基于可视化文献计量分析的道路除冰雪技术研究进展

国土面积2/3为寒区的中国拥有广泛的路网、机场和城镇等人工地面系统,除冰雪技术研究与发展对道路安全与保障起到重要作用。为全面了解国内道路除冰雪领域研究现状和趋势,通过中外常用数据库核心集获取2010年以来我国学者在道路除冰雪领域的研究文献,借助CiteSpace软件对获取的文献信息中的发文量、文献来源和关键词进行分析。结果显示,我国道路工程领域对除冰雪技术愈发重视,自2010年以来我国在该领域的发文量逐年增加。同时发现,我国道路除冰雪领域学者在中文期刊的发文量占比在近年来则有所降低,更倾向于将研究成果发表于英文期刊。结果表明,长安大学、哈尔滨工业大学等高校是该领域主要的研究机构,且国内科研院所在国际合作方面还有待提升。在研究内容方面,我国道路工程学者对融雪剂的研究在减少,更加关注流体加热路面、电热路面等新型除冰雪技术。通过对2010年以来的高共被引文献分析,电热除冰雪技术、微波加热除冰雪技术、融雪抑冰路面等技术优势突出,更易引起学者关注,但在工程应用方面存在不足。通过文献综述发现,我国道路工程除冰雪领域急需解决上述新型除冰雪技术的能耗、工艺、成本、融雪效果及路用性能平衡等几个关键方面的问题。

低气压养护对水泥砂浆微观孔隙及抗渗性能的影响

利用低气压环境模拟箱对水泥砂浆进行养护,测试分析不同低气压(0.2 P_(0)、0.5 P_(0)、0.8 P_(0)、1.0 P_(0),P_(0)为标准大气压)养护条件下砂浆的力学性能、抗渗性能、气孔结构、微观形貌和水化产物,以探明低气压养护对水泥砂浆微观孔隙与抗渗性能的影响机理.结果表明:低气压养护劣化了硬化水泥砂浆的力学性能和抗渗性能,在(0.5~0.8)P_(0)范围内的力学性能衰减特别明显;低气压养护下水泥砂浆的含气量增大,气孔间距系数增大,大孔所占比例增大,气孔结构显著劣化;硬化水泥砂浆的微观气孔结构对其宏观抗渗性具有显著影响,随着养护气压的降低,硬化水泥砂浆的含气量、气孔间距系数和平均孔径提高,导致其抗渗强度降低,原因包括凝胶结构、水分蒸发、水化产物以及气泡的引入等.

基于半监督学习标签传播-极端随机树算法的光伏阵列故障诊断及定位

对光伏阵列故障进行精确诊断和定位有助于提升光伏发电系统的可靠性。针对现有的诊断方法过度依赖大量有标签样本,难以同时兼顾故障类型诊断、故障定位及低成本等问题,将多传感器法与半监督学习算法相结合,构建了一种融合标签传播算法(label propagation,LP)和极端随机树(extra-trees,ET)的半监督学习算法LP-ET。为克服工程实际故障样本较少且往往缺失故障标签的问题,搭建了光伏阵列故障仿真模型获取样本,引入LP算法,基于少量含故障类型及定位信息的有标签故障样本,实现原始故障样本集全标注;继而引入ET模型,持续构建大量决策树形成极端随机树,采用多数投票机制(Bagging)获得故障类型及定位结果。实验结果表明,所提出的LP-ET模型可以在含有大比例未标注样本数据集情况下实现短路、断路、退化及遮阴故障的较高精度诊断,兼顾单组件及多组件故障,有效解决光伏阵列故障诊断及定位问题。

融雪抑冰材料疏水性能影响因素研究

通过电导率测试,研究了疏水剂、偶联剂及融雪抑冰材料球磨时间对融雪抑冰材料疏水性能和沥青混合料盐分溶析的影响;采用扫描电镜观察了融雪抑冰材料的微观形貌;比较了融雪抑冰材料添加前后沥青混合料的路用性能.结果表明:疏水剂掺量(质量分数)增大,融雪抑冰材料疏水性能增强,沥青混合料盐分溶析速率减慢;偶联剂对融雪抑冰材料疏水性能影响较小,但对沥青混合料盐分溶析有一定程度的影响;融雪抑冰材料球磨时间越长,融雪抑冰材料粉体颗粒越细;融雪抑冰材料球磨时间的变化会影响到融雪抑冰材料的疏水性能和沥青混合料的盐分溶析;融雪抑冰材料粉体颗粒形状不规则,疏水剂覆盖在盐分表面上;与未掺融雪抑冰材料沥青混合料相比,掺融雪抑冰材料沥青混合料水稳定性稍高,高温稳定性和低温抗裂性略低;在降雪天气下,掺融雪抑冰材料沥青混合料具有明显的融雪抑冰效果.

