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一、项目名称

橡胶改性沥青透水应力吸收层(DSAM)作用机理与工程应用

二、项目简介

应用实践表明大粒径透水性沥青混合料(LSPM)比较成功的解决了我国半刚性基层沥青路面的反射裂缝和水损坏等早期病害问题。由于LSPM在路面结构中处于沥青下面层与半刚性基层之间,其受到的荷载及环境条件远不如沥青表面层苛刻,因此,从技术经济角度考虑,适于该混合料的胶结料不必追求过高的全部性能指标,宜采用较高粘度的改性沥青,能够形成较厚的沥青膜,以保证LSPM的结构强度与水稳定性。目前,适用于LSPM的胶结料品种相对单一,性价比较低,难以满足大规模的工程需求。LSPM大部分采用MAC改性沥青或SBS改性沥青、普通70号沥青,尚未有橡胶沥青应用于该类型沥青混合料的研究报道。

本项目首次将橡胶沥青用作LSPM的胶结料,研发出一种新型透水应力吸收层,即橡胶沥青透水应力吸收层(Drainage  Stress- Absorbing  Membrane,简称DSAM),目的是将橡胶沥青的优势与LSPM混合料的结构优势相结合,可以说是“强强联合”,充分发挥二者的优势。一方面,充分利用橡胶沥青粘附性强、弹性恢复性能好、低温抗裂性能突出的优势,旨在提高DSAM的高温性能、低温性能、水稳性能及应力吸收能力。另一方面,利用LSPM混合料的骨架空隙结构,不仅可以提高抗车辙能力,而且可以快速排出路面结构内部自由水,消散和吸收基层反射应力,消除或延缓半刚性基层反射裂缝的产生,防止水损坏的发生。同时,为降低橡胶沥青与沥青混合料的施工生产温度,在橡胶沥青DSAM混合料中又融入温拌沥青技术。因此,项目研究实现了工程、经济、环保和社会效益,不仅提高路面性能,延长路面的使用寿命,降低工程造价,而且促进废旧轮胎的增值利用,减小“黑色污染”带来的巨大环境压力,节约资源与节能减排。

课题组通过大量的文献资料收集、工程调研、室内试验研究、理论分析计算、试验路铺筑和现场监测等多种技术手段,系统深入地研究了橡胶沥青及温拌橡胶沥青的改性工艺、性能与作用机理;橡胶沥青DSAM材料组成设计方法、路用性能评估;橡胶沥青DSAM的层位功能及应力吸收机理;生产施工工艺及质量控制技术、路面检测与监测技术等一系列成套技术。项目研究提出了橡胶沥青及温拌橡胶沥青的最佳工艺参数;研究得出橡胶沥青DSAM具有更加优异的高温稳定性、水稳定性、低温抗开裂能力和抵抗疲劳开裂能力;橡胶沥青DSAM层的设置可有效防止与延缓反射裂缝的发生,提高路面与底基层的疲劳寿命;提出了橡胶沥青DSAM施工生产与质量监控方法;研发并应用了光纤光栅应变传感技术。

依托本项目获得授权发明专利2项,实用新型专利3项;发表学术论文10余篇(SCI收录3篇,EI收录7篇),培养研究生3名。项目成果已在海即、青临等高速公路中得到推广应用,取得了巨大的经济效益和社会效益。

三、完成人对项目技术(学术)创造性贡献:

曹卫东-项目第三完成人,技术负责人之一,参与制定总体研究方案,并负责本单位的研究方案制定与实施,研究报告的主要编写人。主要技术创造性贡献如下:

1.首次将橡胶沥青应用于大粒径透水性沥青混合料柔性基层,提出了相关技术要求。

2. 提出了改善橡胶沥青热储存稳定性的技术措施,解决了橡胶沥青的工厂化生产技术难题。

3.参与研究了温拌橡胶沥青的性能,确定了温拌橡胶沥青DSAM混合料的施工温度。

姚占勇-项目第七完成人,主要研究人员,参与本单位的研究方案并实施,参与研究报告的编写,负责部分室内试验与机理分析工作。主要技术创造性贡献:

1.参与研究橡胶沥青DSAM混合料的路用性能;研发了马歇尔试件高度测量尺。

2.研发了一种用于公路路面结构应变的测试仪器与多功能传感器保护盒,并进行了推广应用。

四、完成人曾获科学技术奖励情况:

姚占勇

1、旧路等级改造设计控制指标与路面优化结构 JB2011-3-80-2   山东省科技进步奖三等奖    2011.12  2/6

2、黄泛区高速公路修建中几个关键技术的研究 JB2007-3-230-2  山东省科技进步奖三等奖    2008.04  2/6

曹卫东:无。

五、项目推广应用、经济和社会效益情况:

2007年8月开始在威乌支线海阳至即墨高速公路中采用了橡胶改性沥青DSAM课题技术成果,铺筑单幅90公里柔性基层。与常用的改性沥青LSPM相比,橡胶改性沥青DSAM可节约成本约450万元,如考虑全寿命周期费用,则产生的经济效益将在800万元以上。该路通车近六年来路用性能良好,未发现任何路面病害。

2011年初开始在青临高速公路全线实施质量动态监控技术,2012年在第一、二、三与二十二、二十三、、二十四标段使用了DSAM课题技术成果中透水应力吸收层技术,共铺筑了单幅六车道106公里柔性基层。与常用的改性沥青LSPM相比,橡胶改性沥青DSAM可节约成本约800万元。质量动态监控技术可为建设单位每年节约管理费120-140万元。该路通车近两年来路用性能优良,未发现任何路面病害。

六、完成单位创新推广贡献:

项目主要参加单位,参与了总体研究方案的制定、实施与研究报告的编写及项目的推广应用等工作。主要贡献:

1. 重点研究了项目中的橡胶沥青及温拌橡胶沥青的最优工艺参数及性能评价等;

2. 主持研究提出了提高橡胶沥青热储存稳定性的技术措施;

3. 系统评估了橡胶沥青DSAM的路用性能及动态力学特性;

4. 研发了马歇尔试件高度测量尺、公路路面结构应变的测试仪器与多功能传感器保护盒,并进行了应用。

本单位获得授权实用新型专利3项,发表密切相关论文4篇(SCI收录1篇、EI收录4篇)。

七、申报等级:

山东省科学技术进步奖社会公益类二等奖。

 

山东大学土建与水利学院实验测试中心