安鹤高速（安阳至鹤壁高速公路）是河南省重点交通建设项目，北起安阳市殷都区，南接鹤壁市淇县，全长约54.8公里，其中AHTJ-3标段是安鹤高速的关键段落，以桥梁建设和复杂地形施工为特点，施工路段为高速辅路路段。高速公路作为交通大动脉，长期承受高频率、大吨位的交通荷载，加之北方地区显著的季节性温差、雨雪冻融等复杂气候环境，传统混凝土路面在这些极端条件下容易出现早期损坏，影响行车安全并大幅增加后期维护成本。

 

图1 现场混凝土铺筑

 图2 现场施工示范

针对传统混凝土路面的上述问题，本项目设计开发了一种结构用梯度强化聚合物改性混凝土，通过理论建模与实验室测试，验证了梯度结构的优良性能。在梯度结构实现上，项目组创新研发了具有磁响应性能的聚合物乳液（图3），实现了聚合物乳液在外加磁场下的定向移动与主动富集，同时设计研发了路用磁场施加装置（图4），通过在混凝土路面施工过程中进行磁场诱导，使磁响应聚合物在混凝土面层的内表面富集，进而在混凝土内部产生聚合物梯度分布，实现了聚合物乳液在4%掺量时混凝土抗压强度大于60 MPa，抗折强度大于12 MPa，耐磨性小于0.1 kg/M2。

图3（a）未加磁场时的磁性乳液；（b）外加磁场后的磁性乳液响应分布

图4 本项目开发的路用磁场施加装置

项目开发的高强度聚合物改性混凝土可显著提高混凝土面层强度与耐久性，同时在抗裂、耐磨、抗冻融等方面表现优异。本项目研究成果的推广，对提升混凝土路面耐久性与使用寿命，促进聚合物乳液的广泛应用具有重要意义。