高粘沥青胶浆低温性能评价与分析

针对不同沥青与矿粉组成的三种高粘沥青胶浆低温性能进行研究,分析材料组成、粉胶比等对胶浆低温弯曲性能与拉伸变形性能的影响.结果表明,沥青和矿粉类型对胶浆低温性能均有很大影响,沥青粘度高,矿粉比表面积大,则形成的高粘沥青胶浆弯曲劲度模量小,破坏断裂能大,低温性能优越.-10℃低温弯曲试验结果表明不同胶浆对应低温性能最优时最佳粉胶比不同,大约在1.2～1.4之间;低温拉伸性能试验结果表明要保证胶浆的低温性能,粉胶比不宜超过1.4.

TPS高粘改性沥青胶浆高温流变特性研究

采用动态剪切流变仪和布氏旋转粘度计，对不同粉胶比下的TPS高粘改性沥青胶浆流变特性进行研究，分析了粉胶比和试验温度对相位角、复数剪切模量、车辙因子、疲劳因子以及布氏粘度的影响．试验结果表明：在各粉胶比下沥青胶浆的复数剪切模量、车辙因子和疲劳因子都随温度的升高而减小；温度一定时，随粉胶比的增大，车辙因子显著增大，疲劳因子逐渐减小，当粉胶比大于1．4时，车辙因子的增长幅度明显减小；当粉胶比小于1．2时，粘度随温度的增长速率较小，粉胶比大于1．2时粘度随温度升高急剧增大，沥青胶浆的感温性随温度升高而增大．综合各指标来看，粉胶比在1．2-1．4之间时，TPS高粘改性沥青胶浆流变性能优越．

表面涂层对混凝土抗氯离子侵蚀的试验研究

氯离子侵蚀是引发钢筋锈蚀的首要因素,进而影响混凝土结构的耐久性。采用直流电量法通过室内试验研究了表面涂层的种类、涂层的厚度与电量的变化关系,表面涂层与粉煤灰共同作用对混凝土抗氯离子侵蚀的影响。结果表明:混凝土表面涂层能够提高混凝土抗氯离子侵蚀的能力。四种不同的表面涂层相比较,涂刷S涂层的混凝土抗氯离子侵蚀的能力最强,其电通量可以忽略。F涂层、B涂层次之,R涂层最差。随着涂层厚度的增加,混凝土抗氯离子侵蚀的能力增强,因而电量也会变小。表面涂层与粉煤灰共同作用,混凝土抗氯离子侵蚀的效果更加显著。

用电阻率法研究氯氧镁水泥早期水化行为

本文采用无电极电阻率测量仪系统研究了氯氧镁水泥早期水化行为,测定了不同原料以及掺合料氯氧镁水泥水化电阻率-时间曲线,测试了1d抗弯拉与抗压强度.试验结果表明:电阻率曲线发展特性能够表征氯氧镁水泥早期水化行为;根据电阻率曲线规律及其微分曲线特征点,氯氧镁水泥早期水化过程分为四个阶段:溶解期,诱导期,加速期,减速期;采用轻烧白云石粉作为氯氧镁水泥主要原料会大幅度降低氯氧镁水泥水化速度和早期强度;粉煤灰掺入延缓了氯氧镁水泥水化各阶段的反应速率,延长了氯氧镁水泥的诱导期和加速期,降低了氯氧镁水泥早期强度.

