露石水泥混凝土路面表面功能综合评价研究

宋永朝，付波飞，梁乃兴

(1.重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074；2.长沙理工大学 公路工程教育部重点实验室，湖南 长沙 410004；3.重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074)



露石水泥混凝土路面表面功能综合评价研究

宋永朝1,2，付波飞1，梁乃兴3

(1.重庆交通大学 交通运输学院，重庆 400074；2.长沙理工大学 公路工程教育部重点实验室，湖南 长沙 410004；3.重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074)

根据露石水泥混凝土路面表面功能特征，分别从路面抗滑性、降噪性、平整性、反光性、耐久性等方面构建表面功能评价指标体系，运用层次分析法和专家评分法确定评价指标权重，提出露石水泥混凝土路面综合评价方法，并对某实体路段表面功能进行了综合评价，可为评判露石水泥混凝土路面表面功能状态提供依据。

道路工程；露石水泥混凝土路面；表面功能；评价指标

0 引 言

露石水泥混凝土路面是一种新型的水泥混凝土路面[1]，具有普通水泥混凝土路面的强度高、刚度大、稳定性好、使用寿命长等优点；同时，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、行车噪声高、易产生眩光等问题。露石水泥混凝土路面具有丰富的纹理构造[2]，有效改善潮湿不利状态下路表抗滑性能，大大降低行车噪声，粗糙的露石表面还具有一定防眩作用。露石水泥混凝土路面可广泛适用于城市交叉口、公路隧道、陡坡弯道等路段，显著提高机动车行车安全性和行车舒适性。

露石水泥混凝土路面具有高抗滑、低噪声[3]、防眩等优良的路用性能，在于纹理丰富的露石表面，露石表面质量状态是露石水泥混凝土路面表面功能得以发挥的关键。我国拥有丰富的水泥资源，高品质的露石水泥混凝土路面具有广泛的应用前景。目前，露石水泥混凝土路面已在露石工艺[4]、露石表面离析[5]、路用性能[6]等方面进行了相关研究并取得了一定成果，而对于高等级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质量判定方面缺乏相应的研究。在此，笔者针对露石水泥混凝土路面现实状况，建立露石水泥混凝土路面表面功能评价指标体系，提出露石表面功能质量状态评价方法，为露石水泥混凝土路面的推广应用提供技术支持。

1 纹理构造特征

露石水泥混凝土路面通过露石工艺处理，获得纹理丰富的露石表面，具有优良的表面功能。国际道路协会将路面纹理构造分为微观构造和宏观构造，常用平均断面深度或平均构造深度对道路表面纹理构造进行描述[7-8]，路表纹理构造深度在0.5 mm以上为宏观构造，而小于0.5 mm为微观构造。

新拌水泥混凝土路面经过露石工序处理后形成纹理丰富的露石水泥混凝土路面，表现出优良的路面性能。机动车在路表行驶过程中，露石表面上凸的裸露颗粒能嵌入轮胎，提高了汽车轮胎与道路表面的有效接触面积。同时，在路表潮湿状态下，露石表面的下凹纹理构造，亦能迅速排除车轮下的路表水，避免形成水膜，显著改善抗滑性能。在此，露石表面具有良好的路面抗滑性能，能大大提高雨天潮湿状态下路表的抗滑能力。露石表面发达的纹理构造及时释放行车过程中轮胎表面花纹沟槽内的压缩气体，有效降低行驶过程中的泵吸噪声，降低行车噪声，改善人口密集区域的工作生活环境。另外，露石水泥混凝土路面拥有粗糙的露石表面，光线经过露石表面后形成漫反射，可消除或缓解强烈耀眼光线对驾驶员或行人的视觉干扰，露石表面反光散射系数总体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刚度大、高抗滑、低噪声、防眩等优良特征，关键在于拥有纹理丰富的露石表面，露石表面优良的表面功能为机动车行车安全性能和行车舒适性能提高提供重要保证。

