解決高速公路瀝青路面水損害早期損壞的技術(shù)途徑分析

李宗友、莊秀文

[山東（臨沂）公路交通應(yīng)急裝備物資儲備中心，山東 臨沂276000]

0 引言

高速公路作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著大量的車流和重載運(yùn)輸任務(wù)。然而，瀝青路面水損害早期損壞成為影響公路使用壽命和行車安全的重要問題。水分的侵蝕會導(dǎo)致路面的表層損壞、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低、車轍加劇等問題。因此，尋找解決這一問題的技術(shù)途徑具有重要的理論和實(shí)際意義。

1 高速公路瀝青路面水損害早期損壞的類型

高速公路瀝青路面水損害是指由于水分對瀝青路面材料的侵蝕和影響而引起的早期損壞。以下是幾種常見高速公路瀝青路面水損害類型：一是泛油浸水，是指瀝青路面表面出現(xiàn)大量細(xì)小顆粒松散的情況，通常伴隨水分在瀝青表面的聚集，這種損害會導(dǎo)致路面表面的顆粒逐漸脫落，形成瀝青路面表面的粗糙和不平整。二是表層龜裂，是指瀝青路面表面出現(xiàn)細(xì)小龜裂或網(wǎng)狀裂縫，當(dāng)水分進(jìn)入這些龜裂時(shí)，會導(dǎo)致進(jìn)一步損害，例如龜裂的擴(kuò)展和路面破碎。三是車轍，是指高速公路上車輛行駛軌跡處的瀝青路面表面塌陷或凹陷，形成深度和寬度不一的凹槽，當(dāng)水分積聚在車轍中時(shí)，會加劇路面變形和損壞，影響車輛的行駛安全。四是空隙，是指瀝青路面中存在的空洞或孔隙，這些空隙可能由于水分進(jìn)入路面材料中而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的破壞，水分侵入會加速空隙的擴(kuò)大，削弱路面的穩(wěn)定性和承載能力[1]。

2 高速公路瀝青路面水損害早期損壞的危害

2.1 帶來表面損壞

水分對瀝青路面的侵蝕是一種常見而嚴(yán)重的問題，它會引發(fā)路面的表面損壞，給道路的使用和行車安全帶來一系列負(fù)面影響。首先，水分滲入瀝青路面后，會與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使其失去黏結(jié)力，導(dǎo)致路面顆粒逐漸脫落，這會造成路面表面的粗糙和不平整，使其失去原本的光滑度和平整性，路面的粗糙不僅會給行車帶來不舒適感，還會增加車輛的噪聲和振動(dòng)，降低行車的穩(wěn)定性和操控性。其次，水分的侵蝕還會導(dǎo)致泛油浸水和表層龜裂的表面損壞形式，使路面失去黏結(jié)力和穩(wěn)定性，導(dǎo)致路面顆粒的脫落和路面結(jié)構(gòu)的破壞。同時(shí)，水分的滲透還會導(dǎo)致路面表層龜裂，破壞路面的平整性和連續(xù)性，增加進(jìn)一步損壞的可能性。這種表面損壞會給行車安全帶來隱患。粗糙的路面會增加車輛與路面之間的摩擦力，影響制動(dòng)距離和操控性，尤其在雨天或濕滑路段，更容易導(dǎo)致車輛打滑或失控。

2.2 影響路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

水分的滲入對瀝青路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響，首先，水分的侵蝕會破壞瀝青路面的完整性，使得瀝青材料的膠結(jié)力下降，水分進(jìn)入瀝青路面后，會與瀝青中的油分發(fā)生反應(yīng)，使瀝青材料變得軟化和溶解，破壞瀝青的黏結(jié)性能，這導(dǎo)致路面顆粒逐漸脫落，形成空隙和裂縫，削弱了路面的整體結(jié)構(gòu)。其次，水分的滲透會加速疲勞龜裂的形成和擴(kuò)展。水分滲入路面后，會在路面內(nèi)部形成水膜，當(dāng)車輛通過時(shí)，水膜受到壓力作用，加劇路面材料的疲勞損傷，頻繁的車輛荷載會使水膜下的瀝青材料逐漸疲勞破裂，形成龜裂。這些龜裂會進(jìn)一步擴(kuò)展和連接，導(dǎo)致路面表面出現(xiàn)裂縫，使路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響[2]。

