環(huán)保型路面材料與結(jié)構(gòu)

內(nèi)容概要

　　《環(huán)保型路面材料與結(jié)構(gòu)》是新一代路面的典型代表。本書匯集了作者在該領(lǐng)域的主要研究成果，系統(tǒng)闡述了透水、低噪聲、低吸熱、除冰雪、反光以及分解尾氣等環(huán)保型路面的提出背景、技術(shù)現(xiàn)狀、材料組成設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)要求以及施工控制技術(shù)及應(yīng)用狀況等。
　　本書可供從事城市道路、公路、機(jī)場工程、廣場工程等鋪面設(shè)計(jì)、施工、管理的技術(shù)人員以及高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

作者簡介

沙愛民，男，生于1964年1月，中共黨員，工學(xué)博士、長安大學(xué)公路學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。獲得了國家自然科學(xué)基金、霍英東青年教師基金、交通部優(yōu)秀專業(yè)技術(shù)人才基金等資助?，F(xiàn)任長安大學(xué)副校長等職。 交通部首批“新世紀(jì)十百千人才工程”第一層次人選。先后參加或主持完成科研項(xiàng)目七項(xiàng)，其中包括國家八五重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目和陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目。在國內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物、學(xué)術(shù)會議上，公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇。我開展環(huán)保型路面方面的研究始于20世紀(jì)90年代后期。記得留學(xué)回國后不久，西安當(dāng)時(shí)沙塵天氣多，城市又缺水，報(bào)刊對此報(bào)道較多。出于對城市環(huán)境的關(guān)注，在閱讀國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上寫了一篇涉及全透水路面材料和結(jié)構(gòu)方面的論文，分析透水路面的發(fā)展前景，并在1998年于清華大學(xué)召開的全國土木工程學(xué)會第八屆年會上發(fā)表。記得當(dāng)時(shí)有一位香港來的學(xué)者提問，認(rèn)為這樣的路面成本會非常高，很難有實(shí)用價(jià)值。我認(rèn)為這取決于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對路面功能的要求，而這些往往比預(yù)想的要快得多。2003年我隨當(dāng)時(shí)的交通部技術(shù)考察團(tuán)去歐洲進(jìn)行大約一個(gè)月的考察，期間就發(fā)現(xiàn)多孔路面已經(jīng)在荷蘭、德國等應(yīng)用。國內(nèi)當(dāng)時(shí)高速公路建設(shè)正如火如荼，人們更多的是在關(guān)心普通瀝青路面的病害問題。后來去日本考察得知，日本的新修或改建的城市道路路面基本都已經(jīng)采用排水路面。此后，國內(nèi)有關(guān)部門學(xué)習(xí)國外新型路面結(jié)構(gòu)，鋪設(shè)了一些以開級配磨耗層為代表的排水路面，目的是提高路面的抗滑性能。
此后的十多年里，出于利用工業(yè)和生活廢渣、提高路面抗水損害能力以及適應(yīng)路面安全維護(hù)等需求，我先后開展了反光路面、排水路面、融冰雪路面等方面的研究，但是并未深入思考這些課題之間的相關(guān)性和系統(tǒng)性。而在此期間，國外尤其是日本等國在功能性路面方面商業(yè)材料的開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展得很快。
社會的變化永遠(yuǎn)快于人們的想象。本世紀(jì)初以來，缺乏環(huán)保意識的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方式使自然環(huán)境問題變得愈來愈突出，與此同時(shí)，人們對生活水平的要求卻愈來愈高。國家也適時(shí)地提出了建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好“兩型”社會的發(fā)展方向，城鎮(zhèn)化與城市發(fā)展成為國家中長期科技發(fā)展綱要的主要研究領(lǐng)域，城市基礎(chǔ)設(shè)施功能提升成為該領(lǐng)域“十一五”期間研究的重要課題。在此形勢下，我有機(jī)會以環(huán)保型道路建造和維護(hù)技術(shù)為主題，組織開展這方面的系統(tǒng)研究。在課題的研究中，我也在不斷地思考開展環(huán)保型道路研究的社會價(jià)值和科學(xué)意義的真正所在。
