文/ 供圖 | 西南交通大學(xué)

截至2022年底，我國(guó)已建成公路535萬(wàn)公里，高速公路17.7萬(wàn)公里。在我國(guó)由交通大國(guó)向交通強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的過(guò)程中，公路基礎(chǔ)設(shè)施的服役性能成為各方關(guān)注的重點(diǎn)。路面作為公路基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，由不同材料組成，具有典型的層狀體系特征，其性能好壞直接影響著行車舒適度、安全性與運(yùn)輸成本。而在不同支撐條件的路面中，無(wú)論是路基段路面、橋面鋪裝、隧道鋪裝，還是加鋪路面，層間界面均為薄弱環(huán)節(jié)，粘結(jié)不良會(huì)帶來(lái)路面諸多病害，粘結(jié)失效易引發(fā)結(jié)構(gòu)性損壞，導(dǎo)致路面服役壽命明顯縮短。

為實(shí)現(xiàn)路面層狀結(jié)構(gòu)粘韌提升與耐久服役的研究目標(biāo)，針對(duì)路面性能評(píng)價(jià)常規(guī)模型精度低、常規(guī)材料性能弱及常規(guī)結(jié)構(gòu)壽命短3個(gè)問(wèn)題現(xiàn)狀，需要轉(zhuǎn)變3個(gè)研究思路，即攻克層間結(jié)構(gòu)多荷載粘結(jié)行為“表征難”、層與層間材料多目標(biāo)粘韌性能“提升難”，以及層狀體系多類型協(xié)同強(qiáng)化“實(shí)現(xiàn)難”三大技術(shù)難題?！奥访鎸訝罱Y(jié)構(gòu)粘韌提升關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用技術(shù)研究”項(xiàng)目在國(guó)家自然基金、省級(jí)科技計(jì)劃、省市重點(diǎn)工程科技攻關(guān)等項(xiàng)目資助下，圍繞路面層狀結(jié)構(gòu)粘韌提升關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)層間力學(xué)及其與結(jié)構(gòu)性能關(guān)聯(lián)模型、粘韌材料性能提升方法、結(jié)構(gòu)協(xié)同強(qiáng)化技術(shù)等問(wèn)題開展了系統(tǒng)研究，取得了系列創(chuàng)新突破。

/ 成果：路面層間結(jié)構(gòu)多荷載粘結(jié)行為機(jī)理與表征/

路面層間特性是多荷載綜合作用力學(xué)行為表現(xiàn)，而目前的表征模型，大多僅采用單一參數(shù)（如摩擦系數(shù)或水平剪切反應(yīng)模量），或僅考慮單一荷載（如切向或法向），但實(shí)際上實(shí)車作用下的路面層間力學(xué)行為十分復(fù)雜，尤其在啟停、加減速、彎道及陡坡路段表現(xiàn)得更為突出，常規(guī)模型已不適用。在路面性能與層間粘結(jié)劣化進(jìn)程中，兩者互為不利影響，而目前路面結(jié)構(gòu)疲勞模型尚未將此關(guān)聯(lián)。

項(xiàng)目總體思路

對(duì)此，項(xiàng)目建立了荷載與環(huán)境因素耦合作用下路面層間宏觀力學(xué)及其與結(jié)構(gòu)疲勞關(guān)聯(lián)的評(píng)價(jià)模型，構(gòu)建了多荷載作用下的路面層間宏觀力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了覆蓋100%復(fù)雜路況的層間性能精準(zhǔn)測(cè)試與評(píng)估；建立了基于“數(shù)字曲面”的路面層間細(xì)觀力學(xué)模型，揭示了亞毫米級(jí)界面構(gòu)形影響下的性能形成機(jī)理；建立了層間與結(jié)構(gòu)交互作用的路面分溫區(qū)疲勞評(píng)價(jià)模型，形成了路面結(jié)構(gòu)性能多因素致?lián)p量化評(píng)價(jià)體系。這些模型的建立攻克了層間結(jié)構(gòu)多荷載粘結(jié)行為“表征難”問(wèn)題，解決了路面層間性能評(píng)價(jià)常規(guī)模型精度低的問(wèn)題。

