随着国家“双碳”重大战略与生态文明建设的大力推进，绿色发展已成为我国当前社会发展的基本理念。针对此，交通运输行业积极响应国家号召，以耐久与稳定、绿色与环保、智能与智慧为导向，相继发布了《关于实施绿色公路建设的指导意见》、《关于全面深入推进绿色交通发展的意见》、《全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的实施意见》、《绿色交通“十四五”发展规划》等一系列政策文件，明确提出将绿色道路作为未来道路建设的主要方向。其中，功能性路面与绿色铺装材料的研发与应用是引领绿色道路建设的核心内容，也是成功构建绿色交通运输体系、有力支撑国家“交通强国”及“双碳”等重大战略目标的重要途径。近年来，针对功能性路面与绿色铺装材料研究领域中亟需解决的前瞻性科学问题和关键性技术难题，专家学者们主要聚焦降解尾气路面、融冰化雪路面、智能路面、海绵铺装、路表功能提升技术等方向，开展了一系列研究，并取得了较为突出的成果。

     为了使大家对近五年功能性路面与绿色铺装材料的最新成果有更加清晰的认识，《中国公路学报》特整理了“功能性路面与绿色铺装材料”虚拟专刊，供大家参考。本期主要针对降解尾气路面、融冰化雪路面与智能路面三个方向。

“功能性路面与绿色铺装材料（一）”虚拟专刊

中国路面工程学术研究综述·2020

《中国公路学报》编辑部

     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。

[1] 《中国公路学报》编辑部.中国路面工程学术研究综述·2020[J].中国公路学报,2020,33(10):1-66.

汽车尾气路面净化材料研究进展与思考

裴建中，王彦淞，朱春东，李阳，吕磊，李蕊，张久鹏

长安大学公路学院

     汽车尾气的排放严重影响空气质量，危害人类身体健康。为了减少尾气排放，汽车领域做了很多努力，包括机内净化与机外净化。作为尾气排放后最近的接触源，从道路角度切入进行治理，也被认为是行之有效的途径，近年来一直是国际上研究的热点领域。为了深入了解汽车尾气路面净化材料的发展，系统地梳理并回顾了汽车尾气净化过程中使用的催化材料的研究进展、面临的问题以及应用前景。催化材料主要包括二氧化钛基催化剂、贵金属催化剂、ABO₃钙钛矿结构催化剂、介孔材料催化剂以及其他催化剂，分析了不同催化剂的作用机理以及优缺点。由于道路实际的开放条件、尾气净化材料与尾气接触不够充分、易于达到自身净化极限等问题，从梳理高效路面尾气净化材料的改善技术出发，提出了路面汽车尾气净化材料研究的发展方向，即降低贵金属用量、开发新型稀土复合氧化光催化材料，以及多元化、功能化发展等。这一领域的研究，显示出路面尾气净化技术的光明应用前景。

[2] 裴建中,王彦淞,朱春东,李阳,吕磊,李蕊,张久鹏.汽车尾气路面净化材料研究进展与思考[J].中国公路学报,2019,32(04):92-104.

汽车尾气降解材料路用稳定剂开发及性能评价

徐世法¹，李思童²，李书飞²，李智³，李俊忠⁴，牛延军⁵

1.北京建筑大学未来城市设计高精尖创新中心 2. 北京建筑大学北京市城市交通基础设施工程技术中心

3.北京市首都公路发展集团有限公司 4. 北京市政路桥管理养护集团有限公司 5. 中交三公局第二工程有限公司

     在路面中使用光催化材料可以降解汽车尾气中的有害气体,雾封层和含砂雾封层为该材料经济有效的载体,但降解材料与载体之间相容性差导致的离析问题制约了该技术的应用。针对这一问题,基于自主研发的氮掺杂二氧化钛基降解材料,研制了具有聚丙烯酰胺链接枝的纤维素高分子聚合物稳定剂,并提出了稳定性评价方法和评价指标。检测结果表明:稳定剂可显著提高降解材料与载体之间的相容性和稳定性,在2%掺量和180 h存储时间下,稳定系数不大于5.5%,满足了工程应用的要求,与此同时,降解效果明显改善,其中尾气中NOx,HC和CO的降解率分别提升了20%、11%和7%以上。

[3] 徐世法,李思童,李书飞,李智,李俊忠,牛延军.汽车尾气降解材料路用稳定剂开发及性能评价[J].中国公路学报,2019,32(04):114-121.

