智能路面报告总结

1、智能路面材料和技术的研究报告摘要：随着科技的进步，人们对路面服务水平的要求越来越高，促进了新型路面材料、智 能铺面技术的不断发展。报告总结了国内外智能材料和技术在道路工程的应用，指出智能 材料和技术已是路面结构具备了能量收集、自调节、自愈合、自诊断、信息交互等功能。 理解了新型道路的涵义，拓宽了今后研究的视野。关键词：道路材料；智能化；新型路面；随着人类文明的不断发展，人们对新型事物的追求越来越渴望。同样的在道路工程领 域中，对路面材料和技术的研究脚步也从未停止过，从最初的泥泞小路，碎石路，到如今 水泥混凝土路面和沥青混凝土路面都无一不是由人们对性能更佳的新鲜事物的追求而逐 步发展的。特别是随

2、着实体经济的快速发展，各国自然资源消耗严重，人们对道路技术的 要求越来越高，对新型节能路面、智能路面的需求越来越大。经过国内外科研人员的努力， 目前的技术已使路面具备了能量收集、自调节、自诊断、自愈合、信息交互等智能化功能， 这大大提升了沥青路面的服务能力，提高了能源利用率，促进了社会的和谐发展。1能量收集技术目前，煤、石油、天然气等常规能源的短缺已成为制约各国经济发展的重要因素。因 此，开发并利用新型能源就显得尤为重要。在道路工程中，沥青混凝土路面的智能铺面和 材料技术已经能够实现能量的收集和转换了。1.1机械能行车荷载在路面中产生的机械能，可以根据压电效应，由埋入的压电换能器转换成电 能。

3、在外力作用下，压电换能器的核心材料压电陶瓷内部的正负电荷中心发生相对位移， 从而导致它的表面上出现异号极化电荷。这种没有电场作用，只是由于应变或应力，在压 电陶瓷内产生电极化的现象称为压电效应或正压电效应。由于压电效应的存在，可以把作 用在压电陶瓷上的机械能转换成电能。路面在设计使用期内要经受几十万次至上亿次车辆 轴载的反复作用，从而产生应力、应变、位移以及一定程度的振动。此时，路面将从行车 荷载和重力的做功中获得应变能和动能。以一辆6轮货车为例，它通过沥青路面1次，可 产生约1J的机械能。这些能量最终会转换成路面的热能，耗散在路面环境之中，并增加 路面产生车辙等损坏的风险。压电材料具有将机械

4、能转换成电能的能力。若将合适的压电 换能器埋置于路面内部，则外力所产生的部分机械能可以被转换成电能，并可被进一步收 集和利用。1.2风能智能铺面材料在收集风能中包括自然风和非自然风。自然风的收集主要是在路侧建立 风车，用风车把风的动能转化为旋转的动作去推动发电机，以产生电力，供公路管理使用， 甚至可供居民生活用电。非自然风只要是指由于车辆高速运动而产生的气流差在近路面处 形成的快速气流，有研究指出120km/h高速行驶的车辆可产生风能与大型风车在12m/s 风速下收集的风能等同。1.3热能和声能热能的收集主要是利用太阳能板收集能量，太阳能板可以安装在路侧也可以是铺设在 路面上的。声能的收集是利

5、用声子晶体材料自身的点缺陷特性，车辆行驶中产生的震动将 使声子晶体产生共振腔，能够收集大量的声能。但该技术目前还是处于初步认知阶段，还 没有投入实体工程的应用，这主要是难以提高声能转换效率。2自我调节技术智能铺面技术的自调节技术主要有热反射、融雪化冰、导电、减震降噪、自清洁等智 能技术。这其中有些技术已经相对成熟，在实体路面已得到了应用。2.1热反射技术我国夏季炎热，高温持续时间长，沥青路面易产生车辙病害问题。虽然目前广泛采用 优化级配、掺加纤维、添加抗车辙剂、扩大改性沥青的使用范围等，但由于沥青材料对温 度敏感的本质特性，这些措施仍未从根本解决沥青路面高温车辙问题，尤其在交通量大、 行车荷载

6、重的高等级路面以及钢桥面、陡坡弯道、收费站、停车场等特殊场合，沥青路面 的车辙病害依然严重。针对高温引发的沥青路面车辙问题，如能在沥青路面表面涂布一层 热反射涂料，则可大大增加路面的反射率，降低路面的吸热量。太阳热反射涂层是指涂覆 于物体表面的功能性涂层材料。它对太阳辐射中的可见光波段(0.40.76 U m)和近红外波 段(0.76-2.5 U m)具有高反射率，并将吸收的热能以长波(2.515 U m)的形式辐射到外部 空间，从而在不消耗能量的情况下抑制涂层表面温度的上升及降低涂层物内部和周围的温 度。采用一种新型路面热反射涂层涂布于沥青路面表面，在夏季高温季节时，可有效降低 路面温度51

