Structural Design of Asphalt Pavement for Low Cost Rural Roads

On the basis of the equivalent axle load action frequency, the traffic classifications of rural roads as well as their corresponding types are classified. The asphalt pavement structure, road surface types and thickness of the rural roads are suggested for the various action frequency of the equivalent axle load. Furthermore, the roadbase thickness graphs are provided according to different equivalent axle load action frequency with different roadbed modulus and road surface modulus taken into account.

Evaluation and Selection of Sealants and Fillers Using Principal Component Analysis for Cracks in Asphalt Concrete Pavements

The objective of this paper was to develop a comprehensive evaluation method and index to evaluate the performance of sealants and fillers for cracks in asphalt concrete pavements using the method of principal component analysis. The performance experiments including cone penetration, softening point, flow, resilience and tension at low temperature respectively were conducted by reference of ASTM D5329 for eight sealants and fillers often used in China. There by a principal component model was developed and weight of every index was calculated. The experimental results show that there are significantly different performances for sealants and fillers often used in China. Principal component analysis is an objective method that evaluates and selects the performance of sealants and fillers for cracks in asphalt concrete pavements.

A System for Road Pavement Composite Material Deformation

For a comprehensive experimental evaluation of the material quality, forecast of the properties and parameter change of the bituminous material was made at the time under the impact of external factors, they are subjected to the necessary tests. In the article the automated set “Tomsk-Asphalt-Test” for determining the elastic modulus of the specimens made of bituminous materials was used in road pavements, maximally close to natural conditions of operation of highways of the Siberian region inRussiaare described. The automated set contains: electromechanical, climate, electronic, PC and software subsystem. The operation principle is a short-time deformation of the asphalt specimens;measurement of physical values: the stress, strain, variation of the size line and temperature of the asphalt pavement material test specimen, converting the measured values into electrical signals, their program processing and visualization. The control of testing and viewing results of measurements is carried out in accordance with the menu software subsystem. The results of calculations: the maximum values of vertical load the difference between the maximum horizontal deformation value and the value measured last after specimen of asphalt material loading for each test cycle, the sum of the differences of the horizontal deformation values of the two sensors and modulus of elasticity.

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.

Normalization method for asphalt mixture fatigue equation under different loading frequencies

In order to analyze the effect of different loading frequencies on the fatigue performance for asphalt mixture,the changing law of asphalt mixture strengths with loading speed was revealed by strength tests under different loading speeds.Fatigue equations of asphalt mixtures based on the nominal stress ratio and real stress ratio were established using fatigue tests under different loading frequencies.It was revealed that the strength of the asphalt mixture is affected by the loading speed greatly.It was also discovered that the fatigue equation based on the nominal stress ratio will change with the change of the fatigue loading speed.There is no uniqueness.But the fatigue equation based on the real stress ratio doesn't change with the loading frequency.It has the uniqueness.The results indicate the fatigue equation based on the real stress ratio can realize the normalization of the asphalt mixture fatigue equation under different loading frequencies.It can greatly benefit the analysis of the fatigue characteristics under different vehicle speeds for asphalt pavement.

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。

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。

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。

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。

智能传感器在沥青路面服役性态监测中的应用

为促进公路基础设施的智能化,实现道路铺装结构的智能感知功能,研究阐释了道路传感器的技术类型和实践应用,分析了沥青路面传感器应用的技术挑战,结果表明,智能传感器在沥青路面服役性态监测中发挥了至关重要的作用,根据实施的技术路径不同,将道路智能传感器分为非接触式、表面接触式和内埋式,可实现对路域环境、路表功能状态及内部结构响应等目标信息的连续监测;受限于沥青混合料路面恶劣的施工与工作环境等影响,传感器在沥青路面性态监测中尚面临感知不精准、协同工作机理不明晰、结构损伤行为不明确及感知功能难持久等技术问题。研究成果可为促进传感器技术在沥青路面智能监测方面的应用提供重要参考价值。

广东省沥青路面长期抗滑性能预测模型

根据广东省高速公路沥青路面的抗滑指标、集料特性和混合料级配,以及交通量大数据,分析了不同类型沥青路面抗滑指标横向力系数(sideway force coefficient,SFC)的影响因素,确定了影响SFC的关键因素.以集料特性、级配参数,以及交通参数等关键因素为输入变量建立了沥青路面抗滑指标SFC的预测模型1通过单因素方差分析检验了模型的显著性,并将预测值与实测值进行比较检验预测模型的可靠性.结果表明:沥青路面的抗滑指标SFC稳定值与累积货车轴次CNAT、集料PSV、混合料级配参数λ、κ等参数具有显著相关性.构建的沥青路面抗滑性能预测模型精度较高,能够满足工程应用的要求.

