湖 南 省 大 学 生 研 究 性 学 习 和 创 新 性 实 验 计 划 项 目 申 报 表 项 目 名 称 : 温 拌 沥 青 结 合 料 的 微 观 性 能 研 究 学 校 名 称 中 南 林 业 科 技 大 学 学 生 姓 名 学 号 专 业 性 别 入 学 年 份 郑 佳 宇 20141694 城 市 地 下 空 间 工 程 男 2014 年 李 其 霖 20141673 城 市 地 下 空 间 工 程 男 2014 年 张 振 迅 20141692 城 市 地 下 空 间 工 程 男 2014 年 指 导 教 师 刘 克 非 职 称 副 教 授 项 目 所 属 一 级 学 科 土 木 工 程 项 目 科 类 ( 理 科 / 文 科 ) 理 科 学 生 曾 经 参 与 科 研 的 情 况 参 加 本 项 目 的 3 名 学 生 均 参 与 过 指 导 教 师 在 研 的 科 研 课 题, 已 初 步 具 备 了 参 与 科 研 实 践 独 立 完 成 简 单 创 新 性 试 验 的 能 力 指 导 教 师 承 担 科 研 课 题 情 况 (1)2015.07-2017.12, 湖 南 省 高 等 速 公 路 建 设 项 目 生 态 补 偿 机 制 与 方 法 研 究 ( 编 号 :15B253), 湖 南 省 教 育 厅 科 学 研 究 项 目 ( 优 秀 青 年 项 目 ), 在 研 ; (2)2015.07-2017.06, 高 等 院 校 土 木 工 程 专 业 实 践 教 学 质 量 监 控 体 系 与 运 行 机 制 研 究 ( 编 号 :XJK015BGD090), 湖 南 省 教 育 科 学 十 二 五 规 划 课 题, 在 研 ; (3)2015.09-2017.12, 土 木 工 程 专 业 研 究 生 创 新 实 践 基 地 建 设 与 长 效 运 行 机 制 研 究 ( 编 号 :JG2015B065), 湖 南 省 学 位 与 研 究 生 教 育 教 学 改 革 研 究 项 目, 在 研 ; (4)2015.09-2017.12, 土 木 工 程 专 业 研 究 生 创 新 实 践 基 地 建 设 与 长 效 运 行 机 制 研 究 ( 编 号 :2015J007), 中 南 林 业 科 技 大 学 研 究 生 教 育 教 学 改 革 项 目, 在 研 ; ( 5 ) 2015.01-2016.12, 建 筑 垃 圾 在 路 面 基 层 中 的 应 用 研 究 ( 编 号 : -1-
QJ2012004B), 中 南 林 业 科 技 大 学 青 年 基 金 项 目, 在 研 ; (6)2015.05-2016.03, 温 拌 再 生 沥 青 混 合 料 制 备 技 术 与 路 用 性 能 研 究, 中 南 林 业 科 技 大 学 大 学 生 研 究 性 学 习 和 创 新 性 实 验 计 划 项 目, 在 研 ; (7)2014.10-2015.12, 工 程 类 研 究 生 跨 学 科 培 养 模 式 与 质 量 体 系 构 建 研 究 ( 编 号 :2014-JY-072), 全 国 工 程 专 业 学 位 研 究 生 教 育 自 选 课 题, 已 结 题 ; ( 8 ) 2013.12-2015.12, 环 氧 树 脂 混 凝 土 制 备 关 键 技 术 研 究 ( 编 号 : 2012ZDXK009), 湖 南 省 土 木 工 程 重 点 学 科 青 年 学 术 骨 干 教 师 素 质 提 升 计 划 资 助 项 目, 在 研 ; (9)2013.01-2014.12, 湖 南 省 国 有 林 场 伐 区 集 材 道 路 技 术 标 准 ( 编 号 : 201200003), 湖 南 省 标 准 化 战 略 项 目, 在 研 ; (10)2013.01-2015.12, 环 氧 树 脂 混 凝 土 的 抗 火 性 能 研 究 ( 编 号 :2012-K4-18), 住 房 和 城 乡 建 设 部 科 学 技 术 项 目, 已 结 题 ; (11)2012.07-2013.12, 工 程 制 图 类 课 程 创 新 型 教 学 体 系 内 容 与 方 法 的 研 究 与 实 践 ( 编 号 :2012-401-185), 湖 南 省 普 通 高 等 学 校 教 学 改 革 研 究 项 目, 已 结 题 ; (12)2012.07-2014.12, 环 氧 树 脂 混 凝 土 的 抗 火 性 能 研 究, 中 南 林 业 科 技 大 学 引 进 高 层 次 人 才 科 研 启 动 基 金 项 目, 在 研 ; (13)2009.01-2011.12, 桥 面 铺 装 高 性 能 沥 青 试 验 研 究 ( 编 号 :2009037B), 中 南 林 业 科 技 大 学 青 年 基 金 项 目, 已 结 题 ; (14)2008.07-2011.06, 基 于 红 外 热 像 的 高 速 公 路 路 面 压 剪 粘 滑 力 学 性 能 MTS 试 验 与 反 演 分 析 ( 编 号 :kfj080303), 教 育 部 工 程 研 究 中 心 开 放 基 金 资 助 项 目, 已 结 题 ; (15)2009.07-2011.12, 建 筑 制 图 课 堂 教 学 效 果 的 监 测 与 评 价 研 究, 中 南 林 业 科 技 大 学 教 学 研 究 项 目, 已 结 题 -2-
项 目 研 究 和 实 验 的 目 的 内 容 和 要 解 决 的 主 要 问 题 1. 本 项 目 研 究 的 主 要 目 的 20 世 纪 90 年 代 以 来, 由 于 能 源 价 格 的 上 涨 和 日 益 严 苛 的 环 保 法 规, 一 种 与 热 拌 沥 青 (HMA) 相 对 应 的 新 型 技 术 温 拌 沥 青 (WMA) 得 到 了 广 泛 的 发 展 温 拌 技 术 允 许 沥 青 混 合 料 拌 和 与 压 实 温 度 的 适 当 降 低 而 基 本 不 影 响 沥 青 路 面 的 使 用 品 质 拌 和 与 压 实 温 度 的 降 低 可 以 节 约 沥 青 混 合 料 生 产 过 程 中 所 需 的 燃 油 用 量, 且 并 不 影 响 沥 青 在 拌 和 过 程 中 所 要 求 的 足 够 的 流 动 性 铺 筑 过 程 中 的 可 压 实 性 以 及 路 面 的 使 用 性 能 与 寿 命, 同 时 随 着 温 度 的 降 低 所 带 来 的 额 外 好 处 是 降 低 了 在 生 产 拌 和 与 施 工 过 程 中 由 于 燃 料 燃 烧 所 产 生 的 废 气 与 粉 尘 本 项 目 致 力 于 温 拌 沥 青 结 合 料 的 微 观 性 能 研 究, 结 合 我 校 土 木 工 程 与 力 学 学 院 现 有 的 实 验 设 备 与 材 料, 对 WMA 这 种 新 型 环 保 路 用 材 料 的 微 观 结 构 与 表 面 性 能 进 行 分 析, 研 究 成 果 可 用 于 分 析 温 拌 沥 青 结 合 料 与 基 质 沥 青 的 相 容 性 及 其 水 损 害 机 理 2. 本 项 目 研 究 的 主 要 内 容 (1) 综 合 不 同 方 法 ( 溶 解 度 参 数 法 微 观 电 镜 法 原 子 力 测 试 法 热 力 学 方 法 和 玻 璃 化 转 化 法 等 ), 判 定 不 同 温 拌 沥 青 添 加 剂 (Sasobit SEAM EC120 Aspha-min) 与 基 质 沥 青 改 性 沥 青 (SBS) 间 的 相 容 性 ; (2) 采 用 原 子 力 显 微 镜 分 析 不 同 沥 青 - 集 料 分 子 间 的 粘 附 力 沥 青 - 沥 青 分 子 间 的 聚 合 力 及 其 不 同 条 件 下 ( 浸 水 冻 融 循 环 等 ) 的 损 失 ; (3) 从 分 子 ( 纳 米 ) 尺 度 评 价 各 沥 青 结 合 料 的 抗 水 损 能 力, 明 确 沥 青 混 合 料 水 损 害 机 理 3. 本 项 目 研 究 解 决 的 主 要 问 题 (1) 明 确 不 同 温 拌 沥 青 结 合 力 与 基 质 沥 青 改 性 沥 青 (SBS) 之 间 的 相 容 性 ; (2) 从 纳 米 尺 度 评 价 各 沥 青 结 合 料 的 抗 水 损 能 力, 揭 示 沥 青 混 合 料 水 损 害 机 理 -3-
