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专家:用五大创新让中国路面更“长寿”

2019-11-06 11:13:31  来源:科技日报

本报记者崔爽

“到2018年底,我国公路通车总里程为484万多公里,居世界第二位,高速公路总里程达14万多公里,居世界第一位。但我国公路基础设施的人均占有量仅为美国的1/4左右。按交通运输部规划,在2035年以前,还将新建近100万公里普通公路,数万公里高速公路,可见,我国高速公路建设任务依然繁重。”在近日召开的香山科学会议第S54次学术讨论会上,长沙理工大学教授郑健龙表示。

“世上本无路,走的人多了,也就成了路。”科技部副部长黄卫教授引用这句话阐述“路面工程是伴随人类社会不断发展而进步的”。如他所说,当代道路技术正从以高速公路为代表的,快速、安全、畅通的“第四代”道路,向以耐久、绿色、智能为特征的“第五代”智能道路转型发展,“提升路面的使用寿命,研发长寿命路面技术,是当代路面科技发展的核心目标”。

但与此同时,我国面临着相关理论研究起步较晚、路面结构较为特殊、各地环境差异巨大等现实情况。本次会议上,专家围绕构建具有中国特色的长寿命路面技术体系这一主题进行了深入的研讨。

长寿命路面是必然选择

“我国公路路面使用寿命普遍偏短。”郑健龙直言,按照现行标准,我国高速公路沥青路面的设计寿命为15年,而发达国家普遍在20年以上。而且,调查表明,60%的高速公路在使用10—12年、17%在使用6—8年后需要进行大中修。每年约有1万公里高速公路、20万公里普通公路需要进行大中修改造。为此,从上世纪末,世界各国竞相开展长寿命路面的研究,希望将公路路面的使用寿命提高到30—50年,以降低资源消耗,避免生态环境破坏。

“寿命指的是路面的结构安全寿命。”据黄卫介绍,一般来说,描述路面寿命有两个指标,一是设计基准期,即设计“期望”寿命,二是实际的使用寿命。和世界主要国家沥青路面相比,我国沥青路面的设计基准期和实际使用寿命都更短。

中国交建副总工程师汪双杰表示,我国不同区域的路面实际使用年限迥然不同,很多地区的路面使用年限远未达到设计使用年限。“我国幅员辽阔、地形地貌复杂多样;环境气候多样,有52个二级自然区划;交通状况复杂,重载超载严重;不同区域路面结构和材料多样,以上种种复杂因素都影响着路面的使用。因此,进行路面长期性能研究是非常必要的。”他说。

“我国拥有世界最大的高速公路网,面临着国家每年巨额的养护维修资金投入、建设下一代智能道路的需求,开展以长寿命路面为代表的新型路面的创新研发,将是我国下一代路面技术发展的必然选择。”黄卫表示。

仍有若干科学问题待破解

据郑健龙解释,长寿命路面是一个尺度巨大的空间三维体(横向尺度虽有限,路基深度很大且纵向无限延伸),所以只能用三维弹性力学理论甚至更复杂的力学理论进行分析。并且,由于任意两条公路的石料、拌和设备、施工机具、工艺过程等都不可能完全一样,故任意一条公路的路面材料都是专门设计的、具有唯一性的新材料,其结构性能和使用性能在空间分布上具有一定的随机性和非均匀性。

汪双杰强调,设计寿命的设计和保持,前提是要掌握环境条件和材料条件,了解在这种复杂的耦合条件下路面长期性能如何响应。

“尽管国外率先提出长寿命路面,但对长寿命路面的技术内涵并不统一,甚至不明确。”黄卫表示,在我国新型路面的创新方面,还有若干科学问题有待破解。

黄卫建议,可从采集更全面的性能数据、挖掘更深的演化机理、建立更可靠的服役模型三方面来开展此项工作。

“我国有世界最长的半刚性基层结构路面,有世界上最丰富的工程实践经验,因此,我国路面科技人员通过材料创新、结构创新、设计创新、工艺创新、维护创新,有信心、有能力研发出具有中国特色的长寿命路面技术体系。”黄卫表示。

“揭示并科学描述路面材料独有的性能特征并将之用于指导路面材料的科学设计与路面结构的科学分析,一直是道路工作者迫切希望探索的未知世界。”郑健龙呼吁,希望有更多的力学家、道路工程学家、材料学家及其他相关领域的专家都来协同研发,突破长寿命路面技术关键科学问题,找出发展的技术路径,建立我国路面全寿命周期服役性能的足尺模拟验证体系,推动我国长寿命路面设计体系的形成与发展。

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