成果名称

改性沥青混合料绿色多循环热再生关键技术及工程应用研究

成果登记号

知识产权

完成单位

序号

单位名称

通讯地址

1

山东省交通运输事业服务中心

济南市市中区舜耕路

17号

2

华南理工大学

广州市天河区五山路381号

3

菏泽市公路事业发展中心

菏泽市人民路318号

4

淄博市交通建设发展中心

淄博市张店区共青团东路7号

5

单县公路事业发展中心

单县公路新村

6

中冶路桥建设有限公司

济南市历下区新泺大街988号鲁商福瑞达广场

7

广州博瑞通工程技术有限公司

广州市天河区华旭街3号

完成人

序号

姓名

工作单位

对成果的贡献

1

李英勇

山东省交通运输事业服务中心

项目负责人

2

邹桂莲

华南理工大学

技术负责人

3

董思学

菏泽市公路事业发展中心

现场试验及技术指导

4

高旭东

淄博市交通建设发展中心

现场试验及技术指导

5

孙  杰

山东省交通运输事业服务中心

现场试验及技术指导

6

虞将苗

华南理工大学

室内试验和数据分析

7

冯启军

菏泽市公路事业发展中心

现场试验及技术指导

8

聂云刚

淄博市交通建设发展中心

现场试验及技术指导

9

袁春建

山东省交通运输事业服务中心

施工方案及现场指导

10

夏全平

山东省交通运输事业服务中心

施工方案及现场指导

11

张  涛

淄博市交通建设发展中心

现场试验及施工方案

12

马晓燕

山东省交通运输事业服务中心

施工方案及现场指导

13

尚庆峰

菏泽市公路事业发展中心

现场试验及施工方案

14

董  博

淄博市交通建设发展中心

现场试验及施工方案

15

董  倩

菏泽市公路事业发展中心

现场试验及施工方案

16

于华洋

华南理工大学

室内试验及数据分析

17

翟乃慧

淄博市交通建设发展中心

现场试验及资料整理

18

曹佩芝

淄博市交通建设发展中心

现场试验及资料整理

19

刘  健

菏泽市公路事业发展中心

现场试验及施工方案

20

张继超

单县公路事业发展中心

现场试验及资料整理

21

张  园

华南理工大学

室内试验研究

22

杨立磊

淄博市交通建设发展中心

现场试验及资料整理

23

赵  艳

淄博市交通建设发展中心

现场试验及数据分析

24

武海波

中冶路桥建设有限公司

现场试验和数据分析

25

赵东景

单县公路事业发展中心

现场试验和数据分析

26

高志行

单县公路事业发展中心

现场试验和数据分析

27

谢辉端

华南理工大学

室内试验研究

成果公报内容

    本课题依托山东省交通运输科技计划项目“改性沥青混合料绿色多循环热再生关键技术及工程应用研究”（2018B20），采用现场调研、理论分析、现场试验等研究手段，通过对SBS改性沥青回收方法、SBS改性沥青再生后性能演变规律、普通沥青改性热再生性能演变规律、基于黏韧性试验曲线形态的辨识性指标、新旧沥青融合机理，及其定制精准再生工程应用与质量控制的研究，主要研究成果如下：

    （1）规范了SBS改性沥青回收关键控制参数，补充了现行沥青回收的试验规程。回收SBS改性沥青的性能指标受抽提回收采用的试验仪器、回收溶剂、回收参数等因素的影响，通过调整蒸馏温度、调整CO2通气量与延迟加热时间等关键控制参数，可以利用阿布森法、旋转蒸馏法进行SBS改性沥青的准确回收。溶剂略有残留相比略有老化对回收沥青指标影响更显著，因此延迟加热时间宁长勿短。

    （2）通过对SBS改性沥青多次老化与再生流变特性的研究与荧光显微镜机理分析，结果表明：再生过程可部分恢复SBS改性沥青的粘弹指标，但随着再生次数的增加，恢复效果越来越差。SBS改性沥青三次及以上再生时，各项性能变化接近极限值，如未采取干预措施而只采用再生剂再生时，可考虑将之作为硬质沥青进行应用。