2.3 加劇車轍形成

水分的存在對瀝青路面車轍的形成確實(shí)有著明顯的加劇作用，車轍是指路面車輛行駛軌跡處的凹陷，它是由車輛的重載、頻繁通行以及瀝青路面材料的塑性變形引起的。當(dāng)水分滲入路面后，會與瀝青材料發(fā)生反應(yīng)，降低瀝青的黏結(jié)力和強(qiáng)度，這使得瀝青材料更容易發(fā)生塑性變形，特別是在車輛通行的軌跡處。水分的存在增加了路面材料的軟化程度，降低材料的承載能力和抗變形能力。由于車輛在頻繁通行時(shí)對路面施加巨大的壓力，水分引起的瀝青材料軟化會使車輪在車轍處更容易壓入路面，形成更深更寬的車轍。這不僅會導(dǎo)致路面表面的凹陷，還會加劇路面材料的破壞和損傷。車轍的加劇會給行駛車輛帶來不穩(wěn)定感，增加行車的顛簸和振動(dòng)，降低行車的平穩(wěn)性和舒適性。車轍的加深和加寬對行車安全也構(gòu)成一定威脅，深而寬的車轍會增加車輛行駛時(shí)的阻力，影響車輛的穩(wěn)定性和制動(dòng)效果，特別是在雨天或濕滑路段，更容易造成車輛打滑或失控。此外，車轍還可能積水，進(jìn)一步影響車輛的操控性和抓地力[3]。

3 高速公路瀝青路面水損害早期損壞的原因

探究高速公路瀝青路面水損害早期損壞的原因，才能制定針對性的措施進(jìn)行預(yù)防和問題的解決，其具體原因有以下幾點(diǎn)：一是降雨和排水不暢。當(dāng)降雨量過大或排水系統(tǒng)不完善時(shí)，水分會在路面上積聚，進(jìn)入瀝青結(jié)構(gòu)內(nèi)部，滲透到路面材料中，這導(dǎo)致路面材料受潮、軟化和脫粒，降低瀝青的黏結(jié)性和穩(wěn)定性。二是凍融循環(huán)。在寒冷地區(qū)，凍融循環(huán)也是導(dǎo)致高速公路瀝青路面水損害的重要原因。當(dāng)路面中的水分滲入瀝青結(jié)構(gòu)中后，當(dāng)溫度下降到冰點(diǎn)以下時(shí)，水分會凍結(jié)并膨脹，從而產(chǎn)生內(nèi)部壓力，隨著溫度升高，冰開始融化，水分釋放并導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的松散和裂縫形成。三是車輛載荷和頻繁通行。高速公路上的大型載貨車輛和頻繁通行的車流量也會導(dǎo)致瀝青路面水損害，這些車輛產(chǎn)生的重載和頻繁的行駛會加劇路面的疲勞破壞，使路面結(jié)構(gòu)變形，形成車轍和龜裂，當(dāng)水分存在時(shí)，它會加速路面的變形和破壞，縮短路面的壽命。四是不當(dāng)?shù)牟牧线x擇和路面設(shè)計(jì)。不合適的材料選擇和路面設(shè)計(jì)也可能導(dǎo)致高速公路瀝青路面水損害，如果選擇的瀝青材料不具備足夠的抗水性能，或者路面設(shè)計(jì)中缺乏有效的排水措施，都會使水分更容易滲入瀝青結(jié)構(gòu)中，引發(fā)早期損壞。五是環(huán)境因素。環(huán)境因素如化學(xué)物質(zhì)的侵蝕、輻射和污染也可能對高速公路瀝青路面水損害的早期損壞產(chǎn)生影響。某些化學(xué)物質(zhì)，如鹽類和酸性物質(zhì)，可以滲入瀝青結(jié)構(gòu)并與路面材料發(fā)生反應(yīng)，破壞其物理和化學(xué)性質(zhì)，使路面更易受水分侵蝕。此外，輻射和污染物的存在也可能加速路面老化和損壞的發(fā)生。

4 解決高速公路瀝青路面水損害早期損壞的技術(shù)途徑

4.1 優(yōu)化路面排水系統(tǒng)

