料需要有不同的乳化剂相配套，这是由于各地石料性质不一样。但总体可以简单地以酸性石料和碱性石料来定义石料，也就是说，各地不同的石料，要么是酸性石料，要么碱性石料，或者介于二者之间。材料化学角度来看，酸性石料表面不一定呈带正电荷，碱性石料也不一定带负电荷。但大家共知的是：在乳化沥青稀浆封层中，石料表面的荷电性能对乳化剂的选择有重要影响，密不可分，问题是如何正确评价石料表面的荷电状况。石料表面的荷电是正是负，是强是弱不仅与石料本身的性质有关，而且与使用的
14、环境有密切关系。这两种因素具体体现在石料本身的风化度、以及石料粘土的含量、环境温度、气候状况和pH 大小等众多因素。因此，要建立科学合理的沥青乳化剂与石料配套数据，是较为复杂也是必需的系统工程，大致有以下两种途径可以完成计划。（1） 从石料出发，寻求所适应的乳化剂；从石料出发，寻求所适应的乳化剂，前提条件要确定石料本身的特性，尽管这不是决定因素，但是极为重要的。在这一基础上，对石料进行综合评估，确定在环境中的荷电状况以及电荷强弱，由此选择乳化剂种类和用量，以及相关的配伍性能。这种方法是可行的，尽管石料种类因不同地点而不同，取料不同石料也不同。其先决条件是有充足数量种类的乳化剂，而且必须对乳化剂
15、性能有充足的了解，这种了解不仅是从其乳化性能来看，而最重要的是要从本身的结构特性去了解，只要保证这一点，在确定正确的试验方法后，是可以顺利完成的。然而，这里有两个问题需要解决，第一：如何寻求足够种类齐全众多的乳化剂。暂且不考虑价格和其他因素的话，这是比较困难的工作，实际操作过程中实现难度较大。因为目前国内外乳化剂生产厂家众多，参差不齐，几家工厂生产的产品，也许实际本身结构相同，但产品的编号随意而定，对购买的单位来说无从知晓，就很难从各家产品的编号的区分，所购买的乳化剂是否真正是性能不同的各种不同的乳化剂，用以满足各种不同的石料选择需要。第二：如何得知乳化剂的结构和化学组成。如果已确信购买的乳化
16、剂的确是乳化性能不同得乳化剂，但得到真正决定乳化剂本身特性的的化学结构和成分构成几乎不可能，因为这是生产厂家的技术秘密。因此，如果不能保证得到的乳化剂的种类齐全是否，以及乳化剂的本身的结构和化学成分组成是否完全清楚，用这种方法建立沥青乳化剂与石料配套数据是有相当大的困难的，所以顺利完成这种工作是有难度的。另外，在已知乳化剂结构和化学组成前提下，从数目种类众多的石料出发，去匹配我国目前种类少乳化剂，可能无法完成匹配工作，工作量也大；去匹配国外种类多的乳化剂，一方面价格太贵，另一方面，因为不知国外的乳化剂结构和化学组成，后期工作也比较被动，难以控制的。（2） 从已知结构的乳化剂出发，匹配适合的石料
17、乳化剂的结构和化学组成是决定乳化沥青最根本的性质。因此，从已知结构的乳化剂出发，匹配适合的石料。前提条件要确定乳化剂本身的结构特性和化学组成，尽管这些还远远不够，但这是必需的。在这一基础上，针对石料正确评估后，石料在环境中的荷电状况以及电荷强弱，再根据已知结构和化学组成的乳化剂种类和用量，来寻求匹配的石料，建立相应的对应体系，从根本上解决乳化剂和石料的配伍性能，因为乳化剂的结构式可控的，而随着工作面的拓展，石料的状况是未知的，不管怎样，只要掌握乳化剂的结构和石料匹配关系，加之正确的石料评价方法，就有可能顺利的建立沥青乳化剂与石料配套数据。基于以上简要分析，问题的关键是了解乳化剂的结构，这才是可
18、能真正解决问题关键所在。因此，从可以得到种类齐全、性能稳定、结构和化学组成的乳化剂前提着手，确定可行的试验方法后，才能有效地建立沥青乳化剂与石料配套数据。3.3.2设计和合成具有不同破乳时间、性能稳定的系列乳化剂全面了解乳化剂结构与乳化性能关系的前提下，根据乳化性能稳定、破乳时间差异较大的乳化剂分子，初步建立结构与慢裂快凝的相互作用关系，合成出破裂速度不一、凝固时间不等的系列乳化剂，使得乳化剂产品系列化，也有利于推广。乳化剂是有亲油基和亲水基所构成。因此，设计和合成的具体的方法如下：（1） 选择结构、性能差异较大45 种基本原料作为乳化剂的亲油基部分；（2） 选择结构独特、性能优异、价格合理各
19、种结构不同的有机胺作为亲水部分；（3） 根据乳化剂分子设计需要，选择各种不同结构、性能不一的联接亲油基部分和亲水部分的活性组分，保证设计思路，顺利完成合成路线；（4） 设计各种不同的乳化剂化学组成，化学反应复配性能不一的乳化剂；（5） 根据设计和实际需要可以用几种有限的原料合成较多、乳化性能稳定、破乳时间差异较大的乳化剂（1530 种乳化剂）以供多种石料需要；3.3.3建立石料物化性能评价标准和试验方法（1） 建立简易可行评价石料化学成分标准和试验方法；评价石料化学成分是初步划分石料类种最基本的方法，也是最重要的方法，只有确定石料种类，才能进行石料本身物化性能的评价。（2）建立在实际施工环境中