    （3）采用添加新改性沥青再生老化沥青时，所选新沥青的黏度、针入度、软化点指标与目标再生沥青性能、老化沥青掺量之间符合调和法则，提出了适用于指导SBS改性沥青再生时新沥青的选择指南。

    （4）荧光显微图片显示添加新沥青补充了老化沥青中软沥青质与SBS改性剂的含量。红外光谱图分析结果表明，改性沥青的老化过程包含了基质沥青的老化与SBS聚合物的降解反应，老化作用使得改性沥青的网状交联结构被破坏，SBS改性作用逐渐丧失。在添加不同针入度等级的新沥青对老化沥青进行再生后，再生沥青的特征官能团得到恢复，SBS改性沥青的粘弹特性亦随之恢复。

    （5）基于流变指标的临界阈值研究。重复蠕变试验结果表明，旧的普通沥青改性热再生后的沥青大部分满足不可恢复蠕变柔量差值≤75%的要求。因而，对于旧的普通沥青改性热再生，采用现有指标评判再生沥青的高温稳定性依然适用。在新沥青选用符合要求的SBS改性沥青条件下，建议老化沥青掺量在50%以内适用于标准交通等级，在35%以内适用于重交通和超重交通，极端交通等级下，建议普通沥青的掺量在25%以内。

    （6）基于黏韧性曲线形态，提出形态参数黏部能量和韧部模量作为评价旧的改性热再生的辨识性指标。基于灰色关联分析，韧部模量与多应力重复蠕变试验中恢复率指标关联性较高，黏部能量、韧部模量均与线性振幅扫描中疲劳寿命和指标关联性较高。

    （7）SBS改性热再生的芳环对再生沥青的恢复率影响较高。相比于高温性能，官能团与疲劳性能的相关性更显著。研究表明亚砜基与再生沥青的疲劳关系最高，且5%应变控制比2.5%应变控制得到的疲劳寿命与官能团系数的关联度更高，说明大应变更能反映出SBS改性剂对疲劳性能的贡献。

    （8）Evotherm温拌剂通过提高改性沥青的表面能、改善沥青与集料的粘附性发挥作用。5%掺量的Evotherm温拌剂能降低WMRA的压实温度15℃~30℃，温拌剂的掺量越高，压实性能越好，通过性能与经济分析，建议温拌剂掺量宜为3~5%。高RAP掺量，推荐适当提高温拌剂掺量。温拌剂与再生剂具有良好的适应性，再生剂先掺法更有利于发挥再生效果。

    （9）开发了新旧沥青融合三维表征的试验方法。基于荧光效应与激光扫描共聚焦显微镜三维层切相结合的技术，利用 SBS聚合物的荧光效应，将其作为示踪剂，形成一个新的新旧沥青融合试验方法；提出了新旧沥青融合、扩散表征方法，构建了新旧沥青融合、扩散的量化表征参数：融合程度、均质化系数。

    （10）研究了加热温度、时间对新旧集料上沥青融合及均质化情况的影响。结果表明，180°C加热1h时对融合程度的增长最为显著，融合程度从53.4%增加为94.4%，但随着加热时间的延长融合程度增长不明显。40°C、60°C下的融合程度增幅较小。

（11）基于改性再生指标预测方程，提出了定制型改性热再生材料定制、混合料设计、RAP预处理工艺优化等厂拌改性热再生质量改进的关键措施，实现精准再生，并通过了实体工程的示范，性能评价与跟踪观测结果表明，与使用全新集料的热拌改性沥青混合料相比，改性热再生沥青混合料的高温稳定性提升、动态压缩模量增大、承载能力提高、抗疲劳性能有所减弱，低温抗裂性与水稳定性相当。定制生产的改性沥青更方便质量控制，建议有生产条件的情况下优先选用。