道路的出現(xiàn)最初是為了滿足人們便利、快捷的通行需要，而這種需要對現(xiàn)代社會的發(fā)展已經(jīng)變得必不可少，同時(shí)這種便利與快捷的內(nèi)涵也在不斷地深化和更新。道路與人的關(guān)系越來越密不可分，其結(jié)果是公路、城市道路、廠區(qū)道路、機(jī)場、廣場、停車場等正在遍及城市和連接鄉(xiāng)鎮(zhèn)。路面不僅是汽車行駛、行人行走的通道，而且已經(jīng)成為人們工作和生活的環(huán)境！
傳統(tǒng)路面作為道路結(jié)構(gòu)中與行車荷載和自然環(huán)境直接相作用的組成部分，對其提出的要求是承重、平整、安全、耐久。而現(xiàn)代路面除了要有上述從保證正常的道路行駛條件出發(fā)而提出的基本要求之外，還應(yīng)該有從作為人類環(huán)境的角度出發(fā)，提出的透水、降噪、低吸熱、除冰雪、減小汽車尾氣污染、誘導(dǎo)視覺等新的環(huán)境友好功能。
我認(rèn)為這種對路面從單一的通道功能到綜合的通道加環(huán)境功能認(rèn)識的改變，其意義不僅僅在于拓展路面的功能，而且是在于引發(fā)路面技術(shù)的變革。這將導(dǎo)致路面材料和結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)理念的改變，乃至新一代路面設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)的形成，其中之一便是多孔路面的設(shè)計(jì)理論、材料制備以及結(jié)構(gòu)建造和維護(hù)技術(shù)。其結(jié)果將豐富和發(fā)展現(xiàn)代道路工程以及相關(guān)學(xué)科知識體系，帶動(dòng)現(xiàn)代道路工程技術(shù)進(jìn)步和相關(guān)社會產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
在此認(rèn)識的支配下，原本看似分散、關(guān)聯(lián)性不大的理論和技術(shù)，很快形成了明晰的主線和一致的方向，也最后形成了這本書的整體架構(gòu)和有機(jī)內(nèi)容，并且從中可以看出尚有很多需要研究和發(fā)展的地帶和空間。以環(huán)保型路面為題目撰寫這本書籍，著實(shí)旨在推崇構(gòu)建環(huán)保型路面技術(shù)體系，更新路面設(shè)計(jì)理念和方法，豐富道路工程學(xué)科知識，適應(yīng)社會發(fā)展要求。
本書是我開展環(huán)保型路面研究以來，進(jìn)行縱向和橫向課題研究，指導(dǎo)搏士和碩士論文研究等，尤其是主持開展國家“十一五”科技支撐計(jì)劃課題“環(huán)保型道路建造與維護(hù)技術(shù)”研究所獲成果的匯集。
全書共分15章，第1章綜述技術(shù)背景和國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)狀況；第2、3章是以透水路面為主題的透水瀝青路面材料和瀝青路面透水特性；第4、5、6章是以低噪聲路面為主題的低噪聲多孔瀝青路面、低噪聲多孔水泥路面以及瀝青路面的吸聲特性；第7、8、9、10章是以低吸熱路面為主題的保水式路面、遮熱式路面、熱阻式路面以及瀝青路面熱效應(yīng)；第11、12、13章是以除冰雪路面為主題的彈性除冰雪路面、微波融冰雪路面以及能量轉(zhuǎn)化型熱力融冰雪路面；第14章是體現(xiàn)兼有提高視覺和廢物利用功能的反光玻璃瀝青混凝土路面；第15章是吸收分解尾氣路面。
全書由長安大學(xué)的沙愛民教授組織策劃、撰寫(第1、4、5、7~9、14章)和統(tǒng)稿工作，其中參加具體撰寫的人員有：長安大學(xué)的蔣瑋博士（第2、3章）、齊琳博士（第6章）、趙昕博士（第10章）、郭德棟博士（第12章），以及合作研究的哈爾濱工業(yè)大學(xué)譚憶秋教授、徐慧寧博士和大連海事大學(xué)周純秀副教授（第11、13章），中國建筑材料科學(xué)研究總院王曉燕高工和深圳市海川實(shí)業(yè)股份有限公司王守臣高工（第15章）。
參加相關(guān)內(nèi)容研究的還有沙愛民教授指導(dǎo)的碩士李矗、萬海峰、潘熙洋、劉蓮馥、程誠、孫高峰、張冬梅、劉佳、湯琨、路俊杰、盧欣，以及其研究團(tuán)隊(duì)的長安大學(xué)裴建中副教授和胡力群副教授等，在此特別致謝。借此機(jī)會感謝科學(xué)技術(shù)部社會發(fā)展司和住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部科技司在“十一五”科技支撐計(jì)劃課題的立項(xiàng)和執(zhí)行過程中給予的支持和指導(dǎo)，感謝中國城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院馬林總工程師對相關(guān)項(xiàng)目開展提供的指導(dǎo)和幫助。
由于作者水平所限，書中不足之處在所難免，歡迎批評指正。

