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技术分享丨“韧基优面”低碳长寿命路面——经济、绿色,助力“双碳”目标实现

日期:2022-12-07 来源:道路之家



“韧基优面”低碳长寿命路面为基于两类新材料(替代硅酸盐水泥的矿渣胶凝料材料+基于部科技成果的系列多功能沥青面层材料)的结构优化,在不增加造价(降低造价)的基础上,延长道路结构设计寿命,减少道路病害,降低碳排放,实现工业、建筑和道路等多源固废利用。在“碳达峰碳中和”大背景下,可广泛应用于机场、公路、市政道路和港口等新建、养护和改扩建工程。

背景介绍
(一)碳达峰碳中和目标
我国自2020年9月明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”“双碳”目标以来,不断出台相关政策,致力于为实现“双碳”目标提供基础保障条件,比如逐步统一标准和放开市场。

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《中共中央 国务院关于加快建设全国统一大市场的意见》明确,培育发展全国统一的生态环境市场,建设全国统一的碳排放权交易市场!

(二)交通行业实现“双碳”目标途径

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交通行业可以通过以下途径来实现双碳目标:
从碳减排入手,降低隐含碳-也就是建设期碳。
通过使用新型低碳材料,优化结构,延长寿命全寿命周期减碳。通过运用绿色能源,智能化物流交通,节约能源,使用新能源交通工具等减少运营碳。
优化管理保障措施,运用低碳设计,加强材料回收利用,对建筑固废、工业固废、道路固废可综合利用。
从碳中和的角度着力,从林业固碳、产业固碳和碳汇的角度,依据碳汇计算标准平台和认证机构。
能源智慧管理,利用泛在电力物联网等新基建技术赋能,实现服务区和隧道的减碳。 

“韧基优面”低碳长寿命路面技术介绍
“韧基优面”低碳长寿命路面,以力学演绎法进行结构设计寿命的推演,以归纳法进行性能验证。利用“半刚性沥青路面设计寿命随半刚性基层的弯拉强度提升成指数增长”这一原理,通过两类新材料的结构优化,达到造价降低或至少不增加、碳减排每平米相当于一颗树、设计寿命延长。

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第一类材料为无机矿渣胶凝料,用来代替水泥。胶凝料主要材料由工业固废矿渣和激发剂组成,矿渣含量超过70%,特点是抗折强度高,绝大部分材料不用烧制,消耗能源少,碳排放仅为普通水泥的10%,水化热低,收缩小。
第二类先采用了主要由新型沥青等材料组成的多功能面层。以交通运输部成果为基础,采用开断级配、复配改性,同步摊铺,高强防水粘结层四种手段,实现抗滑、降噪、防水雾、耐候性好等多种功能。
通过采用两类新材料,同时优化结构,提高基层抗弯拉强度提高设计寿命,改善表面层功能提升路用性能。通过采用低碳材料达成“替换减碳”,通过结构优化减少材料用量达成“减量减碳”并降低造价。
应用场景:
在桥隧铺装中,直接铺筑多功能面层,解决规范中说的桥面铺装病害更多的问题。宁波中兴特大型钢桥即采用了此方案,工程完工后,已连续八年无维修且技术状况评定为“优”。天津北港路南延工程、国道G339项目等也将采用此方案。
低碳长寿命路面每公里碳减排可达上千吨,设计寿命显著提高,经济效益好,干缩开裂少。明村至董家口高速公路(山东高速集团),北京-秦皇岛高速公路遵化至秦皇岛段工程(交通运输部平安百年工程)等项目将采用此方案。

本体系应用了矿渣等工业固废,还可以使用粉煤灰、磷石膏等工业固废,建筑垃圾等建筑固废,应用于沥青冷再生、水稳再生等,减碳的同时,还能提升材料的力学性能。

经济、绿色,助力“双碳”目标

低碳长寿命路面体系主要从材料结构方面进行碳减排:

新型水稳(高抗折低裂)+多功能面层(性能优异)=韧基优面

半刚性基层沥青路面的设计指标为基层层底拉应力和沥青层永久变形。提升设计指标双管齐下:

应用新型水稳材料提高弯拉强度,兼具收缩小,耐久性能好的特点,从而寿命提高;

基于基层“变强”,面层可以优化减薄,同时沥青层变形变小,再加上应用多功能面层作为表面层,组成优面,寿命和性能整体提升。

最为关键的是整体造价低,经济效益高

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(一)在材料方面碳减排分为四个层面
 材料替换:基层水泥采用工业固废研发的极低碳高性能胶凝料(可利用矿渣和磷石膏等固废为主要原材料,同时解决大宗工业固废问题);
● 材料减量:以“韧基”作保障,提升路面设计寿命指标的同时减薄厚度,从而节约材料,降低造价;
● 材料增效:材料高抗弯拉强度显著提高设计寿命,延长服役时间,增加全寿命周期效能,降低碳排放;
● 材料再生:可使用固废组成再生系列结构,包括建筑固废,道路固废,工业矿渣、磷石膏、粉煤灰等工业固废,进一步降低路面碳排放,形成了一系列的技术方案。
(二)在结构方面碳减排有多种形式
● 多源固废半刚性基层技术(材料替代+材料再生+材料增效)
以工业固废为主要原材料形成胶凝料,骨料可以采用道路固废或建筑固废,应用粉煤灰等工业固废构成多源固废半刚性基层,可以增加材料循环利用率。还可以组合成全固废基层。
● 极低碳沥青冷再生技术(材料替代+材料再生+材料增效)
进一步深化拓展沥青冷再生(泡沫再生和乳化再生)技术,使其低碳胶凝料更加低碳化,施工工艺可选择厂拌或者就地冷再生。形成极低碳再生技术。
● 多功能面层技术(材料增效+材料减量)
尤其适用于桥隧铺装和白加黑复合薄层,大大减少了材料的使用量,提升磨耗层性能,延长使用寿命和效果,降低建设期造价和全寿命周期成本和碳排放。
● 低碳水泥混凝土路面(材料替代+材料增效)
低碳水稳基层(材料替代+材料减量)
除以上材料与结构外,系列新材料可以进一步拓展应用:沥青路面表面层高强冷再生(有机胶凝料),超高性能混凝土,高性能混凝土,延性混凝土,低碳防水混凝土,低碳半柔性路面,低碳功能性桥隧铺装,零碳服务区,水泥混凝土结构表面强化与快速修复等。