PR抗车辙剂在高速公路应用的研究科技项目申报书.doc

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1、河北省交通厅科技计划项目申 请 书项目或课题名称 PR抗车辙剂在高速公路应用的研究 项 目 类 别 应用研究承 担 单 位 河北省沿海高速公路筹建处协 作 单 位 河北瑞德公路工程技术开发有限公司 交通部公路科学研究所 归口申报单位 河北省交通厅申 请 日 期 2006.11河北省交通厅制订1.研究的目的、用途和意义沥青路面的车辙病害是一个看似简单但很难彻底解决的问题，因此该问题也一直是国内外路面工程领域研究的热点和难点。目前我国高速公路工程建设中，尽管对沥青混合料的高温稳定性给予了越来越多的重视，但由于下列不利因素的存在，导致高速公路沥青路面仍然受到车辙病害的严重困扰：我国公路交通重载车比例

2、很大，轮胎胎压大，超载的严重程度世界罕见；我国大部分地区夏季高温,南方地区高温持续时间长；高速公路渠化交通；重载车辆与山区上坡路段的慢速交通。不可否认，从我国南方到北方，从平原地区到山区，部分高速公路都出现过严重的车辙病害；有的通车后第一个夏季就会产生深度为1050mm的车辙，有的甚至达100mm以上，成为严重的路面早期病害。为了增强沥青路面的抗车辙性能，工程中常从沥青材料改性、级配调整，沥青混合料设计方法等三个方面采取技术措施，如普遍使用SBS改性沥青、选择C型级配，应用GTM、SUPERPAVE技术设计沥青混合料，采用SMA路面，掺加天然沥青（TLA和岩沥青）等，这些措施都在不同程度上提高

3、了沥青路面的抗车辙性能。本科研项目是研究和应用国外的PR PLASTS(或简称PR)抗车辙剂来增强高速公路沥青路面的抗车辙性能，这种技术的主要原理是对沥青进行改性，同时兼备纤维增强作用和一定的骨架填充作用，属于新兴的综合改性技术。同时PR PLASTS是一种直接拌合型改性剂，将沥青改性和沥青混合料的拌合融为一体，不需要专用的大型改性沥青加工设备，使用方便，显著降低能耗和成本，且不存在SBS改性沥青的存储离析问题，性能稳定。PR PLASTS抗车辙剂技术先进，在西欧等国家得到了广泛的应用，在我国西北地区也进行了试用，但在国内还未进行系统而全面的研究，包括PR抗车辙剂对于我国高温气候、重载交通条件

4、的适用性与技术对策，各方面的路用性能及其耐久性，抗车辙性能机理，配合比设计、施工技术和质量控制方法等。2.国内外技术概况、发展趋势及省内需求沥青路面车辙是一个难以解决的世界性难题。目前国内外的技术方案主要集中在三个方面：对沥青进行改性，如SBS改性沥青、掺加天然沥青等，掺加纤维也可以归入此类；调整沥青混合料级配,增强骨架作用,如采用粗型级配、SMA级配和SUPERPAVE级配；研究应用新的沥青混合料设计方法，如GTM设计方法、SUPERPAVE设计方法等。PR抗车辙剂属于上述第一种情况，是通过对沥青进行改性来提高路面的抗车辙性能，在国外已有近20年的工程应用历史，经实践检验其抗车辙性能高、稳定

5、而耐久，是一种非常成熟、可靠的技术，在法国、德国、意大利等国家得到了广泛的应用。以法国为例，至2004年，法国有39条高速公路的磨耗层或联结层使用该添加剂，在国省干线公路使用更多，根据路面管理系统的调查数据，使用该添加剂的路面性能与状况良好。尤其是一些原来重载交通量很大、常因为车辙而翻修的路面，使用PR PLASTS后抗车辙性能很好，未在进行返修。德国公路局主持的IFTA及德国最大的道路工程公司对10余种沥青混合料添加剂性能进行对比试验，结果表明PR PLASTS的抗车辙性能最佳，且性能远远超过其他产品。研究认为PR PLASTS的技术性能优势有：显著提高沥青混合料在高温下的抗车辙性能；对沥青

6、混合料的抗疲劳性能、在低温下的弹性、胶结力也有改善作用；使用时无需专用的大型改性沥青加工设备，直接按比例在拌合时加入沥青混合料中，操作工艺简单，运输方便；与SBS改性沥青相比，无相容性、离析和性能波动等问题，性能稳定；价格成本较低。为了增强沥青路面的抗车辙性能，我国高速公路建设中普遍应用SBS改性沥青，但由于不利的交通和气候条件，我国沥青路面长期受车辙病害困扰1。以交通荷载为例，我国公路交通重载车比例很大，超载情况极其严重，超载时的荷载可能是标准荷载的1.5倍2倍，少数情况可以达到3倍，实际轮胎接地压力可达1.1MPa1。虽然交通部门对公路超载情况进行了大力整治，但该问题短时间内还无法彻底根治

