工程机械展2020技术综述_2020上海宝马工程机械展

摘 要

改革开放40多年，中国公路建设取得了举世瞩目的成就，有力地支撑了国家社会经济的高速发展。近年来，与路面工程相关的新理论、新方法、新技术、新工艺、新结构、新材料等不断涌现。该综述以实际路面工程中所面临的典型问题、国家科技奖的技术创新内容、科技部及国家自然科学基金项目、优秀中文权威期刊的论文、Web of Science中的高被引论文的关键词为依据，系统分析了国内外路面工程7大领域的研究现状及未来的发展方向。具体涵盖了：智能环保路面技术、先进路面材料、先进施工技术、路面养护技术、路面结构与力学性能、固废综合利用技术及路面再生技术等。可为路面工程领域的研究人员与技术人员提供参考和借鉴。

关键词

| 综述 | 智能环保路面技术 | 先进路面材料 | 先进施工技术 | 路面养护技术 | 路面结构与力学性能 | 固废综合利用技术 | 路面再生技术

装配式路面(同济大学朱兴一老师提供初稿)

装配式路面技术是指在工厂中完成路面结构层的预制，运送到施工现场进行装配、接缝处理等后续工艺，以完成路面结构快速建造的一类技术[306-307]。装配式路面技术在克服传统路面现场浇筑、摊铺所引起的生产粗放、效率低下、施工质量难以控制等缺点的同时，实现了路面结构的标准化施工与精细化管理。此外，面向数字化基础设施建设的装配式路面技术使得布置在路面内的智能感知设备得以精准投放，感知设备存活率大幅度提高。目前，国内外对于装配式路面的研究主要集中在以水泥基材料为主的预制化拼装技术和以沥青基等柔性材料为主的地毯式铺装技术。

(1)装配式水泥混凝土铺面

装配式水泥混凝土铺面技术主要采用预应力水泥混凝土。1990年代，德克萨斯大学奥斯汀分校开展了装配式水泥混凝土铺面的系统研究[308]，并提出了预应力装配式水泥混凝土路面的概念[309-310]。国外装配式水泥混凝土铺面现已处于市场应用阶段，并已研发了用于原板破除、钻孔、基层整平的机械设施[311]。密歇根州立大学的学者在预制板内埋入传感器，可检测预制板的水平和竖向运动[306，312-313]。美国技术公司Integrated Roadways与科罗拉多州交通部(CDOT)合作，在科罗拉多州试行了其研发并获得专利的Smart Pavement系统，该系统通过在预制混凝土板中内置高分辨率光纤传感器和其他传感技术，实现了交通数据实时采集和事故自动预警等功能[314]。日本学者采用预制钢筋水泥混凝土铺面和预制高强钢筋水泥混凝土铺面，研发了可拆卸的Cotter传力构件，基本实现了预制、置板、注浆等流程的机械化，并采用预埋管道的标准板，铺设了可融雪融冰的路面，成功应用于城市道路[315]。中国学者对于装配式水泥混凝土铺面技术尚在摸索，较实现工业化装配还有一定距离[316-318]。

针对装配式水泥混凝土铺面技术，当前的研究主要集中在3个方面：①装配式路面的制备工艺研究，部分学者结合工程实例，研究了不同条件下装配式混凝土路面的装配方案[311]；②装配式路面板的力学特性分析，由于装配式路面和一般混凝土路面制作工艺不同，受力特性有较大区别，有必要对不同条件下装配式混凝土板的应力应变特性、传荷机理等进行研究[311，319-322]；③装配式路面在水泥混凝土路面养护修复领域的应用[312-324]。在路面病害修复过程中，由于基层表面损毁程度不一，以及清除原有路面板过程中对基层的影响程度不同，造成装配后路面的平整度较差，加之预制路面板块自重较大，运输及吊装难度大，显著制约了该技术在实际养护工程中的应用，相关学者针对这一难题进行了研究。

(2)地毯式柔性铺面

地毯式柔性铺面是将柔性可卷曲的预制道路面层，吊装、运输至施工现场，然后直接在现有的路面结构上完成铺设。目前，地毯式铺装路面公开的研究成果较少，最新的研究均与荷兰和德国的相关研究单位和学者有关。2001年，荷兰交通部所开展的“Roads to the Future”项目中就首次提出了地毯式铺装，并研发了基于多孔沥青混凝土的“RollPave”预制路面结构[325-326]。德国亚琛工业大学道路工程研究所亦是较早开展柔性地毯式铺装结构研究的科研单位之一，其在柔性地毯式铺装沥青路面结构设计、性能增强及新型柔性路面材料方面取得了较多成果。