20、石料表面性能的评价标准和试验方法；在实际施工环境中评价石料表面荷电性能才可能对乳化剂选择有指导意义。（3）建立简易可行评价石料对沥青的粘附性能标准和试验方法；（4）建立稀浆封层砂当量及石料的级配标准和试验方法。3.3.4乳化剂与石料的配伍性的研究（1）建立室内环境稳定可靠的试验平台，减少系统误差；（2）乳化剂表面性能的评价试验(CMC，Zeta 电位，表面张力等试验)；（3）乳化沥青性能试验(固含量、残留物性能、贮存稳定性和筛上剩余等试验)；（4）乳化沥青稀浆封层混合料室内试验（拌和试验、固化和成型时间、粘结力试验、湿轮磨耗、负荷轮试验）；（5）乳化沥青碎石封层混合料室内试验(破乳试验,粘附性
21、试验,摆锤和低温粘结试验)。3.3.5工业化试生产及试验路的铺筑根据合成的乳化剂与石料拌和情况及混合料的其它性能情况，经过综合分析后，选取有代表性的乳化剂品种进行中试生产，并在中试生产的基础上，进行试验路的铺筑，并对试验路的情况进行分析总结及跟踪检测。3.3.6沥青乳化剂与石料配套数据建立综合乳化剂的室内试验及与石料拌和等混合料性能试验，对试验数据进行整理，并结合石料的基本性能及乳化剂的基本性能，进行综合分析，找出石料的性能与乳化剂性能的相关性，最终建立起一套完善的乳化剂与石料配套数据库。通过建立乳化剂与石料的配伍性的动态数据库，确定乳化剂与石料的对应关系，以及石料与乳化剂的对应关系。通过建立
22、这样一套合理科学的乳化剂与石料评价体系达到对施工地就地合格石料的充分利用，实现乳化剂与石料的最优配伍。乳化剂与石料配套数据库的内容包括：（1） 乳化剂与石料的对应关系（2） 石料与乳化剂的对应关系（3） 石料的基本性能数据（4） 乳化剂的基本性能数据（5） 石料性能与乳化剂性能之间的联系（规律性）3.4 主要技术指标3.4.1系列乳化剂的工艺合成路线；3.4.2乳化剂与石料的对应关系；3.4.3石料与乳化剂的对应关系；3.4.4石料的基本性能指标；3.4.5乳化剂的基本性能指标；3.4.6完备的乳化剂与石料配套数据库。四、项目承担单位及参加单位概况4.1项目承担单位概况：沈阳三鑫公路工程有限公
23、司成立于1998年7月。注册资金5000万元，总资产1亿5000万元，现在册员工112人，其中具有中、高级职称29人，大专以上学历人员达97人，占公司人员比例的84%。公司主要业务包括交通工程、高等级路面养护（稀浆封层施工、碎石封层施工）、公路设计、监理咨询、路面检测、试验检测及公路科技开发应用、桥梁检测及加固维修、高科技成果转化、生产销售、投资经营等项目。公司主要产品有三鑫高性能改性沥青、三鑫（改性）乳化沥青、多品种乳化剂、三鑫常温拌合料、三鑫高性能粘结料等系列产品。公司自2000年以来，先后承担了省、部以上科研项目五项，其中SBS改性沥青的研制及应用和高速公路稀浆封层技术研究荣获辽宁省科学
24、技术进步三等奖，常温沥青混合料的研制及应用和同步碎石封层技术研究也通过了辽宁省科技厅组织的科技成果鉴定，目前在研辽宁省交通厅立项课题废橡胶粉改性沥青研制及应用已经完成了计划任务书的全部内容，计划于今年通过科技成果鉴定。上述课题中同步碎石封层技术研究课题为交通部联合攻关课题，也通过了交通部科教司组织的科技成果鉴定。4.2项目参加单位概况：北京航空航天大学（原名北京航空学院，1988年更名）创办于1952年，由清华大学、北洋大学等8所著名大学的航空院系合并而成，是新中国首所航空工程大学。北航隶属于国防科学技术工业委员会，既是教育中心又是科学研究中心，是我国高层次人才培养和科学研究的重要基地。目前，
25、北航已成为一所包括26个学院、系，涵盖理、工、文、法、经济、管理、哲学、教育等学科门类的，具有航空航天特色和工程技术优势的多科性、开放式、研究型大学。4.3项目负责人简介李荫国同志，毕业于北京科技大学，多年来一直从事公路路用新材料、新技术的科研开发等工作，具有丰富的科研开发经验及公路工程养护、乳化剂、改性沥青等的生产实践经验。自2002年以来，先后承担了辽宁省交通厅及部立项课题四项，其中高速公路稀浆封层技术研究课题于2004年获得辽宁省科学技术进步三等奖，交通部联合攻关课题同步碎石封层技术研究课题于2004年11月通过了交通部科教司组织的科技成果鉴定。几年来，带领三鑫集团广大科研人员积极进取，
