基于振动拌和工艺的水泥稳定碎石混合料路用性能研究

摇摇摇摇摇摇摇摇

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基于振动拌和工艺的水泥稳定碎石混合料路用性能研究

猿援山区道路工程与防灾减灾技术国家地方联合工程实验室袁重庆摇源园园园远苑曰源援长安大学公路学院袁西安摇苑员园园远源冤摘摇要院为了解不同水泥剂量下水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度尧干缩和温缩性能尧抗冲刷性能等路用性能及其变化规律袁采用振动拌和尧振机无振动拌和尧普通静力拌和猿种不同搅拌方式进行研究袁然后基于试验结果对振动拌和工艺的作用机理进行了分析遥结果表明院员冤振动拌和工艺加大了拌和激振力袁增加了水泥稳定碎石混合料的拌和均匀性曰圆冤相比振机无振拌与普通静力拌和方式袁振动拌和工艺下水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度平均提高了猿园郾愿豫尧源怨郾缘豫曰振动拌和型水泥稳定碎石混合料的劈裂强度提高了源远郾员豫曰猿冤振动拌和工艺还能有效改善混合料干缩尧温缩及抗冲刷等路用性能遥

关键词院道路工程曰振动搅拌工艺曰水泥稳定碎石混合料曰路用性能

文章编号院员园园怨原远源苑苑渊圆园员愿冤园缘原园园圆员原园远摇摇摇中图分类号院哉源员源摇摇摇文献标识码院粤

渊员援云南大永高速公路建设指挥部袁云南大理摇远苑员园园园曰圆援招商局重庆交通科研设计院有限公司袁重庆摇源园园园远苑曰

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摇摇我国高等级公路大多以半刚性基层沥青路面为由于水泥稳定碎石基层具有承载力强尧经济实用等

皂蚤曾蚤灶早袁燥则凿蚤灶葬则赠泽贼葬贼蚤糟皂蚤曾蚤灶早皂燥凿藻袁贼澡藻怎灶糟燥灶枣蚤灶藻凿糟燥皂责则藻泽泽蚤增藻泽贼则藻灶早贼澡燥枣贼澡藻糟藻皂藻灶贼泽贼葬遭蚤造蚤扎藻凿早则葬增藻造

责则燥糟藻泽泽糟葬灶藻枣枣藻糟贼蚤增藻造赠蚤皂责则燥增藻贼澡藻皂蚤曾则燥葬凿责藻则枣燥则皂葬灶糟藻泽怎糟澡葬泽泽澡则蚤灶噪葬早藻袁贼藻皂责藻则葬贼怎则藻泽澡则蚤灶噪葬早藻葬灶凿运藻赠憎燥则凿泽院则燥葬凿藻灶早蚤灶藻藻则蚤灶早曰增蚤遭则葬贼燥则赠皂蚤曾蚤灶早贼藻糟澡灶燥造燥早赠曰糟藻皂藻灶贼泽贼葬遭蚤造蚤扎藻凿早则葬增藻造皂蚤曾贼怎则藻曰则燥葬凿

主袁而半刚性基层多采用水泥稳定碎石混合料铺筑遥

优点袁它在我国公路建设中起到了重要作用咱员原圆暂遥但在生产水泥稳定碎石的过程中袁由于普通静力拌和方式激振力小尧拌和时间较短袁使得水泥和水未能

基金项目院云南省交通厅科技项目渊云交科教渊圆园员远冤员源园渊月冤冤曰重庆市交委科技项目渊圆园员远原园源冤曰海南省交通科技项目渊允栽圆园员远园愿怨愿园园远冤收稿日期院圆园员愿原园远原园源

作者简介院但路昭渊员怨苑苑要冤袁男袁云南省昭通市人袁硕士袁高工袁主要从事公路工程管理工作遥

圆圆公摇路摇交摇通摇技摇术摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇第猿源卷摇

充分发生水化反应袁水泥浆未能充分弥散开袁致使水泥稳定碎石混合料均匀性差袁导致水稳基层存在较多受力薄弱环节袁施工质量难以保证袁施工后容易诱发反射裂缝尧局部松散尧坑槽和唧泥等早期病害咱猿原远暂工艺进行了改进和完善遥近年来袁国内学者对水泥稳定材料的拌和袁比如二次拌和工艺和振动拌和工艺咱苑原员圆暂性的改善作用有限袁不过前者对水泥稳定材料拌和均匀袁后者则能提高水泥稳定材料的强度和拌和均匀性咱员猿原员源暂