总体而言，柔性沥青混凝土需要在满足沥青混合料各项性能的基础上，同时具备良好的弯曲性能，而传统的沥青混合料设计方法往往难以达到其柔性功能的要求。因此，优化地毯式铺装材料与结构的力学及卷曲性能是地毯式柔性铺装技术的主要研究方向之一。围绕该方向，德国亚琛工业大学Stein-auer教授在2005年指出地毯式铺装不应局限于传统材料，而应该更多地考虑人工合成材料的应用，制备更加均匀且更适用于工业预制的柔性结构。此后，德亚琛工业大学王大为在柔性水泥基材料、纤维改性水泥基柔性材料及人工合成材料(聚氨酯、冷塑料、聚合物等)等方面进行了大量尝试和深入研究。地毯式铺装作为一种预制化施工技术，可集成更多、更先进的功能，比如显著提高路表抗滑、排水、降噪、尾气降解、能量采集和存储等[327]。Steinauer出了可将柔性地毯式铺装视为基体存在，通过相应的功能扩展使结构具备能量回收与存储功能(道路结构的热能、光能及压电能)。此外，德国亚琛工业大学基于地毯式功能性路面的概念，研究开发了地毯式路面铺装的成套施工设备，并取得了一定的施工经验，为地毯铺装技术的进一步发展提供了较好的技术支持。除上述研究方向外，有关地毯式铺装路面路用性能的全面评价、地毯式铺装结构在轮胎荷载作用下的界面接触行为的研究以及以此为基础对地毯式铺装材料的优化设计和改进也是当前的研究重点。

(3)装配式路面发展前景

由于预制化装配式路面技术的先天优越性，装配式路面已经成为当前道路工程领域研究热点之一。未来对于装配式路面的发展趋势主要有：①进一步实现装配式路面技术的机械化和自动化，采用成套的机械化设备，从工厂内铺面系统的预制到对应不同应用场合的装配作业，包含原道面破除、基层处置与整平、预制面层铺装等流程实现工业化解决方案；②装配式路面具有较大的发展空间，作为一个载体，可集成更多、更先进的功能，比如显著提高路表抗滑、排水、降噪、尾气降解、能量采集和存储等功能，对现阶段道路维修、交通安全及路域能量采集具有重要的推动意义；③装配式路面的可拆卸性，不仅便于道路设施的维修、养护、更新等作业，并且在路面结构本身性能不满足要求时，可快速实现路面的维护和更换；④探索装配式路面作为基体推动数字化道路基础设施建设，装配式路面具备传感设备的快速、精准和标准化布设能力，从而实现道路基础设施的信息化。

智能压实技术(东南大学马涛老师提供初稿)

智能压实(Intelligent Compaction)技术是指使用具有现场实时测试与反馈系统的振动压路机对路基、基层或沥青层等进行压实[328]。近年来，国内外针对智能压实技术的开发与应用开展了基础性研究，主要包括压实评价指标、动力学方程、影响因素、压实过程控制、反馈方法等。研究人员开发了三大类压实状态评价指标，主要包括基于加速度信号的指标如CMV(Compaction Measurement Value)、CCV(Compaction Control Value)和VCV(VIbration Compaction Value)，基于刚度参数的评价指标如填筑体刚度和振动模量，以及基于能量法的指标Omega值和MDP(Machine Drive Power)。目前的研究主要集中于上述参数与验收指标[压实度、回弹模量、CBR(California Bearing Ratio)等]和成熟检测方法[落锤式弯沉仪、DCP(Dynamic Cone Penetrometers)、芯样等]的相关性评价与建立，并根据相关系数的大小判断压实状态评价指标的优劣。在此基础上，研究评价指标随压实遍数的变化规律，分析路面结构系统的压实状态[329-330]。

