高速公路瀝青路面材料選擇與性能提升研究

周長(zhǎng)輝

摘 要：高速公路作為現(xiàn)代交通體系的重要組成部分，其瀝青路面的性能直接影響著行車(chē)安全、舒適度以及道路的長(zhǎng)期服役狀況。近年來(lái)，隨著交通運(yùn)輸量的持續(xù)增長(zhǎng)、重型車(chē)輛比例的增加以及極端氣候事件的頻發(fā)，對(duì)瀝青路面的耐久性、穩(wěn)定性和環(huán)保性提出了更高要求。與此同時(shí)，新材料、新技術(shù)的快速發(fā)展為提升瀝青路面性能提供了新的可能。因此，深入研究高速公路瀝青路面材料的選擇策略與性能提升技術(shù)，對(duì)于確保道路基礎(chǔ)設(shè)施的長(zhǎng)期高效運(yùn)行，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，以及實(shí)現(xiàn)交通領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)具有重大意義。

關(guān)鍵詞：高速公路 瀝青路面 材料選擇 性能提升

隨著交通運(yùn)輸業(yè)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)高速公路瀝青路面的性能要求不斷提升，以滿足更高的行車(chē)安全、舒適度、耐久性和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。文章系統(tǒng)探討了高速公路瀝青路面材料的選擇原則、關(guān)鍵材料特性對(duì)路面性能的影響，以及通過(guò)新材料、新技術(shù)、新工藝實(shí)現(xiàn)性能提升的有效途徑。研究?jī)?nèi)容涵蓋了瀝青類(lèi)型與性能、集料特性與級(jí)配優(yōu)化、添加劑與輔助材料的選擇，以及改性瀝青技術(shù)、混合料設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工工藝與質(zhì)量控制等性能提升措施。力求在提升路面性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約、環(huán)境友好與經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

1 高速公路瀝青路面的特點(diǎn)

1.1 柔性與彈性

瀝青路面是一種柔性路面，具有良好的彈性和塑性變形能力，能夠適應(yīng)各種荷載引起的應(yīng)力變化，有效吸收和分散車(chē)輛行駛產(chǎn)生的沖擊力，從而降低行車(chē)振動(dòng)，減少輪胎與路面間的噪聲，提升駕駛舒適性。

1.2 平整度與接縫

瀝青路面表面平整，無(wú)明顯的接縫，這對(duì)于高速行駛的車(chē)輛來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，有助于保持行車(chē)穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)減少了因接縫導(dǎo)致的顛簸和噪音。相比之下，水泥混凝土路面存在接縫，可能影響行駛平順性。

1.3 快速修復(fù)與養(yǎng)護(hù)

瀝青路面損壞后修復(fù)速度快，修復(fù)周期短。無(wú)論是小范圍的局部修補(bǔ)還是較大面積的銑刨重鋪，瀝青路面都能相對(duì)較快地恢復(fù)交通，對(duì)高速公路的運(yùn)營(yíng)影響較小。養(yǎng)護(hù)工作相對(duì)簡(jiǎn)便，可以進(jìn)行定期的封層、灌縫、坑槽修補(bǔ)等維護(hù)，保持路面的良好狀態(tài)。

1.4 降噪與防塵

瀝青路面能有效降低行車(chē)噪音，相較于水泥路面，其吸音效果更好，有助于營(yíng)造安靜的交通環(huán)境。此外，瀝青路面能夠吸附部分塵土，減少汽車(chē)高速通過(guò)時(shí)的揚(yáng)塵，有利于保持駕駛視線清晰，提高行車(chē)安全。

