露石水泥混凝土路面表面功能綜合評(píng)價(jià)研究

宋永朝，付波飛，梁乃興

(1.重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004；3.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074)

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露石水泥混凝土路面表面功能綜合評(píng)價(jià)研究

宋永朝1,2，付波飛1，梁乃興3

(1.重慶交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，重慶 400074；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004；3.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074)

根據(jù)露石水泥混凝土路面表面功能特征，分別從路面抗滑性、降噪性、平整性、反光性、耐久性等方面構(gòu)建表面功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法和專(zhuān)家評(píng)分法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，提出露石水泥混凝土路面綜合評(píng)價(jià)方法，并對(duì)某實(shí)體路段表面功能進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，可為評(píng)判露石水泥混凝土路面表面功能狀態(tài)提供依據(jù)。

道路工程；露石水泥混凝土路面；表面功能；評(píng)價(jià)指標(biāo)

0 引 言

露石水泥混凝土路面是一種新型的水泥混凝土路面[1]，具有普通水泥混凝土路面的強(qiáng)度高、剛度大、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，露石水泥混凝土路面特有的露石表面，克服了普通水泥混凝土路面抗滑性能差、行車(chē)噪聲高、易產(chǎn)生眩光等問(wèn)題。露石水泥混凝土路面具有豐富的紋理構(gòu)造[2]，有效改善潮濕不利狀態(tài)下路表抗滑性能，大大降低行車(chē)噪聲，粗糙的露石表面還具有一定防眩作用。露石水泥混凝土路面可廣泛適用于城市交叉口、公路隧道、陡坡彎道等路段，顯著提高機(jī)動(dòng)車(chē)行車(chē)安全性和行車(chē)舒適性。

露石水泥混凝土路面具有高抗滑、低噪聲[3]、防眩等優(yōu)良的路用性能，在于紋理豐富的露石表面，露石表面質(zhì)量狀態(tài)是露石水泥混凝土路面表面功能得以發(fā)揮的關(guān)鍵。我國(guó)擁有豐富的水泥資源，高品質(zhì)的露石水泥混凝土路面具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，露石水泥混凝土路面已在露石工藝[4]、露石表面離析[5]、路用性能[6]等方面進(jìn)行了相關(guān)研究并取得了一定成果，而對(duì)于高等級(jí)水泥混凝土路面表面功能研究不足，露石水泥混凝土路面表面功能質(zhì)量判定方面缺乏相應(yīng)的研究。在此，筆者針對(duì)露石水泥混凝土路面現(xiàn)實(shí)狀況，建立露石水泥混凝土路面表面功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出露石表面功能質(zhì)量狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，為露石水泥混凝土路面的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 紋理構(gòu)造特征

露石水泥混凝土路面通過(guò)露石工藝處理，獲得紋理豐富的露石表面，具有優(yōu)良的表面功能。國(guó)際道路協(xié)會(huì)將路面紋理構(gòu)造分為微觀構(gòu)造和宏觀構(gòu)造，常用平均斷面深度或平均構(gòu)造深度對(duì)道路表面紋理構(gòu)造進(jìn)行描述[7-8]，路表紋理構(gòu)造深度在0.5 mm以上為宏觀構(gòu)造，而小于0.5 mm為微觀構(gòu)造。

新拌水泥混凝土路面經(jīng)過(guò)露石工序處理后形成紋理豐富的露石水泥混凝土路面，表現(xiàn)出優(yōu)良的路面性能。機(jī)動(dòng)車(chē)在路表行駛過(guò)程中，露石表面上凸的裸露顆粒能嵌入輪胎，提高了汽車(chē)輪胎與道路表面的有效接觸面積。同時(shí)，在路表潮濕狀態(tài)下，露石表面的下凹紋理構(gòu)造，亦能迅速排除車(chē)輪下的路表水，避免形成水膜，顯著改善抗滑性能。在此，露石表面具有良好的路面抗滑性能，能大大提高雨天潮濕狀態(tài)下路表的抗滑能力。露石表面發(fā)達(dá)的紋理構(gòu)造及時(shí)釋放行車(chē)過(guò)程中輪胎表面花紋溝槽內(nèi)的壓縮氣體，有效降低行駛過(guò)程中的泵吸噪聲，降低行車(chē)噪聲，改善人口密集區(qū)域的工作生活環(huán)境。另外，露石水泥混凝土路面擁有粗糙的露石表面，光線經(jīng)過(guò)露石表面后形成漫反射，可消除或緩解強(qiáng)烈耀眼光線對(duì)駕駛員或行人的視覺(jué)干擾，露石表面反光散射系數(shù)總體上小于普通水泥混凝土表面，具有很好的防眩作用。