基于环境与荷载因素的水泥混凝土硫酸盐侵蚀研究进展

硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性研究的热点之一。结构混凝土在实际服役过程中,常常遭受多变的环境与荷载因素的影响,使得结构混凝土硫酸盐侵蚀机理更加复杂。总结了考虑环境因素的硫酸盐侵蚀、荷载因素的硫酸盐侵蚀以及环境与荷载因素耦合作用下硫酸盐侵蚀的研究成果,指出了其研究中存在的不足。考虑实际结构混凝土服役的情况,为今后的研究提出了一些建议。

青藏地区路用遮热涂层的制备及性能

为了缓解青藏地区下伏冻土由沥青路面引起的热稳定性破坏,首次提出了适用于青藏地区沥青路面的遮热涂层,通过自主设计的涂层降温性能测试装置优选了涂层的结构形式并确定了功能型材料的最佳掺量,并进一步研究了涂层的降温性能随深度的变化规律,通过摆式摩擦仪以及加速加载设备MMLS3评价了涂层的路用性能。结果表明:新型遮热涂层的优选结构形式是上层反射与下层隔热相结合的复合式遮热涂层(CHSC),降温效果能够达到12.75℃;CHSC涂层中反射功能型材料的最佳掺量为15%(体积浓度),隔热功能型材料的最佳掺量为10%(体积浓度);CHSC涂层可以使道路内部深度5cm处降温9.6℃,使内部深度10cm处降温6.7℃;当陶瓷颗粒撒布量为0.8kg/m^2时,所得涂层的抗滑系数最佳且其耐磨性能同时满足《沥青路面设计规范》的要求。因此,该研究为缓解我国青藏地区下伏冻土融化问题提供了参考。

水化硅酸镁(M-S-H)凝胶的制备与影响因素研究

为深入了解水化硅酸镁凝胶(M-S-H)的性质,本研究以MgO、H2_O,硅灰和稻壳灰为原材料,制备MgO-SF、MgO-RHA浆体,在室内合成M-S-H凝胶产物。通过X射线衍射(XRD),热重(TG)分析,差示扫描量热(DSC)等方法,研究了MgO-SF、MgO-RHA浆体在不同的养护温度、养护周期和SiO_2掺量情况下,对水化生成M-S-H凝胶的影响。研究表明:随着养护温度和养护周期的增长,M-S-H凝胶的生成量逐渐增多。试验表明,养护温度为40℃,养护周期为28 d时,生成的M-S-H凝胶最多。硅灰和稻壳灰均可作为水泥基原材料制备M-S-H凝胶。当MgO与SiO_2掺量的摩尔比为1∶1.5时,两者可以完全反应,比两者摩尔比为1∶1时生成的M-S-H凝胶多。相同条件下,MgO-RHA浆体中的M-S-H凝胶含量比MgO-SF浆体中略少。

动态循环加载下花岗岩孔渗参数演化规律

动态扰动促进地下岩体的内部裂纹发育,改变岩体的有效应力、渗透率及孔隙率。为此,开展了动态循环加载下致密花岗岩孔隙率、渗透率及有效应力系数(Biot’s系数)演化规律及影响机理研究。首先,针对致密花岗岩开展了考虑不同扰动因素(轴向静压、力振幅、频率及循环次数)的动态循环加载试验;之后,测试了不同扰动因素动态加载后的花岗岩孔隙率和渗透率,利用Cross-plotting法分析了不同动态扰动因素对花岗岩Biot’s系数的影响。结果表明:1)动态循环加载促进了花岗岩内部裂纹扩展,增加了孔隙占比及渗流通道,弱化了作用于花岗岩骨架颗粒上的有效应力,导致花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率增加。2)随着应力水平(轴向静压和力振幅之和)的增加,花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率的变化存在明显的应力门槛值,即65%UCS~70%UCS(UCS表示单轴抗压强度),超过门槛值后三者的增加速度迅速增加;随频率的增加,由于蠕变累积损伤逐渐减小,花岗岩Biot’s系数、渗透率和孔隙率逐渐减小;随循环次数的增加,三者呈现线性增加的趋势。3)基于相关性分析和理论推导分别建立了动态循环加载后花岗岩Biot’s系数和渗透率的经验预测模型,且模型的预测结果与试验结果具有较好的一致性。研究结果有助于理解动态扰动对岩体孔隙率、渗透率及Biot’s系数等参数的影响,为确定动态扰动后花岗岩地层有效应力系数和渗透率提供一个参考。