验收（评价)专家名单

序号

姓名

单位

专业领域

职称

1

谭忆秋

哈尔滨工业大学

道路工程

教  授

2

任瑞波

山东建筑大学

道路工程

教  授

3

郭宗杰

济南市交通运输事业发展中心

道路工程

研究员

4

王有志

山东大学

道路工程

教  授

5

毕玉峰

山东省交通规划设计院集团有限公司

道路工程

研究员

6

马士杰

山东省交通科学研究院

道路工程

研究员

7

申全军

山东高速创新研究院

道路工程

研究员

8

贾学军

山东省交通运输厅工程建设事务中心

会计

正高级会计师

9

刘  洋

齐鲁工业大学

会计

高级会计师

组织验收、评价单位：山东省交通运输厅、山东公路学会

验收意见

2022年6月23日，山东省交通运输厅在济南组织了“改性沥青混合料绿色多循环热再生关键技术及工程应用研究”项目验收工作。验收专家组（名单附后）听取了项目组的汇报，审阅了相关技术文件和财务报告，经质询和讨论，形成验收意见如下：

一、项目组提交的资料齐全，内容完整，完成了计划任务书确定的研究目标，符合验收要求。

二、项目组通过理论分析、室内外试验与工程验证，运用流变学、形态学、微观观测等研究方法，系统开展了SBS改性沥青混合料多次循环厂拌热再生关键技术研究，取得如下主要创新成果：

1. 构建了改性沥青精准再生技术体系。提出了适用于SBS改性沥青回收的关键控制参数与方法；提出了SBS改性沥青再生关键技术指标预估方程，建立了适用于SBS改性沥青再生的沥青的指标体系及标准；研发了RAP料破碎筛分精细预处理工艺，建立了改性沥青厂拌热再生混合料施工质量控制体系。

2. 提出了黏部能量与韧部模量作为SBS改性沥青再生辨识性形态参数，建立了基于黏韧性试验的SBS改性沥青再生效果的评价方法。

3. 基于激光扫描共聚焦的三维荧光成像技术(3D-FIT)，揭示了新旧沥青界面融合与扩散机理，建立了新旧沥青融合程度和扩散均质程度的试验技术与判别方法。

三、项目组提交了改性沥青混合料绿色多循环热再生关键技术及工程应用研究技术报告，发表技术论文9篇，其中SCI、EI收录4篇，已授权发明专利4项，项目研究成果在德上高速巨野至单县段、S228黄临线等改扩建工程项目中成功应用，经济社会、绿色低碳效益显著，对SBS改性沥青混合料热再生技术推广应用具有重要意义。

四、根据项目财务报告列示情况，该项目经费使用合理，符合相关要求。

验收专家组一致同意该项目通过技术验收和财务验收。

评价意见

2022年6月23日，山东公路学会在济南组织了“改性沥青混合料绿色多循环热再生关键技术及工程应用研究”成果评价工作。评价委员会（名单附后）听取了项目组的汇报，审阅了相关技术文件，经质询和讨论，形成评价意见如下：

一、项目组提交的资料齐全，内容完整，数据翔实，符合评价要求。

二、项目组通过理论分析、室内外试验与工程验证，运用流变学、形态学、微观观测等研究方法，系统开展了SBS改性沥青混合料多次循环厂拌热再生关键技术研究，取得如下主要创新成果：

1. 构建了改性沥青精准再生技术体系。提出了适用于SBS改性沥青回收的关键控制参数与方法；提出了SBS改性沥青再生关键技术指标预估方程，建立了适用于SBS改性沥青再生的沥青的指标体系及标准；研发了RAP料破碎筛分精细预处理工艺，建立了改性沥青厂拌热再生混合料施工质量控制体系。

2.提出了黏部能量与韧部模量作为SBS改性沥青再生辨识性形态参数，建立了基于黏韧性试验的SBS改性沥青再生效果的评价方法。

3.基于激光扫描共聚焦的三维荧光成像技术(3D-FIT)，揭示了新旧沥青界面融合与扩散机理，建立了新旧沥青融合程度和扩散均质程度的试验技术与判别方法。

三、项目研究成果在德上高速巨野至单县段、S228黄临线等改扩建工程项目中成功应用，经济社会、绿色低碳效益显著，对SBS改性沥青混合料热再生技术推广应用具有重要意义。

综上所述，项目研究成果总体上达到了国际领先水平。

建议进一步加强推广应用。