中国公路学报

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中国公路学报. 2023, 36(12): 0-0.

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封一/四

中国公路学报. 2023, 36(12): 2-0.

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《中国公路学报》2023年12期序言

中国公路学报. 2023, 36(12): 3-0.

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中国正在加快建设交通强国。继《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》相继发布后，交通运输部正式印发了《公路“十四五”发展规划》，明确提出：立足“十四五”新发展阶段，继续发挥公路交通先行引领和基础保障作用，更加注重安全保障和绿色发展，增强创新发展动力，加快培育发展新动能，提升公路养护效能，进一步推动公路交通高质量发展。截至2022年末，全国公路里程达535.48万公里、高速公路里程达17.73万公里，公路等级与规模日益提高，道路交通基础设施领域取得了举世瞩目的成就。然而，在道路建设与养护过程中，如何解译道路材料结构服役行为、研发低环境影响路面技术与材料、开发新一代路面养护技术与材料，全面提升路面绿色建养水平、增强道路本质安全与效能、延长道路交通基础设施服役寿命，已成为我国道路领域从业者亟需探索与攻关的重要科学问题与技术难题，且对我国交通强国建设与国际学术引领具有重要意义。
为充分展示我国道路材料结构服役行为及抗力模型解译领域、低环境影响路面材料与建造领域、路面养护技术与材料领域的最新研究成果，推动理论发展与技术创新，《中国公路学报》编辑部联合我刊路面工程方向副主编、编委、青年编委等专家学者共同策划了“道路材料结构服役行为及抗力模型解译”“低环境影响路面材料与建造”“新一代路面养护技术与材料”等一系列专栏，并邀请交通运输部公路科学研究院王旭东研究员，哈尔滨工业大学王大为教授、易军艳教授，浙江大学罗雪教授，同济大学朱兴一教授，北京航空航天大学李峰教授，东南大学马涛教授、董侨教授、张裕卿教授，长安大学王朝辉教授、蒋玮教授、张久鹏教授、肖月教授、杨旭教授，北京工业大学郭猛教授，英国诺丁汉大学Gordon Airey教授作为组稿专家，共同向相关领域的知名专家、学者约稿。
本期“道路材料结构服役行为及抗力模型解译”专栏收到相关论文20余篇，最终录用7篇，研究内容主要集中于多尺度道路材料的本构关系建模、多物理场状态下的路面力学算法、路面力学响应状态的检测与分析、路面材料抗力模型的构建与验证、路面全寿命全环境下的性能预测等5个方面；“低环境影响路面材料与建造”专栏共收到相关论文30余篇，最终录用11篇，研究内容主要集中于低环境影响路面评价方法和关键技术、低环境影响路面材料设计与应用技术、低环境影响路面结构设计与建造技术等3个方面；“新一代路面养护技术与材料”专栏收到相关论文20余篇，最终录用7篇，研究内容主要集中于路面预防养护封层新技术与新材料、路面智能检测与决策技术、路面高性能再生新技术与新材料等3个方面。
在此特向组稿专家、审稿专家、作者的辛勤付出致谢！希望本期系列专栏的出版可以进一步推动交通基础设施中道路工程的技术创新和应用。《中国公路学报》将持续关注该领域的国内外最新研究进展，以期为广大专家、学者及工程技术人员提供学习、交流的平台，促进我国交通基础设施建设事业的高质量与可持续发展。由于水平及时间有限，专栏中的不足之处在所难免，恳请各位专家不吝指出。

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沥青路面结构三维应力状态及失效准则分析

杨建军, 黄旺, 关宏信, 吕松涛, 郑健龙

中国公路学报. 2023, 36(12): 1-11. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.001

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传统的沥青路面结构设计方法主要采用最大拉应力/拉应变理论，不能反映路面结构的三维应力状态及其强度特性。同时，传统方法也没有考虑路面材料的拉、压模量不对称效应。为了解决理论计算能够更好反映路面结构真实力学响应的问题，提出了路面结构-材料协调力学模型。该模型可以适应拉、压模量不同的各种路面材料，能够反映材料强度的不对称效应。力学模型采用了应力状态自适应的迭代计算方法，可同时解算结构任意点位的三向应力状态和主应力状态。采用典型的半刚性基层沥青路面结构方案，计算分析了Lord应力参数和双剪应力参数表征的路面结构三维应力状态。在评估强度理论对路面结构破坏的判别效果时，考虑了最大拉应力理论、最大拉应变理论、莫尔强度理论、畸变能理论和统一强度理论。对比分析了这些强度理论导出的等效应力在路面结构内的分布特征，并解析了这些失效准则与常见路面病害现象的匹配性。研究结果表明：统一强度理论可作为控制沥青面层开裂的失效准则，并可同时作为控制半刚性基层发生拉剪组合破坏的失效准则，畸变能理论可作为控制沥青面层发生车辙病害的失效准则。该研究工作可以为长寿命沥青路面结构设计提供理论依据，并为其结构设计方法的发展提供理论参考。

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基于RIOHTrack足尺环道全寿命周期试验的沥青路面车辙变形长期演化行为

周兴业, 王旭东, 单伶燕, 谢国瑞

中国公路学报. 2023, 36(12): 12-21. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.002

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为获取符合全寿命周期要求的千万次以上荷载水平下的车辙演化过程，依托足尺路面加速加载试验环道RIOHTrack，开展了沥青路面全寿命周期加速加载试验，获取了沥青路面长期服役过程中的车辙变形演化数据，覆盖了19种沥青路面结构在8 000万累计标准轴次下的车辙试验结果，据此研究了沥青路面全寿命周期内车辙变形的长期演化行为规律和作用机理。研究结果表明：在全寿命周期内，沥青路面车辙损伤演化呈现出以年为周期的增大-减小-增大的波动性增长现象；不同路面结构的车辙变形存在较大差异，基层强度越高则车辙越小，减小幅度在8%~18%之间；单位厚度的车辙深度与沥青混凝土层厚度之间存在良好的指数函数关系，薄沥青面层结构上面层的车辙贡献率可达到80%，随着沥青层厚度的增加，中、下面层的车辙贡献率逐渐增加；直线路段的车辙明显大于缓和曲线段，后者的受力模式更接近于水平推移变形；可采用三次曲线模型描述全寿命周期内车辙演化过程，模型存在2处拐点，拐点过后车辙演化进入新的发展阶段。根据车辙演化模型，可以预估不同车辙设计要求值时所对应的累计标准轴次，可作为以车辙为指标的寿命预估。