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.

半刚性基层沥青路面车辙等效温度

为准确预测沥青路面服役期间的车辙深度,简化预测流程,基于温度场预测模型和车辙预估模型计算10个地区半刚性基层沥青路面的车辙等效温度,分析了面层厚度和地区因素对等效温度的影响,建立了考虑深度、年平均气温和年降雨量的预估模型,对模型进行了全面的检验。结果表明,面层厚度只对0.5 cm深度处的车辙等效温度有显著影响,地区对各亚层的车辙等效温度均有显著影响;基于车辙等效温度沿深度的分布特性,提出了外延性和稳健性较好的模型;结合地区修正因子,建立了考虑地区差异的车辙等效温度模型。与国内外已有的模型相比,建立的车辙等效温度模型对于不同的设计条件、材料和交通量具有更好的适用性。

混掺纤维透水沥青混料的路用性能试验研究

外掺纤维材料可在一定程度上综合提升透水沥青混合料的服役性能,研究对不同组合方案下的透水沥青混合料与普通透水沥青混合料进行性能对比分析。纤维组合方案包括单掺BF、单掺PP、复掺BF+PP在内共计15种。分别对混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、疲劳性能及排水性能进行综合考察,认为玄武岩纤维可综合促进透水沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性及疲劳性能,但对水稳定性的提升不明显。而经过适宜比例复掺的混合料(0.4%BF+0.2%PP和0.4%BF+0.1%PP),能够对水稳性能在内的各项路用性能都进行显著提升,提升幅度可达到20%以上,这对于透水沥青路面的高品质发展及推广应用具有重要意义。

基于纹理特征的钢渣沥青路面抗滑性能测试与评价

沥青路面的抗滑性能快速下降一直是各国学者高度关注的问题。随着表面纹理逐渐磨损,沥青路面的抗滑性能也持续减弱。为了能更科学地评估和预测路面抗滑性能的衰减,有必要定量地建立起路面纹理和抗滑性能之间的关系。本研究采用了小型加速加载设备、高精度三维扫描设备以及数字图像处理来模拟路面纹理的磨损过程。本研究基于三维纹理特征系统评价了沥青路面的抗滑性能衰减。研究结果显示,英国摆值(BPN)与本研究采用的评价指标三维纹理参数(Sq、Ssk、Vmp、Vmc和Vvc)之间存在着紧密的联系。随着加载次数的增加,BPN和三维纹理参数都呈现出相同的衰减趋势。这些三维纹理参数不仅可以作为评估沥青路面抗滑性能的指标,还能精确地描绘钢渣沥青路面的微观磨损机制。本研究建立的关系将有助于预测路面的抗滑衰减情况,为钢渣沥青路面的路用性能研究提供了有力的技术支持。

分层变模量下的沥青路面车辙预估模型

为建立分层变模量下沥青路面车辙预估模型,修正动态模量变化引起沥青路面永久变形预估的偏差。根据沥青混合料动态模量试验和室内三轴动态蠕变试验,验证沥青混合料动态模量(|E^(*)|)与其抗高温变形能力的相关性;采用Abaqus有限元软件分析不同时间沥青路面随深度、温度的动态模量和竖向压应力变化规律,提出各亚层在不同动态模量下的竖向压应力修正因子(m);根据“亚层变形叠加”思想,运用SPSS软件回归分析,建立包含温度、沥青层厚度、竖向压应力、修正因子和荷载作用次数等因素的分层变模量沥青路面车辙预估模型。结果表明,建立的车辙预估模型可更为准确地预估沥青路面的永久变形,可将中、下面层车辙预估精度分别提高6.03%和10.34%,沥青层整体提高5.19%。

