德国沥青路面温度场的预估模型及应用

介绍了目前在德国沥青路面设计中所采用的温度场预估模型及其最新发展,分析了沥青路面温度场预估模型的影响因素.并且通过沥青层温度场的预估模型、温度与沥青混合料劲度模量的关系、沥青层弯拉疲劳方程和Miner疲劳损伤累积定理,阐述了温度场在沥青路面设计中的应用.     

沥青混合料冻融损伤模型及寿命预估研究

为研究沥青路面抵抗冻融损害的能力,结合损伤理论,进行了沥青混合料冻融损伤模型及残余寿命预估的研究.建立了适用于冻融条件下沥青混合料损伤的普适模型,并提出了相应算法;然后根据快速冻融作用下混合料的各性能试验结果对该模型进行了验证;最后提出了模型应用于混合料冻融损伤后寿命预估的方法.结果表明:随冻融循环次数增加,沥青混合料性能衰减,损失度增大;模型能较好的拟合沥青混合料冻融循环后各项性能指标的变化;宜将抗压回弹模量作为评价混合料抗冻融损坏能力的和寿命预估的主要指标.     

基于机器学习算法的沥青路面原位密度预测模型

利用探地雷达(GPR)进行沥青路面原位密度检测时，回归模型和电磁混合理论模型通常被用来建立密度和介电常数的关系，然而现有的模型对精确的参数校准要求较高且精度有限。为了进一步提升沥青路面原位密度预测精度，研究基于机器学习算法的密度预测模型，首先搭建了GPR测试平台，采用2.2 GHz探地雷达天线采集室内沥青混合料试件及现场沥青路面的电磁波反射信号；进而基于平均减法算法和有限冲击响应带通滤波器消除了信号零偏和部分环境噪声，基于反射振幅法对介电常数进行计算；收集了来自文献调研、室内试验、现场检测的124组密度数据，基于极限梯度提升(XGBoost)算法建立了密度预测模型，采用5折交叉验证对数据集进行深度学习，并利用贝叶斯超参数优化(BHPO)获得了最优的模型超参数组合；最后利用现场检测数据对模型进行测试，并对各输入参数进行重要性分析。结果表明：对信号进行消除零偏和环境噪声处理后，密度预测百分比误差显著下降，室内试验误差达到了2.9%,现场检测误差达到了3.0%;不同沥青混合料反射信号的主要差异在于峰值振幅的位置和数值大小，密级配沥青混合料介电常数值要大于开级配沥青混合料；BHPO有效提升了X...     

沥青混合料抗车辙性能的灰色理论分析

基于对秦巴山区内公路沥青路面车辙病害成因的调查与分析,通过室内模型试验和对已有研究成果的总结,利用灰色理论分析了不同影响因素对沥青混合料抗车辙性能的影响程度,并建立了以沥青用量、碾压次数及级配类型等因素为参数的沥青混合料抗车辙性能预估模型。研究结果表明:沥青混合料的集料粗细程度与分形维数成反比,集料越细,其分形维数越大,反之越小;沥青用量对沥青混合料抗车辙性能的影响程度最大,级配类型和温度次之,碾压次数的影响最小;沥青混合料抗车辙性能的主要影响因素为沥青用量、集料级配类型及温度;基于材料组成和外界环境因素建立的沥青混合料抗车辙性能预估模型为沥青路面抗车辙设计提供了依据和手段。     

确定多孔性钢渣有效相对密度新方法的研究

中国JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》关于确定改性沥青混合料最大理论密度的方法仅适用于吸水率为0.5％～1.7％范围内的混合料,对于吸水率远远超过该范围的多孔性钢渣不适用.为了找到一种合适的确定多孔性钢渣改性沥青混合料最大理论密度的方法,该文提出了采用改性沥青浸渍法实测多孔性钢渣的有效相对密度,从而通过测定的有效相对密度计算得到了沥青混合料最大理论密度.进一步根据实测多孔性钢渣有效相对密度计算了吸水率w与沥青吸收系数C之间的关系.结果表明:通过改性沥青浸渍法测定的多孔性钢渣有效相对密度比较合理,其值介于毛体积相对密度和表观相对密度之间;计算得到的吸水率w和沥青吸收系数C的关系式同规范相比差别较大,进一步说明规范中关于确定改性沥青混合料最大理论密度的方法对于多孔性钢渣不适用;最后该文建议可以通过改性沥青浸渍实测法得到多孔性矿料有效相对密度,为确定改性沥青混合料最大理论密度提供了一种新的方法.     

