解决高速公路沥青路面水损害早期损坏的技术途径分析

李宗友、庄秀文

[山东（临沂）公路交通应急装备物资储备中心，山东 临沂276000]

0 引言

高速公路作为重要的交通基础设施，承担着大量的车流和重载运输任务。然而，沥青路面水损害早期损坏成为影响公路使用寿命和行车安全的重要问题。水分的侵蚀会导致路面的表层损坏、结构稳定性降低、车辙加剧等问题。因此，寻找解决这一问题的技术途径具有重要的理论和实际意义。

1 高速公路沥青路面水损害早期损坏的类型

高速公路沥青路面水损害是指由于水分对沥青路面材料的侵蚀和影响而引起的早期损坏。以下是几种常见高速公路沥青路面水损害类型：一是泛油浸水，是指沥青路面表面出现大量细小颗粒松散的情况，通常伴随水分在沥青表面的聚集，这种损害会导致路面表面的颗粒逐渐脱落，形成沥青路面表面的粗糙和不平整。二是表层龟裂，是指沥青路面表面出现细小龟裂或网状裂缝，当水分进入这些龟裂时，会导致进一步损害，例如龟裂的扩展和路面破碎。三是车辙，是指高速公路上车辆行驶轨迹处的沥青路面表面塌陷或凹陷，形成深度和宽度不一的凹槽，当水分积聚在车辙中时，会加剧路面变形和损坏，影响车辆的行驶安全。四是空隙，是指沥青路面中存在的空洞或孔隙，这些空隙可能由于水分进入路面材料中而导致路面结构的破坏，水分侵入会加速空隙的扩大，削弱路面的稳定性和承载能力[1]。

2 高速公路沥青路面水损害早期损坏的危害

2.1 带来表面损坏

水分对沥青路面的侵蚀是一种常见而严重的问题，它会引发路面的表面损坏，给道路的使用和行车安全带来一系列负面影响。首先，水分渗入沥青路面后，会与沥青发生化学反应，使其失去黏结力，导致路面颗粒逐渐脱落，这会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，路面的粗糙不仅会给行车带来不舒适感，还会增加车辆的噪声和振动，降低行车的稳定性和操控性。其次，水分的侵蚀还会导致泛油浸水和表层龟裂的表面损坏形式，使路面失去黏结力和稳定性，导致路面颗粒的脱落和路面结构的破坏。同时，水分的渗透还会导致路面表层龟裂，破坏路面的平整性和连续性，增加进一步损坏的可能性。这种表面损坏会给行车安全带来隐患。粗糙的路面会增加车辆与路面之间的摩擦力，影响制动距离和操控性，尤其在雨天或湿滑路段，更容易导致车辆打滑或失控。

2.2 影响路面结构稳定性

水分的渗入对沥青路面结构的稳定性产生显著影响，首先，水分的侵蚀会破坏沥青路面的完整性，使得沥青材料的胶结力下降，水分进入沥青路面后，会与沥青中的油分发生反应，使沥青材料变得软化和溶解，破坏沥青的黏结性能，这导致路面颗粒逐渐脱落，形成空隙和裂缝，削弱了路面的整体结构。其次，水分的渗透会加速疲劳龟裂的形成和扩展。水分渗入路面后，会在路面内部形成水膜，当车辆通过时，水膜受到压力作用，加剧路面材料的疲劳损伤，频繁的车辆荷载会使水膜下的沥青材料逐渐疲劳破裂，形成龟裂。这些龟裂会进一步扩展和连接，导致路面表面出现裂缝，使路面结构的稳定性受到严重影响[2]。

2.3 加剧车辙形成

水分的存在对沥青路面车辙的形成确实有着明显的加剧作用，车辙是指路面车辆行驶轨迹处的凹陷，它是由车辆的重载、频繁通行以及沥青路面材料的塑性变形引起的。当水分渗入路面后，会与沥青材料发生反应，降低沥青的黏结力和强度，这使得沥青材料更容易发生塑性变形，特别是在车辆通行的轨迹处。水分的存在增加了路面材料的软化程度，降低材料的承载能力和抗变形能力。由于车辆在频繁通行时对路面施加巨大的压力，水分引起的沥青材料软化会使车轮在车辙处更容易压入路面，形成更深更宽的车辙。这不仅会导致路面表面的凹陷，还会加剧路面材料的破坏和损伤。车辙的加剧会给行驶车辆带来不稳定感，增加行车的颠簸和振动，降低行车的平稳性和舒适性。车辙的加深和加宽对行车安全也构成一定威胁，深而宽的车辙会增加车辆行驶时的阻力，影响车辆的稳定性和制动效果，特别是在雨天或湿滑路段，更容易造成车辆打滑或失控。此外，车辙还可能积水，进一步影响车辆的操控性和抓地力[3]。