动力学模型是描述“振动压路机-被压材料”相互作用的重要工具，常用于压实过程中的力学分析。目前研究人员在动力学模型方面的研究可分为2类：黏弹性模型和黏弹塑性模型。其中黏弹性模型又可分为线弹性模型和非线性弹性模型[331]。线弹性模型即是经典的双自由度或单自由度动力学模型。后续的模型多是在此基础上进行改进，或是考虑跳振因素，或是增加塑性变形特性等。动力学模型最大的优势是直观、方便进行力学分析，但其本质是一维模型，简化条件过多，因此尚未直接用于指导工程实践。虽然有不少学者都对动力学模型进行了多方面的改进，但始终无法克服其固有的缺陷，反而增加了模型的复杂程度，使其丧失了简便的特点，因此现今研究中最常用的依然是经典的线弹性双自由度模型[332]。国内外学者均研究了压实材料在不同因素影响下的变形规律，包括受压材料性质、厚度、温度、目标压实度、下承层刚度等；压路机的激振力、振动频率、振动压实遍数、振动轮自重、振动压路机与被压土的接触面积等[333-334]。研究成果对压路机及筑路材料的设计优化、以达到更好的压实效果具有指导意义，如：发现了振动频率远离共振频率或压路机速度过快，将减弱压实效果；铺筑材料的厚度影响测试频率与波长，进而影响弹塑性波的传播[335-336]；提出了在压实早期宜采用低频高幅振动，而在后期宜采用高频低幅振动甚至水平振荡方式的施工理念；提出了根据被压土的参数进行振动压实参数选取的理念等[336]。在预测模型方面，国内外学者将智能压实技术与神经网络、机器学习以及模糊数学相结合，通过对已获取的压实质量进行分析，实现了对未来压实质量的演化规律较为精确的预测，为压实质量预测以及反馈调节系统的建立奠定了基础。在利用智能压实进行压实过程控制和反馈方面，现有研究实现了压实过程的实时监控与记录，如碾压时间、遍数、层数、长度等的实时监控与记录；建立了压实质量的控制标准与压实质量连续监控实用模型，提出了改善和控制压实质量的措施；开发了压实度在线检测控制系统、人机交换软件；实现了基于压实工艺监控和压实指控控制标准的压实平稳性控制如压实程度、压实稳定性与压实均匀性的控制[332，337]。随着计算机行业的发展，迎来了大数据时代，与此同时智能压实技术亦与大数据紧密相结合。国内外学者已经着手于将智能压实技术与大数据相结合，通过数据库分析各种条件下的智能压实技术的实施效率，以期达到最优化施工的目的。

截至目前，尽管国内外对于智能压实技术及其应用展开了大量研究，并取得了一定的研究成果，但仍存在较多难点亟待攻克，主要包括：①“振动压路机-被压材料”系统模型以弹性理论为主，虽然对黏塑性和黏弹性特征做了探讨，但由于模型需要确定的参数多，限制了其应用；②道路工程材料的实际应力应变关系十分复杂，难以建立高精度的被压材料本构模型；③研究多以路基为主，与沥青层相关的压实理论有所欠缺；④部分压实状态指标的提出偏经验性、缺乏理论支撑，同时亟需建立基于压实状态指标的压实标准；⑤具有压实参数高精实时调节系统的压路机仍有待进一步开发。

自动驾驶车道建设技术(同济大学朱兴一老师提供初稿)

自动驾驶车道建设技术，一般指利用新型技术完成道路设施的智能化建设，以道路性状信息、交通信息和环境信息的收集、处理、分析、交换、发布、利用为主线，满足未来自动驾驶车辆对于路面的结构以及功能化需求，致力于为交通参与者提供多样性、定制化、智能化服务，并有效延长道路设施寿命，提高服役性能。自动驾驶车道因其服务于未来交通，具备提升交通安全和公共安全的巨大潜力，世界各国都在积极进行相关的研究与实践探索。

(1)自动驾驶车道建设理念

美国在国际上较早开展了面向未来交通的智能道路的相关研究，早在1939年纽约世博会上便提出了自动车道的概念。1991年，美国通过了“冰茶”法案，在此支持下启动研发自动公路系统(Automated Highway System，AHS)以适应未来面向全自动驾驶的需求，并提出了独立自动车辆、网联自动车辆和设施支持自动驾驶等多种模式[338]。在设施支持自动驾驶模式中提出建设专用智能车道为车辆运行提供服务，其中车道智能化主要依靠路侧的感知设备或埋入路面的断面式传感器来实现。现有的智慧交通和智能网联车路系统中，也基本延续了这一做法。