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基于探地雷达结构层厚度测量的钢桥沥青路面车辙评价

王飔奇, 冷真, 隋鑫, 张伟光, 朱俊清, 范剑伟

中国公路学报. 2023, 36(12): 22-33. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.003

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高温车辙是钢桥沥青路面的主要病害之一，可使用钻芯进行室内试验和现场测试表征；但钻芯取样采集的路面信息极其有限，现场车辙尺和激光剖面仪无法评价由于铺装层内部变形导致的车辙。基于探地雷达的沥青路面结构层厚度测量可进行车辙评价，但车辙导致的层间压缩会因有限的信号分辨率产生测量误差。钢桥面板的金属强反射和天线制式等影响因素尚未得到系统研究，缺乏控制试验验证。探讨了探地雷达在钢桥沥青路面车辙评价的可行性。基于室内加速加载试验条件建立沥青路面和空气耦合天线的数值模型，结果表明2 GHz空气耦合天线净空不超过50 cm可获得最佳测量速度和精度。采集室内加速加载设备不同荷载作用次数下的路面探地雷达电磁波信号，比较数值模拟探地雷达信号与室内实测信号，分析空气耦合天线探地雷达在钢桥面沥青路面反射信号中的特征。针对层间信号重叠，提出了信号重构和自动化厚度测量的非线性梯度下降算法；针对路面不平整度导致的振动效应，使用经验模式分解法进行信号降噪，钻芯取样验证算法的厚度测量精度。结果表明：在室内试验条件下，车辙宽度预测误差为4.9%，SMA层和MA层平均厚度预测误差分别为2.3%和3.8%，上面层SMA层变形大于下面层MA层。因此，使用先进的信号处理方法进行基于探地雷达结构层厚度测量的钢桥沥青路面车辙评价切实可行。

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面向自动驾驶编队的沥青路面结构疲劳寿命预估模型

陈丰, 李岳, 刘星坤, 马涛, 王宁, 裴耀文, 何逸凡, 刘可欣

中国公路学报. 2023, 36(12): 34-46. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.004

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与传统有人驾驶货车相比，自动驾驶货车编队具有更为紧凑的队列形式与更快的行驶速度，极大提高了道路通行能力与运输效率，但同时也使得车辆荷载作用特点发生了显著变化，从而影响沥青路面的疲劳寿命。针对现行疲劳寿命预估模型在自动驾驶货车编队行驶场景下适用性不足的问题，以编队荷载作用下的沥青路面结构层底应变波形特征为切入点，建立了面向自动驾驶货车编队的柔性基层沥青路面疲劳寿命预估模型。通过分析375种不同编队荷载工况下的沥青层层底应变波形，发现层底最大拉应变随行驶速度、前后车间距、左右车间距的增大而减小，随单列车辆数的减少而减小；针对波形参数的主成分分析结果表明，编队荷载下的应变波形可以用D、β_D-、θ_1sμ、θ_2sμ、ε_n共5个相互独立的特征参数进行表达，且该波形特征参数与编队行驶特性参数之间存在不同程度的相关性；依据等效损伤理论计算标准温度(20 ℃)下柔性基层沥青路面达到疲劳破坏时的编队荷载作用次数，进而提出了基于应变波形特征的沥青路面结构疲劳寿命预估模型。对比仿真结果与模型计算结果发现自动驾驶货车编队场景下该预估模型具有可靠性。总结来看，通过引入自动驾驶货车编队的行驶特性，揭示了应变波形特征和编队行驶特性对疲劳寿命的影响规律，形成了面向自动驾驶货车编队的应变波形特征提取方法，提出了该场景下的疲劳寿命预估模型，研究结果可为今后面向自动驾驶场景的沥青路面结构设计方法提供一定的理论指导。

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沥青路面层间界面摩阻效应及其对层间抗剪强度影响机理

艾长发, 李林育, 黄恒伟, 战友

中国公路学报. 2023, 36(12): 47-63. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.005

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沥青路面层间界面的凹凸体构造和3D形貌影响其摩阻特性，而摩阻特性决定其层间抗剪性能。为了从沥青路面层间界面三维细观特性角度定义其产生的摩阻效应，并揭示其对层间抗剪强度的影响机理。首先，制作不同级配组合复合试件，利用层间界面无损分离、三维激光扫描和逆向重构技术，对上-下结构层间界面进行数字化处理；随后，基于界面形态和构造信息、固体粗糙表面接触理论及复合试件成型特点，定义并计算了层间界面的“接触”与“嵌锁”效应，阐明了层间颗粒物质“接触”、“嵌挤”行为特性与摩阻效应的内在联系；最后，依托1stOpt计算平台的LM-UGO算法及信息熵理论，建立了层间抗剪强度熵权组合预测模型，探明了摩阻效应对层间抗剪强度特性的影响机理。结果表明：含有较多细集料和矿质填料的密级配混合料相互结合时，因比表面积和微细观纹理占优，其摩阻效应更具优势；层间抗剪强度熵权组合预测模型均衡了单一预测模型的优缺点，能较好地以层间“双界面”视角从“接触”和“嵌锁”双维度解释摩阻效应对层间抗剪强度的影响机理；“强嵌锁”时，“嵌锁效应”对层间抗剪强度形成起主导作用，“接触效应”影响被削弱；而“强接触”时，“接触效应”对斜剪强度的贡献较直剪受力时明显增强，“嵌锁效应”被削弱。

