科学家正在探究不使用混凝土的路面建设方法
发布日期：2021-03-25 作者： 点击：
一个机械臂在碎石床上以曼陀罗式的图案铺设绳子，看似是一场当代艺术表演，实则是探索道路建设新途径的基础研究。一方面，机器人辅助筑路的施工技术正在试验，而这种技术至今只在结构工程中使用。另一方面，一种新型的机械加固技术意在改变路面的典型结构，从而帮助将来节约宝贵的资源，甚至完全回收路面。
来自结构工程的想法
这个想法源于苏黎世联邦理工学院格拉马齐奥-科勒研究实验室的一个项目。在这里，这个项目实际上是作为一个艺术和研究项目提出来的。纯粹由绳索和砾石堆砌而成的柱子表明，只需用线将砾石交织在一起，就可以实现出色的稳定性，而不需要任何水泥作为粘结剂。实验室测试表明，高度为80厘米、直径为33厘米的碎石柱可以承受200千牛的压力，相当于20吨的负荷。
沥青也是由大小不一的岩石和粘结剂--沥青组成的。因此，来自Empa "混凝土与沥青 "实验室的Martin Arraigada和Saeed Abbasion将这一概念转移到道路建设中。"我们想找出未来如何生产可回收的路面。为此，我们首次在道路建设中使用数字化的施工方法。"Arraigada解释说。
不需要沥青的弦加强型路面有望带来许多优势。由于沥青是从原油中提取出来的，所以在生产过程中会释放空气污染物，在以后的使用过程中也会释放。更重要的是，它使沥青容易开裂和变形，除此之外，还不能渗透雨水--这也是可以克服的。对于研究人员来说，也可以想象，可以使用原本不适合修路的岩石，但却不那么稀有。最后但并非最不重要的是，这个过程可以实现可滚动和可回收的路面。
一根绳子和松散的碎石
两位Empa研究人员正在使用各种实验设置来测试上述方面的解决方案。机械臂起到了核心作用。它将线按照编程的模式放置在层层叠叠的砾石上。在机械测试中，将其中五层碎石和线叠放在一个测试箱中，箱体的地板上铺有橡胶垫，将整个包装固定在地面上。它模拟的是可变形的床，人行道就应用在这上面。事实上，这种绳子与每个瑞士公民用来捆绑废纸的绳子完全相同，这表明Empa的研究人员在这里开辟了全新的（且具有成本效益的）领域。
机械测试和计算机建模
然后用旋转板和压力对砂石线包进行加载。该加载试验表明，将单个砾石与螺纹缠绕在一起，该包可以承受5千牛-半吨的压力，而不会使砾石移位。通常情况下，沥青粘结剂会在沥青中执行这一任务。与道路路面必须承受的极端条件类似的滚动压力的动态荷载试验很快就会进行。
在进行实验室实验的同时，研究人员使用离散元素法（DEM）在计算机上对一切进行三维建模。这应该可以揭示单个石块的位移和作用在螺纹上的拉伸力--这是实验室中无法研究的。此外，不同的图案和网格宽度及其对路面稳定性的影响也将得到更详细的研究。
Martin Arraigada和Saeed Abbasion的研究还没有形成可以用于道路建设的最终产品。然而，他们的研究提供了很多创新的潜力，可以用简单的方法接近可回收和可能滚动的道路路面