2 表面功能评价体系

随着经济快速发展，机动车保有量进一步增加，道路交通量及行车速度增大，车辆与路面之间有密切关系的道路表面特性显得越来越重要[9]。高品质路面具有安全、经济、舒适的路用功能，取决于高质量的道路表面特性，付智[10]通过对水泥混凝土路面表面功能的理解和认识，提出水泥混凝土路面应具有舒适、安全、耐久的表面功能。

露石水泥混凝土路面在使用过程中具有安全、经济、舒适和环境保护方面的路用性能，关键在于露石表面具有优良的表面功能。鉴于露石水泥混凝土路面拥有高抗滑、低噪声、防眩、耐久等特点，从抗滑、降噪、平整、反光、耐久等表面性能来考虑露石水泥混凝土路面的表面功能，针对露石水泥混凝土路面表面功能，提出从抗滑性能、降噪性能、平整性能、反光性能、耐久性能等5个方面的技术参数作为评价指标，建立露石水泥混凝土路面表面功能评价指标体系，如图1。

图1 表面功能评价指标体系构成

3 表面功能评价指标等级划分

3.1 露石水泥混凝土路面抗滑性能指标

目前，我国现行水泥混凝土路面设计、施工及质量检验评定规范对道路表面抗滑构造深度提出了要求，但缺乏摩擦系数方面的相关规定，而在JTJ 073.1—2001《公路水泥混凝土路面养护技术规范》中对构造深度、抗滑值及横向力系数相关技术参数进行了要求及等级划分。露石水泥混凝土路面作为一种新型水泥混凝土路面，综合现行水泥混凝土路面技术规范对露石水泥混凝土路面抗滑性能进行等级划分，提出露石水泥混凝土路面抗滑性能指标等级评判依据，如表1。

表1 抗滑性能指标评定等级划分

3.2 露石水泥混凝土路面降噪性能指标

行车噪声与机动车行驶速度有直接关系，速度越高路面行车噪声越大，随着行驶速度增大，露石水泥混凝土路面的降噪效果也越来越明显[11-12]。在此，对40，60，80 km/h行车速度下测定其行车噪声，与同等级普通水泥混凝土路面进行对比，根据40，60，80 km/h行车速度降噪值D40，D60，D80来确定露石水泥混凝土路面降噪性能，降噪性能指标的等级划分建议值如表2。

表2 降噪性能指标评定等级划分

3.3 露石水泥混凝土路面平整性能指标

路面平整性能是道路使用者所关心的重要指标，道路表面平整性能决定高速行车舒适程度。综合JTG F 80/1—2004《公路工程质量评定标准》和JTJ H 20—2007《公路技术状况评定标准》等现行行业规范，采用3 m直尺最大间隙、标准差、国际平整度指数等技术参数作为露石水泥混凝土路面平整性能评价指标，提出平整性能指标技术参数等级划分建议值，如表3。

表3 平整性能指标评定等级划分

3.4 露石水泥混凝土路面防眩性能指标

道路表面凸凹的纹理构造直接影响路面的反光性能，露石水泥混凝土路面丰富的纹理构造能有效形成光的漫反射，减小路表反光强度，防止光线耀眼，给驾驶员和行人提供一个安全舒适的行车环境，具有一定的防眩功能。采用反光散射系数[1]对光线照射到道路表面后的反光性能进行量化，作为露石水泥混凝土路面防眩性能评价参数，并提出防眩性能评定等级划分的建议参考值，如表4。

表4 防眩性能指标评定等级划分

3.5 露石水泥混凝土路面耐久性能指标

道路表面耐磨性对其抗滑性衰减影响显著，露石水泥混凝土路面应选择优质岩石作为集料碎石，确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强度高、耐磨性能好的碎石集料，在长期使用过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对其耐久性指标提出具体检测方法及评判标准，综合现行行业规范，采用路面状况指数(PCI)和断板率(DBL)两项指标来评定水泥混凝土路面破损情况，结合露石水泥混凝土路面特点，提出露石水泥混凝土路面耐久性能(路面状况)的评价等级建议值，耐久性能指标等级划分如表5。