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冻融循环作用下高黏高弹沥青混凝土动力学特征及损伤演化行为

肖鑫, 王嘉宇, 李进, 肖飞鹏

中国公路学报. 2023, 36(12): 64-76. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.006

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长期冻融循环损伤作用严重影响高黏高弹沥青混凝土服役安全性与耐久性，依据动力学性能研究其冻融损伤特性、损伤机理及发展规律具有重要现实意义。为此，采用宏细观方法从动力学性能衰减角度研究高黏高弹沥青混凝土的冻融循环损伤问题，通过室内冻融循环试验、动态力学行为分析、沥青流变和黏附性测试及内部细观结构观察明确了其性能衰减规律和冻融损伤机制，优化了性能评价指标和损伤演变模型。研究结果表明：2S2P1D模型的拟合优度在0.98以上，能够较好地反映冻融循环损伤对动态力学性能的影响规律。沥青硬化效应和沥青-集料交互作用劣化的相互竞争机制使得高黏高弹沥青混凝土冻融损伤表现复杂，但冻融损伤后能够在常见缩减频率[10^-3 Hz，10³ Hz]中频(中温)区交通荷载和气候环境下保持较好的动态力学性能。高黏高弹沥青混凝土动态力学性能在高频(低温)和低频(高温)区表现出“保持-加速-平衡”的冻融损伤趋势，高频(低温)、低频(高温)极限模量比能够反映内部结构冻融损伤特征，据此建立的损伤演变模型能够较准确地反映内部材料结构劣化规律(判定系数R²>0.95)。研究结果可为高黏高弹沥青混凝土抗冻融性能优化设计与服役耐久性验证提供参考。

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沥青及沥青混合料氯盐侵蚀损伤的多尺度研究进展

郭乃胜, 褚召阳, 房辰泽, 尤占平, 崔世超

中国公路学报. 2023, 36(12): 77-106. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.007

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沥青路面在实际服役过程中不可避免的受到氯盐多因素耦合侵蚀作用，沥青混合料多相分散体系导致氯盐侵蚀具有显著多尺度特征。为明确多因素耦合作用下沥青及沥青混合料氯盐侵蚀损伤多尺度行为的研究现状，归纳了氯盐环境室内模拟试验装置及方案，分类总结了不同尺度下沥青、沥青-集料界面体系及沥青混合料的盐蚀损伤，探讨了氯盐环境下材料损伤的宏观唯象、微观机理及细观行为，最后展望了沥青及混合料氯盐损伤多尺度研究发展方向。综合分析表明；氯盐环境对沥青、沥青-集料界面及沥青混合料均产生物理侵蚀效应，氯盐类型与浓度、侵蚀时间及沥青类型等均会影响该效应；多因素耦合作用加剧了盐蚀进程，尤以盐冻循环工况为甚，而选用改性沥青、适当掺入外加剂等可提高材料性能；离子腐蚀、氯盐溶液结冰冻胀与盐分结晶膨胀共同导致了沥青及混合料性能损伤；常用的氯盐环境室内模拟试验大多仅考虑氯盐单因素或氯盐-温度双因素作用，这与沥青路面经受多因素耦合作用的实际工况不符；此外，缺乏对沥青及混合料多尺度氯盐侵蚀损伤系统探究。建议进一步优化氯盐侵蚀室内模拟试验方案，开发更为科学精确的试验装置；开展沥青路面材料各尺度下氯盐损伤行为及其关联性的研究，并建立沥青及沥青混合料氯盐损伤多尺度研究体系。

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高比例冷再生用水性环氧树脂基胶结料性能研究

陈禹衡, 易军艳, 裴忠实, 冯德成

中国公路学报. 2023, 36(12): 107-119. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.008

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沥青混合料冷再生是一种低碳环保的路面再生技术。为改善冷再生技术存在的低沥青混合料回收料(RAP)利用率、高胶结料用量的问题，设计了一种水性环氧树脂基胶结料，通过具有渗透能力的扩散组分实现RAP中老化沥青的有效利用。首先，基于分子动力学模拟和荧光显微镜分析了胶结料在老化沥青中的渗透扩散行为，验证了扩散组分对老化沥青的激活作用；其次，通过分子动力学模拟和附着力测试仪分析了胶结料与集料间的界面黏附，验证了胶结料的黏结能力；然后，借助差式扫描量热仪研究了胶结料的固化性能；最后，验证了低胶结料掺量下水性环氧树脂冷再生沥青混合料的路用性能。研究结果表明：扩散组分能够促进水性环氧树脂体系在老化沥青中的扩散，并且能够渗透到老化沥青中，提高冷再生条件下老化沥青的利用率；扩散组分的残留会影响水性环氧树脂体系与集料的黏附，但在掺量合理的前提下则有利于提升水性环氧树脂与老化沥青之间的黏结强度；扩散组分的掺加并不影响水性环氧树脂体系的固化效率，反而具有促进作用；掺加扩散组分后，水性环氧树脂基胶结料成型的高比例冷再生混合料具有较好的路用性能。

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固废基地聚物稳定碎石力学性能和干燥收缩特性研究

张阳, 田绍强, 马涛, 柳昊, 王傲鹏, 黄晓明

中国公路学报. 2023, 36(12): 120-130. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.009

