重载水泥混凝土铺面关键技术与工程应用.pdf

2018 年国家科技进步奖提名项目公示 一、项目名称 重载水泥混凝土铺面关键技术与工程应用 二、提名者及提名意见 提名者： 山西省 提名意见： 在中国极重的交通荷载、复杂的气候环境、易冲刷的半刚性结构和较粗犷的施工工艺 下，尽管水泥混凝土铺面具有承载力高、耐候性强、经济耐久等优点，但仍存在经典设计 理论不适应、早期断裂频发、行驶舒适性不足、抗滑衰变快、维修干扰大等难题，严重影 响了铺面使用性能，并威胁飞机和车辆的运行安全。同时，我国每年有 8 亿吨水泥产能过 剩，却需进口 500 万吨优质沥青用于铺面修筑。 为攻克重载水泥混凝土铺面寿命、舒适、抗滑、维修等技术难题，国家科技部、交通 运输部、山西和内蒙等省区先后设立 20 余项课题，由 19 家科研、设计、高校、建设等单 位历经十多年联合攻关，建立了复杂荷载下的多板联动双层板理论模型，提出了应对重载 的复杂多层复合结构，突破了混凝土铺面施工过程的精准控制技术，实现了小时级快速维 修，做到了重载混凝土铺面工程的有据可依、有材可用和有法可修。 项目成果获授权美国发明专利 1 项、中国发明专利 16 项，发表论文 250 余篇，出版专 （编、译）著 13 部。核心成果纳入机场、港口、公路交通领域国家、行业标准 11 部，并 在重庆江北机场、昆明长水机场、广州和上海等港口，以及 1000 公里高速公路、 2000 公 里国省干线和近万公里国防公路、乡村公路中成熟应用，推动了民航、水运和公路等重交 通基础设施走向更安全、更舒适和更耐久，为新时代建设交通强国、实现国家供给侧改革 和产业结构调整、实施一带一路方略和保障国防安全贡献重要技术力量。 提名该项目申报 2018 年度国家科学技术进步二等奖。 三、项目简介 超大规模的机场、港口和国省干道等重交通基础设施的建设、维修和更新，关系我国 1 经济健康和国防安全。水泥混凝土铺面具有承载力高、耐候性强、经济耐久等国际公认优 点，是重交通铺面的优良选择。但中国极重的交通荷载、复杂的气候环境、易冲刷的半刚 性基层和较粗犷的施工工艺，使重载铺面存在经典设计理论不适应、早期断裂频发、行驶 舒适性不足、抗滑衰变快等问题，严重影响了使用性能，并威胁飞机和车辆的运行安全； 同时维修对交通干扰大制约了其推广应用。然而我国有 8 万亿 吨/ 年的水泥产能过剩。因 此，攻克重载水泥混凝土铺面的寿命、舒适、抗滑、维修等技术难题意义重大。 项目组历经十多年产学研联合攻关，建立了复杂荷载下的多板联动双层板理论模型， 提出了应对重载的复杂多层复合结构，突破了混凝土铺面施工过程的精准控制技术，实现 了小时级快速维修，实现了重载混凝土铺面工程的有据可依、有材可用和有法可修，取得 了 4 项创新成果： 1、基于大规模现场足尺试验和环道试验，获得了半刚性重载铺面在多轮轴荷载下的 多板协同传荷和破坏模态规律，提出了长寿命的设计参数取值方法，首次提出了温克勒地 基上多板联动双层板理论模型，统一了机场、港口、公路的铺面设计理论基础，成果纳入 规范，可实现铺面设计寿命延长到 30 年以上。 2、基于三百万组铺面翘曲变形测量数据挖掘，耐冲刷和三轴重复压缩试验，得到诱 发铺面早期断裂的三种脱空规律及预测模型，由此提出降低翘曲的跟随变形协调层和缓解 沉陷的自我补偿层，消除了早期开裂，实现 30 年设计寿命预期。 3、基于束胶体分子功能团技术，发明了含多组分表面活性的密实液化剂解决了低坍 落度和和易性之间的偶联矛盾，实现了混凝土振捣出浆快，振后不变形的广谱宽容性混凝 土，提高混凝土致密性和均质性 40%，平整度提高 40%。同时控制出浆量和多道工艺实现 外砂浆 3~5mm “皮肤层”致密耐磨，耐候稳定和砂颗粒微观抗滑，提高耐久性 1 倍。 4 、提出铺面双层分层摊铺，无缝湿接的功能梯度摊铺工艺，通过集料裸露整形、缓 凝砂