2 高速公路瀝青路面材料選擇

2.1 瀝青的特性與選擇

2.1.1 瀝青的特性

感溫性：瀝青對(duì)溫度敏感，隨著溫度的變化，其狀態(tài)可以在固體、半固體和液體之間轉(zhuǎn)變。這一特性要求在設(shè)計(jì)和施工時(shí)要考慮氣溫對(duì)瀝青性能的影響，選擇適合當(dāng)?shù)貧夂驐l件的瀝青類(lèi)型和等級(jí)。黏滯性與流動(dòng)性：黏度直接影響瀝青的拌合、攤鋪和壓實(shí)性能。選擇時(shí)要確保瀝青在施工溫度下具有適宜的流動(dòng)性，便于混合料拌合均勻和攤鋪平整。塑性與延展性：瀝青具有良好的塑性，即在外力作用下產(chǎn)生變形而不破壞，去除外力后仍能保持變形狀態(tài)。這一特性使得瀝青路面能夠承受荷載并適應(yīng)一定的變形，對(duì)于抵抗裂縫擴(kuò)展和路面變形至關(guān)重要。瀝青應(yīng)具有良好的抗老化性能，能夠抵御紫外線、化學(xué)物質(zhì)等環(huán)境因素對(duì)其性能的劣化作用，保證路面在長(zhǎng)期服役期間保持良好的路用性能。瀝青與骨料間應(yīng)具有良好的粘結(jié)力，確?；旌狭蟽?nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止骨料松散脫落，增強(qiáng)路面的整體強(qiáng)度和抗剪切能力?？顾畵p害性：瀝青應(yīng)具備良好的抗水損害性能，防止水分浸入瀝青與骨料界面，引發(fā)剝離、凍融損壞等問(wèn)題。

2.1.2 瀝青材料的選擇

（1）類(lèi)型選擇

石油瀝青：最常用的瀝青類(lèi)型，由原油蒸餾殘余物加工而成，按其針入度、軟化點(diǎn)、延度等技術(shù)指標(biāo)分為不同等級(jí)，適用于各類(lèi)道路工程。選擇時(shí)要考慮氣候條件（如溫度范圍、降雨量）、交通荷載等級(jí)、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素。改性瀝青：通過(guò)添加改性劑（如SBS、PE、EVA等）改善石油瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性，適用于重載交通、嚴(yán)寒地區(qū)、大溫差地區(qū)或?qū)β访嫘阅苡刑厥庖蟮穆范巍Ｈ榛癁r青：將石油瀝青乳化成水包油型乳液，常用于封層、粘層、冷再生等施工工藝，具有環(huán)保、施工快捷的優(yōu)點(diǎn)。煤瀝青：源自煤炭煉焦過(guò)程的副產(chǎn)品，其性能通常不如石油瀝青，但在某些特定場(chǎng)合（如防水材料、防腐涂料等）或成本考慮下可能被選用。

（2）技術(shù)指標(biāo)選擇

衡量瀝青在一定溫度和荷載下，標(biāo)準(zhǔn)針在規(guī)定時(shí)間內(nèi)貫入瀝青樣品的深度。針入度越大，瀝青越軟，反之則越硬。選擇時(shí)需考慮施工溫度、氣候條件和路面設(shè)計(jì)要求。軟化點(diǎn)：表示瀝青開(kāi)始軟化的溫度，反映其高溫穩(wěn)定性和耐熱性。軟化點(diǎn)高的瀝青更適合高溫地區(qū)使用。延度：測(cè)量瀝青在規(guī)定溫度和拉力下伸長(zhǎng)至斷裂的長(zhǎng)度，反映其低溫抗裂性和塑性。選擇抗老化性能好的瀝青，可以延長(zhǎng)路面使用壽命。粘結(jié)強(qiáng)度：通過(guò)馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、間接拉伸試驗(yàn)等評(píng)估瀝青與骨料的粘結(jié)性能。選擇粘結(jié)力強(qiáng)的瀝青，可確?；旌狭蟽?nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2.2 穿山隧道涂裝的防水新材料的特性及選擇