7、。在我国北方的辽宁2、陕西3、河北4、内蒙1等省的一些高速公路，都出现了一定程度的车辙病害，有的通车后第一个夏季就会产生深度为1050mm的车辙1；我国南方地区由于夏季高温持续时间长，车辙问题更为突出和普遍5、6。PR PLASTS在抗车辙方面的突出性能也引起了国内的关注，我国陕西省首先在2005年的银青高速公路靖边至王圈梁段进行了试用8，并按照我国现行技术规范的要求对掺加PR PLASTS的沥青混合料进行了性能检验,但未进行系统而全面的研究8。“十一五”是我国高速公路建设的快速发展期，河北省目前在建和拟建的高速公路项目也很多，防治沥青路面车辙问题非常重要。PR PLASTS采用了复合改性和低

8、速剪切分散两大新兴技术，是一种性能价格比很高的新材料，可以引进我国的高速公路建设，但要获得很好的应用效果，还有许多技术问题需要研究和解决，具体有：我国的气候条件与国外显著不同，欧洲气候比较温和，冬暖夏凉，而我国北方则是夏季炎热，冬季寒冷，南方则是夏季长时间的持续高温；我国的交通荷载条件比国外更为不利；目前许多应用技术参数均来自国外的研究与工程经验，未根据国内有关情况进行调整；对我国常用基质沥青的适应性未做研究验证；对PR PLASTS抗车辙的机理并不清楚；对低温性能、耐久性等未全面评价和分析。参考文献：1. 沈金安,李福普,陈景,高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策,人民交通出版社,2004

9、2. 王奕鹏,李云祥,辽宁省高速公路沥青路面主要病害及防治对策,辽宁交通科技,2004,No.123. 伍石生,贺海萍,陕西省高速公路沥青路面车辙形成原因及对策,公路交通技,2005,No.14. 彭亚荣,张虎,石安高速公路沥青混凝土路面车辙病害分析,公路,2004年,No.75. 吕伟民,孙大权,沥青路面早期车辙原因分析与防治对策,石油沥青, Vol.18,No.2,20046. 徐伟,张肖宁等,高速公路早期车辙病害调查及处治试验分析,公路,2004,No.37. Lewadowski L H., Polymer Modification of Paving Asphalt Binders,

10、 Rubber Chemistry& Technology, 19948. 伍石生,徐希娟,添加PR PLASTS抗车辙剂的沥青混合料性能研究,公路,2005,No.13.主要研究开发内容、技术路线、研究创新点及技术关键1）主要研究内容PR改性沥青性能与微观研究 包括研究对我国常用基质沥青的适应性。PR改性沥青混合料性能研究包括各种强度、动静态模量、高低温、耐久性和抗水损坏等各种性能。PR改性沥青抗车辙因子与抗车辙机理不同抗车辙技术措施的性能对比研究主要与SBS改性沥青混合料和改性沥青SMA抗车辙性能的比较。PR抗车辙剂在高速公路应用技术研究包括PR沥青混合料设计方法；施工方法、工艺与参数；质

11、量检验控制方法；高温、重载条件下的掺加量。PR抗车辙剂野外路用性能观测 2）技术路线本项目是针对沥青材料的工程应用技术研究，所以主要的研究手段是以室内试验和工程实践检验验证，并辅以适当理论分析。实施过程为：收集与分析现有国内外技术资料；在此基础上制定详尽的研究方案并实施；研究PR改性沥青的性能，PR对我国基质沥青的适应性，全面测试和评价PR改性沥青混合料性能，并与SBS改性沥青混合料和SMA的抗车辙性能的比较，测试分析PR改性沥青抗车辙因子，揭示PR改性沥青抗车辙机理。以室内试验结果为基础进行试验路修筑，研究解决工程应用中的材料设计、施工工艺和质量控制的问题，对高温、重载条件下PR抗车辙技术重

12、点研究；采用激光断面仪对试验路的抗车辙性能进行跟踪观测和评价；最后汇总，分析经济性，提交研究成果。更详细的技术路线和实施方案将在研究大纲中提出。3）研究创新点研究提出PR抗车辙剂在我国高速公路的应用技术，为防治我国高速公路沥青路面的车辙问题提供一种新的、性能价格比更优的技术方案。 目前PR抗车辙剂许多应用技术参数均来自国外的研究与工程经验，未根据国内有关情况调整；尤其是考虑我国的超载、重载交通条件与不利的气候条件。本项目研究可以得出这方面的研究成果，包括PR对于我国常用基质沥青的适应性，对我国高温气候、重载交通条件的适用性与技术对策。将PR添加剂的抗车辙技术与目前常用的其他技术方案进行经济技术

