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專家:用五大創新讓中國路面更“長壽”

2019-11-06 11:13:31  來源:科技日報

本報記者崔爽

“到2018年底,我國公路通車總里程為484萬多公里,居世界第二位,高速公路總里程達14萬多公里,居世界第一位。但我國公路基礎設施的人均占有量僅為美國的1/4左右。按交通運輸部規劃,在2035年以前,還將新建近100萬公里普通公路,數萬公里高速公路,可見,我國高速公路建設任務依然繁重。”在近日召開的香山科學會議第S54次學術討論會上,長沙理工大學教授鄭健龍表示。

“世上本無路,走的人多了,也就成了路。”科技部副部長黃衛教授引用這句話闡述“路面工程是伴隨人類社會不斷發展而進步的”。如他所說,當代道路技術正從以高速公路為代表的,快速、安全、暢通的“第四代”道路,向以耐久、綠色、智能為特征的“第五代”智能道路轉型發展,“提升路面的使用壽命,研發長壽命路面技術,是當代路面科技發展的核心目標”。

但與此同時,我國面臨著相關理論研究起步較晚、路面結構較為特殊、各地環境差異巨大等現實情況。本次會議上,專家圍繞構建具有中國特色的長壽命路面技術體系這一主題進行了深入的研討。

長壽命路面是必然選擇

“我國公路路面使用壽命普遍偏短。”鄭健龍直言,按照現行標準,我國高速公路瀝青路面的設計壽命為15年,而發達國家普遍在20年以上。而且,調查表明,60%的高速公路在使用10—12年、17%在使用6—8年后需要進行大中修。每年約有1萬公里高速公路、20萬公里普通公路需要進行大中修改造。為此,從上世紀末,世界各國競相開展長壽命路面的研究,希望將公路路面的使用壽命提高到30—50年,以降低資源消耗,避免生態環境破壞。

“壽命指的是路面的結構安全壽命。”據黃衛介紹,一般來說,描述路面壽命有兩個指標,一是設計基準期,即設計“期望”壽命,二是實際的使用壽命。和世界主要國家瀝青路面相比,我國瀝青路面的設計基準期和實際使用壽命都更短。

中國交建副總工程師汪雙杰表示,我國不同區域的路面實際使用年限迥然不同,很多地區的路面使用年限遠未達到設計使用年限。“我國幅員遼闊、地形地貌復雜多樣;環境氣候多樣,有52個二級自然區劃;交通狀況復雜,重載超載嚴重;不同區域路面結構和材料多樣,以上種種復雜因素都影響著路面的使用。因此,進行路面長期性能研究是非常必要的。”他說。

“我國擁有世界最大的高速公路網,面臨著國家每年巨額的養護維修資金投入、建設下一代智能道路的需求,開展以長壽命路面為代表的新型路面的創新研發,將是我國下一代路面技術發展的必然選擇。”黃衛表示。

仍有若干科學問題待破解

據鄭健龍解釋,長壽命路面是一個尺度巨大的空間三維體(橫向尺度雖有限,路基深度很大且縱向無限延伸),所以只能用三維彈性力學理論甚至更復雜的力學理論進行分析。并且,由于任意兩條公路的石料、拌和設備、施工機具、工藝過程等都不可能完全一樣,故任意一條公路的路面材料都是專門設計的、具有唯一性的新材料,其結構性能和使用性能在空間分布上具有一定的隨機性和非均勻性。

汪雙杰強調,設計壽命的設計和保持,前提是要掌握環境條件和材料條件,了解在這種復雜的耦合條件下路面長期性能如何響應。

“盡管國外率先提出長壽命路面,但對長壽命路面的技術內涵并不統一,甚至不明確。”黃衛表示,在我國新型路面的創新方面,還有若干科學問題有待破解。

黃衛建議,可從采集更全面的性能數據、挖掘更深的演化機理、建立更可靠的服役模型三方面來開展此項工作。

“我國有世界最長的半剛性基層結構路面,有世界上最豐富的工程實踐經驗,因此,我國路面科技人員通過材料創新、結構創新、設計創新、工藝創新、維護創新,有信心、有能力研發出具有中國特色的長壽命路面技術體系。”黃衛表示。

“揭示并科學描述路面材料獨有的性能特征并將之用于指導路面材料的科學設計與路面結構的科學分析,一直是道路工作者迫切希望探索的未知世界。”鄭健龍呼吁,希望有更多的力學家、道路工程學家、材料學家及其他相關領域的專家都來協同研發,突破長壽命路面技術關鍵科學問題,找出發展的技術路徑,建立我國路面全壽命周期服役性能的足尺模擬驗證體系,推動我國長壽命路面設計體系的形成與發展。

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