露石水泥混凝土路面表面功能綜合評價研究

宋永朝，付波飛，梁乃興

(1.重慶交通大學 交通運輸學院，重慶 400074；2.長沙理工大學 公路工程教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004；3.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074)

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露石水泥混凝土路面表面功能綜合評價研究

宋永朝1,2，付波飛1，梁乃興3

(1.重慶交通大學 交通運輸學院，重慶 400074；2.長沙理工大學 公路工程教育部重點實驗室，湖南 長沙 410004；3.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074)

根據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、耐久性等方面構建表面功能評價指標體系，運用層次分析法和專家評分法確定評價指標權重，提出露石水泥混凝土路面綜合評價方法，并對某實體路段表面功能進行了綜合評價，可為評判露石水泥混凝土路面表面功能狀態提供依據。

道路工程；露石水泥混凝土路面；表面功能；評價指標

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度高、剛度大、穩定性好、使用壽命長等優點；同時，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、行車噪聲高、易產生眩光等問題。露石水泥混凝土路面具有豐富的紋理構造[2]，有效改善潮濕不利狀態下路表抗滑性能，大大降低行車噪聲，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，顯著提高機動車行車安全性和行車舒適性。

露石水泥混凝土路面具有高抗滑、低噪聲[3]、防眩等優良的路用性能，在于紋理豐富的露石表面，露石表面質量狀態是露石水泥混凝土路面表面功能得以發揮的關鍵。我國擁有豐富的水泥資源，高品質的露石水泥混凝土路面具有廣泛的應用前景。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]等方面進行了相關研究并取得了一定成果，而對于高等級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量判定方面缺乏相應的研究。在此，筆者針對露石水泥混凝土路面現實狀況，建立露石水泥混凝土路面表面功能評價指標體系，提出露石表面功能質量狀態評價方法，為露石水泥混凝土路面的推廣應用提供技術支持。

1 紋理構造特征

露石水泥混凝土路面通過露石工藝處理，獲得紋理豐富的露石表面，具有優良的表面功能。國際道路協會將路面紋理構造分為微觀構造和宏觀構造，常用平均斷面深度或平均構造深度對道路表面紋理構造進行描述[7-8]，路表紋理構造深度在0.5 mm以上為宏觀構造，而小于0.5 mm為微觀構造。

新拌水泥混凝土路面經過露石工序處理后形成紋理豐富的露石水泥混凝土路面，表現出優良的路面性能。機動車在路表行駛過程中，露石表面上凸的裸露顆粒能嵌入輪胎，提高了汽車輪胎與道路表面的有效接觸面積。同時，在路表潮濕狀態下，露石表面的下凹紋理構造，亦能迅速排除車輪下的路表水，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下路表的抗滑能力。露石表面發達的紋理構造及時釋放行車過程中輪胎表面花紋溝槽內的壓縮氣體，有效降低行駛過程中的泵吸噪聲，降低行車噪聲，改善人口密集區域的工作生活環境。另外，露石水泥混凝土路面擁有粗糙的露石表面，光線經過露石表面后形成漫反射，可消除或緩解強烈耀眼光線對駕駛員或行人的視覺干擾，露石表面反光散射系數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、防眩等優良特征，關鍵在于擁有紋理豐富的露石表面，露石表面優良的表面功能為機動車行車安全性能和行車舒適性能提高提供重要保證。

2 表面功能評價體系

隨著經濟快速發展，機動車保有量進一步增加，道路交通量及行車速度增大，車輛與路面之間有密切關系的道路表面特性顯得越來越重要[9]。高品質路面具有安全、經濟、舒適的路用功能，取決于高質量的道路表面特性，付智[10]通過對水泥混凝土路面表面功能的理解和認識，提出水泥混凝土路面應具有舒適、安全、耐久的表面功能。

露石水泥混凝土路面在使用過程中具有安全、經濟、舒適和環境保護方面的路用性能，關鍵在于露石表面具有優良的表面功能。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，從抗滑、降噪、平整、反光、耐久等表面性能來考慮露石水泥混凝土路面的表面功能，針對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個方面的技術參數作為評價指標，建立露石水泥混凝土路面表面功能評價指標體系，如圖1。

圖1 表面功能評價指標體系構成

3 表面功能評價指標等級劃分

3.1 露石水泥混凝土路面抗滑性能指標

目前，我國現行水泥混凝土路面設計、施工及質量檢驗評定規范對道路表面抗滑構造深度提出了要求，但缺乏摩擦系數方面的相關規定，而在JTJ 073.1—2001《公路水泥混凝土路面養護技術規范》中對構造深度、抗滑值及橫向力系數相關技術參數進行了要求及等級劃分。露石水泥混凝土路面作為一種新型水泥混凝土路面，綜合現行水泥混凝土路面技術規范對露石水泥混凝土路面抗滑性能進行等級劃分，提出露石水泥混凝土路面抗滑性能指標等級評判依據，如表1。

表1 抗滑性能指標評定等級劃分

3.2 露石水泥混凝土路面降噪性能指標

行車噪聲與機動車行駛速度有直接關系，速度越高路面行車噪聲越大，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越明顯[11-12]。在此，對40，60，80 km/h行車速度下測定其行車噪聲，與同等級普通水泥混凝土路面進行對比，根據40，60，80 km/h行車速度降噪值D40，D60，D80來確定露石水泥混凝土路面降噪性能，降噪性能指標的等級劃分建議值如表2。

