基于粒子群优化-熵权无偏灰色马尔可夫模型的沥青道面性能预测

为提高沥青道面使用性能的预测精度,针对道面性能数据累积年限少、波动大的特点,采用熵值法对多个道面单元进行赋权,并利用粒子群算法(PSO)和马尔可夫模型对传统无偏灰色模型残差序列的状态区间和白化系数进行优化,构建可准确预测沥青道面性能的PSO-熵权无偏灰色马尔可夫模型.结合西北某机场沥青道面6个检测单元前7年的道面状况指数进行模型精度检验,结果表明:与传统无偏灰色模型相比,经马尔可夫模型划分残差序列空间并使用PSO算法寻找最佳白化函数后,优化模型第1年~第5年各单元残差和相对误差均减小,且整体预测精度分别提高0.05%、0.28%、0.05%、0.03%和0.14%,第6、7年的整体预测精度分别提高12.9%和19.2%,说明优化后的模型对实际沥青道面的预测结果更具有效性和针对性.

导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合研究

针对沥青路面因车辆荷载、温度荷载等带来的裂缝扩展问题,采用碳纳米管-碳纤维制备导电沥青混合料,进行电-热愈合试验,分析沥青混合料裂缝愈合前后的电阻率值、断裂能、极限承载力和微观结构,研究导电作用下碳纳米管-碳纤维沥青混合料的自愈合水平。结果表明,碳纳米管掺量在0.5%,1.0%时可以显著提高沥青混合料的自愈合能力;导电沥青混合料的自愈合水平与愈合前、后电阻率比值存在Sine函数关系;在50℃、20 min环境下小梁试件的极限承载力和断裂应变能得到最大限度的恢复。

基于融雪效果的导电沥青路面电极优化设计

导电沥青混凝土结构设计过程中,电极的设计与优化是关键工作,决定着导电沥青路面的导电效率,影响路面融冰雪的效果。在前期试验研究的基础上,选择两种最具代表性的电极形式进行影响因素分析及优化方案设计,分别改变电极的间距、长度、材质进行实验,对比导电沥青试件的融雪效果。优化结果显示,选择铜作为电极材料,并综合考虑成本及后期对路面使用性能的影响,推荐最佳电极形式为单束铜电极,且间距为4 cm时沥青路面性价比及升温效果最佳。

公路沥青路面水损坏分析与处治研究

水损坏是我国高速公路沥青路面损坏的主要原因之一,但在实际工程中,对于水损坏原因的判断并没有成熟的方法,相应病害的治理措施也没有针对性的方法和流程。因此,以某高速公路北京段病害处理专项工程为实例,探讨了水损坏原因的判断方法以及处治措施,提出了应通过病害破损调查,同时结合钻芯取样与室内试验等方法,对病害原因进行分析;明确了滞水的位置与状态,并采用开挖盲沟加排水管排除沥青路面结构层间滞水的方法,对水损坏进行了处治。研究结果表明,该方法可以有效汇集并排除沥青路面层间滞水,彻底解决路面水损坏问题,可为沥青路面水损坏维修设计提供一定的参考。

吸波沥青混合料的制备及微波自愈合特性

吸波材料具有良好的微波传热能力,可用于沥青路面微裂缝自修复。本研究选取了炭黑粉、羰基铁粉和镍锌铁氧体粉3种吸波材料替换部分矿粉制备了SMA-13吸波沥青混合料。通过车辙试验、低温弯曲破坏试验和冻融劈裂试验对比分析了不同吸波沥青混合料的路用性能,并采用半圆弯曲(SCB)试验研究了吸波材料类型、掺量、微波加热时间等因素对吸波沥青混合料表面温度分布和自愈合性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析吸波材料的微观特性。结果表明,随吸波材料掺量从10%增至30%,炭黑粉沥青混合料的动稳定度和冻融劈裂强度比都呈现出逐渐上升趋势,而低温弯曲应变则表现出先增加后减小的特征;羰基铁粉沥青混合料动稳定度和低温弯曲应变均呈现先增加后减小的趋势,而冻融劈裂强度比表现出逐渐减小的特征;镍锌铁氧体粉沥青混合料动稳定度和低温弯曲应变均呈现逐渐减小趋势,而冻融劈裂强度比则与之相反。吸波沥青混合料的表面温度随着吸波材料掺量和微波加热时间的增加而逐渐上升,能够快速达到沥青混合料裂缝面的愈合温度,从而增强沥青混合料的微波自愈合性能。