基于“數(shù)字曲面”的路面層間細(xì)觀力學(xué)模型

/ 成果：路面層（間）材料多目標(biāo)粘韌性能提升措施與方法/

在粘結(jié)材料方面，國(guó)內(nèi)外主要通過(guò)物理或化學(xué)改性以提高其性能，但目前僅單一改性方式尚未有效解決材料熱穩(wěn)定性問(wèn)題，需要尋求復(fù)合改性新途徑；在粘結(jié)層方面，僅靠粘層油形成的面粘強(qiáng)度不足，為增強(qiáng)層間粘結(jié)，需尋求多材料混合粘結(jié)新方式。在結(jié)構(gòu)層方面，國(guó)內(nèi)外針對(duì)路面特定服役工況，研發(fā)了數(shù)以千計(jì)的結(jié)構(gòu)層材料，但面對(duì)復(fù)雜服役工況時(shí)仍容易發(fā)生破損，需研發(fā)綜合性能更優(yōu)的結(jié)構(gòu)層新材料。

對(duì)此，項(xiàng)目研發(fā)了路面層狀結(jié)構(gòu)增粘增韌系列材料：基于聚合物改性劑極性化處理及網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)熵彈性提升，研發(fā)了寬溫域超粘自愈粘層材料，固結(jié)粘結(jié)強(qiáng)度高達(dá)3.5兆帕，解決了普通粘結(jié)材料“低溫脆、高溫廢”的通?。换谙鄳B(tài)、熱重、界面分析優(yōu)化橡膠脫硫/溶脹耦合行為，研制了高溶解性橡膠瀝青纖維增強(qiáng)復(fù)合封層，化“弱面粘”為“強(qiáng)層粘”，解決了潮濕環(huán)境下層間易剝離問(wèn)題；研制了高黏高彈改性瀝青納米注漿半柔性上承層和高抗拉耐疲勞橋面鋪裝專用UHPC材料，實(shí)現(xiàn)了層間與上下部結(jié)構(gòu)協(xié)同強(qiáng)化，解決了復(fù)雜受荷路段結(jié)構(gòu)層易破損問(wèn)題。該系列材料的研發(fā)突破了材料多目標(biāo)粘韌性能“提升難”瓶頸，解決了常規(guī)層（間）材料性能弱的問(wèn)題。

寬溫域超粘自愈粘層材料研發(fā)與評(píng)價(jià)

/ 成果：路面層狀體系多類型協(xié)同強(qiáng)化技術(shù)與應(yīng)用/

對(duì)于路基段路面，由于基層、面層材料性質(zhì)不同，在車輛荷載作用下，各結(jié)構(gòu)層受力存在差異，需提高協(xié)同受力能力；對(duì)于剛?cè)峤M合、混凝土橋、隧道等混凝土基層瀝青路面，由于“剛基”與“柔面”模量差異大，車輛荷載作用下易形成剪切破壞，需提高抗剪切破壞能力；對(duì)于鋼梁板基礎(chǔ)路面，由于橋面板在車輛荷載作用下?lián)隙却?，梁與鋪裝層兩者變形難隨從，需提高協(xié)同變形能力。因此，對(duì)于這三類路面，應(yīng)強(qiáng)化設(shè)計(jì)建造一體化、材料結(jié)構(gòu)匹配化、需求功能協(xié)調(diào)化，需要研究攻關(guān)路面層狀體系多類型協(xié)同強(qiáng)化及其應(yīng)用技術(shù)。