26、不断开发引进路用新材料、新技术、新设备，特别是乳化沥青稀浆封层养护技术在我省各级公路上大面积的推广应用, 取得了良好的社会效益和经济效益。4.4项目承担单位及参加单位分工沈阳三鑫集团有限公司负责项目前期国内外调研、室内试验、石料与乳化剂基本性能测试、试验路的组织实施，北京航空航天大学项目科研大纲的编制及技术方案的设计、数据库的建立及完善、项目技术资料的总结。五、项目依托工程情况及其他必要支撑条件5.1项目依托工程情况本项目拟依托工程为2007年度辽宁省国省干线稀浆封层及微表处计划施工路段中的典型路段。预计2007年辽宁省计划至少有100万平方米的稀浆封层及微表处施工任务，从中选取一至两条典型路
27、段，选取不少于3公里的路段进行稀浆封层（微表处）施工做为本项目研究的试验工程。5.2其它必要的支撑辽宁省自1998年以来，每年都有超过100万平方米采用稀浆封层（微表处）技术做为养护手段进行的路面养护工作，最多的2003年达到300万平方米以上。沈阳三鑫集团承担了其中超过90%的施工任务，有着近十年的施工经验，既有很多丰富的施工技术人员，也有专业的研发队伍和试验检测队伍，公司设有研发中心及具有乙级资质的公路试验检测中心。特别是自2003年以来，先后承担了安徽省、河南省、黑龙江省、吉林省、新疆维吾尔自治区、广西壮族自治区、内蒙古自治区等省区的稀浆封层（微表处）的施工任务，受到了有关省区业主的认可
28、。六.项目经费估算及资金筹措情况6.1经费预算 单位：万元 年度项目2006年预算2007年预算2008年预算总计备注部拨款808040200配套经费040040自筹经费2020040合计100140402806.2资金筹措单位自筹40万元，从依托工程中筹措款项40万元。6.3经费使用范围及使用明细经 费 投 入 预 算经 费 支 出 预 算科 目预算数(万元)科 目金额(万元)备注交通部拨款200合 计280工程配套研究经费40仪器、设备购置费单位自筹40材料、燃动费20稀浆封层设备燃油银行贷款研究开发费150与北航技术服务费其他经费试验费40有关检测机构检测费国内、外调研费20资料费及差旅
29、费引进软、硬件费10有关技术软件的采购 劳 务 费10人员培训费10技术培训费各种税费不可预见费10其 他10合 计280280七.项目预期目标及经济、社会效益7.1项目预期目标通过本项目的研究，建立起一套完备的石料与乳化剂配套数据库，形成一整套灵活、机动的石料与乳化剂、乳化剂与石料相对应的体系，达到预期的目标为（1）根据未知石料的基本性能，可以快速选取一种或几种满足石料拌和施工要求的乳化剂，完全扭转现在的被动局面，根本解决石料与乳化剂配伍性不好的问题；（2）通过石料与乳化剂配套数据库的建立，建立乳化剂与石料的对应关系，会进一步提高施工质量，降低材料成本。7.2经济效益分析预计项目完成后，可以
30、解决目前乳化剂与石料配伍性不佳的现状，并可全面提高稀浆封层及微表处施工质量的整体水平，从而从一定程度上提高路网的服务水平。经济性上，预计本项目完成后，可以降低稀浆封层及微表处的综合施工成本约0.50元/M3,依2005年全国稀浆封层及微表处施工总量约3000万平方米计算，则可节约总体成本约1500万元。上述计算并未考虑施工质量提高而产生的经济效益，因此从某种意义上说，实际经济及社会效益更大。7.3社会效益分析（1）由于石料与乳化剂配套数据库的建立，会使石料与乳化剂的配伍性得到根本的解决，一种乳化剂不再与很多种性质不尽相同的石料拌和施工，从而施工质量会有质的提升，路网的整体服务水平会很大的提高，
31、会带来一场稀浆封层（微表处）技术的一次技术革命；（2）本项课题的研究成果投入使用，可以直接使全国稀浆封层（微表处）技术的应用受益，由于其系统性的特点决定了能够适应全国各地的稀浆封层（微表处）施工；（3）由于本项目涉及的乳化剂品种多，达一百种以上，则本次研究可延展至沥青乳化剂的其它应用领域，如粘层用乳化剂及透层用乳化剂；（4）由于本项目的实施，会在一定程度上推动国产乳化剂技术的快速发展，并可减少国内稀浆封层领域对进口乳化剂的依赖程度，在国家大力倡导建立创新型国家的今天，其社会意义相当巨大。综上所述，本项课题的研究成功也具有相当可观的社会效益。八、其他需说明的问题九、申报单位签章申报单位意见：申报单位（盖章）负责人（签字）： 年 月 日
