获奖等级：一等奖
项目名称：后掺法环氧树脂改性沥青混合料成套技术与应用研究
现有沥青路面存在耐久性不足、使用寿命较短、抗滑衰减快等问题，随着高速公路建设向深山峡谷区延伸，桥隧比大幅增加，路面面临着前所未有的挑战。2022年在北京召开的“长寿命道路材料本构与结构力学行为理论”香山科学会议指出，在当前国家“双碳”政策及建设交通强国背景下，聚焦绿色、低碳的长寿命路面已成为交通运输高质量发展的迫切需要。为推动我国路面工程向耐久、绿色、智能方面转型，亟需加强面向全寿命周期视角下长寿命路面关键技术的研发与推广应用。
宾南高速公路隧道环氧沥青铺装
环氧沥青及其混合料具有高强度、高模量、耐疲劳、耐化学腐蚀等优点，在美国圣马刁大桥钢桥面最长使用寿命长达 49年，多个工程应用案例已超30年仍在服役。环氧沥青混凝土是一种成熟的长寿命路面材料，可用于解决路面耐久性差，抗滑衰减快等问题，潜在应用范围广，但因氧化反应不可逆，且容留时间受温度影响相对较大等特点制约，施工要求相对苛刻、材料价格高昂，难以广泛推广应用。
“后掺法环氧树脂改性沥青混合料成套技术与应用研究”项目（以下简称“项目”）依托多项重大工程建设及科研项目，以工程实际问题为导向，历时近10年，通过多学科跨专业融合、产学研用持续攻关与改进，突破了高性能低成本环氧沥青材料的制备瓶颈、革新了工艺技术、研制了配套新装备，攻克了环氧沥青工程规模化应用的关键技术难题，实现了规模化应用。
项目成果授权国家发明专利17项、实用新型专利26项、外观专利两项；发表高水平论文38篇，其中EI检索10篇；出版学术著作1部，制订标准7部，有效攻克了环氧沥青工程广泛应用的技术瓶颈，在材料、工艺及装备方面取得重大突破。成果已成功应用于云南省4个市州9条高速公路项目，其中在大永高速公路工程中连续铺筑里程达27公里，规模和里程居世界首位。项目产生直接经济效益约5亿元，经济社会效益显著。
突破性低树脂掺量高性能环氧沥青材料 提升相容性、柔韧性
项目开发了增容剂、复配固化剂等专用助剂，研发了新型低树脂掺量高性能环氧沥青材料，提升了环氧沥青的相容性和柔韧性，环氧沥青单价仅为主流产品的二分之一至四分之一。
目前，国内外环氧沥青主流产品的树脂掺量需接近40% 才能形成立体交联网络结构。针对环氧沥青相容性差的世界性难题，项目团队从增容和增韧两个方向开展攻关，开发了增容剂、复配固化剂等专用助剂，研发的低树脂掺量环氧沥青新材料，在性能相当或更优条件下树脂掺量大幅降低（仅为10%左右），成本显著减少，竞争优势凸显。
增容
针对环氧沥青相容性差的世界性难题，基于聚合物相容性、共溶共混及界面3种理论，项目团队结合环氧沥青材料组成、分子结构，采用共溶剂法、材料接枝等方法多角度、多手段复配增溶剂。
固化剂
基于固化物的柔韧性、节能环保、经济性等原则，项目团队大量筛选合适的温拌环氧沥青固化剂，并采用桐油及天然橡胶胶乳等生物基接枝复配低黏度酸酐固化剂，提高了固化剂分子量，改善了固化剂的相容性及环氧沥青的柔韧性。
固化促进剂
项目结合环氧沥青固化速度的需求，研究了叔胺、无机潜伏型材料复配的固化促进剂，可有效提升环氧沥青的固化速度。
环保型环氧沥青
结合养护及时性及便捷需求，项目团队研发了环保节能、早强的绿色常温拌和环氧沥青材料。
革新性环氧沥青混合料“后掺法” 破除规模化应用制约
项目团队结合自主研发的高性能低树脂掺量环氧沥青及材料固化反应机理，创造性提出了两阶段添加和拌和的后掺法工艺及制备技术，并形成了施工技术标准和方法。
后掺法工艺仅采用环氧B组分与集料通过拌和设备拌和，现场摊铺时同步添加环氧沥青A组分并拌和。新工艺消除了传统工艺拌和等料、运输、现场待料3个时长难以有效控制的环节，以及对环氧沥青不可逆固化反应的不利影响。材料工艺相匹配，显著延长环氧沥青混合料可施工时间，易于施工和质量控制，有效解决了施工条件苛刻和应用受限的问题，后掺工艺与现有传统工艺方法和特点对比明显。
针对工艺两阶段添加拌和特点及施工过程可能面临的不利条件，开展工艺可行性研究及影响因素的模拟研究。
开展材料组分比例及工艺方法对环氧混合料性能影响的研究
采用后掺法工艺的前提要求是环氧沥青单一组分与集料能拌和成无花白料的半成品混合料。
目前，应用较广的日本TAF环氧沥青（A组分：B组分=100： 257）及美国ChemCo System环氧沥青（A组分：B组分=100： 585），环氧树脂掺量占总体系比例大，仅采用单一B组分材料难以实现均匀拌和。项目研发的材料环氧沥青A与B组分比例仅为100：1540。在考虑施工不均匀性、集料岩性及材质变化影响、施工环境条件及后掺法工艺等影响，综合确定A与B组分的最佳掺比为100：903，可实现仅环氧沥青B组分与集料的均匀拌和。
开展环氧沥青混合料“后掺法”施工工艺的研究
