沥青路面典型病害分析及预防性养护技术研究

摘要：分析沥青路面裂缝、车辙和坑槽等典型病害的形成机制和主要因素，提出路面病害检测评估和处置方法，阐述表面处理技术、路面养护新材料的应用等方面的预防性养护技术研究成果，对沥青路面的病害处理和预防性养护施工具有参考价值。

关键词：沥青路面；典型病害；预防性养护；检测和评估

0 引言

随着公路交通流量的不断增加以及气候变化等因素的影响，大部分沥青路面在运行一段时间之后都会出现裂缝、车辙和坑槽等病害，严重影响道路的安全性、舒适性和使用寿命。针对沥青路面病害的防治问题，相关学者和工程师进行了大量的研究和实践[1]。然而，由于沥青路面具有复杂的结构和多种影响因素，病害的形成机制和预防性养护技术仍然存在许多未解之谜。深入研究典型病害和探索有效的预防性养护技术，对于改善沥青路面的耐久性、降低维护成本和提高道路运行质量具有重要意义。

1 沥青路面典型病害分析

1.1 裂缝

1.1.1 形成机制和分类

常见的裂缝类型包括：反射裂缝、疲劳裂缝、热胀冷缩裂缝、龟裂和沉降裂缝等。反射裂缝是由下层结构的裂缝向上反射至表层的裂缝，通常由下层结构的变形或收缩引起。疲劳裂缝是在长期交通荷载作用下，沥青路面材料发生疲劳损伤而产生的裂缝。热胀冷缩裂缝主要是由路面温度变化引起，当温度升高时路面材料膨胀，在温度降低时路面材料收缩，导致裂缝形成。龟裂是由路面表层多个细小的裂缝紧密排列形成的网状裂缝[2]。沉降裂缝是由路基或地下管线沉降引起的路面下沉或不均匀沉降而产生的裂缝。

1.1.2 主要影响因素

首先，交通荷载是重要的影响因素之一。车辆施加在路面上的荷载会导致沥青材料的应力集中和变形，从而促使裂缝的形成。其次，气候条件也对裂缝形成起着重要作用。温度变化引起的热胀冷缩效应、降雨引起的水分入侵以及冻融循环等因素都可能导致裂缝的产生[3]。此外，路面结构设计、材料性能、施工质量_{YpC53cE2OL4c6Povx3ZoPw==}和养护管理等方面的因素也会对裂缝的形成和扩展起到影响。

1.1.3 检测和评估方法

常用的检测方法包括目视检查、摄像机监测、无损检测和地面雷达检测等。目视检查是最常用的方法，通过实地巡视和观察，记录裂缝的类型、长度、宽度和分布情况。摄像机监测方法可用于连续监测裂缝的变化情况，并提供图像和视频数据以支持分析和评估。

无损检测方法包括地质雷达、红外热像仪和激光扫描仪等。地面雷达可测到路面下的结构变化、裂缝的位置和形态。红外热像仪可通过检测路面温度差异来识别裂缝和其他病害。激光扫描仪可用于生成精确的路面三维模型，以便对裂缝进行精确的测量和评估。

评估裂缝病害的严重程度是关键步骤[4]。常用的评估方法包括裂缝宽度测量、裂缝密度计算和裂缝指数分析等。裂缝宽度可通过使用裂缝规尺或激光测距仪等测量工具来确定。裂缝密度可通过统计单位长度内的裂缝数量来计算。裂缝指数是一种综合评估方法，用于描述和比较不同路面段的裂缝严重程度，需结合裂缝的类型、宽度和长度等因素进行分析。

1.2 车辙

1.2.1 成因及特征

车辙是由车辆频繁荷载引起的路面变形和损伤。车辙通常在路面表层呈现为沿行车方向延伸的凹陷或沟槽，在重负荷区域特别明显。车辙的特征包括：路面的坡度降低、不平整、水积聚、噪声增加以及车辆行驶时的颠簸感。

1.2.2 主要影响因素

交通荷载是最主要的影响因素之一。频繁的车流和重型车辆施加在路面上的荷载，会导致沥青材料的塑性变形，从而形成车辙。气候条件对车辙的形成起着重要作用。高温环境下的沥青路面容易软化和变形，增加了车辙发生的可能性。道路结构的设计与施工、路面材料的质量与性能、施工工艺的安排与实施等，也会对车辙的形成和发展产生一定影响。