露石水泥混凝土路面具有剛度大、高抗滑、低噪聲、防眩等優(yōu)良特征，關(guān)鍵在于擁有紋理豐富的露石表面，露石表面優(yōu)良的表面功能為機(jī)動(dòng)車(chē)行車(chē)安全性能和行車(chē)舒適性能提高提供重要保證。

2 表面功能評(píng)價(jià)體系

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量進(jìn)一步增加，道路交通量及行車(chē)速度增大，車(chē)輛與路面之間有密切關(guān)系的道路表面特性顯得越來(lái)越重要[9]。高品質(zhì)路面具有安全、經(jīng)濟(jì)、舒適的路用功能，取決于高質(zhì)量的道路表面特性，付智[10]通過(guò)對(duì)水泥混凝土路面表面功能的理解和認(rèn)識(shí)，提出水泥混凝土路面應(yīng)具有舒適、安全、耐久的表面功能。

露石水泥混凝土路面在使用過(guò)程中具有安全、經(jīng)濟(jì)、舒適和環(huán)境保護(hù)方面的路用性能，關(guān)鍵在于露石表面具有優(yōu)良的表面功能。鑒于露石水泥混凝土路面擁有高抗滑、低噪聲、防眩、耐久等特點(diǎn)，從抗滑、降噪、平整、反光、耐久等表面性能來(lái)考慮露石水泥混凝土路面的表面功能，針對(duì)露石水泥混凝土路面表面功能，提出從抗滑性能、降噪性能、平整性能、反光性能、耐久性能等5個(gè)方面的技術(shù)參數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立露石水泥混凝土路面表面功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1。

圖1 表面功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)成

3 表面功能評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分

3.1 露石水泥混凝土路面抗滑性能指標(biāo)

目前，我國(guó)現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計(jì)、施工及質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定規(guī)范對(duì)道路表面抗滑構(gòu)造深度提出了要求，但缺乏摩擦系數(shù)方面的相關(guān)規(guī)定，而在JTJ 073.1—2001《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中對(duì)構(gòu)造深度、抗滑值及橫向力系數(shù)相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了要求及等級(jí)劃分。露石水泥混凝土路面作為一種新型水泥混凝土路面，綜合現(xiàn)行水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)范對(duì)露石水泥混凝土路面抗滑性能進(jìn)行等級(jí)劃分，提出露石水泥混凝土路面抗滑性能指標(biāo)等級(jí)評(píng)判依據(jù)，如表1。

表1 抗滑性能指標(biāo)評(píng)定等級(jí)劃分

3.2 露石水泥混凝土路面降噪性能指標(biāo)

行車(chē)噪聲與機(jī)動(dòng)車(chē)行駛速度有直接關(guān)系，速度越高路面行車(chē)噪聲越大，隨著行駛速度增大，露石水泥混凝土路面的降噪效果也越來(lái)越明顯[11-12]。在此，對(duì)40，60，80 km/h行車(chē)速度下測(cè)定其行車(chē)噪聲，與同等級(jí)普通水泥混凝土路面進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)40，60，80 km/h行車(chē)速度降噪值D40，D60，D80來(lái)確定露石水泥混凝土路面降噪性能，降噪性能指標(biāo)的等級(jí)劃分建議值如表2。

表2 降噪性能指標(biāo)評(píng)定等級(jí)劃分

3.3 露石水泥混凝土路面平整性能指標(biāo)