13、比较。研究揭示PR添加剂的抗车辙机理，包括抗车辙因子、PR纤维增强作用。4）技术关键通过研究抗车辙因子和微观分析来揭示PR添加剂的抗车辙机理；研究PR添加剂对我国重载、超载交通水平作用的适应性，对比不同技术方案时的抗车辙性能水平差异，给出技术经济的量化比较结果。研究和验证PR添加剂抗车辙性能的耐久性。4.试验规模、研究地点及项目完成后达到的主要技术经济指标试验规模本科研项目依托工程为河北省沿海高速公路 T3合同K113+507K117+985段，原设计沥青路面结构面层为4cm AC-13 I6cmAC-20 I +8cmAC-25 I，基层为18 cm水泥稳定碎石18cm二灰稳定碎石18cm二

14、灰稳定土。根据研究需要，试验规模初步定为单幅 5 km。试验段路面结构维持原设计不变，拟表、中面层采用PR抗车辙剂+国产普通沥青作为结合剂，下面层仍采用原设计。研究地点1) 室内试验、理论分析、资料汇总、报告撰写在石家庄进行，部分工作在北京完成；2) 调研、野外调查等工作主要在河北省境内高速公路进行；3) 施工技术、质量控制方法的研究及试验路工程修筑在沿海高速进行。主要技术经济指标1) 研究揭示PR添加剂的抗车辙机理；2) 价格上与SBS改性沥青混合料基本相同或略低，但抗车辙性能比SBS改性沥青混合料提高3070，不低于改性沥青SMA的抗车辙性能。3) 提出我国应用PR添加剂的应用技术，包括对

15、于我国常用基质沥青的适应性，沥青混合料设计，施工技术、工艺和参数；质量控制方法；对我国高温气候、重载交通条件的适用性与技术参数调整；提出应用技术指南。4) 5km以上的试验路工程。5.成果应用前景，经济、社会效益预测PR抗车辙剂的掺加量为每盘沥青混合料质量的0.30.5，则1吨沥青混合料的价格只需要增加75元左右，目前每盘沥青混合料的质量约为3吨，则每盘沥青混合料的成本需要增加225元。对比SBS改性沥青的成本，若SBS改性剂以22000元/吨计算，掺加量为5，加工成本为800元/吨计算，则每盘沥青混合料的成本需要增加285元。由此可见，采用PR PLAST的直接成本比SBS改性沥青略低，或者

16、说两者基本持平。根据国内外的性能试验数据来看，使用PR PLAST沥青混合料抗车辙性能很高，其动稳定度通常在7000次/mm以上，而SBS改性沥青混合料的动稳定度通常在4000次/mm左右，在同条件下进行对比试验，PR PLAST沥青混合料的抗车辙性能往往比SBS改性沥青高30100；可见PR PLAST抗车辙剂具有更高的性能价格比。由于超载和高温气候的影响，我国沥青路面长期受车辙病害困扰，无论是北方还是南方的高速公路，都出现了不同程度范围的车辙病害。我国目前需要建设的高速公路至少超过5万km，河北省目前在建和拟建的高速公路项目也很多，防治沥青路面车辙问题非常重要。根据国外的工程应用案例，许多

17、重载交通量大、常因为车辙而返修的路面，使用PR PLAST后抗车辙性能很好，未在进行返修，从而节约了处理车辙病害投入巨额的养护维修资金。根据上述分析易见，本课题研究成果具有广阔的应用前景，并可以产生显著的经济效益。从社会效益上分析，减少路面维修则减少了交通的拥堵，节约运输时间，使得运输效率更高。同时PR PLAST无需大型专用加工设备来制造改性沥青，将沥青改性和沥青混合料的拌合融为一体，显著降低了能耗，因此社会效益也是很明显的。6前期工作基础及支撑条件1) 课题组已提前收集了有关的国内外相关资料，调查了解PR抗车辙剂在国外的工程应用情况与路面使用性能，对本课题的技术重点、难点和经济性进行了可行

18、性分析。2) 河北沿海高速公路筹建处可以落实本科研项目的试验路工程。3) 今年7月份，在保定市外环路经常产生推移、拥包病害的三个交叉路口，课题组使用PR添加剂铺筑了抗车辙路面。经过夏季高温的考验，交叉路口的沥青路面性能良好，未再产生推移类病害，为本项目的实施积累了经验。4) 本课题的协作单位交通部公路科学研究所是交通部直属的公路科研机构，也是我国公路交通领域综合性的研究开发基地，拥有位居亚洲第二的交通部公路交通试验场、6个部级研究中心、6个检测试验中心，在对沥青、改性沥青和沥青混合料性能研究方面，承担了大量国家、交通部、省市的重点科研课题、技术研发项目及国家标准规范的制定、修订工作，科研技术力