2008年欧洲数个国家依托FEHRL提出了“第5代道路”计划，又称作“永久开放道路”(Forever Open Road)[339]。该计划旨在建立具有自适应、自动化和环境韧性三大目标的新型道路系统，以保证欧洲未来道路的高效运行，促进欧洲经济的可持续发展。该系统包括路面质量监测、能量收集、信息交互、绿色环保及自动化等相关设施和材料以及快速、经济的道路设计、建设和维护方法等。

中国同济大学的赵鸿铎等[69]首先提出了服务于自动驾驶车辆的智能铺面的内涵与架构。该智能铺面架构阐述了P2X(Pavement To Everything)的建设理念，即以铺面为信息源的“铺面对多目标”网联服务体系，其中“Ｘ”包括了管养部门、车辆、驾驶人、行人、自行车、移动终端、附属设施等。长安大学的徐志刚等[340]在AHS的基础上，进一步提出了面向未来自动驾驶车辆的智能公路建设的体系架构。该架构认为未来的智能公路将是一个集环境感知、规划决策、信息交互、自动修复等功能于一体的高新技术道路综合体。北京科技大学的汪林兵等[70]提出了包含信息感知获取层、信息集成处理层、综合服务层和能量供给层4个层次的智能路面的建设架构。

(2)自动驾驶车道建设要点

围绕自动驾驶车道建设理念，自动驾驶车道的建设要点主要包括但不限于道路信息感知、道路主动适应、路域能量收集及先进建造技术等方面。

1)道路信息感知

自动驾驶车道首先将具备自感知能力，对路面车辆进行有效的实时、动态监测，对超速、超载现象进行预警。此外，对道路结构进行在线健康诊断、实时监控结构的整体和局部行为，在结构产生破坏之前，及时发现结构的损伤状况，有效保障交通系统安全。在道路信息感知方面，目前己有较多的传感器件被开发及应用于自动驾驶车道建设中，国外基本上以温度、湿度和应变的监测为主，如Dynatest、UIUC、CTL、基康、拜安等都对应变计、多点位移计等进行较多研究并研发相关的产品。中国大连理工大学欧进萍[341]自主研发了铺面光纤光栅应变计以及温度传感器、压电薄膜、应变和裂缝监测传感器等智能器件，在桥梁、大坝及大跨结构工程中得到了应用。哈尔滨工业大学[342]、东南大学[343]、南京大学[344]等高校也先后就道路信息感知方法及感知元件的开发展开了研究。

2)道路主动适应

道路主动适应主要指道路结构面对环境变化所具备的自身调节能力。当前，道路主动适应技术主要有：道路损伤的自修复技术、自动融雪化冰技术、自清洁技术、快速排水技术等智能技术，其中一些技术已相对成熟并在实体路面中成功应用。

目前国外较为深入的研究了沥青铺面自愈合和自动融冰雪技术。荷兰的代尔夫特理工大学于20世纪初[345]进行了沥青混凝土裂缝自愈合的初步研究，采用微胶囊的方式，用多孔沙作为再生剂的载体，环氧树脂和水泥混合形成胶囊壁，旨在通过含有再生剂的微胶囊自动修复道路的裂缝，但该项研究仅分析了胶囊的物理力学性能，而对于实际的裂缝修复效果并不明朗。1990年代起，加拿大、荷兰等对导电混凝土材料(含有碳纤维水泥复合材料或钢纤维)用于路面融雪化冰的有效性进行了研究[346]，并对导电混凝土的力学性能和导电性进行了试验，为导电混凝土复合材料的制备提供了重要指导。美国凯斯西储大学于1998年研究了一种通过压电换能装置智能化监测路面结冰状况的方法，提出采用微处理器监测压电换能装置的共振频率来监测路面的结冰状况[347]。美国于1999年总结了近30年来各种路面融冰方法(包括化学法、地热管法、电热丝法等)之后，开展了利用钢纤维钢屑混凝土的导电性实现桥面铺装融雪除冰的研究。比利时道路研究中心于2006年对道路环境自清洁进行了研究，通过在道路路面中掺入二氧化钛、光触媒等催化剂分解汽车尾气，并对自清洁的效果进行了相关试验[348]。

