瀝青路面微生物破壞研究進展

高潤杰

(武漢市政工程設(shè)計研究院有限責任公司，湖北 武漢 430023)

0 引言

瀝青材料作為瀝青路面的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性對于瀝青路面的路用性能起著重要作用。當瀝青路面暴露在大氣中，會受到太陽輻射、溫度差、氧氣以及水分等多重因素的作用，進而破壞瀝青材料，從而降低路面的路用性能和使用壽命[1]。

針對瀝青材料的破壞，國內(nèi)外研究人員對損壞表現(xiàn)與機理進行了一系列研究。通過分析國內(nèi)外的研究成果可以得知，瀝青路面在使用過程中，會受到陽光、溫度、氧氣、紫外線、水分等多因素的影響，從而發(fā)生破壞。此外，在較高溫度或紫外線光照條件下，瀝青材料會產(chǎn)生一系列的化學反應，引起瀝青分子中的分子結(jié)構(gòu)進行加聚、氧化等反應，產(chǎn)生極性官能團，使瀝青分子量產(chǎn)生變化，最終導致瀝青材料硬化、開裂等病害[2]。

通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，建造于林區(qū)、濕地和河岸的瀝青路面雖然由于植被的遮蔽受熱和紫外線照射較少，但是經(jīng)過短時間使用后，瀝青路面上同樣會出現(xiàn)一些過早的損壞。這可能是由于瀝青路面上的微生物破壞造成的，因為這些瀝青路面通常處于陰涼、潮濕或污染的環(huán)境中，這些環(huán)境為微生物的繁殖提供了理想條件[3]。目前，關(guān)于微生物引起瀝青的破壞影響并未引起足夠的重視，同時微生物破壞前后瀝青的性能變化以及整個過程中的破壞機理也沒有詳盡的研究[4]。

1 瀝青路面微生物分布

自然界中的微生物由于個體小、豐富度高和較強的擴散能力，是一個數(shù)量龐大的生物群體。同時作為生物界的重要組成部分，這些群體往往具備很強的適應性和繁殖能力[5]。高速公路不僅可以有效地提高交通運輸能力，也會極大促進區(qū)域的經(jīng)濟和社會發(fā)展。目前的公路建設(shè)在一定程度上會對周邊的生態(tài)環(huán)境造成破壞，因此公路綠化得到了越來越多的重視。通過分析研究溫度、降水、光照、土壤等條件因素，目前公路周邊的植被具備豐富的類型[6]。這些植物在吸收汽車尾氣，保護環(huán)境的同時，由于具備合適的水分、溫度、光照等生存條件，也為微生物的繁殖提供了基礎(chǔ)。對于林區(qū)、濕地和河岸等溫度和濕度條件更加適宜的地區(qū)，瀝青路面會長時間處于溫暖、潮濕的復雜環(huán)境中，這也會使瀝青路面遭受數(shù)量巨大的微生物影響[4]。

2 微生物對瀝青路面破壞的表現(xiàn)

在土壤中分布著繁多的微生物，而瀝青路面直接與土壤接觸，這樣微生物將逐漸擴散至瀝青路面。在外界光照、水分以及瀝青本身的油分、膠質(zhì)的復雜條件下，微生物會在瀝青路面上得以繁殖，與此同時也對瀝青材料進行降解，進一步破壞瀝青路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而對瀝青路面的路用性能和使用壽命造成影響。根據(jù)已有的研究可以得知，某一種微生物對物質(zhì)的分解作用是有限的，因此在瀝青路面上的微生物，單一種類分解的物質(zhì)也較為單一。但是，微生物群體本身是一個復雜而繁多的群體，因此對瀝青路面破壞時，其影響也將更為復雜。

