重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)與工程應用

1、2018年國家科技進步獎提名項目公示一、項目名稱重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)與工程應用二、提名者及提名意見提名者：山西省提名意見：在中國極重的交通荷載、復雜的氣候環(huán)境、易沖刷的半剛性結(jié)構(gòu)和較粗獷的施工工藝下，盡管水泥混凝土鋪面具有承載力高、耐候性強、經(jīng)濟耐久等優(yōu)點，但仍存在經(jīng)典設計理論不適應、早期斷裂頻發(fā)、行駛舒適性不足、抗滑衰變快、維修干擾大等難題，嚴重影響了鋪面使用性能，并威脅飛機和車輛的運行安全。同時，我國每年有8億噸水泥產(chǎn)能過剩，卻需進口500萬噸優(yōu)質(zhì)瀝青用于鋪面修筑。為攻克重載水泥混凝土鋪面壽命、舒適、抗滑、維修等技術(shù)難題，國家科技部、交通運輸部、山西和內(nèi)蒙等省區(qū)先后設立20余項課題，

2、由19家科研、設計、高校、建設等單位歷經(jīng)十多年聯(lián)合攻關(guān)，建立了復雜荷載下的多板聯(lián)動雙層板理論模型，提出了應對重載的復雜多層復合結(jié)構(gòu)，突破了混凝土鋪面施工過程的精準控制技術(shù)，實現(xiàn)了小時級快速維修，做到了重載混凝土鋪面工程的有據(jù)可依、有材可用和有法可修。項目成果獲授權(quán)美國發(fā)明專利1項、中國發(fā)明專利16項，發(fā)表論文250余篇，出版專（編、譯）著13部。核心成果納入機場、港口、公路交通領(lǐng)域國家、行業(yè)標準11部，并在重慶江北機場、昆明長水機場、廣州和上海等港口，以及1000公里高速公路、2000公里國省干線和近萬公里國防公路、鄉(xiāng)村公路中成熟應用，推動了民航、水運和公路等重交通基礎(chǔ)設施走向更安全、更舒適和

3、更耐久，為新時代建設交通強國、實現(xiàn)國家供給側(cè)改革和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實施一帶一路方略和保障國防安全貢獻重要技術(shù)力量。提名該項目申報2018年度國家科學技術(shù)進步二等獎。三、項目簡介超大規(guī)模的機場、港口和國省干道等重交通基礎(chǔ)設施的建設、維修和更新，關(guān)系我國經(jīng)濟健康和國防安全。水泥混凝土鋪面具有承載力高、耐候性強、經(jīng)濟耐久等國際公認優(yōu)點，是重交通鋪面的優(yōu)良選擇。但中國極重的交通荷載、復雜的氣候環(huán)境、易沖刷的半剛性基層和較粗獷的施工工藝，使重載鋪面存在經(jīng)典設計理論不適應、早期斷裂頻發(fā)、行駛舒適性不足、抗滑衰變快等問題，嚴重影響了使用性能，并威脅飛機和車輛的運行安全；同時維修對交通干擾大制約了其推廣應用。然

4、而我國有8萬億 噸/年的水泥產(chǎn)能過剩。因此，攻克重載水泥混凝土鋪面的壽命、舒適、抗滑、維修等技術(shù)難題意義重大。項目組歷經(jīng)十多年產(chǎn)學研聯(lián)合攻關(guān)，建立了復雜荷載下的多板聯(lián)動雙層板理論模型，提出了應對重載的復雜多層復合結(jié)構(gòu)，突破了混凝土鋪面施工過程的精準控制技術(shù)，實現(xiàn)了小時級快速維修，實現(xiàn)了重載混凝土鋪面工程的有據(jù)可依、有材可用和有法可修，取得了4項創(chuàng)新成果：1、基于大規(guī)?，F(xiàn)場足尺試驗和環(huán)道試驗，獲得了半剛性重載鋪面在多輪軸荷載下的多板協(xié)同傳荷和破壞模態(tài)規(guī)律，提出了長壽命的設計參數(shù)取值方法，首次提出了溫克勒地基上多板聯(lián)動雙層板理論模型，統(tǒng)一了機場、港口、公路的鋪面設計理論基礎(chǔ)，成果納入規(guī)范，可實現(xiàn)鋪

