2025IBTC精選報告 | 長安大學公路學院院長汪海年
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2025年11月22日-23日，中國工程院工程科技學術研討會暨第十三屆國際橋梁與隧道技術大會（IBTC 2025）在天津成功召開。大會深入貫徹落實黨的二十屆四中全會精神，以“新質生產力賦能交通基礎設施智能建養與韌性安全”為主題開展高質量學術報告與研討，涌現出一批具有前瞻性和實踐價值的研究成果。
作為中國乃至國際范圍內反映重大工程建設與技術創新的重要交流平臺，為更好傳播科技前沿成果、推動行業創新進步，大會組委會特別推出《2025IBTC精選報告回顧》，分享專家精彩觀點。本期聚焦長安大學公路學院院長汪海年的大會報告《路用集料形態表征、結構感知與韌性提升技術研究》↓↓↓
▲汪海年教授在大會現場分享報告
集料是交通基礎設施的基礎性主體材料，在瀝青路面中發揮的作用尤為突出，其形狀、棱角、表面粗糙度三維形態特征，與道路抗滑、抗變形及水穩定性密切相關。當前集料研究與應用面臨三大核心難題：一是檢測方法與手段落后，缺乏完善的指標體系，難以有效指導集料生產加工、材料設計及工程實踐；二是瀝青混合料拌和與路面施工過程中，集料內部狀態持續重構重組，但現有研究僅能依托宏觀力學行為和壓實后表面狀態，無法掌握內部動態變化；三是集料形態與路用性能的關聯機制尚不明確，難以根據橋面鋪裝、重載路面等不同場景需求，實現集料“因材整形、因需整形”。
二、集料形態量化表征與檢測技術研發
團隊圍繞集料形態表征開展系統性研究，構建完善的檢測體系并研發專用設備。二維層面，提出軸向、凸度、粗糙度等評價指標，開發粗集料形態特征分析儀及砂石粒度儀，實現自動檢測與評價；三維層面，采用無聲掃描技術構建集料三維數字模型，建立三維棱角、球度評價指標及評價方法。自主研發雙目視覺集料檢測系統，30秒內可完成100顆集料的大小、形狀、棱角及虛擬級配的一站式檢測，該系統已在浙江、內蒙等地推廣應用，成效良好，有效解決了傳統檢測效率低、指標不完善的問題。
三、智能集料開發與路用感知應用
針對商用智能集料與實際集料形態不符、適配性差的問題，團隊基于三維掃描數據庫，通過3D打印集料模型并嵌入傳感器，研發適配性更強的智能集料，可監測轉角、加速度、溫度等關鍵信息。經測試，該智能集料可有效規避金屬屏蔽干擾，露天200米范圍內無線傳輸數據包零丟失。依托智能集料搭建“公路數字化服役感知系統”，通過埋設智能集料，可通過手機端、云端實時獲取路面服役狀態；將其嵌入瀝青混合料，可感知不同級配、棱角及壓實位置的壓實功變化，為壓實工藝優化提供支撐。同時，基于RII物理模型構建瀝青路面車轍性能預測指標體系，已在相關工程中開展監測應用。
四、數字建模、整形優化及未來展望
團隊開展集料數字建模與高效整形研究，構建瀝青混合料三維模型，耦合PFC與離散元建立路面結構模型，結合人工智能方法，模擬不同集料級配形態對材料孔隙、接觸特性及模量、變形能力的影響。厘清集料形態與路用性能的關聯，發現棱角、紋理、粒徑對高溫性能影響顯著，對水穩性能的關聯需進一步研究。優化不同巖性集料的破碎工藝與參數，聯合企業優化整形設備，相關成果已應用于港珠澳大橋橋面鋪裝，有效提升集料動穩定度、殘留穩定度及水穩性，廣泛應用于對集料精度要求較高的工程場景。未來，將依托現有研究方法與技術，應對優質集料短缺、回收料利用等行業難題，拓展前端設計與路面服役監測的應用場景，推動集料技術賦能交通基礎設施提質升級。
▲汪海年教授在大會現場分享報告
一、研究背景與核心難題
文/大會組委會綜合整理
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