高速公路沥青路面材料选择与性能提升研究

周长辉

摘 要：高速公路作为现代交通体系的重要组成部分，其沥青路面的性能直接影响着行车安全、舒适度以及道路的长期服役状况。近年来，随着交通运输量的持续增长、重型车辆比例的增加以及极端气候事件的频发，对沥青路面的耐久性、稳定性和环保性提出了更高要求。与此同时，新材料、新技术的快速发展为提升沥青路面性能提供了新的可能。因此，深入研究高速公路沥青路面材料的选择策略与性能提升技术，对于确保道路基础设施的长期高效运行，满足社会经济发展需求，以及实现交通领域的可持续发展目标具有重大意义。

关键词：高速公路 沥青路面 材料选择 性能提升

随着交通运输业的持续发展，对高速公路沥青路面的性能要求不断提升，以满足更高的行车安全、舒适度、耐久性和环保标准。文章系统探讨了高速公路沥青路面材料的选择原则、关键材料特性对路面性能的影响，以及通过新材料、新技术、新工艺实现性能提升的有效途径。研究内容涵盖了沥青类型与性能、集料特性与级配优化、添加剂与辅助材料的选择，以及改性沥青技术、混合料设计优化、施工工艺与质量控制等性能提升措施。力求在提升路面性能的同时，实现资源节约、环境友好与经济效益的统一。

1 高速公路沥青路面的特点

1.1 柔性与弹性

沥青路面是一种柔性路面，具有良好的弹性和塑性变形能力，能够适应各种荷载引起的应力变化，有效吸收和分散车辆行驶产生的冲击力，从而降低行车振动，减少轮胎与路面间的噪声，提升驾驶舒适性。

1.2 平整度与接缝

沥青路面表面平整，无明显的接缝，这对于高速行驶的车辆来说至关重要，有助于保持行车稳定性和安全性，同时减少了因接缝导致的颠簸和噪音。相比之下，水泥混凝土路面存在接缝，可能影响行驶平顺性。

1.3 快速修复与养护

沥青路面损坏后修复速度快，修复周期短。无论是小范围的局部修补还是较大面积的铣刨重铺，沥青路面都能相对较快地恢复交通，对高速公路的运营影响较小。养护工作相对简便，可以进行定期的封层、灌缝、坑槽修补等维护，保持路面的良好状态。

1.4 降噪与防尘

沥青路面能有效降低行车噪音，相较于水泥路面，其吸音效果更好，有助于营造安静的交通环境。此外，沥青路面能够吸附部分尘土，减少汽车高速通过时的扬尘，有利于保持驾驶视线清晰，提高行车安全。

2 高速公路沥青路面材料选择

2.1 沥青的特性与选择

2.1.1 沥青的特性

感温性：沥青对温度敏感，随着温度的变化，其状态可以在固体、半固体和液体之间转变。这一特性要求在设计和施工时要考虑气温对沥青性能的影响，选择适合当地气候条件的沥青类型和等级。黏滞性与流动性：黏度直接影响沥青的拌合、摊铺和压实性能。选择时要确保沥青在施工温度下具有适宜的流动性，便于混合料拌合均匀和摊铺平整。塑性与延展性：沥青具有良好的塑性，即在外力作用下产生变形而不破坏，去除外力后仍能保持变形状态。这一特性使得沥青路面能够承受荷载并适应一定的变形，对于抵抗裂缝扩展和路面变形至关重要。沥青应具有良好的抗老化性能，能够抵御紫外线、化学物质等环境因素对其性能的劣化作用，保证路面在长期服役期间保持良好的路用性能。沥青与骨料间应具有良好的粘结力，确保混合料内部结构稳定，防止骨料松散脱落，增强路面的整体强度和抗剪切能力。抗水损害性：沥青应具备良好的抗水损害性能，防止水分浸入沥青与骨料界面，引发剥离、冻融损坏等问题。

2.1.2 沥青材料的选择

（1）类型选择

石油沥青：最常用的沥青类型，由原油蒸馏残余物加工而成，按其针入度、软化点、延度等技术指标分为不同等级，适用于各类道路工程。选择时要考虑气候条件（如温度范围、降雨量）、交通荷载等级、路面结构设计等因素。改性沥青：通过添加改性剂（如SBS、PE、EVA等）改善石油沥青的高温稳定性和低温抗裂性，适用于重载交通、严寒地区、大温差地区或对路面性能有特殊要求的路段。乳化沥青：将石油沥青乳化成水包油型乳液，常用于封层、粘层、冷再生等施工工艺，具有环保、施工快捷的优点。煤沥青：源自煤炭炼焦过程的副产品，其性能通常不如石油沥青，但在某些特定场合（如防水材料、防腐涂料等）或成本考虑下可能被选用。