得到普遍应用遥

袁在广东尧云南尧等地区

目前袁国内学者仅对振动拌和工艺下水泥稳定材料的无侧限抗压强度和均匀性进行了研究袁但尚未对其劈裂强度尧干缩尧温缩尧抗冲刷等其他路用性能进行验证遥鉴于此袁本文依托云南大永高速水稳基层试验段袁在普通静力拌和尧振动拌和尧振机无振动拌和猿种不同搅拌方式下袁对不同水泥剂量的水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度尧劈裂强度尧干缩尧温缩及抗冲刷等路用性能进行室内试验研究袁并根据试验结果分析振动拌和工艺的作用机理袁旨在为云南地区半刚性基层材料提供了一种新的混合料拌和方法袁提高水泥稳定碎石基层的耐久性能及使用质量遥

员摇原材料指标及配合比设计

水泥采用云南省易门县大春树水泥有限公司生产的矿渣硅酸盐水泥孕窑杂窑粤猿圆郾缘袁其相关指标经试验均符合郧月员苑缘要圆园园苑叶通用硅酸盐水泥曳标准的要求遥集料采用云南德盛石场生产的碎石袁分为园猿园皂皂耀缘皂皂尧缘皂皂耀员园皂皂尧员园皂皂耀圆园皂皂尧圆园皂皂耀允栽郧皂皂沥青路面基层用料的要求云圆园要圆园员缘叶四挡袁最大粒径为公路路面基层施工技术细则猿员郾缘皂皂袁各项指标均符合遥水采用一般生活用水曳中对袁

满足规范和设计图纸要求遥

本文所用水泥稳定碎石混合料采用骨架密实结构袁根据逐级填充理论袁通过插捣法确定出圆园皂皂耀猿园最优比例为皂皂尧员园皂皂缘园耀颐圆园猿园皂皂尧缘颐圆园曰通过皂皂耀苑员园凿无侧限抗压强度皂皂三种粒径的试验确定出粗集料与细集料的比例为苑缘颐圆缘时袁水泥稳定碎石混合料强度最高渊水泥剂量为源郾园豫冤袁并得出最终的水泥稳定碎石混合料设计级配袁如表员所示遥

表员摇水泥稳定碎石混合料设计级配

筛孔尺寸辕皂皂猿员郾缘员怨郾园怨郾缘源郾苑缘圆郾猿远园郾远园郾园苑缘级配上限辕豫员园园愿远缘愿猿圆圆愿员缘缘级配下限辕豫员园园远愿

猿愿

圆圆

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愿

园设计级配辕豫

员园园

苑缘郾圆源怨郾源圆远郾远圆园郾远员员郾苑

源郾远

圆摇试验方案

本研究采用猿种不同搅拌方式对水泥稳定碎石混合料的路用性能进行研究袁分别为普通静力拌和工艺尧振动拌和工艺和振机无振动拌和工艺遥普通静力搅拌是指国内外普遍采用的自落式或强制式搅拌技术袁其搅拌机工作时拌缸以拌桶中心轴为中心转动袁线速度形成以拌缸中心到桶壁逐渐递增的趋势袁从而靠近拌桶中心的部位搅拌速度低袁导致此处的混合料运动频次较低遥振动搅拌是指在普通静力搅拌基础上对拌和设备进行改造袁增加激振装置袁使混合料在拌和过程中处于颤抖状态遥振机无振动搅拌是在振动搅拌基础上进行袁在混合料拌和过程中关掉振动搅拌设备的激振装置袁目的是作为对照组验证设备激振作用对水泥稳定碎石混合料路用性能的影响比遥猿首先种不同搅拌方式均采用相同的混合料配合