大粒径透水性沥青混合料动态模量预估模型研究

将不同级配类型沥青混合料动态模量实测结果与Witczak预测模型进行了比较,指出了Witczak预估模型并不适合预测开级配、大空隙率沥青混合料的动态模量。基于这个观点,开展多因素、多水平的沥青混合料动态模量试验,考察沥青混合料动态模量影响显著的因素,通过对动态模量试验结果进行回归分析,建立了大粒径透水性沥青混合料动态模量多元线性预估模型,同时对模型进行验证和修正,并对预估模型的适用性进行了初步探讨。     

沥青混合料毛体积密度测定方法研究

沥青混合料毛体积实测密度是沥青路面中至关重要的一个指标,其测定方法一直在道路工作者中存在争议。剖析了表干法和钻件蜡封法的试验方法及原理,之后针对骨架密实型沥青混合料SAC矿料级配进行了大量试验。试验结果表明,钻件蜡封法比表干法更准确。对于骨架密实型沥青混合料,钻件蜡封法的测试结果比表干法的大,且随着沥青混合料最大公称粒径的增加,两种结果的差异性就越大。对于最大公称粒径<25mm的骨架密实型沥青混合料用表干法测定试件毛体积密度已能满足精度要求;对于最大公称粒径≥25mm的骨架密实型沥青混合料,表干法毛体积密度测试结果应采用修正公式进行修正。     

四川省沥青混合料容许动稳定度研究

针对我国规范中沥青混合料动稳定度标准的不足,结合四川省气候条件制定不同分区沥青混合料的容许动稳定度。首先根据四川省的地形与气温条件,提出沥青路面车辙气候分区;选用沥青混合料车辙预估模型,提出沥青混合料容许动稳定度的确定方法;推荐了四川省不同分区不同沥青面层的动稳定度容许值,为更为合理地设计沥青混合料以控制路面车辙提供参考。     

改性沥青混合料理论最大相对密度试验方法研究

通过将采用集料的毛体积相对密度、表观相对密度及毛体积相对密度与表观相对密度的均值计算的改性沥青混合料的理论最大相对密度与真空法、溶剂法实测的改性沥青混合料的理论最大相对密度进行比较,结果表明：针对聚合物改性沥青混合料,由真空法、溶剂法实测的理论最大相对密度和理论最大表观相对密度设计的沥青混合料的沥青用量偏高、空隙率偏小、易造成泛油;由理论最大毛体积相对密度设计的沥青混合料的沥青用量偏低、空隙率偏大、易造成水损害;而由集料的毛体积相对密度与表观相对密度的均值计算的理论最大毛视均值相对密度较好地体现了集料开口孔隙对沥青的吸附情况,结果也更加接近实际理论最大相对密度,因此采用集料的毛体积相对密度与表观相对密度的均值来计算改性沥青混合料的理论最大相对密度是合理的。     

测定沥青混合料最大理论相对密度的浸渍法

为准确测定沥青混合料体积参数,避免因体积参数计算不准确导致的沥青路面早期破坏现象,提出了用沥青浸渍法进行沥青混合料最大理论相对密度测定的方法。沥青浸渍法以沥青为介质,得到了沥青混合料的零空隙状态。与真空法相比,沥青浸渍法数据变异性小,测量结果复现性好,对试验条件要求不高,试验人为因素影响小。研究结果表明,真空法测定的混合料最大理论相对密度偏小,用沥青浸渍法能够准确测量沥青混合料最大理论相对密度。     