中国各高校相继对路面自愈合和自动融冰雪开展研究。同济大学、天津大学分别自主研发了微胶囊自修复沥青混合料[349]，并铺设了试验路段。同济大学、重庆大学、武汉理工大学、哈尔滨工业大学等从21世纪初开始研究碳纤维导电混凝土[350]在路面除冰雪中的应用，开展了导电性能、导热性能和野外除冰除雪效果等的研究。结果表明：利用碳纤维导电混凝土，通电后产生的热量能够有效清除路面冰雪，不仅能保证冬季行车安全，还能够避免除雪剂对路面结构和环境带来的负面影响[351]。哈尔滨工业大学、天津大学等在地源热泵技术研究的基础上，开展了太阳能-地热蓄能道路融雪方面的研究和试验，建立了融雪系统的路面传热模型，为工程设计提供了理论依据[352-353]。

3)路域能量收集

自动驾驶车道实现能量回收再利用也是未来的必然趋势。路域能源收集技术的发展可以为自动驾驶车道的信息感知、数据获取与传输、自修复等提供持续的动力[70]。近年来，国内外路面能量收集技术的研究主要集中在机械能、热能以及光能等方面。在路面光能收集方面，最为常用的便是直接使用太阳能电池板作为路面，或在路面上直接加铺1层太阳能电池片，目前在欧洲已经有实际的商业应用。路面热能收集方面，最常用的便是在路面内埋入管道，通过管道内的介质作为热能传递的媒介。通常使用的是水，也有通过空气或直接使用热管。路面机械能收集最常用的途径是使用压电器件。通过将压电换能器埋入路面内部，实现机械能向电能的转化。

路面能量收集方面，国内外均开展了广泛研究。光伏发电技术是目前相对高效且成熟的能源转换技术，将光伏发电系统与道路相结合开发的太阳能路面技术，在保证交通运输功能的同时，可在不另外占地的情况下实现路域太阳能的开发利用。滑铁卢大学Northmore等[354]对太阳能路面的结构和材料进行了研究，设计了一种由透光层、光电层和底层组成的3层组合结构太阳能路面板，对每种材料的性能特点进行了分析，并采用有限元数值模拟对太阳能路面板结构在各种基础支撑条件下的力学性能进行了分析。日本于2006年研发了一套路面太阳能收集系统[355]，通过在路面中埋设管道，冷水通过管道后在路面中被加热，并通过设置在路侧的热电转换装置收集电能。美国俄勒冈州于2008年在一条高速公路路侧安装了598块太阳能板，以收集路侧的太阳能，州政府正准备将这些道路路侧收集的太阳能输入到电网中，以收回投资成本。近年来，美国、法国分别对光伏路面进行了试验研究[356]，并修筑了试验段。2017年，山东齐鲁交通发展集团、山东光实能源有限公司和同济大学等合作，在济南绕城高速公路铺设了中国首条光伏路面示范工程。在路域机械能收集方面，以色列Innowattech公司于2008年宣布研制出了一种基于压电换能结构的路面机械能收集系统，能将路面车辆的机械能转换为电能并加以收集[357]。中国同济大学、长安大学、哈尔滨工业大学[358]、北京工业大学等开展了路面机械能收集的相关研究。同济大学[359]的研究中通过有限元模型分析了钹式换能器的结构尺寸并进行了初步试验测量换能设备的压电性能，结果表明在0.7MPa、20Hz的动态荷载作用下，能够产生超过250*的电压，能够同时点亮多个LED灯。

4)先进建造技术

由于自动驾驶车道将集成各类传感器以及功能化设备，施工工艺十分复杂，如果采用传统建造方法，将严重影响交通运行，并且车道的建造品质往往难以达到预期要求。因此，以BIM、预制化拼装技术和3D打印技术等为主的精细化设计与建造技术成为了自动驾驶车道建设的有力手段。