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地聚物是一新型绿色无机胶凝材料，因其具有早强、耐久性好等特点可代传统水泥稳定碎石材料应用在道路工程中。为进一步拓展地聚物在道路工程中的应用，采用粉煤灰与粒化高炉矿渣粉作为地聚物原材料，在复合碱激发剂的作用下制备地聚物复合材料，并对其力学性能进行分析。在此基础上，研究了不同的地聚物用量对地聚物稳定碎石材料力学性能、干燥收缩的影响，并与传统的水泥稳定碎石混合料的性能进行了对比分析。研究结果表明：随着粉煤灰与矿渣含量、碱激发剂模数的变化，地聚物复合材料力学性能随之改变，其中矿渣对地聚物强度影响最大；与此同时，将地聚物作为水泥的替代物应用于半刚性基层，发现地聚物稳定碎石的抗压强度与劈裂强度优于水泥稳定碎石材料；随着地聚物用量的增加，在提高地聚物稳定碎石失水率的同时，其整体干缩系数也逐渐增大。地聚物与碎石之间的高黏结力作用，通过抵御内部骨架间收缩应力的进一步发展，使得地聚物稳定碎石材料的累计干缩系数相较于水泥稳定碎石可降低9%左右。地聚物作为替代水泥的绿色胶凝材料应用于道路半刚性基层中可在一定程度上改善传统半刚性基层的干燥收缩性能，可有效延长路基使用寿命，从而提升道路服役寿命，为发展长寿命路面提供理论与技术支撑。

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全固废地聚物稳定钢渣基层的性能及微观特性分析

田中男, 张争奇, 何勇海, 雷伟, 蒲昌瑜, 孟会林, 杨肖肖

中国公路学报. 2023, 36(12): 131-142. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.010

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为探索钢渣集料、粉煤灰、高炉矿渣粉全固废制备道路基层材料的可行性，利用工业固废胶凝潜力，开发地聚物稳定钢渣(GeoSS)基层材料，提出GeoSS混合料设计流程，并研究了不同硅铝质粉料剂量和碱用量对力学强度、干缩性能、碳减排效益、重金属浸出浓度的影响，最后利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM/EDS) 分析了GeoSS混合料的地聚合反应和地聚物-钢渣界面特性。结果表明：GeoSS混合料具有优异的抗压强度和劈裂强度，总干缩系数远小于水泥稳定碎石C5，能够满足极重、特重交通的高速公路基层所需的承载能力和路用需求。相较于水泥稳定碎石C5，GeoSS混合料的碳排放当量最高可降低54.21%，具有显著的碳减排效益。地聚物胶凝产物通过物理吸附和化学结合，将固废原材料的重金属离子所封固，浸出液中Pb和其他重金属浓度分别满足Ⅳ级和Ⅲ级地下水标准，对道路周围环境的污染风险较低。粉煤灰和矿渣粉通过碱激发产生了水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和水化硅铝酸钠(N-A-S-H)等胶凝产物；同时在地聚物结合料的碱性条件下，钢渣集料表面水化速率加快并产生胶凝化，生成了晶体产物水化石榴石和无定形产物C(N)-A-S-H，该反应以水化反应为主，伴随微弱的地聚合反应。钢渣集料表面产生的胶凝产物，有助于填充和密实地聚物与钢渣的界面过渡区，从而产生更强的界面黏结能力，从而提高GeoSS混合料的路用性能。可见，利用钢渣集料、粉煤灰、高炉矿渣粉全固废制备地聚物稳定钢渣用作道路基层材料是可行的，该研究可为固废基地聚物类基层材料的设计和应用推广提供参考。

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烯烃复分解催化胶粉改性沥青制备工艺与性能评价

吕磊, 赵辰, 李蕊, 裴建中, 况栋梁

中国公路学报. 2023, 36(12): 143-154. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.011

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针对胶粉改性沥青高黏度、易离析和难存储等问题，提出基于烯烃复分解反应的催化胶粉制备方法及其改性沥青工艺。基于复合黏度指标，用响应面分析法确定了3种常见改性温度下，催化胶粉改性沥青的催化剂用量和催化时间等关键工艺，随后采用存储稳定性和布氏黏度试验验证了烯烃复分解反应对于催化胶粉的降黏和抗离析作用。结果表明：烯烃复分解反应有效提高了胶粉改性沥青的储存稳定性，同时其在95 ℃和115 ℃的布氏黏度相对原样胶粉改性沥青平均降低了39.77%和7.80%。傅里叶红外光谱表明烯烃复分解反应有效打断了胶粉中的长链烃分子以及不饱和碳碳键，微观结构表征观察到胶粉催化处理后比表面积提高1.38倍，相对分子质量降低2.36~2.61倍。同时，催化胶粉在改性沥青中表现出更好的分散性，说明烯烃复分解反应有效增强了胶粉与沥青的相容性。流变性能及混合料性能测试表明，烯烃复分解对胶粉改性沥青的高温性能影响不显著，但提高了胶粉改性沥青的低温抗裂性能，同时对其抗疲劳性能、抗老化性和抗水损性能提升显著。经烯烃复分解反应处理的催化胶粉降低了其改性沥青的黏度并提高了储存稳定性，为其后续施工工艺优化及在温拌混合料领域的可能应用提供了研究依据。

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活化煤矸石协同胶粉改性沥青交互特性研究

金娇, 刘帅, 钱国平, 刘鹏飞, 刘雅儒, 曾清

中国公路学报. 2023, 36(12): 155-170. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.012

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为揭示胶粉(CR)与活化煤矸石粉(AG)和轻质油(OL)3种组分对沥青黏结料宏观性能影响规律和交互作用机理,以推动固废在路面材料中的资源化应用和发展。通过响应面试验设计研究了不同组分间的交互效应,建立了3种组分梯度掺量与沥青宏观性能间的映射关系,确定了最优组分配比,从流变性能、微观角度和分子层面探明了不同组分间交互特性对沥青服役品质的协同增效机制。研究结果表明：CR的结构形态和溶胀效果对沥青的物理性能起到了决定性作用,且CR与AG和OL的交互效应明显,当CR、AG和OL的掺入量分别为17.27%、2.28%和1.34%时,沥青的常规物理性能可达到最佳；在AG和OL组分的协同作用下,胶粉可以与沥青形成稳定的复合结构,改善沥青的高温流变性能、高温抗剪切性能、中温抗疲劳损伤性能及低温柔韧性；基于分子动力学模拟发现,采用3种组分复合改性沥青,可以增强界面复合体系中的非共价键键合形式,提升其界面吸附效果,其中,氢键和范德华力在短程相互作用中占据主导地位。研究结果可为复合改性沥青技术的指向性设计与应用提供理论基础与科学指导。