CFG能源桩用于混凝土路面除冰降温的试验研究

党政¹，关文^1,2，程晓辉²，由爽³

1.西安交通大学土木工程系 2. 清华大学土木工程系 3. 北京科技大学土木与资源工程学院

     利用试验场足尺水泥粉煤灰碎石（CFG）能源桩,对模型混凝土路面冬季防冻除冰与夏季降温防护技术进行了试验研究,意在探索一种节能、环保、高效和经济的道路路面工程安全与耐久新技术。桩及模型混凝土板内均安装聚乙烯塑料管作为换热管,能源桩、混凝土板内安装有温度应变传感器测量换热过程中相应位置的温度、应变变化,混凝土板进出口水温、混凝土板表面温度分别由温度计、红外测温仪量测。试验主要分析冬季条件下,单根、双根能源桩供热一块混凝土板,以及在夏季条件下,单根能源桩降温一块混凝土板时,管路流体、混凝土板、桩的温度变化以及由温度引起的混凝土板、桩的应力应变变化。试验结果表明:冬季工况下,单根、双根能源桩可以使一块混凝土板表面温度保持在0℃以上,除冰效果显著;夏季工况下,单根能源桩对混凝土板降温,试验组与对照组混凝土板表面温差最大约为9.4℃,降温效果明显。能源桩和模型混凝土板在换热过程中,因温度改变会导致桩身和混凝土板中产生附加温度应力。桩身附加温度应力对桩结构完整性和安全性不会造成影响,而混凝土路面板的附加温度应力则总是与被加热或降温前的应力叠加使其总应力幅值降低,有利于混凝土路面板的安全性和耐久性。试验过程仅使用水泵为换热管中的流体提供动力进行循坏,不消耗其他任何形式能量,运营维护成本较低。

[4] 党政,关文,程晓辉,由爽.CFG能源桩用于混凝土路面除冰降温的试验研究[J].中国公路学报,2019,32(02):19-30.

主动除冰雪路面融雪化冰特性及路用性能研究综述

谭忆秋^1,2，张驰¹，徐慧宁¹，田东¹

1.哈尔滨工业大学交通科学与工程学院 2. 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室

     为了进一步推进路面主动除冰雪技术的发展,综述了国内外路面主动融雪化冰方法的研究进展。首先,介绍了不同类型路面主动除冰雪技术的融雪化冰机理,并基于此将主动除冰雪路面划分为自应力弹性铺装路面、低冰点路面和能量转化型路面3类;然后,分别对3类主动除冰雪路面的路用性能及融雪化冰特性进行了梳理,在路用性能方面主要包括沥青混凝土路面高温性能、低温性能、水稳定性、黏附性能和耐久性等,以及水泥混凝土路面抗拉、压性能等,而在融雪化冰特性方面主要包括路面抗摩擦性能、冰-路界面黏结性能、破冰性能、融雪速率、适用温度范围及长期稳定性等;进而归纳了材料组成、结构类型、外界环境及系统运行条件等对主动除冰雪路面工作性能的影响规律;此外,为了便于主动融雪化冰路面技术选型,从融雪化冰效果、经济成本及节能环保等方面对比分析了不同路面主动除冰雪技术的优缺点;最后建议路面主动除冰雪系统应与冰雪灾害评估系统及冰雪预警系统相结合。

[5] 谭忆秋,张驰,徐慧宁,田东.主动除冰雪路面融雪化冰特性及路用性能研究综述[J].中国公路学报,2019,32(04):1-17.