路面粘韌提升施工技術(shù)應(yīng)用

對(duì)此，項(xiàng)目提出了路面層狀體系“層-粘-層”協(xié)同強(qiáng)化與性能提升保障系列技術(shù)，以及路基段同質(zhì)改性瀝青路面結(jié)構(gòu)協(xié)同增韌技術(shù)，顯著提升了結(jié)構(gòu)協(xié)同受力能力；提出了混凝土基礎(chǔ)瀝青鋪面結(jié)構(gòu)協(xié)同增強(qiáng)技術(shù)，顯著提升了結(jié)構(gòu)抗剪破壞能力；提出了鋼橋面剛性超薄鋪裝協(xié)同增性技術(shù)，顯著提升了結(jié)構(gòu)協(xié)同變形能力。系列技術(shù)有效提升了路面長(zhǎng)期服役性能，突破了層狀體系多類型協(xié)同強(qiáng)化“實(shí)現(xiàn)難”問(wèn)題，解決了常規(guī)結(jié)構(gòu)壽命短的問(wèn)題。

項(xiàng)目主要完成單位

西南交通大學(xué)

西南交通大學(xué)是教育部直屬全國(guó)重點(diǎn)大學(xué)，國(guó)家首批“雙一流”“211 工程”“特色985 工程”“2011 協(xié)同創(chuàng)新計(jì)劃”重點(diǎn)建設(shè)大學(xué)。學(xué)校以工見長(zhǎng)，其中交通運(yùn)輸工程一級(jí)學(xué)科連續(xù)四次獲評(píng)“A+”學(xué)科并進(jìn)入國(guó)家“雙一流”建設(shè)序列。學(xué)校建有綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、綜合交通運(yùn)輸智能化國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室、陸地交通地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)國(guó)家工程研究中心、道路工程四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等科技創(chuàng)新平臺(tái)和科研基地，硬件實(shí)力達(dá)到全國(guó)頂尖，研究成果豐富，學(xué)術(shù)影響力大。近10 年來(lái)交通運(yùn)輸工程領(lǐng)域新增國(guó)家級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)15 項(xiàng)，其中包括主持國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2 項(xiàng)，新增其他省部級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)近30 項(xiàng)，為“一帶一路”倡議和“交通強(qiáng)國(guó)”等國(guó)家戰(zhàn)略不斷提供助力。

四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司

四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，成立于1957 年，自誕生之日起便以服務(wù)交通、奉獻(xiàn)社會(huì)為己任，始終緊跟時(shí)代脈搏、順應(yīng)行業(yè)變化、積極變革創(chuàng)新，以敏銳的市場(chǎng)嗅覺和恪守品質(zhì)的誠(chéng)心匠心勇毅前行，見證并參與了四川從“蜀道難”到“蜀道通”邁向“蜀道暢”的偉大發(fā)展成就和歷史性變遷。公司持有公路行業(yè)和水運(yùn)行業(yè)等18 項(xiàng)甲級(jí)資質(zhì)和市政工程設(shè)計(jì)等16 項(xiàng)乙級(jí)資質(zhì)，業(yè)務(wù)涵蓋規(guī)劃、咨詢、勘察、設(shè)計(jì)、工程監(jiān)理、試驗(yàn)檢測(cè)、項(xiàng)目管理、科技研發(fā)等交通運(yùn)輸全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)咨詢服務(wù)；完成8000 多公里高速公路、12000 多公里國(guó)省干線公路勘察設(shè)計(jì)工作，160 余項(xiàng)勘察設(shè)計(jì)成果獲國(guó)家和部省獎(jiǎng)勵(lì)。公司擁有“全國(guó)五家、四川唯一”的BIM 交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，屬國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)；通過(guò)了ISO9001、ISO14001、OHSAS18001“三標(biāo)”體系認(rèn)證，現(xiàn)已成長(zhǎng)為一家根植巴蜀大地、服務(wù)全國(guó)市場(chǎng)的現(xiàn)代工程咨詢企業(yè)。