沙愛民
2011年夏 于長安大學(xué) 西安

書籍目錄

前言
第1章 緒論
1.1 透水路面
1.1.1 問題的提出
1.1.2 透水路面的特點(diǎn)
1.1.3 透水路面技術(shù)狀況
1.2 低噪聲路面
1.2.1 問題的提出
1.2.2 低噪聲路面的特點(diǎn)
1.2.3 低噪聲多孔瀝青路面技術(shù)狀況
1.2.4 低噪聲多孔水泥路面技術(shù)狀況
1.3 低吸熱路面
1.3.1 問題的提出
1.3.2 保水式路面技術(shù)狀況
1.3.3 遮熱式路面技術(shù)狀況
1.3.4 熱阻式路面技術(shù)狀況
1.4 除冰雪路面
1.4.1 問題的提出
1.4.2 彈性顆粒除冰雪路面技術(shù)狀況
1.4.3 熱力除冰雪路面技術(shù)狀況
1.4.4 微波除冰雪路面技術(shù)狀況
1.5 反光路面
1.5.1 問題的提出
1.5.2 國內(nèi)外研究狀況
1.6 分解尾氣路面
1.6.1 汽車尾氣的主要成分及危害
1.6.2 汽車尾氣污染治理方法
1.6.3 分解汽車尾氣的路面材料國內(nèi)外研究狀況
參考文獻(xiàn)
第2章 透水瀝青路面材料
2.1 透水瀝青混合料空隙特性與滲透規(guī)律
2.1.1 空隙細(xì)觀幾何特性
2.1.2 空隙滲透特性
2.1.3 空隙堵塞特性
2.1.4 集料粒徑對空隙率的影響規(guī)律
2.1.5 空隙率預(yù)估模型
2.2 透水瀝青混合料材料組成設(shè)計(jì)
2.2.1 基于DEM方法的混合料級配優(yōu)化
2.2.2 瀝青用量確定方法優(yōu)化
2.2.3 透水瀝青混合料設(shè)計(jì)流程
2.3 透水瀝青混合料路用性能
2.3.1 水熱性能
2.3.2 低溫及抗凍性能
2.3.3 疲勞特性
2.3.4 熱物性能
參考文獻(xiàn)
第3章 瀝青路面結(jié)構(gòu)透水特性
3.1 透水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)
3.1.1 透水瀝青路面結(jié)構(gòu)分類
3.1.2 透水路面排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1.3 透水瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度
3.1.4 透水瀝青路面層間結(jié)合
3.1.5 美國透水性瀝青路面結(jié)構(gòu)形式分析
3.1.6 透水瀝青路面結(jié)構(gòu)類型推薦
3.1.7 透水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
3.2 透水瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
3.2.1 透水設(shè)計(jì)
3.2.2 承載力驗(yàn)算
3.3 瀝青路面透水功能設(shè)計(jì)
3.3.1 達(dá)西定律及其適應(yīng)范圍
3.3.2 透水系統(tǒng)模型
3.3.3 滲透系數(shù)
3.3.4 滲透試驗(yàn)
3.4 透水瀝青路面降雨入滲模型與透水功能評價(jià)
3.4.1 降雨過程的數(shù)學(xué)模型
3.4.2 雨水入滲的物理過程
3.4.3 路面透水模型參數(shù)確定方法
3.4.4 路面透水模型的建立與透水功能評價(jià)
3.5 透水瀝青路面結(jié)構(gòu)層材料要求
3.5.1 透水面層
3.5.2 過濾層
……
第4章 低噪聲多孔瀝青路面
第5章 低噪聲多孔水泥混凝土路面
第6章 瀝青路面吸聲特性
第7章 保水式路面
第8章 遮熱式路面
第9章 熱阻式路面
第10章 瀝青路面熱效應(yīng)
第11章 彈性除冰雪瀝青路面
第12章 微波融冰雪路面
第13章 能量轉(zhuǎn)化型熱力融冰雪路面
第14章 反光玻璃瀝青混凝土路面
第15章 吸收分解汽車尾氣路面
參考文獻(xiàn)

圖書封面

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