蓄盐沥青路面研究进展:盐化物材料、混合料及其性能与评价

刘状壮^1,2,3，沙爱民^1,2,3，蒋玮^1,2,3

1.长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室2. 长安大学公路学院

3.长安大学特殊地区公路交通基础设施可持续发展国际合作联合实验室

     寒冷环境下,路表积雪、结冰容易导致严重的交通事故并带来巨大的经济损失。蓄盐沥青路面是一种具有融雪抑冰能力的功能性路面,能够在寒冷环境下保障路表抗滑和道路通行能力。作者系统综述了蓄盐沥青路面的工作机理、盐化物材料、沥青混合料及其性能与评价方法研究进展。首先按照材料形态和盐分包裹材料,对盐化物材料进行分类,对比了几种常用的融雪抑冰沥青混合料设计方法,从填料特性与级配干扰的角度分析了盐化物材料掺入后沥青混合料级配参数的变化规律。在综述蓄盐后沥青混合料的高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、抗疲劳性、耐久性以及吸湿性和抗滑性等研究结论的基础上,分析了盐化物导致沥青混合料路用性能劣化的作用机制。最后介绍了常见的融雪抑冰性能评价与测试方法。在对现状综述的基础上,针对盐化物材料设计、沥青混合料改进、路用性能劣化机理以及融雪抑冰性能评价等关键内容,展望了蓄盐沥青路面技术的未来发展方向。

[6] 刘状壮,沙爱民,蒋玮.蓄盐沥青路面研究进展:盐化物材料、混合料及其性能与评价[J].中国公路学报,2019,32(04):18-31+72.

环保缓释型主动融冰雪涂层材料研究

陈渊召¹，李振霞¹，赵晨奥^1,2，郭滕滕¹，王朝辉³，李金星⁴，高登峰⁴

1.华北水利水电大学土木与交通学院 2. 天津市市政工程设计研究院郑州分院 3. 长安大学公路学院

4.中国建筑土木建设有限公司

     为解决目前冬季融冰雪成本高、环保性差的问题,首先基于医学制药中的"缓控释"思想,确定涂层材料的组成,为使表面能较高的亲水性填料、补强剂与表面能较低的树脂能有效结合,采用偶联剂对组分中的填料和补强剂进行表面改性处理,用高分子纤维素分别制备疏水型与亲水型包衣溶液,对环保型融雪剂进行包衣成膜,研究其微观形貌以评价成膜状况;然后通过融冰雪试验确定涂层溶液的最佳涂刷量,研究涂层的抗黏附性能与缓释持久性,通过分析涂层的微观形貌特征,揭示其缓控释融冰雪机理;最后分别通过研究融冰雪涂层的耐水性、耐磨性和耐腐蚀性分析其耐久性能,通过分别分析融冰雪涂层对植物生长和金属腐蚀的影响以评价其环保性能。研究结果表明:亲水型与疏水型包衣溶液的掺配比例是1∶8,环保型主动融冰雪涂层溶液的最佳涂刷量为0.65kg·m-2,融冰雪涂层具有良好的缓释持久性和抗黏附性能;在融冰雪过程中,包衣薄膜吸水溶胀,溶解缠绕在包衣薄膜表面的亲水型高分子纤维素,使镶嵌在包衣表面的抗黏剂及致孔剂碎片脱落,在包衣薄膜表面形成孔洞,渗出融雪剂晶体,包衣薄膜成功地发挥缓释作用;水进入包衣膜内后溶解融雪剂,浓度升高,渗透压增大,融雪溶液便渗出包衣薄膜,融化冰雪;环保型主动融冰雪涂层具有良好的经济、环保和耐久性。

[7] 陈渊召,李振霞,赵晨奥,郭滕滕,王朝辉,李金星,高登峰.环保缓释型主动融冰雪涂层材料研究[J].中国公路学报,2020,33(09):155-167.