路面平整性能是道路使用者所關(guān)心的重要指標(biāo)，道路表面平整性能決定高速行車(chē)舒適程度。綜合JTG F 80/1—2004《公路工程質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》和JTJ H 20—2007《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》等現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范，采用3 m直尺最大間隙、標(biāo)準(zhǔn)差、國(guó)際平整度指數(shù)等技術(shù)參數(shù)作為露石水泥混凝土路面平整性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，提出平整性能指標(biāo)技術(shù)參數(shù)等級(jí)劃分建議值，如表3。

表3 平整性能指標(biāo)評(píng)定等級(jí)劃分

3.4 露石水泥混凝土路面防眩性能指標(biāo)

道路表面凸凹的紋理構(gòu)造直接影響路面的反光性能，露石水泥混凝土路面豐富的紋理構(gòu)造能有效形成光的漫反射，減小路表反光強(qiáng)度，防止光線耀眼，給駕駛員和行人提供一個(gè)安全舒適的行車(chē)環(huán)境，具有一定的防眩功能。采用反光散射系數(shù)[1]對(duì)光線照射到道路表面后的反光性能進(jìn)行量化，作為露石水泥混凝土路面防眩性能評(píng)價(jià)參數(shù)，并提出防眩性能評(píng)定等級(jí)劃分的建議參考值，如表4。

表4 防眩性能指標(biāo)評(píng)定等級(jí)劃分

3.5 露石水泥混凝土路面耐久性能指標(biāo)

道路表面耐磨性對(duì)其抗滑性衰減影響顯著，露石水泥混凝土路面應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)巖石作為集料碎石，確保露石表面外露集料的耐磨特性。露石水泥混凝土路面通常采用了強(qiáng)度高、耐磨性能好的碎石集料，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能保持良好的路用性能。目前，露石水泥混凝土路面耐久性能研究尚未對(duì)其耐久性指標(biāo)提出具體檢測(cè)方法及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，綜合現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范，采用路面狀況指數(shù)(PCI)和斷板率(DBL)兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)定水泥混凝土路面破損情況，結(jié)合露石水泥混凝土路面特點(diǎn)，提出露石水泥混凝土路面耐久性能(路面狀況)的評(píng)價(jià)等級(jí)建議值，耐久性能指標(biāo)等級(jí)劃分如表5。

表5 耐久性能指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

4 表面功能綜合評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重分析

運(yùn)用層次分析法[13-14]和專(zhuān)家評(píng)分法,確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)權(quán)重，具體如下：

1)把復(fù)雜系統(tǒng)分解成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層，明確每一層的組成要素，建立起一個(gè)描述系統(tǒng)功能和特征的遞階層次結(jié)構(gòu)。

2)采用問(wèn)卷調(diào)查方法，對(duì)同一層次的各元素關(guān)于上一層次中某一要素的重要性進(jìn)行兩兩比較，建立其判斷矩陣A：

其中：aij值采用Saaty建立的9標(biāo)度法確定，筆者采用德?tīng)柗品ǖ贸雠袛嗑仃嚒?/p>

3)相對(duì)權(quán)重計(jì)算。方根法是通過(guò)判斷矩陣計(jì)算要素相對(duì)重要度的常用方法，計(jì)算其特征向量和特征根。計(jì)算步驟為：

①A的元素按行相乘得一新向量

A′=[300 6 0.033 0.5 0.033]T；

②將新向量的每個(gè)分量開(kāi)n次方

Mi=[3.13 1.43 0.51 0.87 0.51]T；

③將所得向量歸一化即為權(quán)重向量

Wi=[0.48 0.22 0.08 0.14 0.08]T。

4)一致性檢驗(yàn)。一致性檢驗(yàn)是為了確保矩陣的精確性在一個(gè)較合理的水平。計(jì)算最大特征根λmax=5.06，一致性檢驗(yàn)指標(biāo)C.I.=(λmax-n)/(n-1)=0.015，再根據(jù)該層要素?cái)?shù)量查平均隨機(jī)一致性指標(biāo)R.I.=1.12，最后計(jì)算一致性比例C.R.=C.I./R.I.=0.013。一般規(guī)定，當(dāng)C.R.<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的，說(shuō)明各矩陣中兩要素相對(duì)于上一次的重要性比值的選擇符合邏輯性要求，否則應(yīng)對(duì)判斷矩陣作適當(dāng)修正。