上海市市政規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司

上海市市政規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司是以城市基礎(chǔ)設(shè)施為主的交通、規(guī)劃、咨詢、設(shè)計(jì)、科研、檢測(cè)綜合性技術(shù)服務(wù)企業(yè)。在工程檢測(cè)方面擁有交通運(yùn)輸部公路工程綜合甲級(jí)、住建部建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)（主體結(jié)構(gòu)、地基基礎(chǔ)、見證取樣及門窗幕墻4 個(gè)專項(xiàng)）等資質(zhì)；燃?xì)庠O(shè)備檢測(cè)方面擁有國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)甲類、上海市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局強(qiáng)制檢定和CAL 審查認(rèn)可、CNAS 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可等資質(zhì)。公司在交通發(fā)展研究、專業(yè)規(guī)劃編制、工程前期及城市基礎(chǔ)設(shè)施公益研究、新材料、新技術(shù)應(yīng)用研究、工程設(shè)計(jì)與工程檢測(cè)等方面，碩果累累，先后獲得各類科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)約50 項(xiàng)，其中國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)7 項(xiàng)，部委級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)13 項(xiàng)，上海市優(yōu)秀工程設(shè)計(jì)獎(jiǎng)6 項(xiàng)，擁有多項(xiàng)國(guó)家專利成果。

項(xiàng)目主要完成人

艾長(zhǎng)發(fā)

博士，教授、博士生導(dǎo)師。四川省環(huán)境適應(yīng)型耐久性鋪面結(jié)構(gòu)與材料四川省青年科技創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)帶頭人，研究生院副院長(zhǎng)，道路工程四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，美國(guó)俄克拉荷馬州立大學(xué)訪問(wèn)學(xué)者。長(zhǎng)期從事瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與新材料應(yīng)用技術(shù)等方面的研究工作，先后主持4 項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題，5 項(xiàng)省部級(jí)項(xiàng)目，20 余項(xiàng)產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目；圍繞路面層狀結(jié)構(gòu)行為理論與粘韌提升關(guān)鍵技術(shù)、路面新材料性能機(jī)理與利用技術(shù)等，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100 余篇，出版學(xué)術(shù)專著1 部；授權(quán)專利30 余項(xiàng)。獲四川省公路優(yōu)秀科技工作者、中國(guó)公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)、中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國(guó)鐵路工程總公司科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)等榮譽(yù)5 項(xiàng)。

黃晚清

四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司路面結(jié)構(gòu)研究中心主任，長(zhǎng)期從事瀝青路面科研、設(shè)計(jì)與咨詢工作，主持瀝青路面施工質(zhì)量監(jiān)控的多條高速公路運(yùn)營(yíng)10 年以上無(wú)路面自身病害，引導(dǎo)了四川省瀝青路面施工質(zhì)量的發(fā)展。他曾主持參與省部級(jí)等科研項(xiàng)目10 余項(xiàng)，獲中國(guó)公路學(xué)會(huì)等省部級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)3 項(xiàng)，中國(guó)公路勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)等優(yōu)秀勘察設(shè)計(jì)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，授權(quán)國(guó)家專利10 余項(xiàng)，主參編行標(biāo)、地標(biāo)、團(tuán)標(biāo)10 部，發(fā)表高質(zhì)量論文40 余篇，曾獲 “四川工匠”“成都工匠”、四川省公路優(yōu)秀科技工作者等稱號(hào)。

何昌軒

上海市市政規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司研究發(fā)展中心主任，主要從事路橋工程科研和咨詢工作，先后主持參與了縱向和橫向科研項(xiàng)目10 余項(xiàng)，發(fā)表文章23 篇，編寫專著5 部，獲得專利授權(quán)27 項(xiàng)，編制標(biāo)準(zhǔn)11 項(xiàng)；取得了注冊(cè)土木工程師（巖土）、注冊(cè)土木工程師（道路工程）和注冊(cè)咨詢工程師（投資）執(zhí)業(yè)資格；獲得上海市科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，中國(guó)公路學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，上海市優(yōu)秀發(fā)明選拔賽優(yōu)秀發(fā)明金獎(jiǎng)1 項(xiàng)，上海公路學(xué)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，上海公路學(xué)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，上海市土木工程學(xué)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1 項(xiàng)，2019 年獲得上海市重點(diǎn)工程實(shí)事立功競(jìng)賽建設(shè)功臣稱號(hào)。