用于短期电力负荷预测的日负荷特性分类及特征集重构策略

准确的负荷预测是电力系统安全稳定运行的重要保障。当充分考虑多因素影响,海量输入数据的前端预处理与变量遴选对提高负荷预测精度至关重要。针对传统时间变量信息模糊、维数冗余问题,引入基于余弦相似度的k-means聚类分析技术实现日负荷特性分类,并通过分类标签替代传统时间变量;考虑到负荷与多因素在小时粒度下的耦合关系,提出了基于特征集重构和最大信息系数的特征筛选策略,实现小时粒度的精细化特征筛选;最后引入了具备强大信息挖掘能力的时间卷积网络,实现高精度短期电力负荷预测。实验结果表明,应用提出的上述2个改进策略后,替换低效时间变量和小时粒度的最优特征集使输入数据质量进一步优化,显著提升了多个经典模型的预测性能,而结合改进策略的时间卷积网络模型具有更高的预测精度;且文章方法适用于全年各时段的预测,具备良好的可移植性和鲁棒性。

中国路面工程学术研究综述·2024

近年来,中国公路建设成果斐然,路网规模快速增长、关键技术不断突破。为进一步提升中国路面工程学科水平及国际影响力,推动路面工程可持续、高质量发展,从公路韧性评估与恢复、长寿命路面结构与材料、公路交通能源自洽、低环境影响公路技术、路面材料基因与高通量、公路数字化及智能化、公路智能检测与高性能养护等七大研究方向,系统梳理了近年来国内外路面工程的发展现状、前沿热点问题与未来发展趋势。具体围绕公路绿色化、韧性化、智能化、长寿命与交能结合等领域,遴选了20个热点研究方向,涵盖公路致灾因素及失效机理、公路韧性评估与恢复、公路韧性提升关键技术、公路长寿命路面结构足尺试验、公路结构与功能寿命增强技术、公路清洁能源采集技术、公路能源自洽设计、公路路域环境影响测试与评估方法、低环境影响路面新材料、沥青路面温拌再生技术、路面材料基因研究、路面材料跨尺度计算、路面材料基因与高通量研究、公路数字化建模技术、公路数字孪生仿真技术、公路运维数据驱动技术、公路探地雷达检测技术、路面性能轻量化检测、公路沥青路面抗滑性能检测及恢复技术、公路高性能预防养护技术等主要内容。该综述可为中国路面工程学科发展提供指引和参考,为路面工程领域研究人员与技术人员提供参考和借鉴。

电热型融雪沥青路面传热特性研究

为研究电热型融雪沥青路面传热特性及其影响规律,采用有限元方法建立了二维传热模型,分析了发热系统设计参数(布设间距、埋设深度、输入功率)以及环境因素(风速、环境温度)对路表温度分布和升温速率的影响,并通过试验段实测数据验证模型的准确性和有效性。结果表明:二维传热模型可以很好地预测电热型融雪沥青路面路表温度值,平均最大绝对误差为1.1℃,平均精度为88.1%,最大精度为96.6%;在发热系统设计参数及外界环境等影响因素中,布设间距是影响路表温度均匀性的主要因素,其次是埋设深度;输入功率和环境因素主要影响电热型融雪沥青路面温度升温速率和最大温度值。

基于网格化的路表温度感知技术

为实现路表温度的高精度预测,考虑路域环境的周期性和道路结构在纵向空间上的确定性特征,提出了包含天气模式的路表温度网格化感知方法,并基于试验路段的大量实测数据进行数据挖掘和分析。依据层次聚类算法的两种不同距离函数建立了两种感知网络模型(欧氏距离模型和相关距离模型)。利用平均绝对误差、均方根误差和平均相对误差对模型的预测效果进行评价。通过对3类天气模式下模型的预测误差水平进行分析,对预测值与实测值进行对比。结果显示:本文提出的网格化感知方法对天气模式较为敏感,两种模型均在抑制天气下的预测效果最好,抑制和中性天气下平均相对误差小于5%,极端天气下最大平均相对误差为5.43%。模型均方根误差在极端天气下最大为1.2℃,其他天气模式下均小于1℃。