遥

源郾袁笔者对不同水泥剂量渊猿郾园豫尧猿郾缘豫尧

行研究园豫冤曰下水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度进其次袁对源郾园豫水泥剂量下水泥稳定碎石混合料的劈裂强度尧干缩尧温缩及抗冲刷性能进行验证遥试验方法参照允栽郧耘缘员要圆园园怨叶公路工程无机结合料稳定材料试验规程曳的规定执行遥振动搅拌机为阅栽苑园园在月栽西安德通振动搅拌技术有限公械集团有限公司生产的搅拌机袁普通静力搅拌机为徐州工程机司生产的载悦愿园园搅拌机遥猿摇试验结果分析

员冤不同水泥剂量无侧限抗压强度试验结果分析

尧不同拌和方式下水泥稳定碎石混合料的苑凿无侧限抗压强度如表圆所示遥从表圆可以明显看出院在不同水泥剂量下袁振动

拌和型水泥稳定碎石混合料的强度都最高袁振机无振拌和次之袁普通静力拌和的强度最低遥结合表圆的数据可知袁振动拌和相比振机无振拌和在水泥剂猿怨郾量猿郾圆豫园豫尧猿员郾尧猿郾园豫缘豫袁尧源郾平均提高了园豫时袁强度分别提高了猿园郾愿豫曰振动拌和相比圆圆郾猿豫尧

摇第缘期摇摇摇摇摇但路昭袁等院基于振动拌和工艺的水泥稳定碎石混合料路用性能研究

表圆摇苑凿无侧限抗压强度试验结果

掺加不同水泥剂量渊豫冤的抗压强度辕酝孕葬

拌和方式

平均值

振动拌和振机无振拌和普通静力拌和

源郾猿愿猿郾缘苑猿郾员愿

猿郾园

标准差园郾猿苑圆园郾愿怨缘园郾怨怨猿

平均值苑郾远愿缘郾缘员源郾源缘

猿郾缘

标准差园郾猿远苑园郾远怨愿园郾愿苑苑

平均值员园郾猿员苑郾愿苑远郾远愿

源郾园

圆猿

标准差园郾猿远猿园郾愿缘远园郾怨苑圆

普通静力拌和在水泥剂量猿郾园豫尧猿郾缘豫尧源郾园豫时袁强度分别提高了猿圆郾猿豫尧远圆豫尧缘源郾猿豫袁平均提高了源怨郾缘豫遥通过上述猿种水泥剂量的强度结果可以得知袁水泥稳定碎石混合料在搅拌时加入振动能够有效提高其初期强度遥

圆冤劈裂强度试验结果分析

高了苑郾怨豫袁而粘聚力从园郾源怨苑酝孕葬提高到了园郾苑圆远酝孕葬袁提高幅度为源远郾员豫曰当内摩擦角不变时袁抗压强度和抗拉强度均提高了源远郾员豫遥

抗压强度院砸越圆糟伊贼葬灶渊仔辕源垣渍辕圆冤抗拉强度院则越圆糟伊糟燥贼渊仔辕源垣渍辕圆冤粘聚力袁酝孕葬曰渍为内摩擦角袁渊毅冤遥

相比振机无振拌和与普通静力搅拌方式袁振动拌和型水泥稳定碎石混合料的粘聚力得到了大幅提升袁原因可能如下院振动拌和设备中增加了激振作用袁激振力对水泥团粒具有破坏作用袁使得水泥颗粒在混合料中的分布更加均匀袁增加了水泥与水之间的水化反应曰除此之外袁激振力对集料表面具有洁净作用袁使得水泥石与集料粘结更加稳固曰而混合料中集料的内摩擦角略有降低袁可能是由于集料间粘聚力增大袁使得水泥稳定碎石混合料在装料及压实过程集料间的嵌挤结构的形成略有受阻遥

对抗压强度来说袁振动作用使水稳混合料中集料间的嵌挤力略有降低袁使其强度有小幅度的降低袁但由于粘聚力的大幅提高袁其强度也得到较大幅度的提高曰对抗拉强度来说袁振动作用使混合料中不论是集料嵌挤力的降低还是粘聚力的提高袁对其强度都具有明显的改善作用袁因此振动作用使得抗拉强度得到大幅度提高遥

