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2020年度中國混凝土與水泥制品協(xié)會

混凝土科學技術(shù)獎?科技進步類

獲獎項目展示

我國是世界上公路水泥混凝土路面鋪裝里程最多國家，廣西作為全國水泥路面規(guī)模最大省份，早期建設(shè)水泥路面已進入規(guī)模維修改造階段，水泥混凝土路面養(yǎng)護壓力巨大。

水泥混凝土路面具有承載力高、建設(shè)成本低特點，但路面一旦出現(xiàn)露骨、麻面病害將大幅降低行車舒適性，出現(xiàn)錯臺、坑槽、抗滑不足病害將對行車安全性造成隱患，而基層承載力下降、板底脫空斷板將直接縮減道路使用壽命。

現(xiàn)有水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)存在難度大、效果差、封閉交通時間長等問題，已成為束縛水泥路面發(fā)展核心因素。其原因可以歸結(jié)為以下幾個方面：（1）病害發(fā)現(xiàn)及處治時效滯后：水泥混凝土路面是脆性材料，病害一旦擴展將快速貫通。而現(xiàn)有檢測及病害識別方法未考慮材料結(jié)構(gòu)損傷，有效性和可靠性不足。特別是板底脫空和基層開裂屬于隱蔽工程，致使多數(shù)道路表面發(fā)現(xiàn)嚴重病害才著手修復(fù)，錯過了關(guān)鍵養(yǎng)護時機。（2）材料性能不可控和耐久性差：路面面層病害類型多、基層開裂和抗沖刷問題突出。已有修復(fù)方法中采用提高混凝土強度標號修復(fù)面層病害，無法改變需延長養(yǎng)護造成封閉交通時間長問題；采用瀝青砂或環(huán)氧材料耐久性差、成本高問題突出；而基層水泥灌漿材料易離析、水泥顆粒粗可灌性差、結(jié)實率低，普遍暴露基層灌漿處治不到位、二次開裂和多次注漿問題，且未考慮廣西巖溶地區(qū)溶蝕環(huán)境，灌漿耐久性差。混凝土路面病害嚴重程度不同、存在新舊界面薄弱區(qū)、施工環(huán)境工況復(fù)雜，路面長期承受車輛動載和溫濕度變化疲勞作用。因此，材料性能指標控制需滿足可調(diào)控性和高性能。（3）罩面及加鋪改造技術(shù)匱乏：路面功能性病害、結(jié)構(gòu)性病害修復(fù)時，需進行薄層罩面或者打裂、碎石化加鋪，但由于相關(guān)結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計缺乏依據(jù)，反射性裂縫和層間脫粘問題突出。

圖1.廣西水泥路面病害圖片

現(xiàn)有低投入、高產(chǎn)出及快速通行需求形式嚴峻，如何實現(xiàn)在役路面病害的識別和有效評價，為養(yǎng)護時機和處治決策提供技術(shù)支持已是迫切需求。同時開發(fā)路面病害快速、低成本、高效率的修復(fù)成套技術(shù)并推廣應(yīng)用，對提升水泥混凝土路面養(yǎng)護品質(zhì)、縮短封閉時間、降低修復(fù)成本、提高道路使用壽命、維護友好社會形象勢在必行。從2007年開始，廣西交科集團有限公司聯(lián)合高校、業(yè)主、養(yǎng)護施工單位組成攻關(guān)項目組，從高效利用原有路面整體結(jié)構(gòu)承載力、延長使用壽命、發(fā)展暢安交通等客觀需求出發(fā)，持續(xù)開展十余年混凝土路面的快速修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。先后承擔了國家自然科學基金面上項目、交通運輸部科技項目、廣西科技攻關(guān)項目等十余項重大課題，重點解決水泥混凝土路面性能評價方法缺乏、傳統(tǒng)修復(fù)材料性能不足、維修資金利用率低等關(guān)鍵性問題。在水泥混凝土道路病害精準識別及定量評價、復(fù)雜環(huán)境快速修復(fù)材料時間可控和高性能化技術(shù)、新型聚合物灌漿基層穩(wěn)固技術(shù)、面層功能快速恢復(fù)薄層罩面技術(shù)、舊水泥混凝土路面加鋪結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計技術(shù)以及低成本、高性能、多尺度病害修復(fù)工藝方面取得系列技術(shù)成果。累計實現(xiàn)應(yīng)用483公里水泥混凝土路面面層、基層預(yù)防性養(yǎng)護及大中修改造工程，培養(yǎng)了大批技術(shù)骨干和高層次人才，創(chuàng)造經(jīng)濟效益超過1680.9萬元，節(jié)支1026.24萬元。顯著提升了水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)水平，維護了社會友好形象。