（2）技术指标选择

衡量沥青在一定温度和荷载下，标准针在规定时间内贯入沥青样品的深度。针入度越大，沥青越软，反之则越硬。选择时需考虑施工温度、气候条件和路面设计要求。软化点：表示沥青开始软化的温度，反映其高温稳定性和耐热性。软化点高的沥青更适合高温地区使用。延度：测量沥青在规定温度和拉力下伸长至断裂的长度，反映其低温抗裂性和塑性。选择抗老化性能好的沥青，可以延长路面使用寿命。粘结强度：通过马歇尔稳定度试验、间接拉伸试验等评估沥青与骨料的粘结性能。选择粘结力强的沥青，可确保混合料内部结构稳定。

2.2 穿山隧道涂装的防水新材料的特性及选择

2.2.1 穿山隧道涂装的防水新材料的特性

优异的防水性能：这类新材料能够形成致密的防水膜，有效阻止水分渗透，确保隧道结构不受地下水、雨水及其他水源侵蚀，维持隧道内部干燥，保护混凝土结构免受冻融、碱集料反应等水害影响。耐久性与抗老化：隧道内环境复杂，防水材料需具备良好的耐久性，能够在长期潮湿、高低温交替、紫外线辐射等条件下保持性能稳定，避免过早失效。针对隧道可能出现的微裂缝，新材料应具备自我愈合或随裂缝扩展的能力，防止水分沿裂缝侵入。同时，材料本身应具有低渗透性，防止水分子通过毛细作用进入结构内部。施工便捷与适应性：隧道施工条件受限，防水材料应具备良好的施工性。此外，能适应隧道的各种复杂形状和节点部位。

2.2.2 选择要点

（1）材料类型

防水涂料：如FYT-1改进型防水涂料、聚氨酯防水涂料、丙烯酸防水涂料等，适用于大面积涂刷，可形成连续无缝的防水层，适应各种形状和细节部位。防水卷材：如高聚物改性沥青防水卷材、PVC防水卷材、EVA/TPO防水卷材等，适用于大跨度、规则表面的防水处理，通过热熔、冷粘或机械固定等方式与基层紧密贴合。喷涂聚脲防水材料：快速固化，可在任何曲面、复杂结构上形成无缝、连续、柔韧且高强度的防水层，尤其适用于隧道快速施工和复杂结构防水。

（2）工艺适应性

防水卷材预先铺设于隧道衬砌背后，依靠卷材与后续浇筑混凝土的粘结力实现防水。喷膜防水：如聚脲、喷涂聚丙烯酸酯等，现场喷涂成膜，无需搭接，施工效率高，尤其适用于长大隧道和管片拼接缝防水。针对已出现渗漏水的隧道，可采用注浆防水技术，通过注入化学浆液封堵裂缝或孔隙。

2.3 高速公路上的隔音板材料特性及选择

2.3.1 高速公路上的隔音板材料特性

隔音板材料应具有良好的吸声系数，能够有效地吸收和衰减由交通噪声产生的声波，降低噪声传播，达到降低沿线居民区和敏感区域噪声污染的目标。由于长期暴露在户外环境中，隔音板材料必须具备优异的耐候性，能够抵抗紫外线照射、风雨侵蚀、温度变化等自然因素的影响，确保材料性能稳定，延长使用寿命。隔音板材料应具有一定的阻燃性或难燃性，降低发生火灾的风险，并在一定程度上阻止火势蔓延，提高高速公路消防安全水平。隔音板材料应设计成易于安装和拆卸，模块化构造便于运输和现场组装，同时，材料应易于清洁和保养，降低维护成本。美观性与环境融合：考虑到高速公路沿线景观要求，隔音板材料应具有良好的视觉效果，颜色、纹理和造型设计应与周围环境协调，甚至可以融入艺术元素，提升道路景观品质。

2.3.2 选择要点

（1）材料类型

金属类材料：如镀锌钢板、铝合金板等，强度高、耐候性强、易于加工成各种形状，表面可进行喷塑处理以增强耐腐蚀性和美观性。透明或半透明材料：如PC（聚碳酸酯）板、亚克力板、玻璃等，提供视线穿透，减少封闭感，同时具备一定的吸声效果。复合材料：如玻璃钢（FRP）、金属-透明材料复合板等，结合金属的强度和透明材料的视线穿透性，实现多功能集成。内部填充吸声棉、吸声颗粒或吸声毡等，增强隔音效果，尤其是对于中高频噪声的吸收。

（2）结构设计

通过设计不同形状和大小的孔洞，利用亥姆霍兹共振原理提高吸声性能，同时减轻板体重，利于安装。采用不同材质或结构的多层隔音板组合，形成阻尼结构，提高吸声效果和结构稳定性。吸声百叶或穿孔板：设计成百叶状或穿孔结构，既满足通风散热需求，又能增加吸声表面积，提高吸声效果。