3 高速公路沥青路面水损害早期损坏的原因

探究高速公路沥青路面水损害早期损坏的原因，才能制定针对性的措施进行预防和问题的解决，其具体原因有以下几点：一是降雨和排水不畅。当降雨量过大或排水系统不完善时，水分会在路面上积聚，进入沥青结构内部，渗透到路面材料中，这导致路面材料受潮、软化和脱粒，降低沥青的黏结性和稳定性。二是冻融循环。在寒冷地区，冻融循环也是导致高速公路沥青路面水损害的重要原因。当路面中的水分渗入沥青结构中后，当温度下降到冰点以下时，水分会冻结并膨胀，从而产生内部压力，随着温度升高，冰开始融化，水分释放并导致路面结构的松散和裂缝形成。三是车辆载荷和频繁通行。高速公路上的大型载货车辆和频繁通行的车流量也会导致沥青路面水损害，这些车辆产生的重载和频繁的行驶会加剧路面的疲劳破坏，使路面结构变形，形成车辙和龟裂，当水分存在时，它会加速路面的变形和破坏，缩短路面的寿命。四是不当的材料选择和路面设计。不合适的材料选择和路面设计也可能导致高速公路沥青路面水损害，如果选择的沥青材料不具备足够的抗水性能，或者路面设计中缺乏有效的排水措施，都会使水分更容易渗入沥青结构中，引发早期损坏。五是环境因素。环境因素如化学物质的侵蚀、辐射和污染也可能对高速公路沥青路面水损害的早期损坏产生影响。某些化学物质，如盐类和酸性物质，可以渗入沥青结构并与路面材料发生反应，破坏其物理和化学性质，使路面更易受水分侵蚀。此外，辐射和污染物的存在也可能加速路面老化和损坏的发生。

4 解决高速公路沥青路面水损害早期损坏的技术途径

4.1 优化路面排水系统

优化路面排水系统包括设计和改进雨水排放的设施和结构，以确保雨水迅速、均匀地排出路面，降低积水的风险。此系统包括合理的路面横坡和纵坡设计、设置雨水收集设施和疏水沟、建造良好的雨水排放出口等，通过优化排水系统，可以最大限度地减少雨水在路面上滞留的时间，降低水分渗透的风险，减少路面损坏的可能性。为了实现优化路面排水系统，首先，要合理设计横向和纵向坡度，这样能够保证雨水顺利地流向排水出口，横坡应根据道路的设计标准和附近地形确定，以保证雨水的迅速排除。其次，要在路面边缘或适当的位置设置雨水收集设施，如雨水井或下水道，这些设施可以收集和引导路面上的雨水，减少积水的产生，也要修建合适的疏水沟来引导雨水流入收集设施。再次，要建造良好的雨水排放出口，定期检查和清理排水出口，确保排水出口的畅通和通风，避免堵塞和积水，防止积水对路面的损害。最后，要加强排水系统的维护和管理，定期检查和清理排水系统，包括疏通疏水沟、清理雨水井等，及时修复和维护排水设施，确保其正常运行。

4.2 重视材料选择和改进

在解决高速公路沥青路面水损害早期损坏问题时，材料选择和改进是一项重要的策略。优质的沥青材料和添加剂可以提高路面的抗水性能，减少水分的渗透和损害，此外，新型的路面材料和技术的应用也可以改善路面的耐久性和抗水性能。对此，首先，要选择质量稳定、具有良好抗水性能的沥青材料，如聚合物改性沥青（PMA）和橡胶改性沥青（RMA），这些材料能够提高路面的柔韧性和抗水渗透性，减少水分对路面的侵蚀。其次，要采用适当的添加剂，如沥青增黏剂和抗剥离剂，以提高沥青混合料的黏结力和抗水性能，添加剂能够改善沥青材料的黏结能力和稳定性，减少水分渗透和损害。再次，要注意引入新型的路面材料，如渗水沥青混合料和多孔沥青混合料，渗水沥青混合料具有良好的排水性能，可以快速排除路面上的积水，减少水损害的可能性，多孔沥青混合料具有良好的透水性，能够将水分迅速排走，减少水分对路面的影响。最后，表面涂层的应用也是很有必要的，涂布防水涂料或使用微纤维增强剂来形成表面涂层，以增强路面的抗水性能，这些涂层可以形成一层保护膜，防止水分渗透到路面深层，减少水损害的发生。