基于热物理特性的沥青混合料的研究

为了减少高温车辙病害的产生,提出采用"主动"降低沥青路面温度的方式以降低车辙病害产生的方式。研究分析了沥青混合料及其骨料的热物参数与沥青路面温度的关系。采用Williamson公式和热学导热系数推算公式计算分析骨料热物参数对沥青混合料热物参数的影响,在室内试验中用常功率平面热源法进行验证;应用传热学中一维导热方程和巴勃模型,研究了路面结构热力学材料参数对于沥青路面结构温度的影响。结果表明,在正常的高温条件下,导热系数较小的材料其路面结构内部的温度相对较低。在室外试验中,普通沥青混合料与采用导热系数较小的材料制备的沥青混合料的底层温度相差可达6℃。     

基于模糊理论的沥青路面热风加热多参数优化

为了优化就地热再生热风加热参数，提高热风加热沥青路面的加热效果，基于有限元方法，建立了热风加热装置加热沥青路面的模型，模拟计算了热风加热沥青路面的过程，通过试验验证了仿真模型及参数设置的正确性。采用正交试验设计方法研究了热风温度、热风速度、出风孔离地高度对加热效果的影响。提出了基于模糊理论的热风加热效果评价方法，引入综合模糊评价指标代替沥青路面温度场、对流换热系数和加热过程中的能量利用率等单一评价指标对沥青路面加热效果进行评价，采用独立性权系数法确定了各指标的权重系数，仿真分析验证了综合模糊指标评价方法的有效性。结果表明：在加热装置的设计参数范围内，热风温度对沥青路面表面温度及分布均匀性影响最大，热风速度对换热系数影响最大，出风孔离地高度对能量利用率影响最大。以沥青路面温度场、对流换热系数和能量利用率等单一指标为优化目标获得的最佳加热参数组合，仅能保证各自指标最优，但其他指标较差；以综合模糊评价指标E_CFI为优化目标得到的最佳热风加热参数组合，可以同时获得较好的沥青路面温度场、对流换热系数和能量利用率。研究方法和结论为沥青路面热风加热参数的选择和加热效果的评价提供了一种有效可行的途径。     

沥青路面永久变形设计方程研究

对于半刚性基层、刚性基层、柔性基层、组合式基层的沥青路面典型结构,计算出不同季节时不同深度处沥青混合料的温度和动模量,采用分层总和法计算出路面总永久变形,计算出平均塑性应变点的深度和弹性应变,并在路面总永久变形和季节平均气温、面层厚度、平均塑性应变点的弹性应变以及标准轴载累积作用次数间建立了回归公式,相关系数（R2）均在0.93以上,最后建立了沥青路面永久变形预估方法。结果表明,可以利用本文的方法来代替分层总和法预估沥青路面的永久变形,但前者更简单实用。     

实测沥青路面温度场分布规律的回归分析

以实际运营中的沥青混凝土道路结构为试验对象,提出了一套完整的道路结构温度场实测方案。根据大量的实测沥青路面温度数据研究了沥青路面温度场的分布规律,并利用回归分析对沥青路面温度场与气温之间的相关关系进行了探讨。考虑到升温阶段和降温阶段气温对沥青路面温度场影响的差异,分别研究了基于升温阶段和降温阶段沥青路面温度与气温的相关关系,并给出了不同温变阶段下任意深度处沥青温度的预估模型。对实测数据与预估数据的比较表明:该模型具有较好的精确性与实用性。     

密度测定方法对废旧橡胶颗粒沥青混合料空隙率的影响

空隙率是影响路面使用性能的一个重要指标,它的变化将直接影响道路的使用性能,而空隙率又受密度测定方法的影响。文章采用不同的测定方法,对废旧橡胶颗粒沥青混合料的密度进行了检测,并分别计算其空隙率,通过与普通沥青混合料作对比,得出掺入橡胶颗粒后沥青混合料空隙率的变化规律,并且对不同方法下得出的空隙率进行比较分析,最终得出如何确定出合理有效的沥青混合料密度测定方法,从而保证沥青混合料的路用性能。     

