胶粉改性沥青可行性研究报告书.docx
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胶粉改性沥青可行性研究报告书
附件二:
西部交通建设科技项目
可行性研究报告
项目名称:
胶粉改性沥青在桥面铺装上的应用研究
申报单位:
沈阳三鑫公路工程有限公司
中华人民共和国交通部制
2004年03月
目录
一.项目的背景和必要性‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1.1项目的背景‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1
1.2胶粉改性沥青的基本概念‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2
1.3胶粉改性沥青的适用范围‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
1.4项目研究的目的‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
1.5推广应用领域及前景‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥4
1.6达到的技术水平‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥4
1.7在国民经济发展中的作用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
二.项目前期科研及工作基础‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
2.1胶粉改性沥青国内外发展状况‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
2.2项目前期准备情况‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
三.项目实施方案‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
3.1拟解决技术问题‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥8
3.2研究内容‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥9
3.3具体实施方案‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥9
四.项目承担单位及参加单位概况‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
4.1项目承担单位概况‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥10
4.2项目参加单位概况‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11
4.3项目负责人介绍‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥13
4.4项目承担单位及参加单位分工‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
五.项目依托工程情况及其他必要支撑条件‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
5.1项目依托工程情况‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
5.2其它必要的支撑‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
六.项目经费估算及资金筹措情况‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
6.1经费预算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
6.2资金筹措‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
6.3经费使用范围及使用明细‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
七.项目预期目标及经济、社会效益‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17