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沥青中多环芳烃荧光特征及其浓度梯度下的响应机制研究

肖月, 吴锐, 常郗文, 刘学岩, 冷真

中国公路学报. 2023, 36(12): 171-182. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.013

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沥青材料中的多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)是一种严重的环境危害物,是公路工程路域环境污染物的重要来源。针对低环境负荷沥青路面建造对PAHs快速检测分析的需求,以PAHs稠环结构的荧光效应为基础,开展了多来源沥青材料PAHs含量、荧光特征、溶剂环境影响机制以及其荧光强度-浓度相关性研究。研究发现,煤焦油沥青具有典型的聚集诱导荧光猝灭现象,并具有更高的荧光量子效率。以极性、黏度、pH值3组溶剂环境参数为研究对象,探索并建立了沥青材料多环芳烃荧光现象的最佳溶剂环境,即二甲基亚砜、四氢呋喃、去离子水、甘油的体积比为1∶1∶1∶2。在最佳溶剂环境下,3种沥青材料的荧光强度与浓度都展现出了明显的线性关系；而在相同浓度条件下,沥青材料的荧光强度与PAHs含量表现出正相关。研究结果证明了沥青材料荧光强度与PAHs浓度的线性关系,将为沥青材料中PAHs含量检测分析提供理论基础,有效支撑公路工程低环境负荷建造技术的发展。

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长效自减排改性沥青材料制备及其功效评价

王朝辉, 王梦浩, 陈谦, 左志武, 李小刚

中国公路学报. 2023, 36(12): 183-196. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.014

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为减少沥青路面建设-运营-养护期沥青有害物排放，实现道路沥青全寿命周期自减排，提出了减排剂定向合成目标，设计并研制了兼具“微孔-介孔-大孔”多级孔径结构及自发极化效应的新型沥青减排剂，制备了长效自减排改性沥青材料，明确了其路用性能；提出了“建设-运营-养护”全寿命周期自减排改性沥青材料减排功效测试评价方法，深入研究了自减排沥青材料全寿命周期减排功效演变规律，揭示了自减排改性沥青减排功效协同增强作用机理。结果表明：与普通沥青胶浆相比，自减排改性沥青材料高、低温流变及疲劳性能均有不同程度的提升；全寿命周期内，自减排改性沥青材料实现了对CO₂、CO、SO₂、NO_x、H₂S、TVOC、PM2.5及PM10等各项有害物主要成分的高效均衡减排，其减排功效随减排剂掺量增加而增强。针对各项有害物主要成分，自减排改性沥青的建设期减排率均超过54%(TVOC减排率最高，达70%)；运营期减排率均超过48%(TVOC减排率最高，达64%)；养护期，老化后自减排改性沥青减排率变异系数均小于5%。自减排改性沥青混合料/混凝土的建设期减排率均超过54%(PM10减排率最高，达75%)，运营期减排率均超过48%(NO_x减排率最高，达62%)。自减排改性沥青及其混合料/混凝土的全寿命周期减排功效长效持久。减排剂借助多孔结构及静电场作用吸附了沥青有害物，而后依靠晶体内部电荷迁移原理还原降解了孔内有害物，物理吸附及电荷迁移作用协同增强了自减排改性沥青减排功效。

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基于开裂应变能平衡原理的纤维水泥稳定破碎卵石增韧研究

张裕卿, 顾章义, 李辉, 罗雪

中国公路学报. 2023, 36(12): 197-208. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.015

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为了降低水泥稳定碎石基层对矿石资源过多的消耗,并探究纤维对水泥稳定碎石抗疲劳开裂的增韧作用，采用破碎卵石替代石灰岩集料，基于开裂应变能平衡原理建立疲劳裂纹长度预测模型，分析纤维增韧水泥稳定破碎卵石疲劳开裂性能。选取不同长度(10、15、20 mm)和掺量(0.9、2.0、3.0 kg·m^-3)的聚丙烯纤维，设计了纤维增韧水泥稳定破碎卵石间接拉伸疲劳试验，采集应变、模量以及裂纹长度等信息。利用所提出的模型获取疲劳开裂扩展规律，并与传统基于模量衰减的疲劳开裂模型预测结果及试验实测裂纹长度进行对比分析。结果表明：基于应变能疲劳损伤模型预测的裂纹长度与实测裂纹长度更为接近，说明所提出的模型能更好地表征纤维增韧水泥稳定破碎卵石的疲劳开裂特性。损伤密度在稳定发展阶段增长速率随纤维长度的增加呈下降趋势，随纤维掺量的提高先减小后增加，表明掺量对水泥稳定破碎卵石抗疲劳开裂性能的提升更加明显，但掺量过高反而会降低纤维水泥稳定破碎卵石的抗裂性能，在长度20 mm、掺量2.0 kg·m^-3时疲劳寿命提升最佳(3倍左右)，建议纤维长度取15~20 mm，掺量范围为0.9~2.0 kg·m^-3。利用疲劳损伤密度区分纤维增韧效果更加清晰，评价损伤程度更为精准，研究结果可为纤维增韧材料设计提供新的评价指标。

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城市道路对微区域温度场和人体热舒适性的影响规律研究

蒋玮, 彭宏欣, 袁东东, 肖晶晶

中国公路学报. 2023, 36(12): 209-221. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.016