猿冤干缩性能试验结果分析

在源郾园豫水泥剂量下袁圆种不同拌和方式下水泥

渊员冤渊圆冤

式中院砸为抗压强度袁酝孕葬曰则为抗拉强度袁酝孕葬曰糟为

在源郾园豫水泥剂量下袁圆种不同拌和方式下水泥

稳定碎石混合料的劈裂强度如表猿所示遥

表猿摇水泥稳定碎石材料苑凿强度试验结果拌和方式振机无振拌和振动拌和

无侧限抗压强度辕酝孕葬

源郾猿缘郾怨

劈裂强度辕酝孕葬

园郾圆猿园郾猿苑

由表猿可知袁振动拌和的劈裂强度较振机无振拌和提高了远园郾怨豫袁即在水泥稳定碎石混合料中加入激振力能够提高其劈裂强度遥实际上袁混合料内部颗粒之间的内摩阻力主要由碎石与碎石的嵌挤作用提供袁粘结力则依靠水泥浆体与细集料组成的细料部分对粗集料的裹附作用遥根据表猿中劈裂强度和无侧限抗压强度的试验结果袁可得出圆种不同拌和方式的粘聚力和内摩擦角的大小袁如表源所示遥

表源摇各拌和方式的粘聚力和内摩擦角拌和方式振机无振拌和振动拌和

内摩擦角渍辕渊毅冤

远猿郾怨远员郾怨

粘聚力糟辕酝孕葬

园郾源怨苑园郾苑圆远

稳定碎石混合料的干缩性能试验结果如表缘所示遥对干缩性能试验结果进行处理袁得到水泥稳定碎石混合料失水率与龄期之间的关系如图员所示袁水泥稳定碎石混合料干缩量与龄期的关系如图圆所示袁水泥稳定碎石混合料总干缩系数与龄期的关系如图猿所示遥

由表源中数据可知袁与振机无振拌和方式相比袁振动拌和型水泥稳定碎石混合料试件的内摩擦角略有降低袁将具体数值远猿郾怨毅尧远员郾怨毅代入抗压强度与抗拉强度之间的换算公式袁如式渊员冤和式渊圆冤所示遥当粘聚力不变时袁抗压强度降低了苑郾怨豫袁抗拉强度提

圆源公摇路摇交摇通摇技摇术摇

表缘摇干缩性能试验结果

摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇第猿源卷摇

龄期辕凿员圆猿源缘远员园员猿员远圆园圆源圆愿苑

振动拌和

失水率辕豫员郾猿员园郾愿圆园郾缘缘园郾猿缘园郾圆员园郾员猿园郾园远园郾员缘园郾园苑园郾园源园郾园源园郾园圆园郾园员干缩量辕皂皂园郾园园远园郾园园愿园郾园员圆园郾园员源园郾园员园园郾园园远园郾园园猿园郾园园员园郾园园员园郾园园员园郾园园员园郾园园园园郾园园员累积累积总干缩失水率辕豫干缩量辕皂皂系数辕豫员郾猿员圆郾员猿圆郾远愿猿郾园猿猿郾圆源猿郾猿苑猿郾源猿猿郾缘愿猿郾远缘猿郾远怨猿郾苑猿猿郾苑缘猿郾苑远园郾园园远园郾园员源园郾园圆远园郾园源园园郾园缘园园郾园缘远园郾园缘怨园郾园远园园郾园远员园郾园远圆园郾园远猿园郾园远猿园郾园远源园郾员员源缘园郾员远源猿园郾圆源圆缘园郾猿猿园园园郾猿愿缘愿园郾源员缘源园郾源猿园园园郾源员怨园园郾源员苑愿园郾源圆园员园郾源圆圆猿园郾源圆园园园郾源圆缘缘失水率辕豫员郾圆圆园郾苑源园郾源缘园郾猿源园郾猿猿园郾圆员园郾园愿园郾员苑园郾园愿园郾园缘园郾园猿园郾园圆园郾园员干缩量辕皂皂园郾园园愿园郾园员员园郾园员缘园郾园员苑园郾园员员园郾园园缘园郾园园源园郾园园圆园郾园园员园郾园园员园郾园园园园郾园园员园郾园园园振机无振拌和累积累积失水率辕豫干缩量辕皂皂员郾圆圆员郾怨远圆郾源员圆郾苑缘猿郾园愿猿郾圆怨猿郾猿苑猿郾缘源猿郾远圆猿郾远苑猿郾苑园猿郾苑圆猿郾苑猿园郾园园愿园郾园员怨园郾园猿源园郾园缘员园郾园远圆园郾园远苑园郾园苑员园郾园苑猿园郾园苑源园郾园苑缘园郾园苑缘园郾园苑远园郾园苑远总干缩系数辕豫园郾员远猿怨园郾圆源圆猿园郾猿缘圆苑园郾源远猿远园郾缘园猿圆园郾缘园怨员园郾缘圆远苑园郾缘员缘缘园郾缘员员园园郾缘员园怨园郾缘园远愿园郾缘员园愿园郾缘园怨源渊葬冤失水率随龄期变化关系