7.1项目预期目标‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17
7.2经济效益分析‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
7.3社会效益分析‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥17
八、其他需说明的问题‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
九、申报单位签章‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥19
一.项目的背景和必要性
1.1项目的背景
近年来,随着我国国民经济的发展,高速公路的总里程不断增长,大跨径桥梁项目也逐渐增多。
为了减轻桥梁自重,高速公路桥面系的通常做法是在水泥砼的桥面板上加铺沥青混凝土桥面铺装。
但随之而来的是交通量的成倍增长以及运输车辆的大型化、重载化、行驶路线的渠道化,使得桥面上某一部位处于超负荷工作状态,达到甚至超过桥梁的极限状态,这对于抗压强度不低于45kN的水泥砼来说,还可以承受得住,但对于承受6~8kN的沥青砼来说,就会大大超出其抗压能力,导致提前破损且破损比较严重。
这不仅影响了桥面的美观,妨碍了正常交通,而且也影响了高速公路的通行能力,更易造成交通事故,给维修保养工作带来了很大困难,甚至还会危及到桥梁的使用寿命。
为此,通过对桥面铺装的新型材料进行探究,来延长桥面使用寿命,同时可以取代传统的桥面防水层,使桥面铺装与桥面防水融为一体,达到桥面系的经济和耐久的使用效果已成为公路建设者们的新的科研方向。
众所周知,随着我国经济的快速发展,公路桥梁的运输任务日益繁重,如果仍旧采用普通的沥青来做为路用混合料的胶结料,已不能胜任日益增长的交通量的要求,为此,能够明显降低沥青的温度敏感性、提路面的高弹性、韧性、粘性、耐疲劳和老化等一系列性能的聚合物改性沥青便应运而生,并在国内外已经得到大规模的生产和应用。
目前使用最广泛、综合性能最优良的是SBS改性沥青,其主要缺点是改性沥青稳定性较差,易产生破坏性裂纹,且价格也比较昂贵,因此,在某种程度上限制了其大规模推广应用,研制开发新的具有更高性(性能)价(价格)比改性沥青材料,成为国内外研究关注的重点。
研制开发新的胶粉改性沥青材料,提高水泥与沥青路面之间的粘结性,同时用胶粉改性沥青生产的桥面铺装混合料具有很好的防透水性能,避免了水对桥面的浸害,延长了桥面使用寿命。
根据国外发达国家长期研究的经验,废橡胶加工成胶粉后可在许多领域获得应用,特别是利用胶粉改性沥青用于辅设公路具有一系列优点。
如生产工艺简便、成本低,胶粉与沥青混融性好;原料来源丰富,价格低廉;施工工艺与普通沥青相同,不需要特殊设备;辅设的路面具有稳定性好、耐磨、耐久、防冻、防滑和维修费用低等优点,性能和价格比较其它聚合物改性沥青具有非常明显的优势。
因此,研究开发胶粉改性沥青,加快在公路建设中的应用,满足我国公路建设对高性能改性沥青材料的需求,是十分必要的。
1.2胶粉改性沥青的基本概念
胶粉改性沥青是指采用废旧轮胎经粉碎后制成的胶粉作为改性剂,通过特殊的生产工艺得到的能够改善混合料性能的沥青结合料。
胶粉改性沥青中使用的胶粉细度一般为40-100目。
其制造工艺主要有:
低温冷冻法、常温粉碎法、常温助剂法等工艺。
由于胶粉制造工艺不同,成品胶粉的形状和表面形态差别很大,对改性沥青的性能影响也很大,因此,选择合适的胶粉是制备性能优良改性沥青的第一步。
由于胶粉是化学键交联的橡胶,其中含有碳黑及各种添加剂,成分十分复杂,比SBS等聚合物在沥青中更难溶胀和溶解,因此,改性的关键是首先必须使胶粉有效地降解。
胶粉改性沥青的生产方法从工艺上可分为湿法和干法两大类。
A、干法
干法是将废胶粉直接喷入拌和锅中拌和,胶粉的添加量一般为混合料的2-3%,所得到的混合料称为橡胶改性混合料。
由于胶粉仅作为填料,对沥青改性效果有限,使用范围不大。
B、湿法
湿法是将胶粉先在160-200℃的热沥青中混合,通过机械能和热能双重作用,使胶粉降解,形成稳定分散的胶粉改性沥青。
湿法制备改性沥青的工艺简单,可使用现有聚合物改性沥青设备。
改性效果与许多因素有关,如:
沥青品种、胶粉来源、生产方法、相容剂、填加剂和稳定剂含量、品种、填加方式以及改性沥青混合设备类型、剪切速度、混合时间、温度等等,因此,需要进行系统的理论与实践研究。
我国近年来由于技术的进步,制造胶粉的成套技术与装备已经过关,胶粉工业取得快速发展。
胶粉产量大、质量优良、价格低廉,这为胶粉改性沥青的制备提供了原材料保证。
1.3胶粉改性沥青的适用范围
胶粉改性沥青主要应用在以下两个领域:
1.桥梁的桥面铺装层、公路面层、公路病害处理等领域。
2.用于建筑行业屋面、室内卫生间、地下室等防水卷材等。
1.4项目研究的目的