2.2.1 穿山隧道涂裝的防水新材料的特性

優(yōu)異的防水性能：這類(lèi)新材料能夠形成致密的防水膜，有效阻止水分滲透，確保隧道結(jié)構(gòu)不受地下水、雨水及其他水源侵蝕，維持隧道內(nèi)部干燥，保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)免受凍融、堿集料反應(yīng)等水害影響。耐久性與抗老化：隧道內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，防水材料需具備良好的耐久性，能夠在長(zhǎng)期潮濕、高低溫交替、紫外線輻射等條件下保持性能穩(wěn)定，避免過(guò)早失效。針對(duì)隧道可能出現(xiàn)的微裂縫，新材料應(yīng)具備自我愈合或隨裂縫擴(kuò)展的能力，防止水分沿裂縫侵入。同時(shí)，材料本身應(yīng)具有低滲透性，防止水分子通過(guò)毛細(xì)作用進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部。施工便捷與適應(yīng)性：隧道施工條件受限，防水材料應(yīng)具備良好的施工性。此外，能適應(yīng)隧道的各種復(fù)雜形狀和節(jié)點(diǎn)部位。

2.2.2 選擇要點(diǎn)

（1）材料類(lèi)型

防水涂料：如FYT-1改進(jìn)型防水涂料、聚氨酯防水涂料、丙烯酸防水涂料等，適用于大面積涂刷，可形成連續(xù)無(wú)縫的防水層，適應(yīng)各種形狀和細(xì)節(jié)部位。防水卷材：如高聚物改性瀝青防水卷材、PVC防水卷材、EVA/TPO防水卷材等，適用于大跨度、規(guī)則表面的防水處理，通過(guò)熱熔、冷粘或機(jī)械固定等方式與基層緊密貼合。噴涂聚脲防水材料：快速固化，可在任何曲面、復(fù)雜結(jié)構(gòu)上形成無(wú)縫、連續(xù)、柔韌且高強(qiáng)度的防水層，尤其適用于隧道快速施工和復(fù)雜結(jié)構(gòu)防水。

（2）工藝適應(yīng)性

防水卷材預(yù)先鋪設(shè)于隧道襯砌背后，依靠卷材與后續(xù)澆筑混凝土的粘結(jié)力實(shí)現(xiàn)防水。噴膜防水：如聚脲、噴涂聚丙烯酸酯等，現(xiàn)場(chǎng)噴涂成膜，無(wú)需搭接，施工效率高，尤其適用于長(zhǎng)大隧道和管片拼接縫防水。針對(duì)已出現(xiàn)滲漏水的隧道，可采用注漿防水技術(shù)，通過(guò)注入化學(xué)漿液封堵裂縫或孔隙。

2.3 高速公路上的隔音板材料特性及選擇

2.3.1 高速公路上的隔音板材料特性

隔音板材料應(yīng)具有良好的吸聲系數(shù)，能夠有效地吸收和衰減由交通噪聲產(chǎn)生的聲波，降低噪聲傳播，達(dá)到降低沿線居民區(qū)和敏感區(qū)域噪聲污染的目標(biāo)。由于長(zhǎng)期暴露在戶外環(huán)境中，隔音板材料必須具備優(yōu)異的耐候性，能夠抵抗紫外線照射、風(fēng)雨侵蝕、溫度變化等自然因素的影響，確保材料性能穩(wěn)定，延長(zhǎng)使用壽命。隔音板材料應(yīng)具有一定的阻燃性或難燃性，降低發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，并在一定程度上阻止火勢(shì)蔓延，提高高速公路消防安全水平。隔音板材料應(yīng)設(shè)計(jì)成易于安裝和拆卸，模塊化構(gòu)造便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝，同時(shí)，材料應(yīng)易于清潔和保養(yǎng)，降低維護(hù)成本。美觀性與環(huán)境融合：考慮到高速公路沿線景觀要求，隔音板材料應(yīng)具有良好的視覺(jué)效果，顏色、紋理和造型設(shè)計(jì)應(yīng)與周?chē)h(huán)境協(xié)調(diào)，甚至可以融入藝術(shù)元素，提升道路景觀品質(zhì)。