表2 降噪性能指標評定等級劃分

3.3 露石水泥混凝土路面平整性能指標

路面平整性能是道路使用者所關心的重要指標，道路表面平整性能決定高速行車舒適程度。綜合JTG F 80/1—2004《公路工程質量評定標準》和JTJ H 20—2007《公路技術狀況評定標準》等現行行業規范，采用3 m直尺最大間隙、標準差、國際平整度指數等技術參數作為露石水泥混凝土路面平整性能評價指標，提出平整性能指標技術參數等級劃分建議值，如表3。

表3 平整性能指標評定等級劃分

3.4 露石水泥混凝土路面防眩性能指標

道路表面凸凹的紋理構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造能有效形成光的漫反射，減小路表反光強度，防止光線耀眼，給駕駛員和行人提供一個安全舒適的行車環境，具有一定的防眩功能。采用反光散射系數[1]對光線照射到道路表面后的反光性能進行量化，作為露石水泥混凝土路面防眩性能評價參數，并提出防眩性能評定等級劃分的建議參考值，如表4。

表4 防眩性能指標評定等級劃分

3.5 露石水泥混凝土路面耐久性能指標

道路表面耐磨性對其抗滑性衰減影響顯著，露石水泥混凝土路面應選擇優質巖石作為集料碎石，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度高、耐磨性能好的碎石集料，在長期使用過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其耐久性指標提出具體檢測方法及評判標準，綜合現行行業規范，采用路面狀況指數(PCI)和斷板率(DBL)兩項指標來評定水泥混凝土路面破損情況，結合露石水泥混凝土路面特點，提出露石水泥混凝土路面耐久性能(路面狀況)的評價等級建議值，耐久性能指標等級劃分如表5。

表5 耐久性能指標評價等級劃分

4 表面功能綜合評價

4.1 評價指標權重分析

運用層次分析法[13-14]和專家評分法,確定評價指標體系中各指標權重，具體如下：

1)把復雜系統分解成目標層、準則層和方案層，明確每一層的組成要素，建立起一個描述系統功能和特征的遞階層次結構。

2)采用問卷調查方法，對同一層次的各元素關于上一層次中某一要素的重要性進行兩兩比較，建立其判斷矩陣A：

其中：aij值采用Saaty建立的9標度法確定，筆者采用德爾菲法得出判斷矩陣。

3)相對權重計算。方根法是通過判斷矩陣計算要素相對重要度的常用方法，計算其特征向量和特征根。計算步驟為：

①A的元素按行相乘得一新向量

A′=[300 6 0.033 0.5 0.033]T；

②將新向量的每個分量開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重向量

Wi=[0.48 0.22 0.08 0.14 0.08]T。

4)一致性檢驗。一致性檢驗是為了確保矩陣的精確性在一個較合理的水平。計算最大特征根λmax=5.06，一致性檢驗指標C.I.=(λmax-n)/(n-1)=0.015，再根據該層要素數量查平均隨機一致性指標R.I.=1.12，最后計算一致性比例C.R.=C.I./R.I.=0.013。一般規定，當C.R.<0.1時，認為判斷矩陣的一致性是可以接受的，說明各矩陣中兩要素相對于上一次的重要性比值的選擇符合邏輯性要求，否則應對判斷矩陣作適當修正。

4.2 基于層次分析法的表面功能綜合評價

根據露石水泥混凝土路面表面功能的評價指標體系，路面表面功能綜合評價指標(PQI)由5個因素構成：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價指標PQI計算式見式(2)，P1，P2，P3，P4，P5為指標相應的權重值，PQI評定總分為100分，分值范圍為0～100，表面功能綜合評價標準見表6：

(2)

表6 表面功能綜合評價標準

5 工程應用

以重慶境內涪陵區李渡鎮露石水泥混凝土路面試驗路為研究對象，對該實體路段的露石表面進行了構造深度、抗滑值、平整度、行車噪聲、路面狀況等技術指標進行了現場檢測，試驗路段相關技術參數測定值見表7。考慮施工成本因素，選用當地石灰巖碎石作為粗集料，散射系數取0.29。

表7 試驗路段技術參數測定值

評判露石水泥混凝土路面實體路段表面功能的質量水平，計算綜合評價指標(PQI)得分值：

重慶市涪陵區李渡鎮鐘露石水泥混凝土路面的表面功能綜合得分為78.76，根據最大隸屬原則，露石水泥混凝土路面綜合評價指標得分評價區間為[70，85]，屬于“良”的評定級別。

6 結 論

1)根據露石水泥混凝土路面優良的表面功能，分別從路面抗滑性能、降噪性能、平整性能、反光性能、耐久性能等五個方面，建立露石水泥混凝土路面表面功能評價指標體系。

2)綜合現行規范及相關研究成果，對評價指標進行了評定等級劃分并提出了量化的建議值，運用層次分析法和專家評分法，確定指標體系中各項因素的權重，提出了露石水泥混凝土路面表面功能質量狀態評價方法。

3)通過對重慶某露石水泥混凝土路面試驗路段進行實地調查及現場測試，對實體路段表面功能進行了綜合評判，表明該評價方法具有可實用性。

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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

長沙理工大學公路工程教育部重點實驗室開放基金項目(kfj130102) ；重慶市自然科學基金項目(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