(3)自动驾驶车道建设技术发展前景

自动驾驶车道服务对象从传统车辆转变为自动驾驶车辆，这一转变具有彻底改变道路基础设施建设和使用模式的潜力。然而，目前针对自动驾驶车道的建设还处于概念化设计阶段，在国际上尚未有成熟的行业规范和技术标准。中国外均有不同程度的实践探索，并取得了一定的研究成果，但仍存在较多难点亟待攻克，主要包括：①目前自动驾驶车道的发展主要体现在单一的技术或功能上，尚未形成统一的体系；为了进一步提升自动驾驶车道的服务能力，需要充分整合利用现有资源，建立一套高效的功能集成体系；②自动驾驶车道的自适应和路域能量收集技术虽然取得了一些研究成果，但仍然存在效率不高、应用困难、成本较高等缺点，因此，如何解决低成本与高性能这一矛盾问题仍具有一定的挑战性；③自动驾驶车道的建设依赖于道路设施的信息化与数字化，路内传感器长期检测数据的快速存储、检索、挖掘和应用工作目前仍处于探索阶段，因此，迫切需要建立基于物联网、云计算和各种人工智能算法的路面信息管理和分析平台。

大温差路面修筑技术(哈尔滨工业大学徐慧宁老师提供初稿)

中国高海拔、高纬度地区年温差、昼夜温差较大，有研究表明：年大温差、昼夜大温差环境下，沥青路面会出现温度疲劳损伤，引发沥青路面出现开裂。沥青路面长期出现裂缝，必然会降低路面的使用寿命，增加道路养护费用。为了减少大温差地区路面病害的产生，大温差路面修筑技术成了众多行业机构的研究热点之一。目前国内外学者对大温差路面修筑技术的研究主要有：大温差作用下沥青路面性能劣化行为、大温差路面修筑技术要点、大温差地区路面设计控制。

(1)大温差作用下沥青路面性能劣化行为

年温差或昼夜温差过大，沥青面层会出现较大的温度应力和应变，有大量研究结果表明大温差气候会导致沥青路面出现开裂。Holewinski等[360]认为温度是明尼苏达州产生自上而下疲劳开裂的一个重要因素。Tarefder等[361]通过实测得知沥青路表的昼夜温差约是空气温差的2倍，沥青面层的昼夜温差产生了很大的温度应力，从而加快了沥青路面的开裂。Al-Qadi等[362]在Virginia试验路段测得每日温度变化导致的应变达350×10^-6，其认为，虽然温度循环1次时车辆荷载作用了很多次，但仅1次大的温度变化就可能对沥青路面造成非常严重的损伤。Bayat等[363]通过分析2年内沥青路面温度和纵向应变的监测数据，明确了路面对温度荷载的响应，研究结果表明，在沥青混合料底部由于昼夜温度变化引起的应变波动高达650×10^-6，而每年的应变波动高达2544×10^-6，由于温度变化产生的应变远大于车辆荷载引起的应变，虽然因温度变化而产生的应变出现的频次少，但也可能对柔性路面造成巨大的破坏。Zhao等[364-365]对中国新疆北部气候和路面灾害特征进行了调查，发现新疆北部裂缝频繁发生，其认为突然的温度变化和较大的温差是产生温度应力和频繁裂纹的主要原因。新疆高速公路常用路面结构一般为沥青混凝土面层、水泥稳定碎石基层及砂砾底基层，通过调研，已建成沥青路面网裂、横向裂缝、反射裂缝、拥包、车辙等病害十分常见，新疆地区产生上述病害的原因主要有：新疆地处内陆干旱区，地区气候差异极大，全年温差、昼夜温差大，在以往的路面结构设计中，对新疆实际环境考虑不足，对昼夜大温差没有给予充分的重视；广泛采用的半刚性基层沥青路面结构在干旱大温差的环境下干缩温缩开裂普遍，路面早期病害严重。

大温差环境会导致沥青路面会出现温度疲劳损伤、加快沥青路面开裂进程。在柔性路面上，每天和每年的温度反复波动会导致沥青路面出现膨胀和收缩，这些循环的膨胀和收缩(也称为温度荷载)可能会对沥青路面产生严重的损伤，即使在温度荷载不大的情况下沥青路面也可能会产生横向温度疲劳开裂[366]。Tarefder等[367]认为类似于交通荷载的重复作用，由于夜间温度较低和白天温度较高而导致的重复温度循环也会对沥青混凝土面层造成破坏，并导致路面开裂。Islam等[368-369]研究结果表明，由于环境温度变化产生的应变比交通荷载产生的应变大，其对新墨西哥州沙漠中部分监测路段由于环境温度波动造成的疲劳损伤进行了研究，结果表明，温度损伤占沥青混凝土总疲劳损伤的98.2%，此外，与日温度波动所造成的损害(占总损害的2.4%)相比，年度温度波动产生的损害(占总损害的95.8%)更大。而在另一条试验路上，研究结果表明由于交通荷载、日温度变化和年温度变化导致的损伤占总疲劳损伤的62%、5%、33%。