就地热再生沥青混合料均匀性的细观评价指标

就地热再生能直接在现场一次性完成路面修复，但因其材料组成和施工工艺复杂等极易出现混合料不均匀问题，为解决此问题，尝试从集料入手，对就地热再生沥青混合料均匀性的评价指标进行研究。首先，采用数码相机获取就地热再生沥青混合料试件截面的数字图像，基于数字图像处理技术识别截面中所有新旧集料的细观结构；然后，采用环扇分割法将截面分成36个等面积区域，基于区域集料颗粒面积比和新集料颗粒偏离度分别提出集料均匀性评价指标D和新集料均匀性评价指标H；最后，通过改变RAP加热温度、RAP拌和时间、新沥青混合料拌和温度与新旧料混合时间4个因素，进行正交试验，进一步分析均匀性指标的变化规律和可靠性。结果表明：环形分区结合OTSU阈值分割方法可准确识别沥青混合料截面图像中的集料信息，保留绿色通道的方法可有效识别不同灰度值的新旧集料；对试件截面均匀性的定性分析初步验证了这2个均匀性指标的有效性；RAP加热温度与新沥青混合料拌和温度对D影响显著，RAP加热温度和新旧料混合时间对H影响显著；而且，随着RAP加热温度、新沥青混合料温度和新旧料混合时间的增加，就地热再生混合料的均匀性变好，这与以往的研究结论相一致，进一步验证了这2个均匀性评价指标的可靠性。     

基于室内加速磨耗试验的SMA-13抗滑衰变规律研究

为研究SMA-13沥青混合料的抗滑衰变规律,对比分析了路面摩擦系数以及宏观构造这两个表征,并且对于沥青路面抗滑性能的检测方法以及指标进行了观察,在此基础上,采用自研的路面材料加速磨耗测试仪,对SMA-13混合料进行加速磨耗试验,通过摆式摩擦仪和人工铺砂法,分别测试了不同程度加速磨耗试验后的SMA-13混合料试件的摩擦系数和构造深度,进而研究SMA-13的抗滑衰变规律,结果表明:SMA-13混合料的构造深度与摩擦系数具有良好的相关性,在荷载作用初期,构造深度和摩擦系数衰减较快,后期趋于稳定。表明SMA路面的抗滑性能衰减主要发生在路面通车1~2 a的早期阶段,后期趋于稳定。采用对数法进行拟合,建立了摩擦系数和构造深度的相关性模型,将室内试验结果与工程实践进行对比,进一步验证了SMA-13沥青混合料及其路面抗滑性能的衰变规律。     

基于比较矩阵法的沥青混合料路用性能权重研究

在评价沥青混合料的路用性能这一矛盾体时，权重是一关键因素，对方案优选起重要作用。如何相对客观地确定权重是评价模型中一个非常关键的问题。通过沥青混合料各路用性能的预估寿命这一相对客观的指标，结合比较矩阵法建立了权重模型，分别求取了沥青各面层各路用性能的权重。通过分析各路用性能的权重，可进一步指导各面层的沥青混合料的设计。     

甘肃嘉峪关沥青路面高温温度场预估模型

为了建立嘉峪关地区夏季沥青路面高温温度场预估模型,在对夏季高温期沥青路面的温度、太阳辐射强度、风速和相对湿度等数据采集的基础上,分析气温、太阳辐射强度和湿度等影响因素与路面温度的相关性,采用回归分析方法建立了温度、湿度、太阳辐射强度和路面深度为主要参数的沥青路面高温温度场预估模型,以相关系数、均方差和残差平方和等指标作为该温度场预估模型的评价参数。研究结果表明:在距路面10 cm以下,风速与路面结构温度的相关性较气温和湿度偏低,而太阳辐射强度与结构温度的相关性一直处于较低状态;气温和太阳辐射强度的累积时间与深度的关系呈三次多项式,气温与太阳辐射强度的累积时间与深度的关系呈二次多项式;路面0~10 cm内的气温累计时间为2~4 h,滞后时间为1~3 h,太阳辐射强度累积时间为6~7 h,滞后时间为5~6 h。研究结果可为嘉峪关地区公路养护和建设提供一定的技术服务。