本報(bào)記者崔爽

“到2018年底，我國(guó)公路通車(chē)總里程為484萬(wàn)多公里，居世界第二位，高速公路總里程達(dá)14萬(wàn)多公里，居世界第一位。但我國(guó)公路基礎(chǔ)設(shè)施的人均占有量?jī)H為美國(guó)的1/4左右。按交通運(yùn)輸部規(guī)劃，在2035年以前，還將新建近100萬(wàn)公里普通公路，數(shù)萬(wàn)公里高速公路，可見(jiàn)，我國(guó)高速公路建設(shè)任務(wù)依然繁重。”在近日召開(kāi)的香山科學(xué)會(huì)議第S54次學(xué)術(shù)討論會(huì)上，長(zhǎng)沙理工大學(xué)教授鄭健龍表示。

“世上本無(wú)路，走的人多了，也就成了路。”科技部副部長(zhǎng)黃衛(wèi)教授引用這句話(huà)闡述“路面工程是伴隨人類(lèi)社會(huì)不斷發(fā)展而進(jìn)步的”。如他所說(shuō)，當(dāng)代道路技術(shù)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(zhuǎn)型發(fā)展，“提升路面的使用壽命，研發(fā)長(zhǎng)壽命路面技術(shù)，是當(dāng)代路面科技發(fā)展的核心目標(biāo)”。

但與此同時(shí)，我國(guó)面臨著相關(guān)理論研究起步較晚、路面結(jié)構(gòu)較為特殊、各地環(huán)境差異巨大等現(xiàn)實(shí)情況。本次會(huì)議上，專(zhuān)家圍繞構(gòu)建具有中國(guó)特色的長(zhǎng)壽命路面技術(shù)體系這一主題進(jìn)行了深入的研討。

長(zhǎng)壽命路面是必然選擇

“我國(guó)公路路面使用壽命普遍偏短。”鄭健龍直言，按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)高速公路瀝青路面的設(shè)計(jì)壽命為15年，而發(fā)達(dá)國(guó)家普遍在20年以上。而且，調(diào)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(jìn)行大中修。每年約有1萬(wàn)公里高速公路、20萬(wàn)公里普通公路需要進(jìn)行大中修改造。為此，從上世紀(jì)末，世界各國(guó)競(jìng)相開(kāi)展長(zhǎng)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(tài)環(huán)境破壞。

“壽命指的是路面的結(jié)構(gòu)安全壽命。”據(jù)黃衛(wèi)介紹，一般來(lái)說(shuō)，描述路面壽命有兩個(gè)指標(biāo)，一是設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，即設(shè)計(jì)“期望”壽命，二是實(shí)際的使用壽命。和世界主要國(guó)家瀝青路面相比，我國(guó)瀝青路面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期和實(shí)際使用壽命都更短。

中國(guó)交建副總工程師汪雙杰表示，我國(guó)不同區(qū)域的路面實(shí)際使用年限迥然不同，很多地區(qū)的路面使用年限遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限。“我國(guó)幅員遼闊、地形地貌復(fù)雜多樣;環(huán)境氣候多樣，有52個(gè)二級(jí)自然區(qū)劃;交通狀況復(fù)雜，重載超載嚴(yán)重;不同區(qū)域路面結(jié)構(gòu)和材料多樣，以上種種復(fù)雜因素都影響著路面的使用。因此，進(jìn)行路面長(zhǎng)期性能研究是非常必要的。”他說(shuō)。

“我國(guó)擁有世界最大的高速公路網(wǎng)，面臨著國(guó)家每年巨額的養(yǎng)護(hù)維修資金投入、建設(shè)下一代智能道路的需求，開(kāi)展以長(zhǎng)壽命路面為代表的新型路面的創(chuàng)新研發(fā)，將是我國(guó)下一代路面技術(shù)發(fā)展的必然選擇。”黃衛(wèi)表示。

仍有若干科學(xué)問(wèn)題待破解

據(jù)鄭健龍解釋?zhuān)L(zhǎng)壽命路面是一個(gè)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(wú)限延伸)，所以只能用三維彈性力學(xué)理論甚至更復(fù)雜的力學(xué)理論進(jìn)行分析。并且，由于任意兩條公路的石料、拌和設(shè)備、施工機(jī)具、工藝過(guò)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(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的、具有唯一性的新材料，其結(jié)構(gòu)性能和使用性能在空間分布上具有一定的隨機(jī)性和非均勻性。

汪雙杰強(qiáng)調(diào)，設(shè)計(jì)壽命的設(shè)計(jì)和保持，前提是要掌握環(huán)境條件和材料條件，了解在這種復(fù)雜的耦合條件下路面長(zhǎng)期性能如何響應(yīng)。

“盡管?chē)?guó)外率先提出長(zhǎng)壽命路面，但對(duì)長(zhǎng)壽命路面的技術(shù)內(nèi)涵并不統(tǒng)一，甚至不明確。”黃衛(wèi)表示，在我國(guó)新型路面的創(chuàng)新方面，還有若干科學(xué)問(wèn)題有待破解。

黃衛(wèi)建議，可從采集更全面的性能數(shù)據(jù)、挖掘更深的演化機(jī)理、建立更可靠的服役模型三方面來(lái)開(kāi)展此項(xiàng)工作。

“我國(guó)有世界最長(zhǎng)的半剛性基層結(jié)構(gòu)路面，有世界上最豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此，我國(guó)路面科技人員通過(guò)材料創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、設(shè)計(jì)創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新、維護(hù)創(chuàng)新，有信心、有能力研發(fā)出具有中國(guó)特色的長(zhǎng)壽命路面技術(shù)體系。”黃衛(wèi)表示。

“揭示并科學(xué)描述路面材料獨(dú)有的性能特征并將之用于指導(dǎo)路面材料的科學(xué)設(shè)計(jì)與路面結(jié)構(gòu)的科學(xué)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(xué)家、道路工程學(xué)家、材料學(xué)家及其他相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家都來(lái)協(xié)同研發(fā)，突破長(zhǎng)壽命路面技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，找出發(fā)展的技術(shù)路徑，建立我國(guó)路面全壽命周期服役性能的足尺模擬驗(yàn)證體系，推動(dòng)我國(guó)長(zhǎng)壽命路面設(shè)計(jì)體系的形成與發(fā)展。