高速公路排水沥青路面可持续服务性能的多尺度分析

为深入研究排水沥青路面性能影响因素,综合分析了高速公路排水沥青路面的综合服务性能,基于盐靖高速加铺排水沥青路面实体工程,并结合吸声试验、降温试验等室内试验评价,分别对不同空隙率、不同厚度的PAV-13车辙板进行降噪、降温、排水、抗滑特性分析;同时,通过分析4年间道路营运管理系统调度指挥中心值班记录和高速公路安全管理信息,对所得交通事故数据进行调查统计分析。结果表明:盐靖高速公路在路面加铺排水沥青层之后,昼间大约可以降低交通噪声6 dB,夜间可以降低交通噪声约5 dB,这表明排水沥青路面具有较显著的降噪效果,有效吸收轮胎与路面之间产生的高、低频噪声;排水沥青混合料的渗透系数明显大于密级配沥青混合料,每增加2%的空隙率,渗透系数约增加17%,最终高达0.158 cm/s,显示出其出色的排水能力;值得注意的是,排水沥青路面的临界滑水速度较密级配路面提升了9%~40%,意味着在路面积水情况下具有更高的车速上限,从而提高了路面的安全性能;另外,调查发现排水沥青路面能显著降低雨季交通事故率,特别是3—8月份,降雨量大时交通事故率明显低于其他月份。因此,排水沥青路面的卓越排水性能和抗滑性能为提升道路安全性提供了重要支持。

基于足尺试验环道的沥青路面有限元模型

有限元技术的发展使得精细化路面结构仿真计算成为可能,但通过软件建立符合实际的有限元模型尤为重要.基于此,依托交通运输部公路科学研究院正在开展的足尺环道试验,采用大型通用有限元软件ABAQUS建立环道上3种典型沥青路面结构的有限元模型,研究模型尺寸、边界条件、荷载形式、网格划分等参数对路面力学响应结果的影响,通过与BISAR软件得到的解析解进行对比,确定合理的有限元建模方法和参数,为后续的沥青路面结构有限元分析提供建模依据.

荒漠区沥青路面拱胀病害机理及影响因素分析

针对阿勒泰荒漠区S21阿乌高速出现的沥青路面拱胀病害问题,对其机理及影响因素进行分析。经现场调查与室内试验,分析沥青路面拱胀病害成因。以调查结果为基础,运用Kirchhoff薄板理论与有限积分变换法理论推导基层拱胀临界应力计算公式,分析沥青路面拱胀病害力学机制,确定基层拱胀临界应力值。应用Abaqus建立道路有限元模型,分析基层施工温度、膨胀系数、回弹模量及路表最高温度等因素对基层纵向最大应力与路面最大拱起高度的影响,并基于基层拱胀临界应力值给出相应建议。研究认为:S21阿乌高速沥青路面拱胀病害是水泥稳定砾石基层在过大的温度应力作用下发生拱起破坏的结果。考虑实际道路情况,S21阿乌高速水泥稳定砾石基层拱胀临界应力值为3.49 MPa。当基层纵向最大应力大于基层拱胀临界应力值时,基层将会发生拱起失稳破坏。基层施工温度、膨胀系数及路表最高温度均为基层纵向最大应力与路面最大拱起高度的敏感因素,而基层回弹模量对路面最大拱起高度无明显影响。建议将基层膨胀系数控制在2.8×10^(-5)℃^(-1)以内,基层回弹模量控制在1400~2200 MPa以内。

基于XGBoost国省干线沥青路面使用性能预测研究

文中提出了一种基于XGBoost(extreme gradient boost)算法的国省干线沥青路面损坏状况指数(pavement condition index,PCI)预测模型,并与传统回归模型预测结果进行对比.结果表明:通过对比分析不同模型的3个定量评价指标(均方根误差、平均绝对误差和拟合系数)以及最终预测结果的折线图,证明采用考虑多因素条件的XGBoost算法PCI预测模型的预测精度要优于传统回归预测模型,验证了该模型的有效性和优越性.