智能路面发展与展望

WANGLinbing^1,2，王含笑¹，赵千¹，杨海露¹，赵鸿铎³，HUANG Baoshan⁴

1.北京科技大学国家材料服役安全科学中心 2. 弗吉尼亚理工大学土木工程与环境工程系

3.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室 4. 田纳西大学土木与环境工程系

     为了促进智能路面的发展,综述了智能路面各项技术的研究进展和发展趋势。首先提出了智能路面的定义,在此基础上明确了智能路面的体系架构,包括路面信息感知获取层、信息集成处理层、综合服务层和能量供给层;重点介绍了智能路面信息采集技术、信息管理与分析技术、能量收集与利用技术、自我调节技术和基于智能路面的车路协同技术等关键技术的发展现状,讨论了智能路面的设计和建造方法;最后提出了智能路面现有研究存在的问题和不足,并对其今后的发展做出展望。研究结果表明:智能路面是由特定的结构材料、感知网络、信息中心、通信网络和能源系统组成,具有多种智能,并且能够为人、车、环境提供服务的道路路面;智能路面的发展将有助于充分发挥道路自身潜力和适应未来的交通工具;在路面信息的采集过程中,传感器在耐久性和实用性等方面存在的技术难题仍需进一步解决;智能路面的各种能量收集和自我调节技术应着重解决低成本和高性能的问题;物联网、大数据、云计算和各种人工智能方法在智能路面的监测和管理过程中具有广阔的应用前景;智能路面作为一种新型的道路路面,其设计和施工可以结合建筑信息模型（BIM）、模块化施工、3D打印和智能压实技术,集合成一套新的建造工艺。

[8] WANG Linbing,王含笑,赵千,杨海露,赵鸿铎,HUANG Baoshan.智能路面发展与展望[J].中国公路学报,2019,32(04):50-72.

基于卷积自编码的沥青路面目标与裂缝智能识别

侯越¹，陈逸涵¹，顾兴宇²，茅荃³，曹丹丹¹，WANG Lin-bing⁴，荆鹏¹

1.北京工业大学北京市交通工程重点实验室 2. 东南大学交通学院 3. 江苏现代路桥有限责任公司

4.弗吉尼亚理工大学土木工程与环境工程系

     目前基于深度学习的路面裂缝识别经常面临训练数据集小,以及路面图片标注成本高等问题,基于小规模路面图片数据集,利用卷积自编码（CAE）方法进行数据增强,开展包括路面裂缝在内的路面目标智能化识别方法研究。在传统图像几何变换数据增强的基础上,采用CAE重构图片方法对原始数据集进行两步骤扩增;利用卷积神经网络DenseNet,设置了不同数据扩增方法的对比试验;针对沥青路面裂缝图片背景较黑,裂缝特征不清晰,无监督聚类学习难度大等问题,采用了一种基于CAE预训练的深度聚类算法DCEC,对经数据增强的路面图片进行无标注的聚类识别。研究结果表明:经过DenseNet网络100代的训练,在同一测试集的测试下,基于原始数据集训练的网络分类准确度为78.43%,利用传统图像处理方法进行扩增后准确度为83.44%,利用所提出的图片增强方法进行数据扩增后准确度达87.19%;在保持扩增后数据集样本量大小相同的情况下,与几何变换、像素颜色变换等经典数据增强手段相比,CAE重构图片的数据扩增方法有较高的路面图片识别精度;CAE数据扩增方法较受训练数据集样本量的影响,利用传统方法将数据集扩增后进行CAE特征学习,重构后的图片样本更易被机器识别;相较于传统机器学习聚类算法,所提出的的DCEC深度聚类方法将聚类准确率提升了约10%,初步实现了无需人工标注的路面目标的端到端智能识别。

[9] 侯越,陈逸涵,顾兴宇,茅荃,曹丹丹,WANGLin-bing,荆鹏.基于卷积自编码的沥青路面目标与裂缝智能识别[J].中国公路学报,2020,33(10):288-303.

基于现场测试的道路压电俘能系统电学性能

王朝辉，王帅，宋志，余功新

长安大学公路学院

     为全面测评道路压电俘能系统在开放交通条件下的电学性能,采用16个自主研制的15cm×15 cm×3 cm压电俘能装置并联,设计俘能模块布设点位,铺筑道路压电俘能系统现场测试段,基于随机开放交通条件下道路压电俘能系统开路电压波形信号响应特征,系统研究了现场不同荷载、不同车速工况下道路压电俘能系统电学输出规律,并基于不同负载与电学性能关系,确定了道路压电俘能系统能量采集最佳匹配阻值,最后基于随机、开放的交通条件明确了道路压电俘能系统能量采集存储性能。结果表明:开放交通条件下,小汽车和中型车辆荷载完全碾压道路压电俘能系统输出开路电压分别为15.0～29.6 V和50.0～79.2 V,车辆荷载对道路压电俘能系统电学性能影响显著,且车辆前后轴同时碾压、扩大轮迹横向分布的布设方式利于其电学输出;单车次碾压速率对电学输出性能影响甚微,30～40 km·h-1至50～60 km·h-1速率区间平均输出开路电压仅提升了1.47%;匹配负载阻值后,其输出功率和输出电流总体随负载阻值增大先明显增大后逐渐减少,基于此确定道路压电俘能系统能量采集时的最佳匹配阻值为2 kΩ,对应输出功率达23.12m W,输出电流达3.3 m A;晚高峰时段开放交通条件有效存储能量达76.97 m J,验证了道路压电俘能系统能量采集存储的有效性,从而为道路压电发电技术的规模化铺设应用奠定基础。