5、面設計壽命延長到30年以上。2、基于三百萬組鋪面翹曲變形測量數(shù)據(jù)挖掘，耐沖刷和三軸重復壓縮試驗，得到誘發(fā)鋪面早期斷裂的三種脫空規(guī)律及預測模型，由此提出降低翹曲的跟隨變形協(xié)調(diào)層和緩解沉陷的自我補償層，消除了早期開裂，實現(xiàn)30年設計壽命預期。3、基于束膠體分子功能團技術(shù)，發(fā)明了含多組分表面活性的密實液化劑解決了低坍落度和和易性之間的偶聯(lián)矛盾，實現(xiàn)了混凝土振搗出漿快，振后不變形的廣譜寬容性混凝土，提高混凝土致密性和均質(zhì)性40%，平整度提高40%。同時控制出漿量和多道工藝實現(xiàn)外砂漿35mm“皮膚層”致密耐磨，耐候穩(wěn)定和砂顆粒微觀抗滑，提高耐久性1倍。4、提出鋪面雙層分層攤鋪，無縫濕接的功能梯度攤鋪工藝

6、，通過集料裸露整形、緩凝砂漿厚度可控等工藝實現(xiàn)表面宏觀紋理的可控構(gòu)造，降低噪音3db，延緩抗滑衰減3倍；提出預制拼裝修復工法和快速修復材料二次拌合技術(shù)解決6小時內(nèi)快通技術(shù)，有效解決不停航施工難題。項目研究成果獲授權(quán)美國發(fā)明專利1項，中國發(fā)明專利授權(quán)16項、實用新型專利34項；發(fā)表論文250余篇（SCI/EI檢索54篇）；出版重載水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設計、混凝土鋪面工程等專著13部；主修編水泥混凝土鋪面技術(shù)標準（國家標準），民用機場水泥混凝土道面設計規(guī)范和公路水泥混凝土路面設計規(guī)范等行業(yè)標準11部。成果已在重慶江北機場、昆明長水機場、廣州和上海等港口，以及1000公里高速公路、2000公里國省干線

7、和近萬公里國防公路、鄉(xiāng)村公路中成熟應用，使得鋪面結(jié)構(gòu)使用壽命達30年以上，而養(yǎng)護費用僅為瀝青鋪裝的50%。成果整體達到國際領(lǐng)先水平，并獲山西、內(nèi)蒙等省部級科技進步一等獎7項。項目系統(tǒng)解決了重載水泥混凝土鋪面的有效應用難題，突破了傳統(tǒng)對重交通水泥混凝土鋪面想用而不敢用的困局，大力推動了民航、水運和公路等重交通基礎(chǔ)設施走向更安全、更舒適和更耐久，為新時代建設交通強國、實現(xiàn)國家供給側(cè)改革和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、保障國防安全貢獻重要技術(shù)力量。四、客觀評價1獲獎情況（1）項目成果“重載交通水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設計參數(shù)與表面功能研究”項目獲得2016年度山西省科技進步一等獎；（2）項目成果“西部地區(qū)耐久性水泥混凝土

8、路面關(guān)鍵技術(shù)研究”項目獲得2015年度中國公路學會科學技術(shù)一等獎；（3）項目成果“嚴寒地區(qū)超重載水泥混凝土路面設計施工技術(shù)”項目獲得2014年度內(nèi)蒙古自治區(qū)科技進步一等獎；（4）項目成果“基于耐久性的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設計技術(shù)研究”項目獲得2013年度中國公路學會科學技術(shù)一等獎；（5）項目成果“黃土地區(qū)重交通水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設計理論與方法、關(guān)鍵技術(shù)及工程應用”獲得2012年度中國公路學會科學技術(shù)一等獎；（6）項目成果“山西省運煤重載水泥混凝土路面典型結(jié)構(gòu)的研究”項目獲得2010年度山西省科技進步一等獎；（7）項目成果“山西省超重交通水泥混凝土路面合理結(jié)構(gòu)的研究”項目獲得2002年度山西省科技