基于三级养护标准的沥青路面预养护方案多目标加权灰靶决策

针对沥青路面最佳预防性养护策略选择问题,结合关于沥青路面预防性养护指标及规范标准,建立了基于判断性指标、综合性指标和控制性指标的三级预防性养护判断标准。在此标准下,以多年度项目级养护规划为研究对象,结合GM(1,1)预测模型确定预防性养护时段,并引入多目标智能加权灰靶决策模型对适用性预防性养护方案进行优化决策。在此过程中,确定了养护费用、耐久性等8个养护目标并利用博弈论组合赋权法确定权重,选取G30连霍高速甘肃省境内某路段进行决策分析。结果表明:该路段最早需要开展预防性养护的时间为第3年,在第6年底之后不宜再实施预防性养护,在该预防性养护时段内,方案4的综合效益值最大,其值为0.735 8,即应在第4年采取超薄层罩面预养护措施。该方法简单实用,可成为沥青路面预防性养护策略选择的一种新方法。

沥青路面车辙调查及影响因素分析

高速公路沥青路面在气温及荷载等作用下,早期易出现车辙病害形式,影响行车安全。对某高速公路沥青路面进行现场调研,通过检测车辙深度、调查轴载、钻芯取样分析路面各结构层厚度、沥青及集料级配等,对车辙病害的原因进行详细的分析。结果表明,在重载作用下沥青路面上面层、中面层厚度变化较大,轮迹带部分粗集料被碾压破碎,导致集料细化。为减少车辙的产生,从管控超载、选用改性沥青及采用合理集料级配等方面提出建议。

移动荷载下道路病害的弯沉盆特性

移动荷载作用下道路弯沉盆蕴含路基、路面的病害信息,充分利用移动弯沉盆信息开展道路病害快速无损检测受到行业重要关注。该文通过分析道路病害的弯沉盆特性,为移动弯沉车开发道路病害检测方法提供技术参考。首先建立半刚性基层沥青路面有限元模型,通过设置不同类型和程度的病害有限元模型,分析在移动荷载作用下路表弯沉盆的连续变化情况。结果表明:荷载移动到病害区域时,各病害模型中路表弯沉盆的中心弯沉值均会变大;路面结构层出现横向裂缝时,弯沉盆的形状会发生明显变化,贯通性横向裂缝对弯沉盆形状的影响最明显;基层与底基层局部松散对弯沉盆形状的影响比面层松散对弯沉盆的影响更明显;土基顶部出现空洞时,弯沉盆形状变化不明显;路基唧泥病害会严重影响路表弯沉盆形状与大小。

基于LCA的不同设计寿命沥青路面能耗排放分析

为研究不同设计寿命沥青路面的能耗排放特征,建立生命周期评价体系,量化分析柔性基层沥青路面、典型半刚性基层沥青路面、高掺量胶粉沥青路面的能耗排放。通过灵敏度分析确定主要能耗排放环节,并分析水泥类型、温拌技术、再生技术及运输效率对三种沥青路面能耗排放的影响规律。结果表明,典型半刚性基层沥青路面的能耗强度分别比柔性基层沥青路面及高掺量胶粉沥青路面能耗强度高25.29%、153.03%,全球变暖潜值总量比两种长寿命沥青路面分别高106.97%、107.99%;水泥生产、沥青生产、加热及运输环节为主要能耗排放环节;适用于水稳基层的通用水泥中,矿渣硅酸盐水泥能耗排放最低,替换掉普通硅酸盐水泥后典型半刚性基层沥青路面及高掺量胶粉沥青路面碳排放量分别下降了13.17%、12.43%;采用温拌技术后,柔性基层沥青路面碳排放量下降幅度最大,降低了2.41%,高掺量胶粉沥青路面能耗强度下降幅度最大,降低了3.71%;当RAP掺量达到30%时,三类沥青路面能耗强度分别下降20.64%、18.56%、15.26%,碳排放量分别下降6.92%、3.92%、4.39%;运输效率提升幅度与沥青路面的能耗排放减少率呈正相关,运输效率每提升10%,三类沥青路面能耗强度分别下降1.55%、1.63%、2.10%,碳排放量分别下降4.03%、3.26%、3.07%。

