科技成果

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成果名称: 路面合理改性与提高整体寿命技术研究

成果登记号: 9612015Y0329

第一完成单位: 长安大学

联 系 人: 王选仓

成果类型: 应用技术

技术领域: 现代交通

应用行业: 交通运输、仓储和邮政业

成果简介:

   (1)任务来源   该项目由长安大学承担,河北省石家庄市第六市政建设有限公司与西安市公路工程管理处联合攻关。   (2)应用领域和技术原理   该项目研究成果主要应用于公路交通行业,其技术原理为交通行业相关的标准与规范。   (3)性能指标   该课题组从沥青路面面层合理改性标准、改性材料性能优化等方面入手,对现有沥青路面面层改性状况、改性沥青技术指标及改性沥青混合料性能进行全面调查,提出改性沥青混合料性能分级标准。同时,对典型沥青路面结构进行力学响应分析,提出了基于荷载、温度、纵坡等多因素作用下的路面工作状况分级,并建立了工况分级与改性标准之间的匹配关系,提出了各工况下的沥青路面推荐材料。系统分析了现行车辙试验方法存在的问题,提出改进的组合结构车辙试验,通过调查分析国内外路面车辙预估方法,建立了基于层位温度的改性沥青路面车辙预估模型。本项目完成了以下主要研究成果:   1.全面调查了全国200多条暨陕西省36条公路改性沥青使用状况及其主要技术指标,得出了不同改性沥青单项指标及综合指标排序。   2.全面调查了SBS、橡胶粉、TLA和BMA四种常用改性沥青混合料的改性效果及路用性能,得出相应的高温稳定性、低温抗裂性和水稳性能指标的区间值,依据聚类分析方法,提出了改性沥青混合料改性效果分级标准。   3.系统进行了Thiopave、TPS高黏沥青、SBS、硅藻土改性沥青混合料路用性能试验,深入研究了各种沥青混合料高温、低温、水稳性能,得出了不同改性剂的最佳掺量及其混合料的性能区间,为路面改性材料性能分级及工程应用选择提供了科学依据。   4.深入计算分析了道路荷载及道路纵坡度、平曲线半径、超载和温度等因素对沥青路面面层结构受力的影响,提出了基于实际受力的沥青路面工作状态分级方法与标准。   5.分析了陕西、河北极端最高气温、极端最低气温和降雨量等环境因素,提出了适应于陕西、河北沥青混合料性能要求的气候分区;结合沥青路面力学状态分级,提出了路面合理改性综合分级方法与标准。   6.针对目前国内外车辙计算方法基于单层车辙试验对层间结合影响考虑的不足,进行了沥青路面组合结构车辙试验,提出了基于层位温度及路面层间结合条件的车辙预估方法,提高了路面车辙预估的准确性。   7.系统进行了改性沥青路面使用寿命研究,结合陕西、河北改性沥青路面使用状况及寿命调查、室内试验,得到了路面合理改性与寿命的关系。   8.系统进行了改性沥青路面技术经济性分析,建立了面层合理改性效果评价指标体系,采用区间海明距离决策方法对面层合理改性进行了评价,通过灰色区间关联决策方法对不同层次改性效果进行了优劣排序。   9.建立了沥青路面合理改性全寿命周期成本模型,对推荐的沥青路面结构组合进行了成本年值分析。   (4)与国内外同类技术比较   该项目在路面合理改性标准方面研究在国内尚属首例,其研究补充了国内在基于工况的路面合理改性标准方面的空缺。该研究成果注重指标标准的建立,其内容成熟、系统,对工程实际指导意义很大。   (5)成果的创造性、先进性   1.系统研究了路面厚度、路面温度、荷载、纵坡、平曲线等不同因素对路面受力的影响,分析了多因素组合作用下影响敏感性,提出了基于路面实际受力状况与环境影响的工作状态分级方法与标准。   2.采用K-均值聚类分析的方法,对改性沥青混合料的性能进行分级,并建立其与工况分级的匹配关系,提出了对不同工况改性沥青路面寿命均衡的设计方法。   3.进行了组合车辙试验,提出了基于层位温度与层间结合状态的车辙计算方法,提高了车辙预估精度。   4.建立了区间海明距离决策模型,对沥青面层改性效果进行分析评价,建立了灰色区间关联决策模型对不同层位改性效果进行优劣排序。   5.建立了改性沥青路面全寿命周期费用模型,提出了不同等级路面结构合理改性组合方案,为实体工程选择应用提供了科学依据。   (6)作用意义   通过效益分析可知,若按照改性标准进行改性,108国道采用课题组提出的方案,根据实际道路状况,将全线划分为不同路段,大纵坡、小半径等特殊路段与一般路段采取不同的改性措施,将有效防止特殊路段过早出现病害,从而与一般路段寿命一致,达到全线寿命均衡。   另外,研究成果的应用将延长路面大中修周期,经济而有效地改善当地的交通状况和公路使用质量;改善了特殊路段的受力情况,可有效延长路面使用寿命。该课题尤其解决了沥青路面面层改性无章可循的问题;补充了我国公路相关标准在基于工况的路面合理改性标准的空缺;大大节约了国家、地方政府对公路建设工程的投资,为国家、地区带来了显著的经济效益和社会效益。