表5 耐久性能指标评价等级划分

4 表面功能综合评价

4.1 评价指标权重分析

运用层次分析法[13-14]和专家评分法,确定评价指标体系中各指标权重，具体如下：

1)把复杂系统分解成目标层、准则层和方案层，明确每一层的组成要素，建立起一个描述系统功能和特征的递阶层次结构。

2)采用问卷调查方法，对同一层次的各元素关于上一层次中某一要素的重要性进行两两比较，建立其判断矩阵A：

其中：aij值采用Saaty建立的9标度法确定，笔者采用德尔菲法得出判断矩阵。

3)相对权重计算。方根法是通过判断矩阵计算要素相对重要度的常用方法，计算其特征向量和特征根。计算步骤为：

①A的元素按行相乘得一新向量

A′=[300 6 0.033 0.5 0.033]T；

②将新向量的每个分量开n次方

Mi=[3.13 1.43 0.51 0.87 0.51]T；

③将所得向量归一化即为权重向量

Wi=[0.48 0.22 0.08 0.14 0.08]T。

4)一致性检验。一致性检验是为了确保矩阵的精确性在一个较合理的水平。计算最大特征根λmax=5.06，一致性检验指标C.I.=(λmax-n)/(n-1)=0.015，再根据该层要素数量查平均随机一致性指标R.I.=1.12，最后计算一致性比例C.R.=C.I./R.I.=0.013。一般规定，当C.R.<0.1时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，说明各矩阵中两要素相对于上一次的重要性比值的选择符合逻辑性要求，否则应对判断矩阵作适当修正。

4.2 基于层次分析法的表面功能综合评价

根据露石水泥混凝土路面表面功能的评价指标体系，路面表面功能综合评价指标(PQI)由5个因素构成：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综合评价指标PQI计算式见式(2)，P1，P2，P3，P4，P5为指标相应的权重值，PQI评定总分为100分，分值范围为0～100，表面功能综合评价标准见表6：

(2)

表6 表面功能综合评价标准

5 工程应用

以重庆境内涪陵区李渡镇露石水泥混凝土路面试验路为研究对象，对该实体路段的露石表面进行了构造深度、抗滑值、平整度、行车噪声、路面状况等技术指标进行了现场检测，试验路段相关技术参数测定值见表7。考虑施工成本因素，选用当地石灰岩碎石作为粗集料，散射系数取0.29。

表7 试验路段技术参数测定值

评判露石水泥混凝土路面实体路段表面功能的质量水平，计算综合评价指标(PQI)得分值：

重庆市涪陵区李渡镇钟露石水泥混凝土路面的表面功能综合得分为78.76，根据最大隶属原则，露石水泥混凝土路面综合评价指标得分评价区间为[70，85]，属于“良”的评定级别。

6 结 论

1)根据露石水泥混凝土路面优良的表面功能，分别从路面抗滑性能、降噪性能、平整性能、反光性能、耐久性能等五个方面，建立露石水泥混凝土路面表面功能评价指标体系。

2)综合现行规范及相关研究成果，对评价指标进行了评定等级划分并提出了量化的建议值，运用层次分析法和专家评分法，确定指标体系中各项因素的权重，提出了露石水泥混凝土路面表面功能质量状态评价方法。

3)通过对重庆某露石水泥混凝土路面试验路段进行实地调查及现场测试，对实体路段表面功能进行了综合评判，表明该评价方法具有可实用性。

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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

长沙理工大学公路工程教育部重点实验室开放基金项目(kfj130102) ；重庆市自然科学基金项目(cstc2012jjA30001)

宋永朝(1975—)，男，湖南双峰人，副教授，博士，主要从事道路与交通工程方面的研究。E-mail: songyc69@163.com。

U416.216

A

1674-0696(2015)06-043-05