内置应变传感器对沥青混合料力学性能的影响

道路本体结构的智能智慧是道路工程发展的重要方向,内置应变传感器是实现路面结构应变感知的重要手段,为探究内置应变传感器对沥青混合料力学性能影响,运用离散元法,构建了内置应变传感器的沥青混合料细观模型,研究了应变传感器埋设深度和数量对沥青混合料力学性能影响,分析了沥青混合料材料公称最大粒径、级配和沥青砂浆黏结强度等对内置应变传感器工作性能影响.结果表明:随着传感器埋设深度的增加,梁试件底部三个监测点位处水平拉应力分别增加56.9%、43.5%、43.8%,越接近梁试件底部,其内部水平应力场分布更均匀;与单传感器相比,埋设双传感器的梁试件裂隙增加速度更快,在挠度为0.8 mm时裂隙数便达到267个,单传感器仅为93个;沥青混合料公称最大粒径越大,力链数越少,AC-16、AC-20的平均力链比较AC-13分别降低4.9%、11.4%;沥青混合料级配越粗,荷载传递路径越少,接触力系数量减少77.7%,接触力分布均匀性降低,最大接触力增加74.6%,导致传感器工作稳定性越差;沥青砂浆黏结强度增加,最大接触力下降11%,传感器工作稳定性越好.研究结果可为提升内置应变传感器的沥青混合料耐久性和工作稳定性提供参考.

改性彩色沥青路面色彩耐久性与抗滑性能研究

为提高彩色沥青路面色彩耐久性并研究其抗滑性能,采用有机硅-聚丙酸酯(silane-modified polyacrylate,SMP)对彩色沥青玛蹄脂碎石混合料(color stone mastic asphalt,CSMA)和彩色开级配抗滑表层(color open graded friction course,COGFC)2种混合料改性,借助小型加速加载设备进行对彩色沥青路面进行色彩耐久性评价,并通过三维扫描仪进行路面纹理信息采集,分析路面三维参数与其抗滑性能之间的关系。结果表明,SMP改性剂可有效提高CSMA、COGFC两种混合料的抗磨耗能力,提升彩色沥青色彩耐久性;CSMA及COGFC路面抗滑性能受到不同三维参数的影响,路面的摩擦系数模型由各自相关因子控制,增加路面暴露的集料数量和使用尖角集料能使彩色沥青路面的抗滑性能得到提升。

玉米秸秆焦油制备生物沥青的性能研究

随着大规模高等级公路建设和养护维修工程的不断推进,沥青材料的需求量逐渐攀升。随着化石资源的消耗,寻找一种能够替代石油沥青的材料已成为道路工程领域的迫切需求。本文以玉米秸秆焦油为原料,对其进行树脂化处理,制备生物沥青。基于BOX-Behnken响应面分析,以树脂得率为评价指标,确定了树脂合成的最佳工艺条件为:酚醛摩尔比为0.8,反应时间为125 min,秸秆焦油添加量为10%。结果表明:随着树脂化产物的增加,生物沥青的针入度也随之增大,且均高于70#石油沥青。B-PF生物沥青延度随掺量增加呈先升高后降低趋势;但H-PF生物沥青延度随掺量的增大而减小。提高生物沥青掺量可使软化点降低。H-PF生物沥青在10%掺量下延度及软化点低于70#石油沥青,而掺量达到20%时,所制备的生物沥青的软化点和延度皆低于70#石油沥青。