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道路作为城市下垫面的重要组成部分，其面积比例、材料组成和路域植被状况对于城市温度场及人体热感具有重要的影响。为此，基于ENVI-met构建了包含城市道路场景的微区域模型，通过现场实测数据验证了模型的有效性；在此基础上，分析了城市道路面积占比、路面反射率、路面导热系数、路侧植被覆盖率等对城市微区域空气温度、平均辐射温度、路面温度以及人体生理等效温度的影响规律。结果表明：当城市道路面积占比增大20%时，空气温度升高值可达2.42 ℃；高反射率路面在14:00的空气温度比普通路面低1.38 ℃，但夜间的降温效果不突出；低导热系数路面能够有效降低夜间的路面温度与空气温度；在路侧增加10%植被覆盖率可使空气温度降低3 ℃~4 ℃，生理等效温度降低0.3 ℃~1.4 ℃；关联性分析表明导热系数与空气温度的相关系数为0.714；增加路侧植被覆盖率来缓解城市热岛效应的成本增加为0.218%。总体上，城市道路面积占比越大，城市热岛效应越明显，但这一规律不是线性的；高反射率路面能够有效降低空气温度，但不能提升人体热舒适性；导热系数与空气温度关联性最高，低导热系数路面对城市微区域夜间温度和室外热舒适性较为有利；增加路侧植被能够降低微区域的空气温度和生理等效温度，且经济效益最好，是缓解城市热岛效应的有效途径之一。研究结论从道路设计的角度为缓解城市热岛效应提供了方法和思路。

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多层次多孔沥青路面吸声性能模型与分析

李明亮, 李俊, 袁旻忞, 武昊, 韩丁丁

中国公路学报. 2023, 36(12): 222-235. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.017

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针对国内外缺少有效的多孔路面降噪功能设计方法的问题，基于多孔固体介质的理论吸声模型和传递矩阵方法，构建了多层次多孔沥青路面吸声系数模型并开展观测分析。模型以多孔沥青混合料空隙率、集料粒径、厚度等材料和体积指标为输入参量，能够较好地辅助混合料设计。首先，通过CT扫描图像分析，建立预估孔隙结构迂曲度、等效半径以及表层空隙过渡区空隙率的回归方程，基于此形成孔隙结构流阻率预估模型。进一步地，采用传递矩阵的方法开发了多层次多孔路面结构吸声系数模型，分析了过渡区空隙率的影响。最终，利用模型对比了不同设计参数及结构组合形式的吸声性能变化规律。研究结果表明：考虑表层过渡区空隙率变化的预测模型精度更高，这对实际路面降噪设计和预估更为有效；表层空隙率主要影响第1个吸声峰值的频率位置，频谱上2个峰值的变化趋势随空隙率的增减一致；底层空隙率同时影响2个峰值的频率位置，而2个峰值随底层空隙率的大小变化趋势相反；常用集料最大粒径的影响较小；厚度主要决定吸声系数峰值频率的位置；当单层多孔沥青混合料厚度与双层多孔路面总厚度一致时，二者具有相近的吸声性能；对于3层多孔沥青路面结构，其表层、中层和底层的连通空隙率分别对吸声系数曲线的第2和第3峰值、第1峰值以及第1峰值频率产生主要影响。因此，通过模型分析，为每个层次选择适当的空隙率、厚度等设计参数值，可以增强对特定频率轮胎/路面噪声的吸收效果，优化多孔路面的降噪功能。

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基于APSO算法的公路光伏声屏障储充系统优化

董侨, 李家旺, 顾兴宇, 於亚辉, 张鑫

中国公路学报. 2023, 36(12): 236-248. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.018

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为实现公路光伏声屏障发电系统的能源自洽，基于自适应粒子群算法提出了一套从光伏出力、蓄电池储能到充电桩用电的“光储充”容量配置方案。根据项目所在地的温度、辐射强度及光伏组件性能衰减规律建立光伏出力模型，结合公路光伏声屏障吸声降噪效果，计算光伏组件最佳倾角并获取该倾角下的光伏资源禀赋。基于光伏出力与负荷需求，获取蓄电池逐时荷电状态，利用雨流计数法和等效循环寿命法计算蓄电池的预估使用寿命，建立了涵盖初始投资、运行维护和设备更换3部分费用的成本模型，相较于传统固定寿命的成本模型更加具有实际意义。然后，以最小化总成本为优化目标，考虑系统的最小功率、占地面积、蓄电池荷电状态、系统负荷缺电率和系统弃能率5个约束条件，建立了公路“光储充”系统容量配置协调优化模型。采用自适应的粒子群算法，通过改进惯性权重提高了粒子的全局和局部搜索能力，得到了给定光伏板数量下蓄电池及充电桩的最优容量配置方案。结果表明：提出的公路“光储充”模型的能源自洽率达95%以上，对加快公路交通能源融合具有重要意义。针对蓄电池荷电状态，设定荷电状态全年处于0.2~0.8之间，防止了蓄电池的过充过放，显著提高了蓄电池的使用寿命；针对粒子寻优能力，采用自适应粒子群算法使得粒子寻优速度提升将近90%；最终优化结果同时满足5%的负荷缺电率及10%的系统弃能率，保证了系统可靠性。

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道路养护吸能封层增韧缓力功效评价

陈谦, 王朝辉, 李彦伟, 冯雷, 刘伟

中国公路学报. 2023, 36(12): 249-262. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.019