19、量雄厚，经验丰富，试验设备先进，具有丰富的技术储备，在国内道路工程的许多研究领域处于领先水平，为本项目保障研究质量、成果水平提供良好的技术支持。7.计划进度（按半年进度安排、明确半年内完成的阶段成绩）本项目计划2年完成。具体安排如下：2007.012007.06完成本项目所有的前期工作：包括可行性分析，项目立项，签订研究合同，国内外调研，研究大纲和实施方案的编写；组织落实试验路工程，明确各单位之间工作内容及人员分工等；完成国内外相关技术资料的搜集和分析工作。基本完成下面研究内容：PR改性沥青性能与微观研究，选择我国常用的3种基质沥青，测试PR改性沥青性能，研究其对我国基质沥青的适应性；PR改性

20、沥青混合料性能研究，包括现行技术规范要求的各种强度、高低温和抗水损坏等各种性能；PR沥青混合料设计方法，试验路实施方案与材料设计。2007.072007.12PR抗车辙剂试验路的修筑；研究施工方法、工艺参数和质量检验控制方法，试验路技术总结与性能测试；完成PR改性沥青混合料性能研究，包括研究验证PR添加剂抗车辙性能的耐久性。2008.012008.06研究PR改性沥青抗车辙因子、60度动力粘度等指标，分析与抗车辙性能的关系，揭示PR改性沥青抗车辙机理。研究PR添加剂对我国重载、超载交通水平作用的适应性，与SBS改性沥青混合料和SMA的抗车辙性能的进行对比试验，给出不同抗车辙技术方案技术经济的量

21、化比较结果。2008年7月12月对已经铺筑试验路继续跟踪观测，完成所有试验数据的补充和验证工作；技术总结，理论分析，对研究结论进行检验与验证；基本完成项目鉴定所有准备工作：包括数据分析整理；研究报告编写；课题总结，提交鉴定评审资料。8参加联合申请的各单位的分工本科研项目承担单位为河北省沿海高速公路筹建处，协作单位为河北瑞德公路工程技术开发有限公司和交通部公路科学研究所。河北省沿海高速公路管理处对课题全面负责，包括项目可行性研究与立项，研究大纲评审，总体工作安排与进度控制，负责课题的分工、组织和协调；负责落实各项研究工作与研究内容；落实与实施依托工程，部分调研工作，准备鉴定文件，负责验收鉴定工作

22、。河北瑞德公路工程技术开发有限公司对课题研究与技术全面负责，项目申请报告的编写，研究大纲的编写，负责各项研究工作实施，包括室内试验、现场测试、野外调研、数据分析，负责实验路修筑的全部技术工作，包括沥青混合料设计，施工方法、工艺与参数，质量检验控制方法；负责试验路野外路用性能观测。交通部公路科学研究所主要完成部分室内试验工作，包括PR改性沥青抗车辙因子与抗车辙机理，PR改性沥青混合料性能研究，试验路修筑的现场技术指导，协助完成试验路性能观测。9.项目负责人及主要研究人员及分工姓 名年龄单 位职务/职称项目或课题职务备注侯岩峰42沿海高速公路筹建处正高项目负责人方案制定项目研究技术负责魏学军41沿

23、海高速公路筹建处高工主研王石良40沿海高速公路筹建处科长组织协调何义军34沿海高速公路筹建处付科长主研：现场试验组织协调刘吉川41沿海高速公路筹建处高工主研谷世广43沿海高速公路筹建处高工主研曹东伟32交通部公路科研所副研究员主研：试验负责数据分析左自伟33河北瑞德公司付总经理主研：试验段施工协调、检测唐国奇30交通部公路科研所助理研究员室内及现场试验检测王国梁30河北瑞德公司技术部经理现场施工协调李爱军30沿海高速公路筹建处助工主研卢国权31沿海高速公路筹建处助工主研杨殿峰34沿海高速公路筹建处助工主研杨永占31沿海高速公路筹建处工程师主研张玉珍34沿海高速公路筹建处工程师主研朱军28沿海高

24、速公路筹建处助工主研周国臣34沿海高速公路筹建处工程师主研10.项目经费预算 （1）经费预算经费投入预算经费支出预算科目预算金额（万元）科目支出金额（万元）部门拨款土建费其它拨款设备购置费部门贷款通讯及差旅费2银行贷款咨询费2地方拔款试验费18国际资助资料装订打印2单位自筹37劳务费2借 款引进软、硬件费-其 他国内、外调研费3各种税费3研发费2鉴定费3合 计37合 计37注：“其它”一栏是在与上几栏内容均不相同时，可具体填写。（2）资助方式及金额：资助方式：全部偿还 部分偿还 不偿还偿还金额：申请单位意见： 年 月 日（盖章）归口申报单位意见： 年 月 日（盖章）专家论证意见： 主任委员： 签名 年 月 日省厅审批意见： 年 月 日（盖章）