4.2 基于層次分析法的表面功能綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)露石水泥混凝土路面表面功能的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，路面表面功能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)(PQI)由5個(gè)因素構(gòu)成：抗滑性能U1、降噪性能U2、平整性能U3、防眩性能U4、耐久性能U5，如式(1)：

U={U1，U2，U3，U4，U5}

(1)

露石水泥混凝土路面表面功能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)PQI計(jì)算式見(jiàn)式(2)，P1，P2，P3，P4，P5為指標(biāo)相應(yīng)的權(quán)重值，PQI評(píng)定總分為100分，分值范圍為0～100，表面功能綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表6：

(2)

表6 表面功能綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

5 工程應(yīng)用

以重慶境內(nèi)涪陵區(qū)李渡鎮(zhèn)露石水泥混凝土路面試驗(yàn)路為研究對(duì)象，對(duì)該實(shí)體路段的露石表面進(jìn)行了構(gòu)造深度、抗滑值、平整度、行車(chē)噪聲、路面狀況等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，試驗(yàn)路段相關(guān)技術(shù)參數(shù)測(cè)定值見(jiàn)表7。考慮施工成本因素，選用當(dāng)?shù)厥規(guī)r碎石作為粗集料，散射系數(shù)取0.29。

表7 試驗(yàn)路段技術(shù)參數(shù)測(cè)定值

評(píng)判露石水泥混凝土路面實(shí)體路段表面功能的質(zhì)量水平，計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)(PQI)得分值：

重慶市涪陵區(qū)李渡鎮(zhèn)鐘露石水泥混凝土路面的表面功能綜合得分為78.76，根據(jù)最大隸屬原則，露石水泥混凝土路面綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)得分評(píng)價(jià)區(qū)間為[70，85]，屬于“良”的評(píng)定級(jí)別。

6 結(jié) 論

1)根據(jù)露石水泥混凝土路面優(yōu)良的表面功能，分別從路面抗滑性能、降噪性能、平整性能、反光性能、耐久性能等五個(gè)方面，建立露石水泥混凝土路面表面功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2)綜合現(xiàn)行規(guī)范及相關(guān)研究成果，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了評(píng)定等級(jí)劃分并提出了量化的建議值，運(yùn)用層次分析法和專(zhuān)家評(píng)分法，確定指標(biāo)體系中各項(xiàng)因素的權(quán)重，提出了露石水泥混凝土路面表面功能質(zhì)量狀態(tài)評(píng)價(jià)方法。

3)通過(guò)對(duì)重慶某露石水泥混凝土路面試驗(yàn)路段進(jìn)行實(shí)地調(diào)查及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)實(shí)體路段表面功能進(jìn)行了綜合評(píng)判，表明該評(píng)價(jià)方法具有可實(shí)用性。

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Comprehensive Evaluation of Surface Function of Exposed-Aggregate Cement Concrete Pavement

Song Yongchao1, 2, Fu Bofei1, Liang Naixing3

(1.School of Traffic & Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China; 2. Key Laboratory of HighwayEngineering of Ministry of Education, Changsha University of Science & Technology,Changsha 410004,Hunan, China;3. School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

According to the surface function characteristics of exposed-aggregate cement concrete pavement (EACCP), the evaluation indexes system of the surface function was established respectively from aspects such as skid resistance, noise reduction, flatness, reflection and durability of the pavement. The analytic hierarchy process and expert evaluation method were used to determine the weight of various factors in evaluation indexes system, and the comprehensive evaluation method of EACCP was proposed. The comprehensive evaluation on the surface function of a certain section of actual EACCP was carried out, which provided the basis for judging the surface function quality of EACCP.

road engineering;exposed-aggregate cement concrete pavement (EACCP); surface function; evaluation indexes

10.3969/j.issn.1674-0696.2015.06.08

2014-05-08；

2014-07-19

長(zhǎng)沙理工大學(xué)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(kfj130102) ；重慶市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(cstc2012jjA30001)

宋永朝(1975—)，男，湖南雙峰人，副教授，博士，主要從事道路與交通工程方面的研究。E-mail: songyc69@163.com。

U416.216

A

1674-0696(2015)06-043-05