9、進步一等獎。2. 鑒定意見（1）交通運輸部科技司對“基于耐久性的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設計技術(shù)研究”鑒定評價如下：通過多種溫度梯度與軸載類型組合下的水泥混凝土路面破壞模式的研究，提出了基于疲勞破壞與沖刷破壞的耐久性水泥混凝土路面設計體系。研究成果創(chuàng)新性顯著，推廣前景廣闊，總體上達到了國際領(lǐng)先水平；（2）交通運輸部科技司對“西部地區(qū)耐久性水泥混凝土路面關(guān)鍵技術(shù)研究”鑒定評價如下：提出了協(xié)調(diào)路基不均勻變形和混凝土板變形的理念，采用設計、施工工況融合技術(shù)，建立了基于實測數(shù)據(jù)修正的混凝土路面溫度翹曲應力計算模型和混凝土路面施工內(nèi)嵌等環(huán)境應力計算方法，構(gòu)建了路基路面一體化設計體系。研究成果具有顯著的創(chuàng)新性和

10、實用性，推廣應用前景廣闊，總體達到國際先進水平，其中在混凝土路面路基性能指標與參數(shù)和基于耐久性的混凝土路面結(jié)構(gòu)設計技術(shù)方面處于國際領(lǐng)先水平；（3）山西省科技廳對“山西省運煤重載水泥混凝土路面典型結(jié)構(gòu)的研究”鑒定評價如下：研究了電煤集運公路大型車輛的軸載特征，提出了累計軸載預估方法；提出了基于面層和基層綜合疲勞破壞作為設計準則的重交通水泥混凝土路面設計方法；提出了運煤重載水泥混凝土路面典型結(jié)構(gòu)，為行業(yè)技術(shù)規(guī)范修訂提供了技術(shù)依據(jù)。成果達到國際領(lǐng)先水平；（4）交通運輸部科技司對“水泥混凝土路面施工變異性及控制技術(shù)研究”鑒定評價如下：提出了水泥混凝土的攪拌均勻性控制技術(shù)與質(zhì)量控制標準，優(yōu)化了水泥混凝土

11、施工技術(shù)和寬幅大厚度水泥混凝土路面的防塌邊滑模施工新技術(shù)，項目總體上達到國際先進水平。3. 學術(shù)評價意見（1）國際水泥混凝土路面協(xié)會主席 Mark B.Snyder 博士對該項目做出如下評價： the degree of bond present between the slab and base significantly affects thermal stress in the slab, and that the use of a bond-breaking interlayer can effectively eliminate thermal stress problems in

12、concrete slabs on CTB. It is no exaggeration to say that the use of the asphalt interlayer was an important contribution to the heavy traffic transportation industry and also provided a valuable experience for the heavy traffic pavement construction industry worldwide ” “混凝土板和基層的結(jié)合程度對板的溫度應力有顯著影響，功能層

13、可以有效緩解水泥穩(wěn)定基層上板的溫度應力。功能層的應用對重交通運輸做出了巨大貢獻，也對世界范圍內(nèi)重交通水泥混凝土路面建設具有重要的參考價值”（2）美國普渡大學姜藝教授對本項目做出如下評價：This project has made technical breakthroughs in reflective and thermal cracking control, which presents a giant leap forward and provides practical technical guidance needed for tomorrows concrete pavement

14、rehabilitation.“該項目在水泥混凝土路面反射裂縫和溫度裂縫控制方面取得了技術(shù)突破，其代表了一個巨大的飛躍，可為將來混凝土路面修復提供操作性強的技術(shù)指南。”（3）白俄羅斯大使館給項目組發(fā)來的感謝信中稱“ , . ”“感謝項目組在水泥混凝土路面設計理論和方法領(lǐng)域做出的創(chuàng)新貢獻，幫助解決白俄羅斯水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設計問題。”4. 媒體報道2014年06月06日中國交通報以“水泥混凝土路面的技術(shù)革命”為題對項目新型設計方法、新型鋪面結(jié)構(gòu)、新型施工工藝及工程應用進行了整版報道，并給予了高度評價。五、推廣應用情況項目成果直接服務于全國10余省份高速公路、國省干線公路、干線機場及港口鋪面工程設