優(yōu)化路面排水系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)和改進(jìn)雨水排放的設(shè)施和結(jié)構(gòu)，以確保雨水迅速、均勻地排出路面，降低積水的風(fēng)險(xiǎn)。此系統(tǒng)包括合理的路面橫坡和縱坡設(shè)計(jì)、設(shè)置雨水收集設(shè)施和疏水溝、建造良好的雨水排放出口等，通過優(yōu)化排水系統(tǒng)，可以最大限度地減少雨水在路面上滯留的時(shí)間，降低水分滲透的風(fēng)險(xiǎn)，減少路面損壞的可能性。為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)化路面排水系統(tǒng)，首先，要合理設(shè)計(jì)橫向和縱向坡度，這樣能夠保證雨水順利地流向排水出口，橫坡應(yīng)根據(jù)道路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和附近地形確定，以保證雨水的迅速排除。其次，要在路面邊緣或適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置雨水收集設(shè)施，如雨水井或下水道，這些設(shè)施可以收集和引導(dǎo)路面上的雨水，減少積水的產(chǎn)生，也要修建合適的疏水溝來引導(dǎo)雨水流入收集設(shè)施。再次，要建造良好的雨水排放出口，定期檢查和清理排水出口，確保排水出口的暢通和通風(fēng)，避免堵塞和積水，防止積水對路面的損害。最后，要加強(qiáng)排水系統(tǒng)的維護(hù)和管理，定期檢查和清理排水系統(tǒng)，包括疏通疏水溝、清理雨水井等，及時(shí)修復(fù)和維護(hù)排水設(shè)施，確保其正常運(yùn)行。

4.2 重視材料選擇和改進(jìn)

在解決高速公路瀝青路面水損害早期損壞問題時(shí)，材料選擇和改進(jìn)是一項(xiàng)重要的策略。優(yōu)質(zhì)的瀝青材料和添加劑可以提高路面的抗水性能，減少水分的滲透和損害，此外，新型的路面材料和技術(shù)的應(yīng)用也可以改善路面的耐久性和抗水性能。對此，首先，要選擇質(zhì)量穩(wěn)定、具有良好抗水性能的瀝青材料，如聚合物改性瀝青（PMA）和橡膠改性瀝青（RMA），這些材料能夠提高路面的柔韌性和抗水滲透性，減少水分對路面的侵蝕。其次，要采用適當(dāng)?shù)奶砑觿?，如瀝青增黏劑和抗剝離劑，以提高瀝青混合料的黏結(jié)力和抗水性能，添加劑能夠改善瀝青材料的黏結(jié)能力和穩(wěn)定性，減少水分滲透和損害。再次，要注意引入新型的路面材料，如滲水瀝青混合料和多孔瀝青混合料，滲水瀝青混合料具有良好的排水性能，可以快速排除路面上的積水，減少水損害的可能性，多孔瀝青混合料具有良好的透水性，能夠?qū)⑺盅杆倥抛?，減少水分對路面的影響。最后，表面涂層的應(yīng)用也是很有必要的，涂布防水涂料或使用微纖維增強(qiáng)劑來形成表面涂層，以增強(qiáng)路面的抗水性能，這些涂層可以形成一層保護(hù)膜，防止水分滲透到路面深層，減少水損害的發(fā)生。

4.3 加強(qiáng)施工質(zhì)量控制

在解決高速公路瀝青路面水損害早期損壞問題時(shí)，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制至關(guān)重要，通過規(guī)范施工過程，確保材料的正確使用、施工工藝的合理實(shí)施以及質(zhì)量檢驗(yàn)的嚴(yán)格執(zhí)行，可以提高路面的質(zhì)量和穩(wěn)定性，防止水損害的發(fā)生。首先，要合理選擇符合規(guī)范要求的瀝青材料，并確保供應(yīng)商提供的材料符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對進(jìn)場的瀝青材料進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，包括外觀、黏度、含水率等指標(biāo)的檢測，確保材料的質(zhì)量穩(wěn)定。其次，要制定嚴(yán)格的施工工藝標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程，確保施工過程的科學(xué)性和規(guī)范性，包括瀝青混合料的拌和與鋪設(shè)工藝、攤鋪溫度的控制、壓實(shí)密實(shí)度的要求等，以確保瀝青路面的質(zhì)量和穩(wěn)定性。再次，應(yīng)該建立完善的質(zhì)量檢驗(yàn)和監(jiān)控體系，對施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測和檢測。例如，對瀝青混合料的配合比、攤鋪厚度、壓實(shí)度等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和檢驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的糾正措施。最后，加強(qiáng)施工人員的培訓(xùn)和管理，提高他們的技術(shù)水平和工作質(zhì)量意識，確保施工人員熟悉施工規(guī)范和工藝要求，并能夠正確操作和控制施工過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以保證施工質(zhì)量。