基于两级筛选机制及深度学习组合模型实现短时交通流预测

准确实时的短时交通流预测对现代交通管理服务体系的构建至关重要.为了充分挖掘并利用不同路段短时交通流交互作用而表现出的时空特性,构建由自相关函数、互相关函数和KNN算法组成的两级筛选机制评估与目标路段的相关性优化路段组合,实现空间信息深度挖掘;提出一种GCN-GRU组合预测模型,利用图卷积网络(GCN)全局处理路段拓扑信息的优势进一步捕捉短时交通流的空间特性,并借助门控循环单元(GRU)对时间信息的长时记忆能力提取其时间特性.利用实测高速公路短时交通流数据进行验证,仿真结果表明,采用两级筛选机制对路段进行有效筛选并引入深度学习组合模型,预测性能明显改善,优于堆栈式自编码网络(SAEs)和GRU等经典模型.

后生产阶段时-温耦合作用对RHAM水稳定性的影响

为揭示热再生沥青混合料(RHAM)在后生产阶段新旧沥青混融程度演变及其对RHAM水稳定性的作用,在调研后生产阶段中RHAM的温度耗散规律与耗时的基础上,以时-温当量为指标构建了4种典型后生产阶段工况,采用Pb标记新加沥青,借助能谱仪分析了时-温当量对新旧沥青融合的促进作用;通过沥青混合料水敏感性试验模拟了轮胎运行作用下雨水对再生沥青路面的冲刷效应,解析了时-温当量与RHAM在动水冲刷条件下水稳定性的定量关系;对比了5个厂拌热再生沥青路面工程中7种RHAM在后生产阶段前后的强度差异,并论证了时-温当量对再生沥青路面压实度的影响。研究结果表明:后生产阶段中新旧沥青的融合程度与时-温当量呈正比关系;提高时-温当量可抑制动水冲刷下RHAM的空隙发育,从而改善其水稳定性;时-温当量每提高10%,RHAM在未冲刷和弱、中、强冲刷下的马歇尔稳定度分别增大了0.86%、2.94%、2.13%和3.34%,冻融前后的劈裂强度分别提高了1.24%和0.21%;RHAM经历后生产阶段后的稳定度均较之前有显著提高,增幅介于9.0%~32.4%;在保证压实温度和规范施工的前提下,时-温当量与压实质量之间没有必然联系,考虑到时-温当量对RHAM的性能改善作用,建议在保证压实温度的前提下设法延长后生产阶段。

蓄盐沥青路面研究进展:盐化物材料、混合料及其性能与评价

寒冷环境下,路表积雪、结冰容易导致严重的交通事故并带来巨大的经济损失。蓄盐沥青路面是一种具有融雪抑冰能力的功能性路面,能够在寒冷环境下保障路表抗滑和道路通行能力。作者系统综述了蓄盐沥青路面的工作机理、盐化物材料、沥青混合料及其性能与评价方法研究进展。首先按照材料形态和盐分包裹材料,对盐化物材料进行分类,对比了几种常用的融雪抑冰沥青混合料设计方法,从填料特性与级配干扰的角度分析了盐化物材料掺入后沥青混合料级配参数的变化规律。在综述蓄盐后沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性、耐久性以及吸湿性和抗滑性等研究结论的基础上,分析了盐化物导致沥青混合料路用性能劣化的作用机制。最后介绍了常见的融雪抑冰性能评价与测试方法。在对现状综述的基础上,针对盐化物材料设计、沥青混合料改进、路用性能劣化机理以及融雪抑冰性能评价等关键内容,展望了蓄盐沥青路面技术的未来发展方向。

融雪抑冰沥青混合料路用性能及盐分溶析特性

为探究沥青混合料中盐化物的溶析特性及对集料剥落性能的影响机理,采用等体积置换法分别研究了AC-13和SMA-13沥青混合料掺入盐化物后路用性能。研究结果表明:盐化物的掺入会造成原有沥青混合料中自由沥青增多,导致混合料空隙率下降、马歇尔稳定度减小、流值增大及抗车辙能力变弱等;在等容积的盐化物掺量条件下,盐化物改变了混合料的沥青膜抗剥落能力;AFAC的盐分析出不光与混合料的空隙率有关,还受空隙率内部结构影响。相同沥青混合料级配类型条件下,空隙率越大,盐分析出能力越强。内部空隙连通的沥青混合料盐分析出能力优于内部封闭的混合料。