《重载水泥混凝土铺面关键技术与工程应用》

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水泥混凝土铺面结构因承载高、耐候强、维护少,被超过90%的机场跑道、70%的大型港口堆场和60%的公路广泛应用,其规模为世界之最。优质的铺面是保障美好出行、高效物流和国防安全的基础。在运量井喷增长的重型飞机、10倍于发达国家重载等级的货车和百吨级港口车辆的作用下,混凝土铺面出现早期断裂易发、抗滑衰减变快、舒适性能降低、维修难以实施等世界级难题,严重影响运行品质、缩短使用寿命、危及飞机和车辆安全。

项目研究了重载和环境耦合作用下混凝土铺面结构的损伤、断裂和服役行为;探究了野外规模化施工技术和干硬性混凝土高频激振密实时气、液、固三相时变驱动规律,首研了滑模挤压时混凝土触变和流变表面功能革新等创新性技术;研究了低交通干扰下的快速修复工艺和装备。历经十多年联合攻关,并经世界最大环道重载车辆的加速加载验证,完整构建了重载混凝土铺面的国家及行业标准体系,攻克了结构计算理论和结构早期断裂控制技术、高品质建造方法和施工技术、铺面快速修复中的技术难关,主要创新成果如下:

创建重载混凝土铺面的双参数地基上多板联动双层板理论模型,揭示了重载下混凝土铺面结构的多板协同承载和传荷规律;首创耐动水冲刷、吸收冲击荷载、降低温度翘曲的变形以及不均匀沉陷自我补偿的复合重载结构,统一了机场、港口和公路的混凝土铺面设计理论;提高耐冲刷能力近10倍,降低翘曲应力28%,降低土基2/3的不均匀沉陷。

揭示了干硬性混凝土200Hz高频振捣的“气相滚珠助迁移、液相饱和促液化、骨架重构增密实”工作机理,发明了含多组分表面活性的密实液化剂,解决了振捣液化与密实、均质的难题,形成了“铺面皮肤层构造”、“露石混凝土双层摊铺”等自主知识产权的建造方法和铺面施工技术,提高混凝土均质性1倍以上,延缓抗滑衰减近5倍,显著提高舒适性。

创新了混凝土铺面快速养护维修工艺和装备,开发出机场不停航条件下时空转换的混凝土铺面预制拼装快速新修复技术;发明了混凝土分散剂和促凝剂,经工艺流程再造实现了重载公路的28天维修到6小时通车的突破;提出大流动性2小时快硬脱空注浆技术。

成果获国家发明专利16项、美国发明专利1项;出版专著9部;被SCI/EI检索论文49篇。成功应用于北京新机场、浦东机场、海南洋浦港、喀麦隆Kribi深水港以及1500多公里高速公路。核心成果被交通部鉴定为“总体国际领先水平”,纳入11部国家和行业标准。项目近三年经济效益5.63亿元。并得到白俄罗斯与国际混凝土铺面协会的肯定和推荐。项目获7项省部级科技进步一等奖。

成果系统解决了重载水泥混凝土铺面结构的理论、设计、施工、维护等技术难题,突破了铺面三十年不大修的技术瓶颈;可在中国及“一带一路”沿线国家近千个机场和港口、上万公里的重载公路和百万公里乡村道路的新建、更新与升级中推广应用,保障国产系列“大飞机”安全起降,意义重大。

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