再生沥青混合料拌和均匀性识别与机理分析

为探究再生沥青混合料(RAP)拌和过程中的均匀性特征变化规律,考虑拌和时间和RAP料老化程度因素,选择二氧化钛粉末作为RAP料示踪剂,在实验室内制备掺有质量分数40%RAP料的再生沥青混合料,并建立均匀性指标评价再生沥青混合料均匀性特征.通过计算机断层扫描技术(CT)获取沥青混合料数字图像,并对图像进行基于Mimics软件的组分识别,最终建立关于组分和结团的均匀性评价体系.结果表明:粗集料分布情况对混合料拌和均匀性的影响最大,其次是沥青和孔隙分布情况;延长搅拌时间有利于提高再生沥青混合料的拌和均匀性,然而拌和过程中形成的新结团又会阻碍拌和均匀性的改善.考虑组分和结团的均匀性评价体系可以有效揭示再生沥青混合料拌和均匀性特征变化规律,为建设高质量再生沥青路面提供参考.

移动荷载作用下沥青路面的力学响应数值模拟

掌握沥青路面在移动荷载作用下的力学响应,是更为合理地进行路面结构设计的重要基础。该文基于有限元建立了移动荷载作用下沥青路面力学响应的数值模拟方法,讨论了移动荷载作用下沥青路面结构不同层位的竖向位移、应力与应变等力学响应特征,系统研究了轴载、车速及温度对沥青路面力学响应的影响,为优化路面结构设计提供参考。结果表明:移动荷载作用下,沥青路面各层的竖向位移随路面深度增加逐渐增大,且随轴载与温度增加而增大,而受车速影响较小;沥青路面各层所受应力包括竖向压应力与剪切应力,其压应力与剪切应力均随着轴载增加而显著增加,而受温度与车速的影响较小;相应的各层竖向压应变与剪切应力均随轴载与温度增加而增加,受车速影响较小。路面结构内部的应力与应变情况复杂,在设计中,应控制各结构层最不利应力及应变,满足设计要求。

沥青路面压实密度多指标智能预测模型

为提高现有沥青路面压实密度预测模型预测能力,以厦门翔安机场高速公路的路面段为试验场地,选取分别代表振压过程中谐波比、能量和力学变化的压实控制值CCV、耗散测量值DMV、振动压实值VCV以及温度作为监测指标,采用孤立森林算法进行监测指标异常点识别,基于最小偏二乘回归建立多指标沥青路面压实密度预测模型.结果表明:孤立森林算法可有效识别高维数据异常点,弥补传统方法只能处理一维数据的不足;温度与其他监测指标以及沥青路面密度存在不同程度正相关关系;基于CCV、DMV、VCV的多元回归模型拟合性能优于一元回归模型性能,论证了多指标评价方法可行性;最小偏二乘回归可改善自变量间共线性对模型权重的影响,解决温度权重与实际物理意义相互颠倒的问题;相比普通多元线性回归,最小偏二乘回归能进一步提高模型拟合能力,模型最终在训练集上的决定系数为0.83,在测试集上的决定系数为0.81,具有良好的沥青路面压实密度预测能力.

基于微波加热的沥青混合料自愈合性能研究

微波加热作为一种全新的体积加热形式,因其快速、均匀和节能的加热特性,已广泛应用于食品、陶瓷等行业,但在道路早期养护领域尚处于探索研究阶段。本研究归纳了基于微波加热的沥青混合料自愈合性能研究进展,针对沥青材料自愈合理论、微波加热机理、微波加热材料、微波加热沥青混合料自愈合影响因素等方面研究现状进行了总结。综述分析表明:由于沥青成分、微观结构以及复杂的相互作用,沥青材料的愈合机制尚未完全清楚,但裂缝表面分子扩散理论、裂缝表面能理论和毛细流动理论在一定的限定条件下能够很好地表征沥青材料的自愈合特性;微波加热是一种高效、环保的沥青混合料自愈合热诱导形式,通过掺入钢屑、钢渣、炭黑、铁素体颗粒等微波加热材料,可提高沥青混合料的自愈合性能;沥青混合料的自愈合性能受到微波特性、沥青性能及沥青混合料类型、外部环境等因素的共同影响,外部环境对沥青混合料自愈合性能的影响最为显著,当超过最佳加热时间、含水率过高、损伤程度较大时,沥青混合料的自愈合性能显著下降。最后,从实际工程的角度,分析了微波加热沥青混合料自愈合性能工程应用面临的问题,并展望了其应用前景。