4.4 公路表面層空隙率和級配

公路表面層空隙率和級配設(shè)計(jì)選擇是解決高速公路瀝青路面水損害早期損壞的重要技術(shù)途徑。保持適當(dāng)?shù)谋砻鎸涌障堵适欠乐顾畵p壞的關(guān)鍵（見表1），當(dāng)瀝青路面的空隙率不超過8%時(shí)，水分在受到荷載作用時(shí)不會形成動(dòng)水壓力，從而減少水損壞的發(fā)生。因此，在設(shè)計(jì)和施工過程中，需要控制和調(diào)整瀝青混合料的配合比，以確保表面層的空隙率控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。其次，級配是指不同顆粒大小的瀝青混合料的分布比例。在選擇級配時(shí)，應(yīng)考慮顆粒間的填充密實(shí)度和排水能力，適當(dāng)?shù)募壟湓O(shè)計(jì)可以增加瀝青混合料的密實(shí)度，減少空隙的存在，從而降低水損害的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)踐證明，當(dāng)路面空隙率在8%～15%之間時(shí)，水會逐漸侵入混合料內(nèi)部，并在荷載作用下產(chǎn)生動(dòng)力水，加劇對瀝青混合料造成損壞。因此，通過優(yōu)化級配設(shè)計(jì)，可以減少混合料內(nèi)部的空隙，降低水侵入的可能性，從而提高路面的耐水性能。最后還要注重改性瀝青的應(yīng)用，當(dāng)路面空隙率超過15%時(shí)，建議選用改性瀝青。改性瀝青通過添加改性劑改善瀝青的性能，使其具有更好的抗水性能和變形能力。改性瀝青可以提高瀝青混合料的稠度和黏附性，從而使空隙中的水可以自由流動(dòng)，減少水損壞的發(fā)生。因此，在設(shè)計(jì)和施工過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的改性瀝青，以滿足路面的抗水性能要求。

表1 公路表面層空隙率和級配

4.5 加強(qiáng)整體管理和監(jiān)測

高速公路瀝青路面施工完成后要進(jìn)行必要的管理和監(jiān)測，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決。對此，首先要建立完善的管理體系，包括規(guī)范的操作流程、標(biāo)準(zhǔn)化的施工要求和質(zhì)量控制措施，制定相關(guān)的管理規(guī)章制度，明確責(zé)任和任務(wù)分工，確保施工過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的嚴(yán)格執(zhí)行和監(jiān)督。其次，要注重現(xiàn)代化的監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用，對施工過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和記錄，監(jiān)測包括瀝青混合料的溫度、攤鋪厚度、密實(shí)度以及材料的配比等，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和評估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量問題，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行調(diào)整和修正。再次，要建立嚴(yán)格的質(zhì)量驗(yàn)收機(jī)制，對施工質(zhì)量進(jìn)行全面檢查和評估，進(jìn)行必要的抽樣檢測和試驗(yàn)室測試，確保瀝青路面的質(zhì)量符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和要求。最后，利用先進(jìn)的信息技術(shù)和智能化管理系統(tǒng)，對施工過程進(jìn)行追蹤和監(jiān)控。通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和分析，對施工質(zhì)量和工藝進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行預(yù)防性控制。

5 結(jié)語

綜上所述，針對高速公路瀝青路面水損害早期損壞問題，需要從多方面入手。未來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，會有更多先進(jìn)的技術(shù)和方法應(yīng)用于高速公路建設(shè)和維護(hù)中。例如，發(fā)展耐水性能優(yōu)良的瀝青材料，研發(fā)智能化的排水系統(tǒng)和路面監(jiān)測設(shè)備，建立數(shù)據(jù)化的管理平臺，將大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)應(yīng)用于路面管理和維護(hù)等。解決高速公路瀝青路面水損害早期損壞問題需要多方面的努力和綜合應(yīng)對，通過持續(xù)的努力和改進(jìn)，可以建設(shè)更加安全、高效和可持續(xù)發(fā)展的高速公路網(wǎng)絡(luò)，為人們提供更便捷的出行環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的繁榮與發(fā)展。