《科学通报》
开博时间：2019-09-06 16:50:00《科学通报》是主要报道自然科学各学科基础理论和应用研究方面具有创新性、高水平和重要意义的研究成果。报道及时快速，文章可读性强，力求在比较宽泛的学术领域产生深刻影响。
如何让沥青路面更长寿？
2021-03-10 08:48:00我国拥有世界上最长的国家高速公路网，但是，我国高速公路沥青路面的成本、维护、寿命等仍有巨大的提升空间。近日，山东省交通科学研究院王林院长等在《科学通报》发表观点文章“‘四个一体化’破解长寿命沥青路面技术瓶颈”，深度分析了长寿命沥青路面面临的主要需求、科学/技术难点，并提出了路基与路面一体化、结构与材料一体化、设计与施工一体化、建设与养护一体化的“四个一体化”设计框架。
文章首先总结了我国高速公路长寿命沥青路面存在的主要问题：
(1) 路面寿命不足，与严酷重载交通和复杂自然环境的需求相矛盾;
(2) 路面周期性重建消耗巨大资源，与节能环保的需求相矛盾;
(3) 路面建、管、养失衡，与全寿命周期的理念相矛盾。
需要解决的相应基础科学问题和关键技术问题为：
(1) 路面结构与材料损伤的控制原理与方法;
(2) 服役性能监测技术;
(3) 设计理论与方法;
(4) 施工质量控制等。
长寿命沥青路面的性能受到多因素的影响，只有综合考虑路基、路面、结构、材料、设计、施工、建设、养护等各因素的平衡，才能取得最优效果。因此，作者提出了“四个一体化”设计框架和体系，希望为我国长寿命沥青路面的技术发展提供方向和途径。
路基与路面一体化
稳定的路基是沥青路面的结构基础。提升路基稳定性，并确定合理的路基承载力指标，是保证长寿命沥青路面结构和性能的基础。
与国际先进国家相比，我国现行的路面设计规范对路基承载力的要求明显较低。进一步提高这一设计指标，才能适应长寿命沥青路面的要求。
为了达到路基的稳定和承载力要求，应当补充和细化路基结构组合设计方法和标准。对地基承载力标准、未处治填土承载力标准及路床改善土承载力标准等，都研究相应控制标准和要求，而不是仅对路基顶面提出指标控制要求。
在满足路基承载力最小要求的基础上，应当加强路基路面结构一体化设计分析，为长寿命路面结构优化设计，提高合理的路基承载力数值。在满足一定交通荷载条件和最小路基承载力条件下，路基承载力越大(处治成本越高)，整体路面结构厚度就越小(路面成本越低);反之亦然。一体化分析原则是在满足同样交通荷载条件下，路基承载力标准与路面结构厚度的经济最优化。
结构与材料一体化
将长寿命沥青路面的结构组合，与高品质混合料相结合，可以极大地提升路面结构的使用性能。按照实际需求，选择或开发合适的混合料类型、确定各功能层材料的性能要求，从而把结构设计与材料设计结合起来，才能实现沥青路面结构设计与材料设计的一体化。
现有的常用沥青胶结料与混合料无法满足重载交通与复杂气候条件的要求，开发更高品质的沥青混合料势在必行。国际上已经开始研发综合性能更优的沥青混合料，如法国的EME、美国的HiMA等。目前通常采用单一的模量提高技术，虽然能在一定程度上提高混合料的抗车辙能力，但导致其抗疲劳、抗水损害、抗裂性能下降，反而缩短了使用寿命。可见，沥青混合料的设计理念需要全面提升。
为此，需要从以下三方面开展研究：
1) 建立以功能需求为基础的新一代高品质耐久性沥青混合料设计理论与方法，攻克沥青混合料性能全面提升的技术难题，为各类严酷荷载环境下的耐久性铺面设计奠定基础;
2) 研究基于沥青胶体体系、沥青质团簇重构理论的胶结料性能综合提升方法，以及先模量梯级升级-后改性的新一代高劲度改性沥青制备技术，突破配伍性和存储稳定性差的技术瓶颈;
3) 开发高劲度沥青规模化工业生产装置和工艺技术流程，攻克高劲度沥青均匀性控制和施工温度确定技术难题，实现新一代高品质沥青混合料在不同严酷条件下的规模化应用。
设计与施工一体化
设计与施工一体化是指，设计指标与施工控制指标一致。一方面，结构设计参数要尽可能符合施工实际，充分考虑施工的变异;另一方面，成品路面结构几何参数、层间结合状态、不同结构层混合料性能等必须满足设计指标要求。
开发和运用新一代施工技术是确保设计与施工一体化的重要手段。施工质量信息化、智能化压实技术、新一代施工装备(大吨位压路机、宽幅大厚度摊铺机等)、全覆盖大数据无损检测技术等的开发和运用将为长寿命路面的施工质量提供强有力保障。例如，大厚度连续摊铺碾压工艺解决了无机结合料稳定材料施工层间连接不良问题，极大地提高了路面结构整体性;路面三维雷达系统开发的路面结构层厚度和材料均匀性大数据检测为成品路面质量评价提供了强有力保证。
建设与养护一体化
建设与养护一体化是指，按照寿命周期费用分析、寿命周期评价的理念和方法进行建设和后期运营养护评估，确保全寿命周期的费用和能耗排放达到最优。长寿命沥青路面需要减少产生结构损伤的可能性，并使可能发生的破坏限制在路面表层，当路表破坏达到某一临界水平时，只需更换或加铺一层表面层即可，不需要大的结构性重修或重建，且路面结构能长期持续使用50年以上。只有保证结构不发生破坏，才能使以功能恢复为主或预防性的现代养护技术，如薄层罩面、微表处、就地再生等，真正发挥作用。因此，长寿命沥青路面的结构应该能与现代养护技术衔接良好。
立足于问题与现状，我们一方面要学习和借鉴发达国家的有关经验和教训，另一方面要基于我国的基本国情，深度挖掘长寿命沥青路面的基础科学问题、关键技术问题，并按照“四个一体化”的技术体系与总体展望，在实践中不断检验和改进，促进传统沥青路面向新一代绿色耐久路面的转变。
文/王林
本文来自《科学通报》