3 高速公路沥青路面的性能提升

3.1 沥青材料的性能提升

3.1.1 聚合物改性

SBS改性剂：使用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）热塑性弹性体作为改性剂，可以显著改善沥青的高低温性能、抗老化性、抗疲劳开裂、抗车辙能力以及抗水损害等特性。SBS改性沥青能够提高沥青混合料的高温稳定性，降低低温脆性，延长路面使用寿命。APP改性剂：使用无规聚丙烯（APP）作为改性剂，可以制备APP改性沥青防水卷材。这种改性沥青具有良好的热稳定性、抗紫外线能力和防水性能。通过聚合反应增强防水性能，优化卷材配方以提高延展性，改进APP分子结构减少脆裂，以及使用复合增韧剂提升抗穿刺性能和表面耐候性，从而提升整体防水卷材的性能。

3.1.2 研发高模量沥青

高模量沥青的研发：通过选择合适的基质沥青（如30#基质沥青）并添加特定改性剂（如SBS），可以研发出具有高模量特性的沥青。这种沥青的特点是复数模量、储能模量和损耗模量均较高，而损耗角正切较小，意味着其在受力时能保持较高的刚度，同时具有较低的能量损失，有利于抵抗荷载引起的永久变形，如车辙。性能验证与应用：通过动态模量试验、车辙试验和低温弯曲试验等方法，对高模量沥青混合料进行性能评估。研究表明，这类沥青混合料具有优异的抗车辙能力、良好的低温抗裂性和较高的抗疲劳性能，适用于承受重载交通或需要增强路面结构稳定性的场合。

3.2 穿山隧道涂层新材料的性能提升

3.2.1 耐腐蚀性增强

通过增加涂层体系中的交联剂用量或选择高效的交联剂，提高涂层的交联密度，降低水和氧气透过率，有效减缓金属基材遭受腐蚀的速度。采用防腐蚀颜填料：加入锌粉、铝粉等活性颜填料或采用含铬、钼、硅等元素的特殊防腐颜料，提供牺牲阳极保护或形成致密的钝化膜，增强涂层对基材的屏障保护作用。双涂层或多涂层系统：设计底层、中间层、面层等多种功能涂层组合，形成逐层防护，实现多层次、全方位的防腐蚀保护。耐磨耐划伤性改善，加石英砂、陶瓷微珠等硬质填料，提高涂层的硬度和耐磨性。

3.2.2 附着力提升

对隧道内壁进行严格的清洁、除锈、喷砂等预处理，确保涂层与基材之间有良好的机械结合和化学键合。选用针对混凝土或钢材等不同基材的专用底漆，增强涂层与基材间的附着力。添加光稳定剂（如受阻胺类、紫外线吸收剂等）和抗氧化剂，抵抗紫外线照射和氧化降解，防止涂层老化变色、粉化脱落。针对隧道内可能出现的温度波动，选用耐高低温性能优异的树脂和添加剂，确保涂层在各种温度条件下保持稳定。

3.3 高速公路隔音板的性能提升

3.3.1 吸声与隔声性能优化

采用高性能吸声材料，对于隔声部分，可以选择密度更大、刚性更强的材料（如金属复合板、高强混凝土板等），增强其对中低频噪声的阻挡能力。采用双层或多层复合结构，中间填充吸声材料，形成“隔声-吸声-隔声”的复合结构，既阻挡直达声波，又能有效吸收透射声波，提高总降噪效果。增加横向或纵向加强筋，提高面板的抗弯、抗扭性能。对金属构件进行热镀锌、粉末喷涂、氟碳喷涂等防腐处理，延长其在恶劣气候条件下的使用寿命。非金属材料则需确保具有良好的耐候性，如采用耐候性强的塑料、复合材料等。

3.3.2 环境适应性与美学设计

针对不同地区的气候特点，选择相应的材料和防护措施，设计可调节高度、角度的声屏障，以适应地形起伏变化，确保声屏障与地面的紧密贴合，减少噪声泄漏。采用色彩丰富、造型各异的面板，结合周边环境进行艺术化设计，使之成为公路景观的一部分。使用透明或半透明材料，保持视线通透，减少驾驶者视觉压抑感。结合声屏障顶部设置种植槽，种植攀缘植物或布置垂直绿化，既美化环境，又能利用植物吸声，增强降噪效果。

4 结束语

综上所述，随着新材料、新技术的不断涌现，沥青路面性能提升的研究仍需与时俱进，持续关注前沿科技动态，积极开展跨学科交叉合作，以应对未来交通领域面临的挑战。我们期待本研究能激发更多关于高速公路沥青路面性能提升的创新思考与实践探索，共同推动我国乃至全球交通基础设施建设的高质量发展。

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