7、0C，将该涂料使用在排水性大孔隙路面中降温效果更好。2.2融雪化冰技术国内使用的除雪方式基本都是被动传统的除雪方式，主要包括人工除雪，机械除雪和 撒融雪剂除雪等几种。但这几种被动除雪不仅在除雪前给行车带来安全隐患，同时除雪方 法本身也存在着严重的缺陷。为了是路面具有自我除雪功能，一些相关的智能铺面技术应 运而生，主要要导电路面技术、环保型沥青路面融雪涂层技术。导电路面技术是指在沥青混合料中加入导电纤维、石墨等导电材料，使路面能够导电， 通过电热传递，达到路面融雪化冰的功能。环保型沥青路面融雪化冰技术是一种主动除雪 技术，该技术的主要原理是使用粘结材料将一种温控智能型的融雪物质附着在路面表面，

8、形成路面涂层。在低温雨雪天气条件下，涂层释放一部分融雪物质，融雪物质以离子的行 驶游离余涂层表面，融化路面积雪，并使路表面无法结冰，恢复路面的抗滑性能，保证道 路在冰雪环境下的行车安全。3裂缝自愈合技术沥青混凝土路面容易因疲劳开裂产生微小裂缝和局部开裂损伤，使得路面的使用寿命 下降。若放任不管致使微小裂缝与损伤不能得到及时修复处理，轻则影响沥青混凝土结构 的正常使用性能与寿命，重则使微裂缝进一步发展成宏观裂缝，导致路面引发脆性断裂， 极大的影响了路面行车安全。而微裂缝的探测极其困难，以现有的观测技术不足以事先发 觉并修补，因此需要事先针对沥青混凝土路面的材料，性能等作出改进来预防微裂缝的产 生

9、与发展。在各种如何预防沥青混凝土路面裂缝产生的研究方向中，自愈合技术是一种比 较有前景的技术领域。目前，国内外沥青混凝土疲劳损伤自愈合能力增强技术主要有主动增强技术和被动增 强技术:主动增强技术是指选择高自愈合能力的沥青材料来延长沥青混凝土疲劳寿命的主 动增强技术;被动增强技术是指沥青混凝土疲劳寿命受限时采用能量供给或物质补充等方 式来延长沥青混凝土疲劳寿命的被动增强技术。但在外部何在频繁作用的条件限制下，沥 青混合料的“主动”自愈合能力受到很大的限制，若能使沥青混合料自愈合被动”增强，沥 青路面的开裂可能会得到有效控制。沥青混凝土被动增强技术主要是依据仿生学的基本原 理，在通过模拟生物体的损

10、伤愈合现象及基本原理，实现能量补偿、物质补偿的两种方式 来增强和刺激沥青混合料的自愈合速度，从而实现裂缝的被动愈合。3.1能量补偿沥青材料作为典型的感温性材料，沥青形状收温度条件影响，温度升高则可加速沥青混合料裂缝 界面的分子无规则运动速度，从而实现沥青混合料自愈合能力的增强。Bhasin等人在2009年指出到达 50%疲劳寿命的沥青混凝土在50C烘箱加热20min后，沥青混合料的疲劳寿命明显增长，大约增长了 40%的疲劳寿命。可以在沥青混合料中添加石墨、导电纤维等使沥青混凝土具有导电能力，可以通过 电加热的方式实现能量供给。3.2物质补偿物质补偿就是通过在沥青混合料或沥青中添加增强自愈合能力

11、的物质诱导裂缝闭合的趋势超过裂 缝延伸的趋势，沥青混合料裂缝将实现闭合。目前，基于物质补偿机理的自愈合材料主要有中空纤维 类和微胶囊。这种微胶囊技术处于初步探索阶段，其核心问题：1）微胶囊强度：强度不能 太大，否则无法释放粘结剂；也不能太弱，微胶囊必须能够抵抗碾压、行车荷载作用的能 力；2）微胶囊颗粒大小和掺量：胶囊颗粒影响了混合料或沥青自身性能，也影响了裂缝 愈合效果和技术经济性；3）粘合剂的特性：必须具有良好的耐热、耐老化和界面快速粘 合性能。总结新型智能路面材料与技术，能够把资源利用最大化，遵循了可持续发展的理念，智能 路面材料与技术的发展的历史的必然。虽然，能量收集技术、自调节技术、自

12、愈合技术等 实用智能路面技术都还处于初步探索阶段，还不能很好地应用在实体路面工程中，但随着 科技的进步，人们对路面材料的性能和规律理解的更加透彻，智能路面材料与技术将会得 到很好的应用。通过本次报告，学习了国内外先进的铺面技术，领悟了智能路面的真正涵 义。同时，拓宽了自己的专业视野，为今后的学习研究带来了兴趣。参考文献1赵鸿铎，梁颖慧，凌建明.基于压电效应的路面能量收集技术JJ.上海交通大学学 报，2011, 45(8): 1515-1519.郑木莲，何利涛，高璇，等.基于降温功能的沥青路面热反射涂层性能分析J.交通运 输工程学报,2013, 13(5).朱颖杰.能量转化路面融冰雪技术J.河北交通职业技术学院学报,2007, 4(4): 63-63