国 内 外 研 究 现 状 和 发 展 动 态 1. 国 外 研 究 现 状 及 发 展 动 态 早 在 1915 年 美 国 就 开 始 了 对 沥 青 路 面 再 生 利 用 的 研 究,1973 年 爆 发 石 油 危 机 后, 美 国 才 对 沥 青 路 面 再 生 利 用 技 术 重 新 引 起 重 视, 如 冷 刨 法 热 再 生 法 现 场 热 再 生 法 冷 再 生 法 全 厚 再 生 法, 并 在 美 国 全 国 范 围 内 进 行 广 泛 研 究 如 今, 沥 青 路 面 的 再 生 利 用 技 术 在 美 国 非 常 成 熟, 材 料 的 重 复 利 用 率 高 达 80% 美 国 每 年 再 生 利 用 的 沥 青 混 合 料 约 为 3 亿 吨, 根 据 各 种 考 虑 因 素 计 算 来 看, 可 直 接 节 约 材 料 费 15-20 亿 美 元 日 本 在 1974 年 开 始 对 沥 青 路 面 再 生 技 术 进 行 研 究,1984 年 日 本 道 路 协 会 出 版 了 路 面 再 生 利 用 技 术 指 南 从 1976 年 至 今 废 旧 沥 青 路 面 的 再 生 利 用 率 己 超 过 80%,2000 年 日 本 全 国 再 生 沥 青 混 合 料 生 产 量 超 过 全 部 沥 青 混 合 料 的 30%, 达 到 约 4700 万 吨 西 欧 国 家 也 十 分 重 视 冷 再 生 技 术, 原 联 邦 德 国 是 最 早 将 再 生 料 应 用 与 高 速 公 路 路 面 维 修 的 国 家, 德 国 维 特 根 (Wirtgen) 公 司 生 产 的 冷 热 再 生 机 在 世 界 享 有 声 誉, 该 国 1978 年 就 已 将 全 部 废 弃 沥 青 路 面 材 料 加 以 回 收 利 用, 并 于 1983 年 出 版 了 沥 青 路 面 冷 拌 再 生 技 术 手 册 芬 兰 几 乎 所 有 的 城 镇 都 组 织 旧 路 面 材 料 的 收 集 和 储 存 工 作, 近 几 年, 再 生 材 料 已 开 始 应 用 于 重 交 通 道 路 上 法 国 在 高 速 公 路 和 一 些 重 交 通 道 路 的 路 面 修 复 工 程 中 也 逐 步 推 广 应 用 该 项 技 术 2. 国 内 研 究 现 状 及 发 展 动 态 近 几 年, 我 国 大 量 高 等 级 公 路 进 入 大 修 重 建 阶 段, 废 旧 路 面 材 料 的 再 生 利 用 问 题 开 始 得 到 重 视 和 广 泛 关 注 2004 年 至 2005 年, 江 苏 省 在 沪 宁 高 速 公 路 改 扩 建 工 程 中 采 用 乳 化 沥 青 厂 拌 冷 再 生 技 术 对 旧 沥 青 混 合 料 进 行 了 再 生 处 理, 并 作 为 柔 性 基 层 2006 年 江 西 昌 九 高 速 公 路 维 修 工 程 也 采 用 乳 化 沥 青 厂 拌 冷 再 生 技 术 对 旧 沥 青 路 面 进 行 再 生 处 理, 取 得 了 较 好 的 使 用 效 果 随 着 我 国 城 市 道 路 建 设 的 飞 速 发 展 和 新 型 养 护 机 械 产 品 的 开 发, 以 及 一 些 大 学 和 科 研 机 构 对 再 生 路 面 混 合 料 路 用 性 能 再 生 机 理 再 生 设 计 方 法 再 生 剂 的 开 发 等 诸 方 面 研 究 的 深 入, 我 国 沥 青 路 面 再 生 技 术 在 全 国 范 围 内 的 应 用 有 了 新 发 展 进 入 21 世 纪 以 来, 北 京 天 津 上 海 广 东 山 东 江 苏 河 北 等 省 市 都 相 继 引 进 了 大 型 的 沥 青 路 面 再 生 -4-
设 备 目 前 国 内 外 已 经 开 展 的 沥 青 结 ( 混 ) 合 料 水 损 害 方 面 的 微 观 研 究 主 要 是 针 对 基 质 沥 青 和 SB/SBS 改 性 沥 青, 温 拌 沥 青 的 微 观 ( 尤 其 是 纳 米 尺 度 ) 研 究 鲜 有 报 道 本 项 目 学 生 有 关 的 研 究 积 累 和 已 取 得 的 成 绩 参 与 本 项 目 研 究 的 学 生 学 习 成 绩 优 异, 具 有 较 强 的 学 习 意 识 和 实 践 创 新 能 力 参 与 项 目 的 学 生 在 2015 年 暑 假 和 2016 年 寒 假 期 间 均 参 与 过 指 导 教 师 承 担 的 科 研 课 题 的 试 验 研 究 工 作, 并 协 助 道 路 工 程 专 业 硕 士 研 究 生 李 泉 谢 东 和 唐 成 阳 完 成 沥 青 结 ( 混 ) 合 料 试 