15、計、施工和養(yǎng)護工作，高速公路建設項目累計應用1000余公里，國省干線公路累計應用約3000公里，干線機場4座、鋪面面積約800萬平方米。成果對于推動民航、水運和公路等重交通基礎(chǔ)設施走向更安全、更舒適和更耐久發(fā)揮了重要作用。主要應用單位情況表應用單位名稱應用技術(shù)應用的起止時間應用情況內(nèi)蒙古高等級公路建設開發(fā)有限責任公司重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)2009年03月2010年05月項目成果直接應用于全長100公里的內(nèi)蒙古自治區(qū)白霍（白音華至霍林郭勒）一級公路新建工程中，大大提高了水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)使用耐久性。內(nèi)蒙古交通設計研究院有限責任公司重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)2007年03月2009年04月項目

16、成果直接應用于全長260公里的內(nèi)蒙古自治區(qū)準興（準格爾旗至興和縣）高速公路新建工程設計中，有效保證了路面結(jié)構(gòu)設計可靠度。廣西金龍高速公路有限公司重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)2007年03月2009年04月項目成果直接應用于全長168公里的廣西三柳（三江至柳州）高速公路新建工程建設中，提高了道路結(jié)構(gòu)的使用耐久性，減少了日常養(yǎng)護及小中修工作量。黑龍江省公路勘察設計院中山分院重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)2010年03月2011年05月項目成果直接應用于全長244公里的黑龍江北黑（北安至黑河）高速公路新建工程設計中，減少了施工材料的浪費，有效提高了施工質(zhì)量西藏自治區(qū)林芝市交通運輸局重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技

17、術(shù)2010年4月2014年10月成果推廣應用于G318國道、S306省道、S202省道等工程建設中累計應用400公里。在完善工程設計、攻克工程核心技術(shù)難題等方面，發(fā)揮了巨大的技術(shù)支持作用。西藏自治區(qū)交通勘察設計研究院重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)2013年4月2014年9月項目成果在G317國道改則至革吉段改建工程建設中應用，降低工程造價，對于工程建設規(guī)范有序推進具有重大指導意義。黑洛公路十八站至金溝段改擴建工程建設指揮部重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)2012年4月2014年10月項目成果在全長425公里的黑洛二級公路（黑河至洛古河）工程建設中得到應用，項目成果在完善工程設計、攻克工程核心技術(shù)難題等方

18、面，發(fā)揮了巨大的技術(shù)支持作用山西省公路局重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)2003年6月2010年10月先后在大同電煤集運通道、通道連接線、以及朔州、呂梁、太原、臨汾等地的煤運重載公路（合計2000余公里）應用項目成果，大幅提升了路面使用品質(zhì)和耐久性。山西省高速公路管理局重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)1999年4月2012年11月項目成果先后在195公里運煤高速公路（京大、大同西北環(huán)、德大、大新、太古）及60余公里隧道路面的建設中得到應用，對路面結(jié)構(gòu)耐久性提升具有重大意義。重慶機場集團有限公司重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)2012年1月2014年12月在重慶江北國際機場三跑道建設工程的設計和施工中采用，提高了

19、水泥混凝土道面結(jié)構(gòu)的可靠性，對于減少道面的早期損壞、降低道面養(yǎng)護費用昆明新機場建設指揮部重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)2007年月2012年6月在昆明新機場（長水國際機場）工程的設計和施工中采用了“重載水泥混凝土鋪面關(guān)鍵技術(shù)”，共建設跑道端、滑行道、站坪等水泥混凝土道面（不含道肩、圍場路等）共計172萬平米，對于減少道面的早期損壞提高機場運行安全具有重要意義。六、主要知識產(chǎn)權(quán)證明目錄主要知識產(chǎn)權(quán)證明目錄（不超過10件）知識產(chǎn)權(quán)類別知識產(chǎn)權(quán)具體名稱國家地區(qū)授權(quán)號授權(quán)日期證書編號權(quán)利人發(fā)明人發(fā)明專利有效狀態(tài)發(fā)明專利Auxiliary member for pavement construction,