基于双模量理论的不同沥青路面力学分析

为研究考虑拉压模量差异的沥青路面结构力学响应变化规律,基于双模量理论对5种典型沥青路面结构进行了力学对比分析。研究结果表明:基于传统线弹性理论与双模量理论计算得到的关键力学响应差距巨大,用这两种方法计算得到的倒装式沥青路面结构、柔性基层沥青路面结构及刚性基层沥青路面结构的力学响应的最大差距分别达55%、33%及50%;5种沥青路面结构路表均存在较大的横向拉应变,建议在路面结构设计时将路表轮隙区纳入拉应变验算点位;基层刚度与厚度对路面结构层关键力学响应影响显著,路表水平横向拉应力与拉应变均随着基层刚度及厚度的增大而增大,基层底部纵向拉应力则随着基层厚度的增大而减小。建议采用双模量理论开展沥青路面结构分析,且在路面设计时合理控制基层的厚度与刚度可有效优化路面结构的受力。

精表处在公路预防性养护中的应用研究

沥青路面长期暴露在自然条件下,受外界因素的影响,经常出现各种各样的病害,大部分病害都是逐渐形成的。因此,道路的预防性养护工作要得到足够重视,在病害早期阶段就加以控制。预防性养护就是在既有路面上加一个不超过4 cm的薄层,经过研究精表处可以提高沥青路面的防水性能、抗滑性能,对路面的平整度和行车舒适性也会有明显改善。该文以某省道为例,经过路况调查评价,使用精表处对预防性养护路段进行处理,精表处施工前后,渗水系数、摩擦系数、构造深度均有明显改善。精表处施工无需加热,对于资源节约、环境保护方面可以起到积极的作用,同时还具有养护成本低、质保时间长等优点。

基于足尺加速加载试验的高速公路沥青面层力学性能与高温性能研究

针对高速公路改扩建工程老路沥青面层,在120万次足尺加速加载试验条件下,采用动态模量试验评价其力学性能,采用贯入强度试验与汉堡车辙试验评价其高温性能。动态模量试验结果表明,20℃、10 Hz条件下沥青面层芯样0~120万次的动态模量维持在相对稳定的状态,最大值与最小值偏差约为6.9%。贯入强度试验结果表明,0~120万次的沥青面层芯样的单轴贯入强度相对稳定,老路的加铺层、上面层、中面层、下面层的贯入强度变化量分别为-0.04 MPa、0.11 MPa、-0.03 MPa、0.18 MPa。汉堡车辙试验结果表明,加铺层和上面层的芯样总体维持在稳定的状态,中面层和下面层芯样试验结果有一定程度的波动,下面层变化相对明显:汉堡车辙深度的变化率为114.56%,蠕变斜率的变化率为150%。根据120万次足尺加速加载试验结果,该高速公路改扩建工程老路沥青面层在力学性能和高温性能方面表现稳定,扩建后的路面能够满足交通荷载的使用要求。

基于NAR-ARIMA组合模型的高速公路沥青路面破损状况预测

基于NAR神经网络模型和ARIMA传统时间序列预测模型,对高速公路沥青路面的破损状况进行预测,再分别通过最优加权法和残差优化法对两种预测模型进行组合,得到两种组合模型.对各单一模型和组合模型的精度和稳定性进行了比较分析.实例分析表明,组合模型相较于单一模型的精度和稳定性均有所提升,NAR-ARIMA最优加权组合模型预测效果最佳.该组合模型所需样本量较小,且基于时间序列.由于采用历史数据作为影响因素代替指标,该组合模型计算速度快、精度高,适用于日常的预测工作,为后续合理的道路养护决策提供了重要的理论依据.