2.3.2 選擇要點(diǎn)

（1）材料類(lèi)型

金屬類(lèi)材料：如鍍鋅鋼板、鋁合金板等，強(qiáng)度高、耐候性強(qiáng)、易于加工成各種形狀，表面可進(jìn)行噴塑處理以增強(qiáng)耐腐蝕性和美觀性。透明或半透明材料：如PC（聚碳酸酯）板、亞克力板、玻璃等，提供視線穿透，減少封閉感，同時(shí)具備一定的吸聲效果。復(fù)合材料：如玻璃鋼（FRP）、金屬-透明材料復(fù)合板等，結(jié)合金屬的強(qiáng)度和透明材料的視線穿透性，實(shí)現(xiàn)多功能集成。內(nèi)部填充吸聲棉、吸聲顆?；蛭暁值?，增強(qiáng)隔音效果，尤其是對(duì)于中高頻噪聲的吸收。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)設(shè)計(jì)不同形狀和大小的孔洞，利用亥姆霍茲共振原理提高吸聲性能，同時(shí)減輕板體重，利于安裝。采用不同材質(zhì)或結(jié)構(gòu)的多層隔音板組合，形成阻尼結(jié)構(gòu)，提高吸聲效果和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。吸聲百葉或穿孔板：設(shè)計(jì)成百葉狀或穿孔結(jié)構(gòu)，既滿足通風(fēng)散熱需求，又能增加吸聲表面積，提高吸聲效果。

3 高速公路瀝青路面的性能提升

3.1 瀝青材料的性能提升

3.1.1 聚合物改性

SBS改性劑：使用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）熱塑性彈性體作為改性劑，可以顯著改善瀝青的高低溫性能、抗老化性、抗疲勞開(kāi)裂、抗車(chē)轍能力以及抗水損害等特性。SBS改性瀝青能夠提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，降低低溫脆性，延長(zhǎng)路面使用壽命。APP改性劑：使用無(wú)規(guī)聚丙烯（APP）作為改性劑，可以制備APP改性瀝青防水卷材。這種改性瀝青具有良好的熱穩(wěn)定性、抗紫外線能力和防水性能。通過(guò)聚合反應(yīng)增強(qiáng)防水性能，優(yōu)化卷材配方以提高延展性，改進(jìn)APP分子結(jié)構(gòu)減少脆裂，以及使用復(fù)合增韌劑提升抗穿刺性能和表面耐候性，從而提升整體防水卷材的性能。

3.1.2 研發(fā)高模量瀝青

高模量瀝青的研發(fā)：通過(guò)選擇合適的基質(zhì)瀝青（如30#基質(zhì)瀝青）并添加特定改性劑（如SBS），可以研發(fā)出具有高模量特性的瀝青。這種瀝青的特點(diǎn)是復(fù)數(shù)模量、儲(chǔ)能模量和損耗模量均較高，而損耗角正切較小，意味著其在受力時(shí)能保持較高的剛度，同時(shí)具有較低的能量損失，有利于抵抗荷載引起的永久變形，如車(chē)轍。性能驗(yàn)證與應(yīng)用：通過(guò)動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)、車(chē)轍試驗(yàn)和低溫彎曲試驗(yàn)等方法，對(duì)高模量瀝青混合料進(jìn)行性能評(píng)估。研究表明，這類(lèi)瀝青混合料具有優(yōu)異的抗車(chē)轍能力、良好的低溫抗裂性和較高的抗疲勞性能，適用于承受重載交通或需要增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的場(chǎng)合。

3.2 穿山隧道涂層新材料的性能提升

3.2.1 耐腐蝕性增強(qiáng)