圖4 病害提取及自動化定量過程

2.開發(fā)了膠結(jié)料凝結(jié)硬化時間調(diào)控技術(shù)和新舊界面粘結(jié)改性技術(shù)，提出了基于逆向填充的磷硅體系顆粒材料組成設(shè)計方法。發(fā)明了時間可控、低成本高性能的新型聚合物水泥基面層病害快速修復(fù)材料和溫度、濃度敏感性低抗溶蝕基層灌漿新型地質(zhì)聚合物。在低成本（同類產(chǎn)品降低30%）、長壽命（增加3倍）、快速恢復(fù)交通（3h～24h）、性能指標提升（1～2倍強度、2倍粘結(jié)性能、3倍耐久性能）等方面具有顯著優(yōu)勢，灌漿材料解決了可灌性差、易離析及抗巖溶腐蝕等問題。

圖5 新型快速修復(fù)材料體系的粘結(jié)抗拉性能

3.建立了舊水泥混凝土路面功能性快速恢復(fù)處治、加鋪前打裂壓穩(wěn)和碎石化處治不同修復(fù)方式關(guān)鍵控制指標，開發(fā)了薄層罩面修復(fù)技術(shù)，建立了舊路面改造局部修復(fù)加鋪和再生加鋪結(jié)構(gòu)、材料設(shè)計體系，解決了原有路面結(jié)構(gòu)高效利用、薄層罩面成本高、復(fù)合式路面反射裂縫控制、層間粘結(jié)提升等關(guān)鍵技術(shù)問題。

項目成果應(yīng)用于G323鹿寨經(jīng)平山至柳城公路、S204蒙山至金田公路（蒙山至平南大鵬段）、G359靈山沙坪至大塘公路、S210來賓良江至賓陽武陵公路二級路水泥混凝土路面改造工程。針對舊路面板破碎病害嚴重路段，采用碎石化后進行白加白加鋪技術(shù)。原有路面小尺度病害，采用了聚合物改性水泥基材料進行面層病害修復(fù)，材料成本每方節(jié)支0.45萬元；針對基層開裂和脫空破壞采用地質(zhì)聚合物進行灌漿處治，每平方米灌漿料節(jié)支0.0045萬元元。近三年四條路段累計消耗面層修復(fù)材料157噸，節(jié)支70.65萬元；地聚合灌漿5400平方米，節(jié)支24.3萬元；共計節(jié)支135.6萬元。

宜州至河池高速公路水泥混凝土路面全長71.57km，經(jīng)過幾年的運營，路面出現(xiàn)斷板、坑槽、脫空等病害。在維修養(yǎng)護過程中采用本項目技術(shù)成果聚合物水泥基材料和地質(zhì)聚合物灌漿材料進行病害處治，耐久性能和抗滑耐磨性能得到明顯改善，具有十分良好的應(yīng)用效果。

南寧繞城高速全線64.75公里，水泥路面斷板、坑槽及脫空現(xiàn)象普遍，每年均需要對板底脫空情況采用新型地質(zhì)聚合物進行板底脫空灌漿。于2015年12月采用新型快速聚合物水泥基修復(fù)材料進行斷板、坑槽及裂縫病害的修復(fù)，使用效果良好。