[10] 王朝辉,王帅,宋志,余功新.基于现场测试的道路压电俘能系统电学性能[J].中国公路学报,2021,34(01):12-23.

路面材料磁化对无线电能传输的能量损失效应研究

李峰¹，孙轩¹，朱兴一²，陈宇航¹，冯锦艳¹

1.北京航空航天大学交通科学与工程学院 2. 同济大学道路与机场工程教育部重点实验室

     无线充电路面是将无线电能传输技术与路面结构相结合的一种新型智能路面,可使路面同时满足行驶功能和无线充电功能。设计实用的无线充电路面,需要将传输装置埋设于路面材料中,如水泥混凝土和沥青混凝土材料。无线电能传输是路面中的原边线圈和电动汽车上的副边线圈经感应耦合谐振完成的。现有无线电能传输过程都是在空气中进行的,当传输过程需要穿过路面材料时,空间介质的电磁特性对无线电能传输所产生的影响需要探究。为此,选取AC-13型沥青混凝土和C30普通硅酸盐水泥混凝土,研究分析2种路面材料的磁化性能以及对感应耦合谐振电路的能量损失效应。首先通过振动样品磁强计,对2种路面材料组成成分的磁化性能进行定量分析,接着采用LCR测试仪测量其感应耦合系数,最后搭建87 kHz的无线电能传输系统来研究能量损失效应。研究结果表明:沥青混凝土和水泥混凝土组成成分的磁化性能差异较大,水泥混凝土可视为连续的磁性介质,而沥青混凝土不连续;2种路面材料在感应耦合谐振电路中会降低感应耦合系数,且材料的磁化会使无线电能传输系统的谐振电路失谐,导致原边功率下降12.7%和14.2%,并造成能量损失;经调节谐振状态后发现,电路的谐振频率向低偏离;为了降低无线充电路面的能量损失,在设计过程中应将路面材料的磁化作为关键因素来考虑。

[11] 李峰,孙轩,朱兴一,陈宇航,冯锦艳.路面材料磁化对无线电能传输的能量损失效应研究[J].中国公路学报,2021,34(03):71-79.

本期虚拟专刊选稿：青年编委 王朝辉，肖月

虚拟专刊策划：副主编 王大为

  

    王朝辉，长安大学教授，博士生导师，从事绿色功能型道路新材料与新技术开发及应用的研究工作，担任国际稀浆罩面协会（ISSA）、中国公路建设行业协会等学术组织专家委员，以及《中国公路学报》、《长安大学学报》（自然科学版）、Advances in CivilEngineering等期刊（青年）编委；入选交通运输部青年科技英才、陕西青年科技标兵，荣获陕西青年科技奖、中国产学研合作创新奖（个人）等；主持国家及省部级等科研项目40余项，获省部级科技进步奖一、二、三等奖10余项；出版教材及著作5部，主持（或参与）制定行业及地方规范5部；第一或通讯作者发表论文130余篇，其中SCI/EI检索90余篇；第一发明人获国家授权发明专利80余项。

 

    肖月，武汉理工大学研究员，博士生导师，绿色建筑材料及制造教育部工程研究中心副主任，兼任中硅会固废分会理事、中硅会测试技术分会理事和湖北省硅酸盐学会理事；入选湖北省楚天学者、武汉理工大学青年拔尖人才等，获第十六届教育部霍英东教育基金会青年教师奖。长期从事道路材料及固废资源化的教学和科研工作，第一或通讯作者发表SCI论文56篇；主持国家自然科学基金（面上、联合、青年）等项目；担任Frontiers in BuiltEnvironment副编辑（Associate Editor），及《中国公路学报》和Journal of InfrastructurePreservation and Resilience等期刊青年编委。