1.2.3 检测和评估方法

目视检查是最常用的识别车辙的方法之一，通过实地巡视和观察，记录路面的凹陷特征、沟槽深浅，以及车辙的位置和分布情况，可以初步评估车辙的严重程度。可采用无人机航拍和卫星遥感等技术，获取更大范围的路面图像，进行更全面和定量化的车辙检测和评估。

1.3 坑槽

1.3.1 形成机理和类型

坑槽是由路面表层局部破损或路基局部沉降引起的路面变形和损伤。按照坑槽形成的机理，可将其分为表层坑槽和深层坑槽。表层坑槽通常是因为交通荷载、气温变化以及化学腐蚀等因素导致沥青路面老化、龟裂和剥落，最终形成坑槽[5]。深层坑槽则是由于路基松软、土体含水量过高、地下水位变化以及管线破裂等因素，导致路基土流失或沉降，进而形成坑槽。

1.3.2 主要影响因素

重型车辆的频繁行驶和荷载作用会造成路面材料变形，最终产生坑槽。气温变化、降雨以及冻融循环等因素，会造成沥青材料的膨胀、收缩或渗入水分，促进坑槽的发展。路基的稳定性、施工质量、养护管理等方面因素也会对坑槽的形成和扩展起到作用。

1.3.3 检测和评估方法

可采用目视检查、无人机航拍、卫星遥感、激光扫描仪、地质雷达和地面雷达等识别和监测手段进行检测。通过目视检查初步确定坑槽的严重程度。通过无人机航拍和卫星遥感方法，可全面检测路面坑槽。激光扫描仪能够生成精确的路面三维模型，用于测量和分析坑槽的尺寸和形状。地质雷达可探测路面下方结构的变化和空隙，有助于评估深层坑槽的形成机理。地面雷达和无损检测技术可用于确定坑槽下方土壤的流失和沉降情况。

1.4 沥青路面破损的处置方法

沥青路面破损，除了纵横裂缝、车辙和坑槽等典型病害之外，还包括龟裂等非典型病害，沥青路面破损类型和处置方法如表1所示。

2 常见预防性养护技术分析

2.1 表面处理技术

2.1.1 处理方法

在沥青路面的预防性养护中，表面处理技术是一种常用施工方法，封层是其中的关键环节。封层可以有效保护路面免受日常交通荷载、紫外线辐射、气候变化和化学腐蚀等因素的侵蚀。在选择封层方法时，需要考虑路面的状况、设计寿命、交通量和预算限制等因素。常见的封层方法包括微表面处理、薄层罩面和加铺封层等。

微表面处理主要是通过在沥青路面表面喷洒特制的沥青乳液与细粒料组成的混合物来形成均匀的表层，以提高沥青路面的抗滑、耐久性能和防水效果。薄层罩面则是在原有沥青路面上铺设一层厚度为2～4mm的热拌沥青混合料，并使用振动压路机进行碾压固化[6]，形成罩面，以有效延长沥青路面的使用寿命。加铺封层是在原有老化和损伤的沥青路面上加铺一层较厚的热拌沥青混合料并进行碾压，形成一层新的沥青路面，以提高沥青路面的运行效果。

2.1.2 材料选择

在材料选择方面，应优先选择高质量的沥青混合料和沥青乳液。沥青混合料应具有良好的柔性和抗剪强度，能够耐受交通荷载并具有良好的耐久性。沥青乳液应具有良好的附着力、稳定性和防水性能，以保证封层材料与路面的粘结和抗剥离能力。

2.1.3 材料温度和空气湿度控制

对于材料温度控制，需根据沥青混合料的特性和环境条件来确定施工时的温度。如果沥青混合料温度过高，沥青会变成黏稠状，不容易摊铺和固化；如果其温度过低，沥青会脆化，降低其柔性和粘结性[7]。因此在摊铺施工过程中需要控制沥青混合料的温度，确保其处于适宜摊铺和压实的温度状态。

对于空气湿度控制，需注意避免在高湿度或降雨天气下进行施工作业。这是因为空气湿度会影响沥青混合料和乳液的粘结性能，造成封层材料与路面粘结不良、或水分进入路面与封层之间，导致降低施工质量和效果。因此应选择在干燥的天气条件进行路面养护施工，确保封层过程具有适宜的湿度。

2.1.4 养护效果评估

常用的评估指标包括路面的平整度、抗滑性能、耐久性和防水性能等。路面平整度可使用路面平整度测定仪或激光扫描仪等设备进行测量，根据测量结果评估封层后的路面平整度，确保没有明显的凹凸不平或波纹现象。路面抗滑性能可使用防滑测试仪进行路面测试，或通过车辆制动时的制动距离等指标来评估，以确保封层后路面的摩擦力符合设计要求。路面耐久性可通过长期观察和实测来评估，包括路面的老化程度、裂缝和剥落情况等。路面防水性能可以通过模拟降雨测试和检查路面排水情况来评估，以确保封层能够有效地防止水分渗入路面结构中。