沿海公路改擴建路面改造工程西起蘭海高速公路原路面破損嚴重，采用無損檢測技術(shù)對板底脫空情況進行了評價，并推廣應(yīng)用新型地質(zhì)聚合物灌漿材料進行板底脫空加固，不僅有效利用了原路面結(jié)構(gòu)，加固后使用壽命大幅度提升。

廣西百隆高速公路田林隧道群、岑水高速均昌隧道加鋪抗滑磨耗層后，隧道路面TD及BPN值遠遠高于水泥及瀝青路面規(guī)范值，無剝落、起皮掉粒等病害，路面抗滑性能顯著提高，行車安全達到顯著改善。

廣西隆百高速公路混凝土路面坑槽采用聚合物混凝土修補料修補比市面同類產(chǎn)品價格低50%以上，且具有優(yōu)異的耐久性及耐磨性，能夠滿足快速通車要求，綠色無污染，拌和工藝簡單易操作，具有良好社會經(jīng)濟效益。

廣西交科集團有限公司是一家在廣西乃至全國交通運輸系統(tǒng)中具有重要影響力的高新技術(shù)企業(yè)。作為交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域綜合解決方案供應(yīng)商，公司始終致力于“為建設(shè)交通強國貢獻智慧解決方案”。

廣西交科集團于1984年12月由國家科委批準成立，位于南寧市國家級高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，前身為廣西壯族自治區(qū)交通科學研究所；2020年3月更名為廣西交科集團有限公司。當前，廣西交科集團已成為廣西交通運輸系統(tǒng)科技開發(fā)、成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化基地，也是廣西交通行業(yè)中資質(zhì)全、業(yè)務(wù)廣的國有科技服務(wù)型現(xiàn)代企業(yè)。

廣西交科集團下設(shè)16個職能管理部門，3個事業(yè)部，事業(yè)部下屬17個生產(chǎn)研發(fā)部門；5個全資子公司，2個控股子公司，5個非獨立法人分公司；共有員工1500余人，其中博士40余人、碩士600余人，教授級高級工程師近30人、高級職稱300余人，享受政府特殊津貼專家2人、自治區(qū)優(yōu)秀專家2人、第一批廣西高層次人才2人，交通運輸部與廣西“新世紀十百千人才工程”第二層次人選2人，廣西“十百千”知識產(chǎn)權(quán)（專利）人才4人。

作為高新技術(shù)領(lǐng)航企業(yè)，集團公司先后獲得各類資質(zhì)共計40余項，業(yè)務(wù)涵蓋交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、建筑、工程地質(zhì)與巖土、水務(wù)環(huán)保和信息化服務(wù)等多個領(lǐng)域；可提供技術(shù)研發(fā)、勘察設(shè)計、咨詢檢測、工程監(jiān)理、項目分析，以及智能交通軟硬件產(chǎn)品開發(fā)、運維服務(wù)和交安施工，同時開展橡膠瀝青等路用綠色新材料研發(fā)生產(chǎn)和技術(shù)咨詢等全產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)。

廣西交科集團建成了“國家企業(yè)技術(shù)中心”等26個科研平臺及創(chuàng)新載體，擁有價值超過億元的科研設(shè)備；榮獲包括國家科技進步二等獎、廣西科學技術(shù)特別貢獻獎等80余項科技成果獎，其中國家科技進步二等獎3項、自治區(qū)科技進步特別貢獻獎1項，自治區(qū)科技進步一等獎3項；獲得了各類設(shè)計及咨詢成果獎80余項。獲國家發(fā)明專利近100項、實用新型專利130項、軟件著作權(quán)近100項，解決了多個工程技術(shù)難題，為提高工程質(zhì)量提供了有力的技術(shù)支撐，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。