在美国、日本、加拿大、瑞典、英国、比利时、俄罗斯等发达国家国已成功地将废胶粉改性沥青应用于修建高等级公路。
我国目前对胶粉改性沥青无论是理论研究,还是实际应用均处在开始阶段。
由于一些关键问题并未解决,仅仅停留在试验路阶段,还未有工业化生产和应用。
因此,通过本项目的研究可以达到以下的目的:
1.提高性能,降低成本。
以交通部《公路改性沥青路面施工技术规范》JTJ036—98为标准,在达到其中SBS改性沥青C类标准的同时,原料价格比SBS改性沥青低200-300元/t,其性价比优势明显优于其它改性沥青。
2.延长桥面的使用寿命。
由于胶粉改性沥青不但可以防水,可且其粘结力也相当大,,从而避免水对桥面的浸蚀,提高沥青裹覆石料的能力。
3.减少环境污染,充分利用再生资源。
我国是橡胶生产和消费大国。
每年仅废橡胶材料就将近500万吨,同时我国又是资源短缺的国家,每年约45%的橡胶需要进口,因此,胶粉改性沥青的研究对保护环境、合理利用再生资源具有深远的意义。
1.5推广应用领域及前景
大量的室内研究表明,胶粉改性沥青无论从性能上还是从施工工艺上,完全可以替代现有桥面所用的铺装材料。
桥面铺装层破坏的主要原因是由于采用的是传统的基质沥青,其高温性能一般,且混合料中细集料偏多,混合料的空隙率较大,水稳定性较差,在自然条件及重载下极易被碾坏,雨水便会从破坏的部位下渗到面层以下,并不断地对周围材料进行浸蚀,使更多的石料与沥青剥离,且面积逐渐扩大。
而胶粉改性沥青恰恰弥补了普通或其它改性沥青在路用性能的不足,同时,胶粉改性沥青在价格上又较其它改性沥青有明显的优势。
可见,推广应用前景十分广阔。
1.6达到的技术水平
通过本项目的研究,得的研究成果的技术水平总体达到国内先进,部分关键技术的技术水平达到国内创新。
1.7在国民经济发展中的作用
近年来,我国公路桥梁建设快速发展,桥梁结构不断创新,大跨径桥梁已很普遍,但桥面铺装的施工却仍沿用传统的习惯做法。
随着交通量和重型车辆的增加,桥面铺装问题越来越多地凸现出来,这不仅妨碍了正常交通,影响了桥面的美观,更易造成交通事故,同时,给维修工作也带来了一定的难度。
为此,当务之急是如何从根本上解决桥面铺装的早期损坏问题。
而桥面铺装的新型胶结材料—胶粉改性沥青的问世,不但改写了桥面铺装以往的结构组成,减轻了桥梁的自重,同时,极大地改善了桥面铺装的使用性能,使其更能适应当前交通量的增长及车辆的运输超载化、行驶渠道化对桥面所带来的不良影响,能够提供给公路使用者完善、健康的路网系统,为我国的经济建设保驾护航。
二.项目前期科研及工作基础
2.1胶粉改性沥青国内外发展状况
废胶粉改性沥青发达国家早在上世纪六十年代就已开始研究和应用,CharlesH.MacDonald最早将废胶粉与沥青混合并用于修补公路,称之为沥青橡胶(asphalt-rubberAR),经过几十年的研究和发展国外发达国家积累了非常丰富的经验,其中以美国最具代表性。
California和Texas州在七十年代开始密封(chipseal)试验,八十年代开始热混合沥青应用研究;在八十年代以后Florida等更多的州加入了废胶粉改性沥青的研究,开始了大规模的研究开发,至1990年美国已有23个州进行了AR的试验。
在70年代美国只有2家公司生产胶粉改性沥青,现在已有30多家(1999年),并且数量还在增长。
稳定的废胶粉改性沥青的市场已形成,其中发展最快的是Arizona、California、Florida三个州。
以这三个州为例,Arizona州每年产生4百万条轮胎,大约2.6百万条用于辅设公路。
California每年产生3千万条轮胎其中2.7百万条用于公路辅设。
Florida州在1988年曾堆放了18百万条轮胎,今天只有3百万条还在堆放中,每年新产生2千万条,其中3百万条用于辅设道路,可见辅设公路消耗了大量的废弃轮胎。
日本、加拿大、瑞典、英国、比利时、俄罗斯等国也已成功地将废胶粉改性沥青用于修建高等级公路。
发达国家之所以如此重视胶粉改性沥青,原因主要有:
第一,由于环境保护的压力。
每年全世界消耗生橡胶约为1200万吨,废弃的轮胎约为8亿条,仅在美国就堆放了25亿条废轮胎,加之其它橡胶制品,废弃的橡胶材料十分巨大,对环境产生非常大的污染;第二,废胶粉改性沥青的性能/价格比较之传统沥青及其它聚合物改性沥青更具有优势;第三,政府对使用废胶粉给予政策上的大力扶持。
因此,欧美等发达国家对胶粉改性沥青混合工艺、胶粉品种、胶粉尺寸、混合设备等因素对沥青及沥青热拌合混合料性能的影响,现场及中长期跟踪测试都进行了大量系统的研究;对胶粉改性沥青测试方法、分析仪器也进行了研究,形成了一整套规范和要求,在美国于上世纪八十年代提出的SHRP计划中,废胶粉改性沥青都作为重要的内容列在其中。
目前美国采用胶粉改性沥青铺设的公路达到1.1
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