通過(guò)增加涂層體系中的交聯(lián)劑用量或選擇高效的交聯(lián)劑，提高涂層的交聯(lián)密度，降低水和氧氣透過(guò)率，有效減緩金屬基材遭受腐蝕的速度。采用防腐蝕顏填料：加入鋅粉、鋁粉等活性顏填料或采用含鉻、鉬、硅等元素的特殊防腐顏料，提供犧牲陽(yáng)極保護(hù)或形成致密的鈍化膜，增強(qiáng)涂層對(duì)基材的屏障保護(hù)作用。雙涂層或多涂層系統(tǒng)：設(shè)計(jì)底層、中間層、面層等多種功能涂層組合，形成逐層防護(hù)，實(shí)現(xiàn)多層次、全方位的防腐蝕保護(hù)。耐磨耐劃傷性改善，加石英砂、陶瓷微珠等硬質(zhì)填料，提高涂層的硬度和耐磨性。

3.2.2 附著力提升

對(duì)隧道內(nèi)壁進(jìn)行嚴(yán)格的清潔、除銹、噴砂等預(yù)處理，確保涂層與基材之間有良好的機(jī)械結(jié)合和化學(xué)鍵合。選用針對(duì)混凝土或鋼材等不同基材的專(zhuān)用底漆，增強(qiáng)涂層與基材間的附著力。添加光穩(wěn)定劑（如受阻胺類(lèi)、紫外線吸收劑等）和抗氧化劑，抵抗紫外線照射和氧化降解，防止涂層老化變色、粉化脫落。針對(duì)隧道內(nèi)可能出現(xiàn)的溫度波動(dòng)，選用耐高低溫性能優(yōu)異的樹(shù)脂和添加劑，確保涂層在各種溫度條件下保持穩(wěn)定。

3.3 高速公路隔音板的性能提升

3.3.1 吸聲與隔聲性能優(yōu)化

采用高性能吸聲材料，對(duì)于隔聲部分，可以選擇密度更大、剛性更強(qiáng)的材料（如金屬?gòu)?fù)合板、高強(qiáng)混凝土板等），增強(qiáng)其對(duì)中低頻噪聲的阻擋能力。采用雙層或多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，中間填充吸聲材料，形成“隔聲-吸聲-隔聲”的復(fù)合結(jié)構(gòu)，既阻擋直達(dá)聲波，又能有效吸收透射聲波，提高總降噪效果。增加橫向或縱向加強(qiáng)筋，提高面板的抗彎、抗扭性能。對(duì)金屬構(gòu)件進(jìn)行熱鍍鋅、粉末噴涂、氟碳噴涂等防腐處理，延長(zhǎng)其在惡劣氣候條件下的使用壽命。非金屬材料則需確保具有良好的耐候性，如采用耐候性強(qiáng)的塑料、復(fù)合材料等。

3.3.2 環(huán)境適應(yīng)性與美學(xué)設(shè)計(jì)

針對(duì)不同地區(qū)的氣候特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的材料和防護(hù)措施，設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)高度、角度的聲屏障，以適應(yīng)地形起伏變化，確保聲屏障與地面的緊密貼合，減少噪聲泄漏。采用色彩豐富、造型各異的面板，結(jié)合周邊環(huán)境進(jìn)行藝術(shù)化設(shè)計(jì)，使之成為公路景觀的一部分。使用透明或半透明材料，保持視線通透，減少駕駛者視覺(jué)壓抑感。結(jié)合聲屏障頂部設(shè)置種植槽，種植攀緣植物或布置垂直綠化，既美化環(huán)境，又能利用植物吸聲，增強(qiáng)降噪效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，瀝青路面性能提升的研究仍需與時(shí)俱進(jìn)，持續(xù)關(guān)注前沿科技動(dòng)態(tài)，積極開(kāi)展跨學(xué)科交叉合作，以應(yīng)對(duì)未來(lái)交通領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。我們期待本研究能激發(fā)更多關(guān)于高速公路瀝青路面性能提升的創(chuàng)新思考與實(shí)踐探索，共同推動(dòng)我國(guó)乃至全球交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高質(zhì)量發(fā)展。

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