《交通运输科学技术新成果推广目录》(2021)第三部分 基础设施篇《功能梯度水泥混凝土铺面结构设计理论与建造技术研究》

发布时间:2023-02-10 来源:国铁路网 浏览量:8373 发布者:

获奖项目名称:功能梯度水泥混凝土铺面结构设计理论与建造技术研究

完成单位:交通运输部公路科学研究所、广西交通投资集团有限公司、山西路桥建设集团有限公司、山西交通物流集团有限公司、吉黑高速山河(吉黑省界)至哈尔滨(永源镇)段工程建设项目办、中路高科(北京)公路技术有限公司,北京建筑大学,中咨数据有限公司。

主要完成人:田波、李立辉、权磊、苏爱斌、付孝康、张艳聪、荆冰寅、张亮、张盼盼、李思李、刘媛媛、袁祖光、王佳妮、李海、张平

 

项目简介

  我国水泥产量居世界首位,优质沥青主要依赖进口,水泥路面设计寿命是沥青路面的2倍,成本是沥青路面的2/3,欧美等国高等级公路中水泥路面占比达30%以上。新形势下,水泥路面能够满足技术材料全流程自主可控、低碳耐久、长寿命的新发展理念。在此背景下,为了攻克传统水泥混凝土铺面抗滑衰减快、噪音大、断板养护困难等瓶颈问题,发挥其承载力高、耐候性强、经济耐久等传统优势,实现水泥混凝土铺面在高等级公路中的复兴,针对我国特殊的轴载作用特征和半刚性基层结构,从结构设计方法、材料制备、施工装备与工艺、功能保持等方面开展技术攻关,形成新一代水泥混凝土铺面结构设计方法和建造技术,实现铺面结构与功能的协同长寿命。

  本项目解决了水泥混凝土铺面的断板、磨光、噪音难题,实现了结构承载与表面功能匹配协同,能够支撑重载交通、低碳减排、安全服役等“交通强国”战略目标的实现,为水泥混凝土铺面的二次复兴奠定了基础。项目研究成果适用于道路工程水泥混凝土铺面结构设计与建造技术领域,且已在广西、山西、广东等省区多个公路工程项目中得到成功应用,取得了显著的经济社会效益。项目成果已获得2021年度中国交通运输协会科学技术奖一等奖。

 

项目创新点

  (1)揭示了重载下混凝土铺面结构的多板协同承载和传荷规律,提出了具有耐动水冲刷、吸收冲击荷载、降低温度翘曲变形以及不均匀沉陷自我补偿的功能梯度结构,构建了水泥混凝土铺面结构的功能梯度设计理论。

  (2)建立了面层混凝土板结构性能与表面功能统一设计、面层板与半刚性基层柔性连接构造设计、路基顶面缓冲差异变形级配碎石功能层设计方法,提出了双参数地基上的复合板荷载应力计算模型和参数取值,提出了复合板温度应力和翘曲变形的计算方法,形成了功能/结构一体化的设计体系。

  (3)提出了功能梯度水泥混凝土面层板多层材料体系配合比设计、工作性评价和施工性能控制方法,针对不同场景研发了“露石混凝土构造”“高磨光值机制砂混凝土”“金刚砂抗滑表层”等表面抗滑构造雕琢技术,显著提升了路面抗滑能力和抗衰减能力。

  (4)研发了液化剂、引气剂等系列助剂,突破了干硬性混凝土20s内快速液化的难题,实现了材料收缩可控、均匀密实。开发了耐高温超长缓凝露石剂,实现了缓凝时间、渗透深度及流动黏度可控可调。研发了重油清洗剂,实现了宽幅快速、高效低损的混凝土路面功能定制恢复再造。

  (5)研发了我国首台大厚度混凝土路面双层滑模摊铺及表面纹理定向整形成套装备,实现了“下层结构承载、上层耐磨抗滑”的梯度功能混凝土路面的一体化高效湿接摊铺,大幅提高了施工效率和质量。

 

应用案例

  (1)结构性能与表面功能寿命协同的水泥混凝土铺面功能梯度结构设计方法可提高耐冲刷能力近10倍,降低翘曲应力28%,降低土基2/3的不均匀沉陷,已应用于广西隆百和三柳高速,有效延长了路面使用寿命。

  (2)项目成果已直接应用于内蒙古准兴(准格尔旗至兴和县)高速公路167km水泥混凝土路面工程设计中。该路段运营以来,有效降低了路基冻胀融沉引起的不均匀变形对刚性混凝土板的附加应力,大大提高了重冻区水泥混凝土路面结构使用性能,延长了路面的使用寿命,有效降低了路面养护维修工程量。

  (3)项目成果已直接应用于全长100.114公里的白霍(白音华至霍林郭勒)公路新建工程中,起到缓冲路基冻融诱发的不均匀变形、防止雨水下渗、减少基层冲刷和板底脱空等作用,总体上降低了运营期养护和维修费用50%左右。

  此外,项目相关成果还应用于广西巴平高速、岑水高速、隆百高速,山西长临高速黄花岭隧道、盘秀山隧道,山西靜兴高速大万山隧道,广东潮惠高速莲花山隧道等重载交通水泥混凝土路面建设过程中,取得了良好的经济和社会效益。

 

社会效益与经济效益

  项目研究提出了采用上层抗滑、下层承载、双层湿接的复合水泥混凝土面层解决铺面抗滑安全弊病的技术思路,并形成了一整套系统、实用的水泥混凝土铺面抗滑安全性能提升技术,全面解决了复合面层形变协同、材料属性差异控制和抗滑构造精准施作等技术难题,适用范围更广,技术优势明显,性价比突出,因此具有良好的应用前景。此外,项目成果具有重要的实用价值,且已在国内多条高速、隧道的重载交通水泥混凝土路面中应用,并取得了良好的经济效益。

 

注:相关内容摘录自中国交通运输协会编写、中国市场出版社出版的《交通运输科学技术新成果推广目录(2021)》,图片由项目完成单位提供,版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。