验, 目 前 已 基 本 掌 握 了 相 关 仪 器 设 备 的 操 作 和 使 用, 对 温 拌 再 生 沥 青 制 备 的 过 程 与 方 法 也 有 初 步 了 解, 在 已 完 成 的 1 年 半 的 学 习 过 程 中 已 熟 练 掌 握 国 内 外 文 献 资 料 的 查 阅 途 径 和 方 法, 为 本 课 题 的 顺 利 开 展 奠 定 了 良 好 的 理 论 与 实 践 基 础 项 目 的 创 新 点 和 特 色 随 着 我 国 公 路 建 设 与 养 护 的 高 速 发 展, 加 快 推 进 节 能 减 排 低 碳 环 保 的 温 拌 沥 青 结 合 料 与 混 合 料 技 术 意 义 重 大 本 文 针 对 多 种 温 拌 添 加 剂 的 微 观 性 能 开 展 应 用 研 究, 在 探 究 沥 青 结 合 料 实 现 温 拌 过 程 中 温 拌 添 加 剂 所 发 挥 的 作 用 及 其 对 沥 青 性 能 影 响 的 同 时, 对 温 拌 沥 青 结 合 料 的 水 稳 定 性 能 和 微 观 结 构 进 行 初 步 的 分 析 研 究, 其 成 果 对 于 促 进 温 拌 沥 青 结 合 料 研 究 的 深 入 及 应 用 的 推 广, 对 绿 色 低 碳 交 通 具 有 重 要 意 义 本 项 目 的 实 施 在 强 化 学 生 动 手 能 力 的 同 时, 可 将 学 生 的 学 习 以 理 论 学 习 为 主 扩 大 为 应 用 知 识 和 能 力 培 养, 从 常 规 课 程 实 验 上 升 到 独 立 思 考 与 创 新 研 究, 将 学 生 的 创 新 实 践 从 课 内 延 伸 至 课 外 -5-
项 目 的 技 术 路 线 及 预 期 成 果 1. 本 项 目 实 施 的 技 术 路 线 (1) 综 合 不 同 方 法 ( 溶 解 度 参 数 法 微 观 电 镜 法 原 子 力 测 试 法 热 力 学 方 法 和 玻 璃 化 转 化 法 等 ), 判 定 不 同 温 拌 沥 青 添 加 剂 (Sasobit SEAM EC120 Aspha-min) 与 基 质 沥 青 改 性 沥 青 (SBS) 间 的 相 容 性 ; (2) 采 用 原 子 力 显 微 镜 分 析 不 同 沥 青 - 集 料 分 子 间 的 粘 附 力 沥 青 - 沥 青 分 子 间 的 聚 合 力 及 其 不 同 条 件 下 ( 浸 水 冻 融 循 环 等 ) 的 损 失 ; (3) 从 分 子 ( 纳 米 ) 尺 度 评 价 各 沥 青 结 合 料 的 抗 水 损 能 力, 明 确 沥 青 混 合 料 水 损 害 机 理 2. 预 期 成 果 (1) 明 确 不 同 温 拌 沥 青 结 合 力 与 基 质 沥 青 改 性 沥 青 (SBS) 之 间 的 相 容 性 ; (2) 分 析 不 同 沥 青 结 合 料 分 别 在 干 / 湿 原 样 / 老 化 等 状 态 下 沥 青 - 集 料 分 子 间 的 粘 附 力 ; (3) 发 表 高 等 级 学 术 论 文 1~2 篇 ; (4) 提 交 项 目 结 题 报 告 1 份 年 度 目 标 和 工 作 内 容 ( 分 年 度 写 ) 2016.07-2016.12 资 料 搜 集 与 整 理, 采 用 理 论 方 法 计 算 各 温 拌 沥 青 结 合 料 的 溶 解 度 参 数, 制 定 试 验 计 划, 完 成 试 验 设 备 与 材 料 的 调 试 与 准 备 工 作 2017.01-2017.12 完 成 项 目 中 的 室 内 试 验, 包 括 温 拌 沥 青 结 合 料 的 相 容 性 测 试 微 观 结 构 测 试 及 其 与 不 同 矿 料 间 的 粘 附 力 测 试 等 2018.01-2018.03 整 理 与 分 析 试 验 结 果, 撰 写 研 究 报 告 和 科 研 论 文, 完 成 课 题 结 题 指 导 教 师 意 见 参 与 本 研 究 项 目 的 3 名 学 生 学 习 成 绩 优 异, 具 有 主 动 学 习 的 积 极 性 和 创 新 精 神, 原 有 的 参 与 科 研 和 实 验 的 经 历 使 他 们 形 成 了 较 好 的 默 契, 可 以 如 质 如 量 按 期 完 成 本 课 题 的 科 研 任 务 签 字 : 日 期 : -6-