施工过程中环氧沥青混凝土厚度、级配类型、粒径及施工区域的气候环境条件存在差异，摊铺宽度、摊铺速度、摊铺厚度及刮板速度存在变化，因摊铺过程材料消耗量大，须保障摊铺施工连续作业过程环氧沥青A组分添加量的准确动态匹配及二次拌和均匀性。项目通过环氧A组分掺量变化的模拟研究，验证了容留时间较后掺组分掺量波动影响更加显著，后掺组分较大波动范围性能可满足要求，质量可控性强。
系统性后掺法施工工艺配套装备 解决后掺组分掺量、分散及温度难题
项目团队研制了适应后掺法施工工艺的配套装备，攻克了后掺组分掺量、分散及温度等控制难题，有效保证了环氧沥青混合料的均匀性。该设备通过智能控制动态控制方法实现了后掺组分添加量随摊铺速度、进料量等工艺参数准确控制；研制的高压雾状喷洒装置、多级强制搅拌装置、带搅拌功能螺旋布料装置等实现了混合料的二次均匀拌和；研发的伸缩开合式料门、双料斗、快速连续均衡卸供料装置，可有效避免半成品混合料落料。该设备亦可用于常规沥青混合料摊铺，为技术的工程应用提供了重要设备。
后掺环氧A组分智能同步添加装置
后掺环氧A组分智能同步添加过程需要解决如何实现不同摊铺速度、刮板速度下添加材料的准确计量及雾状添加等关键问题。因此，需要研发一种在实现环氧沥青后掺法施工摊铺过程中，在不同摊铺速度及刮板速度下，后掺环氧沥青A组分的准确计量及雾状添加装置，为掺入环氧沥青A组分后均匀分散及拌和奠定基础。
智能同步环氧A组分添加装置是通过串联摊铺机主机刮板马达液压系统获取动力源，实现了不同摊铺速度、刮板速度下的环氧沥青A组分准确计量，并实现雾状喷洒。为有效解决后掺法施工过程中环氧沥青A组分添加及分散奠定基础，且装置采用模块化设计，安装、拆卸方便，结构简单，成本低廉。
强⼒搅拌装置
添加环氧树脂前，B组分与集料、矿粉在拌和楼的拌和均匀性是环氧树脂均匀分散的重要前提。环氧树脂分散与混合料拌和强力搅拌装置超大驱动力的螺旋系统带载启动能力强，可提高螺旋工作转速，加强集料布料过程的分散与拌和，改善横向离析现象。同时，物料通过超满埋螺旋输送，二次搅拌充分，有效减少横向、竖向、纵向、片状离析；减少料车装卸料、摊铺机收斗等前道工序造成的离析。此外，调节螺旋前方挡料板高度，根据需要上下调节可有效防止大粒料沿挡料板下沿滚落于地面，改善高度方向离析。
项目研究成果可提升路面品质，延长使用寿命，进一步支持国家“一带一路”倡议实施。项目研究成果可制约环氧沥青可施工时间周期的环节仅摊铺和碾压，有效提升了施工质量的可控性，减少应用制约，应用范围广；有效降低了沥青路面的摊铺和施工温度，节能环保，进而改善施工环境条件。此外，项目研究成果铺筑的环氧沥青抗滑衰减慢，可有效改善路面行车安全性，为养护提质增效。通过推广研究成果，可提高施工速度，同等条件下的薄厚度可减少不可再生资源的消耗，支撑路面的可持续发展。同时，研究成果促进了路面学科的发展，为国家标准、规范体系修订提供依据。
从环境效益来看，项目研究成果有助于减少石料开采，改善环境，提高环境效益，对基础设施建设可持续发展起到指导和支撑作用。常用沥青混合料胶结料与集料的黏结力弱，行车荷载泵吸作用下集料会产生脱落，存在抗滑衰减快及需定期养护维修等问题。
项目研究成果更加低碳、环保,减少了二氧化碳、二氧化硫、氮化物、粉尘排放。混合料为温拌，相较现有常用改性沥青混合料，每吨混合料可节少燃油两千克，且无毒无味。按燃烧一吨重油（柴油）大约产生2.6吨至3.1吨二氧化碳和少量一氧化碳计算，可减少26万吨至32万吨二氧化碳和少量一氧化碳排放。项目在节约能源的同时，极大地减少了工程建设对环境的污染，对于绿色工程的实施具有重要的意义。
项目研发的环氧沥青性能优、成本低，总体水平优于国内外同行业产品。产品技术成熟，市场前景较好，质量稳定，性能可靠。项目采用项目开发摊铺机配套产品，兼顾后掺法环氧沥青专用摊铺及常规沥青混合料的高品质铺筑，比其他一些反应速度快，为施工时间短的工程提供新的解决方案。
环氧沥青是一种高性能、长寿命的耐久性材料，预期使用寿命超过30年，如按20年计算，可减少一次大修，两次预防性养护，累计节省约5亿元。项目成果不仅可用于隧道路面、水泥混凝土桥面、钢桥面、机场道面、长大纵坡等特殊路段，延长路面使用寿命和提升行车安全性，对路面养维提质增效，还可推广到全国其他地区。随着国家交通强国及质量强国战略的提出，提高工程建设水平成为公路建设发展的新目标，项目成果将为长寿命路面实施提供有力的技术支撑。
版权声明：本文章版权归属《中国公路》杂志社所有，旗下官方公众号“中国高速公路”“中国公路”拥有首发（微信公众平台原创保护标识）权利，未经授权不得转载。转载请联系：rym@9811.com.cn，其他微信公众号不可开启原创标识，不尊重原创的行为我们将追究责任。
-LEYU