20、concrete slab and method for pavement construction美國US B22015.03.24交通運輸部公路科學研究所田波,傅琴,陳志杰有效專利發(fā)明專利引氣劑、添加引氣劑的水泥混凝土、以及它們在滑模施工中的應用中國ZL132016.04.06交通運輸部公路科學研究所柯國炬,田波,劉英,彭鵬,李思李有效專利發(fā)明專利一種早強耐磨型混凝土養(yǎng)護劑及其制備方法和用途中國ZL802016.01.13交通運輸部公路科學研究所,中路高科(北京)公路技術(shù)有限公司王稷良,田波,韓聰聰,王大鵬,劉康,柯國炬,彭鵬,劉英,孫洪峰,謝晉德有效專利發(fā)明專利一種水泥混凝土路面板底的修

21、復材料中國ZL8X2015.09.16交通運輸部公路科學研究所柯國炬,田波,彭鵬,王稷良有效專利發(fā)明專利路面施工輔助構(gòu)件、混凝土板及路面施工方法中國ZL1x2014.08.20交通運輸部公路科學研究所, 北京科路泰技術(shù)有限公司,廣西交通投資集團有限公司田波,傅琴,陳志杰,謝晉德,彭鵬,袁祖光,付智,羅翥,劉英,侯榮國,王大鵬,王稷良,孫宏峰,莫秀雄,何哲有效專利發(fā)明專利水泥混凝土用引氣劑引氣效果的評價方法中國ZL872016.06.01交通運輸部公路科學研究所柯國炬,田波,王稷良,劉英,何哲有效專利發(fā)明專利一種機場輪跡測試方法中國ZL342016.11.09同濟大學趙鴻鐸,凌建明,袁捷,雷電,

22、史恩輝有效專利發(fā)明專利路面輪跡測量裝置和測量方法中國ZL852015.04.22交通運輸部公路科學研究所,北京科路泰技術(shù)有限公司田波,李思李,楊浩,王秋生,袁海文,孫曉瑤有效專利發(fā)明專利一種考慮養(yǎng)生效應的水泥混凝土路面濕度場的建模方法中國ZL472015.12.02山西省交通科學研究院,山西交科公路勘察設計院張翛,趙隊家,劉少文,申俊敏,張艷聰,朱曉斌,劉建偉,劉志勝有效專利發(fā)明專利水泥混凝土路面基-面層層間當量剪切剛度的確定方法中國ZL242017.06.09山西省交通科學研究院,山西交科公路勘察設計院張艷聰,劉少文,張翛,高玲玲有效專利七、主要完成人及貢獻主要完成人及貢獻排名姓 名工作單位

23、完成單位行政職務技術(shù)職稱主要貢獻1田波交通運輸部公路科學研究所交通運輸部公路科學研究所副主任研究員總體負責項目實施、研究方案與大綱制定，審查各專項成果，總體質(zhì)量把關(guān)。總體規(guī)劃創(chuàng)新點1、2、3、4的研究工作，建立內(nèi)嵌溫度應力的計算方法，創(chuàng)新了空間連續(xù)協(xié)調(diào)的鋪面結(jié)構(gòu)，發(fā)明引氣液化劑及其混凝土鋪面施工技術(shù)，提出了二次拌合6小時快通混凝土技術(shù)2趙隊家山西省交通科學研究院山西省交通科學研究院院長教授級高工審查專項成果，總體質(zhì)量把關(guān)。對創(chuàng)新點1、2、4做出了貢獻，提出重載混凝土鋪面結(jié)構(gòu)的典型損壞模式、分析和設計方法，實施運煤重載公路示范工程3劉少文山西省交通科學研究院山西省交通科學研究院副院長教授級高工對