渊葬冤干缩量随龄期变化关系渊遭冤累计干缩量随龄期变化关系

渊遭冤累计失水率随龄期变化关系

图圆摇干缩量与龄期的关系

图员摇失水率与龄期的关系

侧限抗压强度试验中袁对水泥稳定碎石混合料试件饱水后的整体吸水情况对比发现袁圆种拌和方式的吸水情况差别不到园郾园员豫遥因此袁不同拌和方式对水稳碎石试件的吸水及干缩失水情况几乎没有影响遥

由图员可知袁不同拌和方式对水泥稳定碎石混合料初期的失水率几乎没有影响袁初期圆愿凿的累积失水率在猿郾苑豫耀猿郾愿豫之间袁差别不到园郾员豫袁在室内无

摇第缘期摇摇摇摇摇但路昭袁等院基于振动拌和工艺的水泥稳定碎石混合料路用性能研究圆缘

图猿摇总干缩系数与龄期的关系

由图圆可知袁振动拌和方式下的水泥稳定碎石混合料的干缩量要明显小于振机无振拌和的袁干缩量的大小差别主要在前苑凿袁苑凿后圆种拌和方式拌和的水泥稳定碎石混合料的累计干缩量基本不再发生变化遥

由图猿可知袁振动拌和方式拌和的水泥稳定碎石混合料的总干缩系数要明显小于振机无振拌和的混合料遥在前苑凿袁两者拌和方式的试件总干缩系数的差距逐渐增大袁后期变化很小袁变化情况与干缩量变化类似遥结合表缘中的数据可算出袁在前圆愿凿袁振动拌和型水泥稳定碎石混合料试件的总干缩系数相比振机无振拌和的平均降低了源冤圆园郾怨豫遥

在源郾温缩性能试验结果分析

园豫水泥剂量下袁圆种不同拌和方式下水泥

稳定碎石混合料的温缩性能试验结果如表远所示遥

表远摇温缩性能试验结果

拌和收缩量皂皂辕温缩应变方式豫辕

温差益辕渊温缩系数伊员园辕

原远益冤振动拌和园郾园员愿园郾园园源缘员圆猿郾苑缘振机无振拌和

园郾园员怨

园郾园园源愿

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源郾园园从表远可知袁拌和方式不同对水泥稳定碎石混合料的温缩性能影响不显著袁振动拌和相比振机无振拌和温缩系数仅降低了缘冤远郾圆缘豫遥

在源郾抗冲刷性能试验结果分析

园豫水泥剂量下袁圆种拌和方式下水泥稳定

碎石混合料的抗冲刷性能试验结果如表苑所示遥

表苑摇抗冲刷性能试验结果

拌和方式冲刷物试件冲刷质质量辕早质量辕早量损失辕豫振动拌和缘园郾愿远苑苑猿郾源园郾苑缘振机无振拌和

远猿郾源

远苑苑愿郾圆

园郾怨源

摇水泥稳定碎石混合料的抗冲刷性能有区别摇从表苑试验结果可知袁不同拌和方式拌和出来的袁振动拌和型水泥稳定碎石混合料试件的抗冲刷质量损失较振机无振拌和的质量损失降低了圆园郾圆豫袁即振动拌和工艺能显著增加水泥稳定碎石混合料的抗冲刷性能遥源摇作用机理分析

