田波_二十年技术积累 用水泥混凝土铺就世界顶级机场跑道

本报记者矫正阳

世界瞩目的北京大兴国际机场开通已经一个多月，运行良好。 大兴机场建设应用了当今最先进的技术，专家表示，其中跑道和停车场等工程应用了交通运输部立项研究的“重载水泥混凝土铺装关键技术和工程应用”成果，降低了建设成本，提高了使用质量。

铺路材料分为沥青混凝土和水泥混凝土两种。 我国石油多依赖进口，是水泥产量大国，年产量达20亿吨，占世界总量的70%以上。 面对增加的重载交通，在机场、重载公路和港口场地提高重载水泥混凝土路面性能，是我国交通运输建设的重要发展方向。

1990年代末，(北)京大(同)高速公路建设表示，交通运输部门开始了“重载水泥混凝土铺装的关键技术和工程应用”的课题研究，前后持续了约20年。 课题创新了力学计算模型，解决了湿性黄土对路面沉降等问题，用新材料创新了施工技术。

“通过近20年的研究，课题显示出水泥混凝土铺装的优良承载力和扩散负荷，成功应用于大兴国际机场、上海浦东机场、海南洋浦港、1500公里高速公路和4000公里国家省干线道路。”交通运输部道路科学研究院研究员、课题负责人田波博士说。 该课题于2018年获国家科技进步二等奖。

课题一开始，基础理论几乎就空白了

1998年在读博士田波，与领导人姚祖康教授一起参加了“重载水泥混凝土铺装的关键技术和工程应用”课题队伍，参与了(北)京大(同)高速公路建设。 “当时，通过卡车的轴重一般为20吨，超过设计标准的倍数，路面寿命显着缩短，店铺结构断裂快，修理频繁”田波表示，修复混凝土板需要28天，全国每年修建数千公里的道路，年经济损失达数亿元。

使用周期应维持30年，承受超负荷倍以上的轴重碾压。 论证这条新高速公路时，路面结构是沥青还是水泥混凝土？ 在当时的情况下，沥青路面无法承受运煤车辆的重载，重载水泥混凝土路面的基础理论几乎是空白的。

“水泥混凝土路面脆弱，设计和施工耐力低，成为我国高速公路长期缺乏水泥混凝土路面的原因”田波表示，水泥混凝土路面建设的维护成本低，耐重负荷、长寿命的优势也越来越受到重视。

据统计，与沥青材料相比，水泥混凝土路面成本低30%，养护费低50%。 除路面承载性好的特点外，其30年寿命是沥青路面的2倍。

经过反复论证，水泥混凝土路面方案获胜，交通运输部道路科学研究院、山西省交通科学研究院、中国民航机场建设集团公司、同济大学等多个机构组成产学研联合难关队伍，从设计、施工到快速维护的一系列关键技术等方面开展了课题研究。

第一难关是重载下混凝土路面力学响应计算。 经过3年多的时间，项目组研究了全新的力学响应计算理论，成功将店面性能预测量表推广到全寿命服务30年，建立了“重载交通水泥混凝土路面结构设计参数和表面功能研究”。

开通10年后访问，雨水烦恼完全解决了

本月10日，田波带项目队完成对内蒙古白霍重载道路的访问。 在接受科学技术日报记者采访时，田波说，白荷重道路采用了“重荷水泥混凝土铺装的关键技术和工程应用”的子主题技术之一“重荷水泥混凝土路面结构设计的关键技术研究”

由水泥混凝土路基、基层和表面层(水泥混凝土板)组成。 2003年以来，在降水较多的地区和季节，工程队发现雨水渗透到路面内部，由于大流量交通和车辆的反复载荷，路面结构内部形成了动水压清洗、细骨料泵抽吸流出、混凝土板底空洞不支撑的状况，混凝土板的断裂和沉降突出加速。

“雨水渗透后，半刚性基础的细骨料流动，重载车碾压路面时，水泥混凝土板发生了台阶和断板等一系列现象，严重影响了道路的流畅性。”田波说。

“需要开发新的基础材料，解决清洗问题，为混凝土板提供稳定的支撑。 就像做一双脚踩在混凝土板上的鞋子一样”田波对象性地说。

什么材料经济耐水？研究人员偶尔借用沥青等材料，前后3年，开发出了耐冲洗性柔软的过渡功能层和刚性适度松弛的结构体。 “在彻底解决清洗问题的同时，功能层还具有自身缓和冲动负荷冲击的能力”田波表示，该技术能够减少温度翘曲造成的结构脱空，解决基础不均匀的支撑问题，大幅提高抗冲洗能力，降低翘曲应力28%， 解决了降低土基不均匀沉陷等问题，相关研究形成了“重载水泥混凝土路面结构设计关键技术研究”，2011年解决了问题，在全国各地应用于重载道路，白霍重载道路就是其中之一。

开发“发泡粉”，开发干湿相济搅拌混凝土

2014年2月15日，广西南宁、自治区交通厅正在进行“高速公路厚水泥混凝土铺装技术研究”项目成果鉴定。 这是“重载水泥混凝土路面的关键技术和工程应用”课题的另一个子课题。

行业专家认为，开发出子课题的路面混凝土专用引诱型复合外加剂，在发挥传统的引诱冷冻作用的同时，显着改善低斜坡的路面凝聚作业性，提高流动性，减少混凝土的分离泌水现象，保证了水泥混凝土的路面滑坡铺装的正常进行。

2009年9月25日，侗乡人民期待已久的三江侗族自治县柳州市高速公路开工。 建设中出现了施工难题，即混凝土干硬施工造成的矛盾。

“薄混凝土流动良好，施工容易，但硬化干燥时收缩大，混凝土容易破裂，同时稀薄混凝土拌合物在施工时容易形成层，砂浆层上浮，碎石层下沉，该路面一定没有耐磨性，不易滑动”。 田波说。

如何解决稀薄混凝土拌合物的施工矛盾？ 最直接的方法是减少混凝土拌和时的用水量，这时混凝土变硬，施工不方便。 田波说:“像面粉和面粉皮一样，只能揉适量的水量的面粉，但干燥过度的话面粉就不能正常揉面。”

项目团队的研究中，尝试采用添加到干燥混凝土混炼物中，使其体积相对较大的“发泡粉”。 经过反复实验模型，寻找材料，项目小组开发出高效的诱导材料，将大量气泡导入混凝土混凝土混凝土混凝土混凝土高频振动过程中，微小气泡聚集、移动浮起，起到球的作用，减少碎石间的阻力，减少气泡引起的蜂窝麻面等

“铺装皮层结构”“露石混凝土双层铺装”等自主知识产权的建设方法和铺装施工方法，使混凝土的均质性提高了2倍以上，防滑衰减延迟了近5倍，提高了舒适性”，这些成果让田波感到非常自豪。

20年的研究、实践，不仅解决了系统问题，还解决了重载水泥混凝土铺装结构的理论、设计、施工、维护等技术问题，突破了铺装30年不修的技术瓶颈。 根据最新的数据统计，课题技术直接服务于国内外许多重载机场、港口、道路的建设工程。