24、創(chuàng)新點1、2、3做出了貢獻，實施了大規(guī)模足尺試驗，標定了鋪面計算模型和關(guān)鍵參數(shù)取值，驗證了層間過渡層、松散體結(jié)構(gòu)的工作性能，提出了鋪面紋理化工藝技術(shù)4趙鴻鐸同濟大學同濟大學副院長教授對創(chuàng)新點1、2、4做出了貢獻，建立機場鋪面結(jié)構(gòu)更新的分析和設計方法，提出整板預制拼裝6小時快速維修技術(shù)5牛開民交通運輸部公路科學研究所交通運輸部公路科學研究所集團副總經(jīng)理研究員對創(chuàng)新點1、3做出了貢獻，設計耐久性水泥混凝土材料、二次拌合6小時快通技術(shù)，提出鋪面平整度控制技術(shù)6劉伯瑩中國交通建設集團有限公司中國交通建設集團有限公司科技部總經(jīng)理教授級高工對創(chuàng)新點1、2做出了貢獻，制定了水泥混凝土路面設計、評價和維修策略

25、7姜昌山中國民航機場建設集團公司中國民航機場建設集團公司規(guī)劃設計總院總工教授級高工對創(chuàng)新點1、3做出了貢獻，提出機場混凝土鋪面的結(jié)構(gòu)設計和施工技術(shù)8談至明同濟大學同濟大學無教授對創(chuàng)新點1、2做出了貢獻，提出公路、港口道路、堆場混凝土鋪面的結(jié)構(gòu)計算和分析方法。9梁軍林廣西大學廣西大學無教授對創(chuàng)新點2、3做出了貢獻，提出層間過渡結(jié)構(gòu)的材料組成設計方法及其施工技10張志耕內(nèi)蒙古交通設計研究院有限責任公司內(nèi)蒙古高等級公路建設開發(fā)有限責任公司董事長教授級高工對創(chuàng)新點1、3做出了貢獻，提出高寒地區(qū)重載混凝土路面的設計與施工技術(shù)八、主要完成單位及貢獻主要完成單位及貢獻排名單位名稱主要貢獻1山西省交通科學研究

26、院全面負責項目方案的制定、實施和成果驗收，負責示范工程、試驗段的設計與實施，對創(chuàng)新點1、2、3、4做出了貢獻，創(chuàng)立水泥混凝土鋪面設計方法，標定理論模型和參數(shù)體系，驗證層間過渡結(jié)構(gòu)的工作性能，提出鋪面平整度提高技術(shù)和板底脫空快速處治技術(shù)2交通運輸部公路科學研究所負責項目研究方案的組織與實施，對創(chuàng)新點1、2、3、4做出了貢獻，建立內(nèi)嵌溫度應力計算方法，提出基層防沖刷技術(shù)，研發(fā)引氣液化劑及其混凝土改性技術(shù)，提出二次拌合6小時快通混凝土技術(shù)3中國民航機場建設集團公司改為：對創(chuàng)新點1、3做出了貢獻，提出機場混凝土鋪面的結(jié)構(gòu)設計和施工技術(shù)，實施了北京新機場、昆明新機場等鋪面設計4同濟大學對創(chuàng)新點1、2、4做出了貢獻，提出公路、港口道路、堆場混凝土鋪面的結(jié)構(gòu)設計技術(shù)、機場預制拼裝快速維修技術(shù)5廣西大學對創(chuàng)新點2、3做出了貢獻，提出層間過渡結(jié)構(gòu)的材料組成設計方法及其施工技術(shù)九、完成人合作關(guān)系說明項目第1完成人和其他完成人、其他完成人之間通過項目共同立項、共同獲獎、共同編制規(guī)范、專著論文合著等形式建立了長期、穩(wěn)定的合作關(guān)系。1. 共同立項、獲獎第1完成人和第2、3、4完成人共同立項、完成了山西