4.3 加强施工质量控制

在解决高速公路沥青路面水损害早期损坏问题时，加强施工质量控制至关重要，通过规范施工过程，确保材料的正确使用、施工工艺的合理实施以及质量检验的严格执行，可以提高路面的质量和稳定性，防止水损害的发生。首先，要合理选择符合规范要求的沥青材料，并确保供应商提供的材料符合质量标准，对进场的沥青材料进行质量检验，包括外观、黏度、含水率等指标的检测，确保材料的质量稳定。其次，要制定严格的施工工艺标准和操作规程，确保施工过程的科学性和规范性，包括沥青混合料的拌和与铺设工艺、摊铺温度的控制、压实密实度的要求等，以确保沥青路面的质量和稳定性。再次，应该建立完善的质量检验和监控体系，对施工过程中的关键环节进行监测和检测。例如，对沥青混合料的配合比、摊铺厚度、压实度等进行实时监测和检验，及时发现问题并采取相应的纠正措施。最后，加强施工人员的培训和管理，提高他们的技术水平和工作质量意识，确保施工人员熟悉施工规范和工艺要求，并能够正确操作和控制施工过程中的关键环节，以保证施工质量。

4.4 公路表面层空隙率和级配

公路表面层空隙率和级配设计选择是解决高速公路沥青路面水损害早期损坏的重要技术途径。保持适当的表面层空隙率是防止水损坏的关键（见表1），当沥青路面的空隙率不超过8%时，水分在受到荷载作用时不会形成动水压力，从而减少水损坏的发生。因此，在设计和施工过程中，需要控制和调整沥青混合料的配合比，以确保表面层的空隙率控制在适当的范围内。其次，级配是指不同颗粒大小的沥青混合料的分布比例。在选择级配时，应考虑颗粒间的填充密实度和排水能力，适当的级配设计可以增加沥青混合料的密实度，减少空隙的存在，从而降低水损害的风险。实践证明，当路面空隙率在8%～15%之间时，水会逐渐侵入混合料内部，并在荷载作用下产生动力水，加剧对沥青混合料造成损坏。因此，通过优化级配设计，可以减少混合料内部的空隙，降低水侵入的可能性，从而提高路面的耐水性能。最后还要注重改性沥青的应用，当路面空隙率超过15%时，建议选用改性沥青。改性沥青通过添加改性剂改善沥青的性能，使其具有更好的抗水性能和变形能力。改性沥青可以提高沥青混合料的稠度和黏附性，从而使空隙中的水可以自由流动，减少水损坏的发生。因此，在设计和施工过程中，需要根据实际情况选择合适的改性沥青，以满足路面的抗水性能要求。

表1 公路表面层空隙率和级配

4.5 加强整体管理和监测

高速公路沥青路面施工完成后要进行必要的管理和监测，以便及时发现问题并解决。对此，首先要建立完善的管理体系，包括规范的操作流程、标准化的施工要求和质量控制措施，制定相关的管理规章制度，明确责任和任务分工，确保施工过程中各个环节的严格执行和监督。其次，要注重现代化的监测技术和设备的应用，对施工过程中的关键参数进行实时监测和记录，监测包括沥青混合料的温度、摊铺厚度、密实度以及材料的配比等，通过监测数据的分析和评估，及时发现施工质量问题，并采取相应的措施进行调整和修正。再次，要建立严格的质量验收机制，对施工质量进行全面检查和评估，进行必要的抽样检测和试验室测试，确保沥青路面的质量符合规定的标准和要求。最后，利用先进的信息技术和智能化管理系统，对施工过程进行追踪和监控。通过实时数据的采集和分析，对施工质量和工艺进行监测和预警，及时发现潜在问题并进行预防性控制。

5 结语

综上所述，针对高速公路沥青路面水损害早期损坏问题，需要从多方面入手。未来，随着科学技术的不断进步和创新，会有更多先进的技术和方法应用于高速公路建设和维护中。例如，发展耐水性能优良的沥青材料，研发智能化的排水系统和路面监测设备，建立数据化的管理平台，将大数据和人工智能等技术应用于路面管理和维护等。解决高速公路沥青路面水损害早期损坏问题需要多方面的努力和综合应对，通过持续的努力和改进，可以建设更加安全、高效和可持续发展的高速公路网络，为人们提供更便捷的出行环境，促进经济社会的繁荣与发展。