振动搅拌过程中袁由于在搅拌的同时施加了振动作用袁其释放出来的振动波及激振力能使水泥稳定碎石混合料中的水泥颗粒处于颤振状态袁水泥团粒表面的水膜在一定的振幅下将被破坏袁从而破坏了水泥团粒间的粘性联接袁使其内部摩擦力大大降低袁使水泥颗粒得以快速均匀的分布遥进而更多的水泥颗粒能够与水接触袁水泥颗粒的总体水化面积将增大袁水泥稳定碎石混合料中具有强度的水化生成物将增加袁使得水泥浆体与细集料组成的细料部分对粗集料有了更好的裹附作用遥因此袁振动拌和工艺能显著提高混合料苑凿无侧限抗压强度及劈裂弯拉强度袁也明显改善了混合料干缩尧温缩及抗冲刷等路用性能遥缘摇结论

本文主要基于不同拌和工艺袁对水泥稳定碎石混合料的苑凿无侧限抗压强度尧劈裂抗拉强度尧干缩性能尧温缩性能及抗冲刷性能进行了探索研究袁并基

于试验结果对振动拌和工艺的作用机理进行了分析遥通过本文研究拌和均匀性员冤振动拌和工艺增加了水泥稳定碎石混合料的袁主要得到以下几点结论院

袁使内部水泥尧水尧粗细集料等组份分布更加均匀圆冤袁使水泥浆对粗集料有了更好的裹附作用在猿郾园豫尧猿郾缘豫尧源郾园豫三种不同水泥剂量

遥

下袁相比振机无振拌和与普通静力拌和袁振动拌和型猿园郾水泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度平均提高了

振拌和方式愿豫尧源怨郾缘豫袁振动拌和型水泥稳定碎石混合料的劈曰在源郾园豫水泥剂量下袁相比振机无裂强度提高了源远郾员豫曰且振动拌和工艺能改善水泥稳定碎石混合料干缩尧温缩及抗冲刷等路用性能遥

工艺来提升水泥稳定碎石混合料的的路用性能及使猿冤建议在今后实体工程建设中袁采用振动搅拌用质量遥

参考文献

咱员暂摇沈金安郾沥青及沥青混合料的路用性能咱酝暂郾北京院

圆远

人民交通出版社袁圆园园员郾

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咱圆暂摇刘大彬郾高速公路半刚性基层沥青路面养护维修方案

选择研究咱阅暂郾西安院长安大学袁圆园员猿郾咱酝暂郾北京院人民交通出版社袁圆园园源郾咱阅暂郾郑州院郑州大学袁圆园员远郾

咱猿暂摇沈金安郾高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策咱源暂摇白鹏飞郾半刚性基层沥青路面病害分析及防治研究咱缘暂摇杨涛郾半刚性基层沥青路面反射裂缝的产生机理及其

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的研究与应用咱阅暂郾西安院长安大学袁圆园员缘援

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苑苑郾愿怨员郾苑缘豫

通过对玉尧域两段路面的砸匝陨实测值与预测值残差分析可知袁残差值均明显小于员园豫袁即灰色原马尔科夫组合预测模型精度较高曰与单一灰色预测模型相比袁该组合预测模型的残差值均较小袁且适用于不同路面技术状况条件下砸匝陨的预测袁即灰色原马尔科夫组合预测模型的预测精度更高袁适用性更强袁是对灰色预测模型的改进和优化遥

猿摇结束语

本文在郧酝渊员袁员冤灰色预测模型基础上建立了马尔科夫预测模型袁充分发挥灰色预测模型短期预测优势袁并采用状态转移矩阵降低其长期预测数据的波动性遥通过对重庆某高速路面砸匝陨性能衰变的预测袁可知郧酝渊员袁员冤预测模型与灰色原马尔科夫组合预测模型对砸匝陨的预测精度均较高袁适用性均较强袁且从残差检验来看袁组合预测模型精度较单一灰色预测模型高袁是对灰色预测模型改进和优化袁更适用于路面使用性能的长期预测遥

参考文献

咱圆暂摇敬超袁张金喜郾沥青路面性能预测研究综述咱允暂郾中外

公路袁圆园员苑袁猿苑渊缘冤院猿员原猿源郾

咱猿暂摇周岚郾高速公路沥青路面使用性能评价及预测研究咱源暂摇李铭政郾沥青路面预防性养护措施选择矩阵及程序编

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