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为科学评价道路养护吸能封层增韧缓力功效,促进吸能材料在道路养护领域的拓展应用，以路用吸能材料为载体制备了道路养护吸能封层，基于冲击韧性试验和数字图像相关技术，评价了道路养护吸能封层对旧路面的增韧效果；提出了基于行车荷载连续加载的路面封层缓力功能测试与评价方法，全面分析了道路养护吸能封层与沥青加铺层、水性环氧乳化沥青微表处、水性环氧树脂雾封层等不同高性能路面养护方案对普通沥青混凝土板底部应变变化规律的影响，探明了道路养护吸能封层耐荷缓力效果，揭示了旧路面开裂状况与荷载等级对道路养护吸能封层缓力功能的影响规律。结果表明：瞬时冲击荷载作用下，道路养护吸能封层可使沥青混合料试件表面Mises应力降低30%~40%，冲击韧性值提升约40%，可达2 000 N·mm;连续行车荷载作用下，道路养护吸能封层可使沥青混凝土板底部所受纵、横向拉应变均大幅降低，甚至转化为压应变，有效缓解应力集中；基于5 cm沥青混凝土底板，3 mm道路养护吸能封层可有效消减其50%以上的纵、横向拉应变，且加载时间越长，效果越明显;3 mm吸能封层的缓力功能稳定性与受力均匀性优于5 cm沥青加铺层，能够均匀消减沥青混凝土板不同位置的应变;在横向开裂工况条件下，吸能封层仍可保持良好缓力功能；重载作用下，吸能封层能够消减沥青板底应变50%~60%，缓力效果稳定。上述结果将为道路养护吸能封层的深入探索与推广应用奠定坚实基础。

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废旧高压电瓷再生集料抗滑薄层长期抗滑性能评价与调控

关博文, 王爱鹏, 薛兴杰, 赵华, 熊锐, 盖卫鹏, 丁冬海

中国公路学报. 2023, 36(12): 263-274. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.020

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抗滑薄层作为一种预防性养护技术常用来改善路面的抗滑性能，而集料品质会对抗滑薄层的性能产生重要影响，因此寻找一种具有高耐磨特性兼具绿色环保的集料具有重要意义。基于此，利用高压电瓷再生集料制作环氧抗滑薄层，选择钢渣作为对比集料，通过抗滑耐久性试验综合评价2种废旧集料的抗滑性能及其长期衰减规律。结合集料矿料类型、微观形貌等分析宏观纹理和微观纹理对抗滑薄层抗滑性能的作用机理。同时采用煅烧铝矾土集料混掺探究不同集料的混掺方式对高抗滑表层抗滑性能的影响，以实现对抗滑薄层抗滑性能的调控。试验结果表明：废旧高压电瓷集料主要晶相硬度差异大，抗滑薄层具有优异的宏微观纹理，在14万次磨耗后其动态摩擦系数值为0.6，仍高于传统AC、SMA、OGFC类型的沥青混合料，具有优异的长期抗滑性能。钢渣集料组成各相硬度差异性小，导致动态摩擦系数衰减速率较高，在抗滑性能加速衰减阶段已不满足实际路面的抗滑性能要求。基于“差异磨光”原理，煅烧铝矾土掺入可以提升抗滑薄层的抗滑性能。当煅烧铝矾土掺量为75%时，高压电瓷集料抗滑薄层的μ₄₀终值从0.6提高到0.72，钢渣抗滑薄层的μ₄₀终值从0.38提高到0.6，可以通过废旧高压电瓷/钢渣与煅烧铝矾土混掺的方式调节抗滑薄层的长期抗滑性能以满足不同服役场景下路面需求。

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再生路面用聚氨酯改性沥青改性机理与路用性能

洪斌, 王建翎, 李添帅, 张宾, 谭深, 刘文俊, 刘峻甫, 王大为

中国公路学报. 2023, 36(12): 275-288. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.021

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为促进废旧沥青混合料(RAP)的大规模回收利用，延长老旧沥青路面的使用寿命，以聚氨酯预聚体(PUP)体系(包含扩链剂等助剂)为沥青改性剂，制备高性能的聚氨酯改性沥青(PUMB)，并配制出100%RAP掺量的再生混合料，旨在利用力学性质优异、延展性高的聚合物黏结材料，实现老旧沥青路面的就地再生。从分子交互作用、微观性质和力学性能等角度入手，揭示了PUP体系改性剂对沥青的化学改性机制，深入研究了不同改性剂用量下沥青各组分与改性剂间的相互作用规律，并对聚氨酯改性沥青的基本性能及其再生沥青混合料的路用性能进行了评价。结果表明：化学改性过程中PUP主要与扩链剂发生交联反应，少部分PUP与沥青中的沥青质组分反应，共同促使改性沥青体系中PUP的交联程度超过80%；55%质量分数的PUP加入沥青体系时，PUP与沥青各组分的相容性最优，改性沥青形成了最稳定的交联结构体系；与基质沥青相比，PUMB的温度敏感性显著降低，PUP体系显著提升了沥青的高温抗变形能力、低温抗裂性能和抗热氧老化性能，PUMB再生沥青混合料能够服役于交通量大、季节温差大或寒冷地区。与传统老旧沥青路面热再生技术相比，PUMB再生沥青路面能够有效降低拌和温度，大幅度促进资源节约与循环利用，在提升路面养护质量、提高道路养护效能方面具有显著优势。

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考虑低光照场景的自适应路面病害检测模型

钟山, 蒋盛川, 杜豫川, 刘成龙, 吴荻非

中国公路学报. 2023, 36(12): 289-303. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.022

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为提升低光照环境下路面病害识别模型的精确度与鲁棒性，提出了一种考虑低光照场景的自适应路面病害检测模型。将采集的数据按照亮度分成低光照图像和正常光照图像2类，随后对低光照图像进行自适应增强，并接入路面病害检测流程。为解决现有光照增强图像失真的问题，在Zero-DCE++基准模型上引入光照约束网络，提出了光照增强模块Zero-DCE-Retinex。在此基础上，以提升路面病害检测精度为核心需求，提出了以病害识别模型为驱动的光照增强模块训练策略。具体的，在训练过程中，将病害识别模型嵌入光照增强模块，并通过损失函数来引导光照增强模块的训练。试验结果表明：当使用所提模型对低光照图像进行增强后，再经过YOLOv7模型进行检测，比直接输入低光照图像的方式，AP指标提升了7.04%，F1-score指标提升了11.22%；图像质量亦得到进一步改善，表现在图像信息熵、标准差和平均梯度的提升分别为0.62、13.24和21.61。与同类无监督光照模型相比，所提模型在目标检测任务的AP和F1-score提升方面显著优于其他模型，同时有效避免了增强结果出现色彩失真和过度曝光等问题。因此，提出的模型可广泛适用于复杂道路光照场景，拓展了现有病害检测模型的应用环境，具有重要的工程应用价值。