在特殊環(huán)境下的瀝青路面分布著豐富的微生物菌落，目前針對微生物產(chǎn)生的影響已經(jīng)得到越來越多的學者關(guān)注。最早在1956年，國外便出現(xiàn)涉及碳氫化合物上微生物生長的大量文獻，指出微生物能夠破壞石油的所有餾分，包括瀝青餾分；通過培養(yǎng)細菌可以成功分離出能夠降解瀝青的微生物；同時溫度、pH值和環(huán)境會對瀝青降解產(chǎn)生不同的影響[8]。通過其他研究證明，微生物可以產(chǎn)生醇類、酯類、酮類和其他物質(zhì)，在這些物質(zhì)作用下導致瀝青發(fā)生降解，然而效果非常微弱，所以在一段時期內(nèi)，降解的危險性可以忽略不計；但是如果時間增加到一定程度，就可以造成瀝青較為嚴重的破壞效果[9]。最近的相關(guān)研究表明，在硫酸鹽還原條件下，微生物可以對石油烴產(chǎn)生最快的降解行為，其中正構(gòu)烷烴的半衰期為49.51 d，多環(huán)芳烴的半衰期為58.74 d[10]。硫酸鹽還原菌作為重要的石油降解細菌，對于石油烴類物質(zhì)具有很強的降解能力，目前已經(jīng)得到了很好的研究[11]。此外，通過對從日本獲得的能夠降解原油的微生物群落施加特定的酵母提取物后，發(fā)現(xiàn)長鏈物質(zhì)的降解速率顯著增加，表明了對微生物增強和刺激的有效性，對于微生物降解影響具有重大參考[12]。

我國研究人員在微生物對瀝青路面破壞表現(xiàn)領(lǐng)域尚未展開大規(guī)模研究，僅有研究人員將微生物對石油烴物質(zhì)的降解作用進行了深入探討。賈凌慧等[13]從石油污染環(huán)境中提取了7種石油降解細菌，通過構(gòu)建菌群實現(xiàn)了快速降解石油物質(zhì)。張志君等[14]匯總了石油烴成分、污染環(huán)境和細菌種類對降解效果的影響，提出了典型的石油烴降解細菌。單一菌株只能降解某一種組分，而當細菌種類變多時，便可形成協(xié)同作用，大大提高了降解作用[15]。

目前通過微生物對瀝青路面破壞表現(xiàn)的研究現(xiàn)狀可知，在瀝青路面的使用過程中，自然環(huán)境中的微生物對路面材料都會產(chǎn)生一定的破壞作用。當路面環(huán)境更適宜微生物繁殖時，數(shù)量巨大的微生物會降解破壞瀝青組分，從而降低了瀝青路面的路用性能和使用壽命。因此，針對微生物對瀝青路面的破壞需要制定相應的抗破壞措施，研究出更耐降解的路面材料。

3 瀝青路面抗微生物破壞對策

針對微生物對瀝青路面的破壞現(xiàn)象，要研究相應的對策首先需要知道破壞機理。目前我國現(xiàn)有的研究大多集中于利用微生物的降解來解決石油污染，深入探討的不多。通過匯總發(fā)現(xiàn)，環(huán)境中的微生物會利用瀝青路面中的膠質(zhì)和油分等物質(zhì)生存在瀝青材料上，在這個過程中，微生物就會破壞瀝青原有的組成和結(jié)構(gòu)，而破壞后的瀝青分子物質(zhì)組成和分子量分布也會發(fā)生變化，進而導致性能改變。瀝青質(zhì)分子是以多環(huán)芳烴為中心，不同分子片層結(jié)構(gòu)之間通過多環(huán)芳烴間相互作用或氫鍵作用組合而成。而微生物降解多環(huán)芳烴存在以下途徑：微生物以多環(huán)芳烴作為生長的基礎(chǔ)以及微生物通過共代謝方式消耗多環(huán)芳烴[16]。

針對微生物對瀝青路面的破壞作用，張韓帥采用十二烷基三甲基氯化銨、十六烷基三甲基溴化銨以及納米氧化鋅顆粒，三者比例為1:1:1研究出了抗破壞添加劑，此時的抗微生物破壞效果最優(yōu)[4]。除此以外，參考石油油田設(shè)施抵抗微生物腐蝕的相關(guān)研究，可以為瀝青路面的微生物防護提供借鑒。

4 結(jié)論

本文通過分析瀝青路面的微生物分布及其對瀝青路面的破壞分解作用，為探究瀝青路面微生物破壞機理和提高瀝青路面抗微生物破壞以及延長瀝青路面使用壽命提供參考，主要結(jié)論如下。

1)當位于林區(qū)、山地等潮濕溫暖環(huán)境中時，瀝青路面上的微生物會以瀝青材料作為能量源進行大量繁殖，從而在瀝青路面上形成大量菌群。

2)自然界中的微生物存在降解瀝青材料的菌落，但不同菌落對瀝青路面的破壞效果有所差異；當不同菌落進行組合時，降解破壞作用會有所增強。

3)目前針對瀝青路面抗微生物破壞尚未有大規(guī)模研究，也沒有成熟的抗微生物破壞添加劑。在進行相應的病害防治時，也要注重瀝青路面的清理，保持良好的路用環(huán)境，減少瀝青路面微生物的繁殖。