(2)大温差地区路面修筑技术要点

沥青及沥青混合料的性能对沥青路面低温开裂有重要影响。不同的沥青，其感温性能、劲度、延度、老化性能、含蜡量等均有差异，在这些指标中对沥青低温性能影响最大的是沥青的感温性，感温性越差，说明外界温度的变化对其影响较小，沥青路面越不容易发生低温开裂。此外选择劲度小、延度大、抗老化性能优异、含蜡量低的沥青，均可在一定程度上减少路面低温开裂的发生。当基质沥青不能满足高寒地区低温抗裂性的要求时，应采用改性沥青，如SBS改性沥青、橡胶沥青，这2种改性沥青的低温、高温力学性能较好，具备在大温差环境、极端低温、干旱条件下的适用能力[370]。

朱东鹏等[371]采用硅藻土对道路石油沥青进行改性，并与SBR改性沥青做对比，研究表明，硅藻土改性沥青混合料的低温抗裂性、高温稳定性、水稳定性等路用性能均有所改善，铺筑的试验段病害率明显低于SBR改性沥青路段，表明硅藻土改性沥青在极端气候地区具有良好的适用性。沥青被橡胶粉改性后其混合料的低温、高温稳定性、水敏感性以及耐疲劳性都得到了显著改善，但不同细度的橡胶粉有差别，粗橡胶粉改性沥青混合料的高温抗车辙能力要优于细橡胶粉改性沥青混合料的低温抗裂性[372]。

沥青路面面层发生低温开裂时，受到基层的约束作用，因此基层材料的类型也对沥青路面的低温缩裂有关，材料温缩系数越大，产生的裂缝也越多，因此应选用水稳定性好、抗冲刷能力强、温缩系数小、抗拉强度高的基层材料。

(3)大温差地区路面设计控制

目前中国西藏、新疆等大温差地区主要采用沥青面层结构和半刚性基层，但半刚性基层容易产生干缩裂缝和低温收缩裂缝，在交通荷载和温度荷载的重复作用下，半刚性基层的收缩裂缝很容易扩展到沥青面层而形成反射裂缝。为了控制大温差地区路面开裂，相关学者对不同基层类型沥青混凝土路面结构在大温差作用下的温度行为特性进行分析，结果表明：采用级配碎石、掺2%水泥的级配碎石以及沥青稳定碎石等柔性基层的沥青混凝土路面结构组合，具有优良的抗环境温度变化作用的性能，是高寒、低温大温差地区值得推荐选用的沥青混凝土路面结构[373]。

沥青混合料的劲度综合反映了其应力与变形之间的关系，不同混合料结构类型、级配、沥青用量的沥青混合料均会影响低温抗裂性。适当增大粗集料的用量可增大沥青混合料的低温抗裂性能，中粒式沥青混凝土较细粒式抗裂性好；沥青碎石或沥青贯入式比沥青混凝土抗裂性好；适当增大沥青用量对提高沥青混合料低温抗裂性也有一定作用；间断级配的SMA沥青混合料由于有粗集料形成骨架，又有细集料及沥青胶浆填充空隙，相比于连续级配的沥青混合料具有更好的低温抗裂性[374]。

(4)大温差地区路面修筑技术发展前景

目前国内外对于大温差地区路面修筑技术取得了一定的成果，但仍存在诸多问题，如目前缺乏关于大温差地区的定义，对于昼夜温差对沥青路面性能影响的研究较少，温差对沥青路面的疲劳性能有很大的影响，但中国沥青路面的设计并未考虑温差这一因素。未来对大温差地区路面修筑技术研究趋势主要有：①对中国各地区进行气候调查，得出各地区极端年、昼夜温差值，确定中国的大温差地区；②根据调查数据分别研究年、昼夜大温差对沥青路面性能的影响，主要体现在疲劳性能；③在大温差地区进行沥青路面设计时应结合荷载、温差的综合作用进行设计，提出适用于大温差地区的沥青路面结构设计体系。

来源：《中国公路学报》

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