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基于YOLOX-Transformer两步模型的路面坑槽提取方法

王艾迪, 彭一川, 郎洪, 邢莹莹, 陈震, 陆键

中国公路学报. 2023, 36(12): 304-317. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.023

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准确高效的坑槽检测和分割对于公路预防性维护、结构健康至关重要。针对以往路面坑槽提取方法存在有效性和准确性不足等问题,提出一种基于YOLOX-Transformer两步模型的路面坑槽提取方法。首先,采用三维线激光检测车获取不同地区和环境下的路面数据,制作1 300余张标记坑槽区域与精确轮廓的图像样本库。然后,引入YOLOX深度学习算法,训练和建立坑槽检测模型,实现坑槽自动识别和定位,进而提出基于Transformer体系架构的路面坑槽分割网络(Pyramid Self-attention Segmentation Network, PSASNet),对检测到的坑槽进行精细化分割,该网络完全由Transformer机制构成,克服了传统CNN感受野受卷积核大小限制的固有缺陷；在PSASNet中,设计一个金字塔自注意力模块(Pyramid Self-Attention Module, PSAM),通过使用像素块融合及自适应空洞率窗口划分方式代替池化操作,实现全局感受野,同时避免了信息损失；为了突出不同尺度特征序列中的路面对象特征,增强网络区分前景与背景的能力,PSAM采用多层感知机可学习的特征映射操作,实现多尺度特征提取,并连接2个Swin Block提取上下文注意力信息。对PSAM进行消融试验,与PSAM组合的网络架构在召回率、F₁分数以及交并比上较PPM均有不同程度的提升,证明PSAM可以独立提高坑槽分割模型的性能。将提出的坑槽分割模型与其他对比模型在测试集上进行性能评估。结果表明：相比于其他基线模型,PSASNet能够更准确地提取坑槽并实现像素级描述,且F₁分数和交并比分别为91.74%和0.841。设计一组对比试验证明了提出的检测-分割两步法在坑槽提取上相比仅使用语义分割模型的一步法具有显著优势。基于YOLOX检测到的坑槽病害区域,PSASNet能够有目的地分割坑槽,提高了坑槽病害提取的精度和效率。

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基于车-路一体联合动力学仿真的路表潮湿及纹理磨耗作用下的道路抗滑性能研究

范胤宏, 朱兴一, 杨海露, 汪林兵

中国公路学报. 2023, 36(12): 318-332. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.024

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路表的潮湿状态和纹理磨耗会显著降低轮胎和路表之间的摩擦力，从而影响行车安全性。通过车-路一体联合动力学仿真方法，以准确量化路表水膜和纹理磨耗对抗滑性能的影响，为保障车辆的安全行驶提供理论依据。首先，基于光学扫描以及三维重构方法，构建了具有真实纹理特征的沥青路表模型(SMA-13、AC-13和OGFC-13)，提出了沥青路面表面纹理磨耗的模拟算法；基于欧拉-拉格朗日算法实现水膜-路表-轮胎局部精细流固耦合模拟；结合整车动力学仿真与局部流固耦合模拟实现车-路一体联合动力学仿真，进一步以胎-路摩擦结合因数、水膜抬升力、制动距离等特征指标分析了速度、路表纹理磨耗率、路面类型、水膜深度等不同因素对抗滑性能的影响。研究结果表明：OGFC-13路面具有最佳抗滑能力；当车辆行驶速度为80 km·h^-1时，5、15 mm水膜下胎-路摩擦因数的下降率分别为34%和65%；通过比较不同路表纹理磨耗率下的抗滑能力，发现磨耗率超过40%后对抗滑制动能力有显著影响。

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基于机器学习算法的沥青路面原位密度预测模型

陈乙方, 李峰, 周思齐, 严二虎, 龚演, 周震宇

中国公路学报. 2023, 36(12): 333-344. https://doi.org/10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.025

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利用探地雷达(GPR)进行沥青路面原位密度检测时，回归模型和电磁混合理论模型通常被用来建立密度和介电常数的关系，然而现有的模型对精确的参数校准要求较高且精度有限。为了进一步提升沥青路面原位密度预测精度，研究基于机器学习算法的密度预测模型，首先搭建了GPR测试平台，采用2.2 GHz探地雷达天线采集室内沥青混合料试件及现场沥青路面的电磁波反射信号；进而基于平均减法算法和有限冲击响应带通滤波器消除了信号零偏和部分环境噪声，基于反射振幅法对介电常数进行计算；收集了来自文献调研、室内试验、现场检测的124组密度数据，基于极限梯度提升(XGBoost)算法建立了密度预测模型，采用5折交叉验证对数据集进行深度学习，并利用贝叶斯超参数优化(BHPO)获得了最优的模型超参数组合；最后利用现场检测数据对模型进行测试，并对各输入参数进行重要性分析。结果表明：对信号进行消除零偏和环境噪声处理后，密度预测百分比误差显著下降，室内试验误差达到了2.9%，现场检测误差达到了3.0%；不同沥青混合料反射信号的主要差异在于峰值振幅的位置和数值大小，密级配沥青混合料介电常数值要大于开级配沥青混合料；BHPO有效提升了XGBoost算法的精度，在测试集上，XGBoost模型误差显著低于基于电磁混合理论的密度预测模型；分析参数重要性得出，沥青混合料配合比设计和基于GPR的介电常数精确检测是影响密度结果的关键因素。

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《中国公路学报》2023年（第36卷）总目次

中国公路学报. 2023, 36(12): 345-360.

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2023年, 第36卷, 第12期　刊出日期：2023-12-30

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