2.2 路面养护新材料的应用

2.2.1 改性沥青材料

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改性沥青材料主要通过添加剂对沥青进行改性处理，以改善其物理和化学性质。常见的改性剂包括橡胶粉、聚合物、增稠剂和增粘剂等[8]。将橡胶粉与沥青混合，可以增加路面的柔韧性和弹性模量，提高抗裂性能。聚合物改性沥青则可以增加沥青的黏性和粘附性能，提高路面的抗水性和抗紫外线辐射性能。

应用改性沥青材料，可针对不同的病害类型进行优化。例如为防止龟裂病害，可采用聚合物改性沥青，以提高路面的抗拉强度和变形性能，抑制裂缝的扩展。对于路面老化病害，橡胶粉改性沥青可以增加路面的耐久性，减缓老化过程。

2.2.2 高性能添加剂

高性能添加剂包括剂型复合材料、纳米材料和化学改性剂等，均具有改善沥青路面性能的独特功能。

剂型复合材料是一种将不同类型的添加剂组合在一起的材料，以实现多种性能的综合调控。例如，聚合物改性剂和碳纤维可同时添加到沥青中，可提高强度和抗裂性能。纳米材料，如纳米氧化硅和纳米黏土，可以在微观尺度上增强沥青的力学性能和抗老化性能。化学改性剂，如胺类和酸类物质，可以通过与沥青发生反应来提高其粘结性能和抗水性能。

高性能添加剂的应用可根据路面需要进行定制。例如在寒冷地区，具有低温柔性的高性能添加剂可提高沥青的抗冷裂性能。交通流量高的道路，可添加耐久性强的高性能添加剂，以延长路面使用寿命。

2.2.3 抗裂纤维增强剂

抗裂纤维增强剂是一种通过添加纤维材料来增强沥青路面抗裂性能的材料。玻璃纤维、聚丙烯纤维或钢纤维等纤维材料，通过与沥青形成三维网络结构，可有效抵抗沥青路面裂缝的产生和扩展，可增加沥青混合料的韧性和抗拉强度，提高路面的耐久性和抗裂性能。添加了抗裂纤维增强剂的沥青混合料，还具有优异的耐腐蚀和抗水性能，可减少化学物质和水分对路面的侵蚀，还能够抵抗交通荷载、温度变化和老化等因素的影响。

可针对沥青路面不同的病害类型，选择最适宜的抗裂纤维增强剂。对于反射裂缝，通过添加纤维材料可以减轻裂缝的反射和传播，延长路面使用寿命。对于疲劳裂缝，通过添加纤维材料可以改善沥青混合料的抗疲劳性能，减少裂缝形成的频率和程度。

3 结束语

预防性养护技术在延缓病害发展、提高路面性能方面具有显著效果，通过定期巡检和维护，采取适当的预防措施，可以减少病害出现的频率和程度，延长路面的使用寿命。预防性养护技术仍需要进一步优化和改进。比如针对不同地区和气候条件，应进一步精细化调整养护措施。通过总结已有成果、优化改进养护技术，有望进一步提高公路路面的耐久性和平整度、行车的安全性和舒适性。

参考文献

[1] 吴秋展.沥青路面预防性养护技术在公路养护作业中的应用[J].工程建设与设计，2023（16）：173-175.

[2] 王兆昌.公路沥青路面病害检测与养护[J].交通世界，2023（21）：72-74.、

[3] 陈露.浅谈高速公路沥青路面常见病害及防治措施[J].交通科技与管理，2023，4（14）：87-89.

[4] 顾佳磊.国内沥青路面预防养护技术研究综述及问题探讨[J].上海建设科技，2023（3）：13-17.

[5] 魏春艳.在公路养护工作中沥青路面预防性养护技术应用策略研究[J].大众标准化，2023（10）：152-154.

[6] 杨红梅.农村公路沥青路面病害与养护施工技术[J].交通世界，2023（14）：119-121+124.

[7] 陈奉华.公路沥青路面养护施工技术探究[J].工程建设与设计，2023（9）：220-222.

[8] 刘勇.公路工程沥青路面施工技术与质量控制策略分析[J].河南科技，2023，42（8）：73-76.