高速公路瀝青路面材料選擇與性能提升研究

周長輝

摘 要：高速公路作為現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安全、舒適度以及道路的長期服役狀況。近年來，隨著交通運輸量的持續增長、重型車輛比例的增加以及極端氣候事件的頻發，對瀝青路面的耐久性、穩定性和環保性提出了更高要求。與此同時，新材料、新技術的快速發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，對于確保道路基礎設施的長期高效運行，滿足社會經濟發展需求，以及實現交通領域的可持續發展目標具有重大意義。

關鍵詞：高速公路 瀝青路面 材料選擇 性能提升

隨著交通運輸業的持續發展，對高速公路瀝青路面的性能要求不斷提升，以滿足更高的行車安全、舒適度、耐久性和環保標準。文章系統探討了高速公路瀝青路面材料的選擇原則、關鍵材料特性對路面性能的影響，以及通過新材料、新技術、新工藝實現性能提升的有效途徑。研究內容涵蓋了瀝青類型與性能、集料特性與級配優化、添加劑與輔助材料的選擇，以及改性瀝青技術、混合料設計優化、施工工藝與質量控制等性能提升措施。力求在提升路面性能的同時，實現資源節約、環境友好與經濟效益的統一。

1 高速公路瀝青路面的特點

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，能夠適應各種荷載引起的應力變化，有效吸收和分散車輛行駛產生的沖擊力，從而降低行車振動，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，無明顯的接縫，這對于高速行駛的車輛來說至關重要，有助于保持行車穩定性和安全性，同時減少了因接縫導致的顛簸和噪音。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 快速修復與養護

瀝青路面損壞后修復速度快，修復周期短。無論是小范圍的局部修補還是較大面積的銑刨重鋪，瀝青路面都能相對較快地恢復交通，對高速公路的運營影響較小。養護工作相對簡便，可以進行定期的封層、灌縫、坑槽修補等維護，保持路面的良好狀態。

1.4 降噪與防塵

瀝青路面能有效降低行車噪音，相較于水泥路面，其吸音效果更好，有助于營造安靜的交通環境。此外，瀝青路面能夠吸附部分塵土，減少汽車高速通過時的揚塵，有利于保持駕駛視線清晰，提高行車安全。

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：瀝青對溫度敏感，隨著溫度的變化，其狀態可以在固體、半固體和液體之間轉變。這一特性要求在設計和施工時要考慮氣溫對瀝青性能的影響，選擇適合當地氣候條件的瀝青類型和等級。黏滯性與流動性：黏度直接影響瀝青的拌合、攤鋪和壓實性能。選擇時要確保瀝青在施工溫度下具有適宜的流動性，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，即在外力作用下產生變形而不破壞，去除外力后仍能保持變形狀態。這一特性使得瀝青路面能夠承受荷載并適應一定的變形，對于抵抗裂縫擴展和路面變形至關重要。瀝青應具有良好的抗老化性能，能夠抵御紫外線、化學物質等環境因素對其性能的劣化作用，保證路面在長期服役期間保持良好的路用性能。瀝青與骨料間應具有良好的粘結力，確保混合料內部結構穩定，防止骨料松散脫落，增強路面的整體強度和抗剪切能力。抗水損害性：瀝青應具備良好的抗水損害性能，防止水分浸入瀝青與骨料界面，引發剝離、凍融損壞等問題。

2.1.2 瀝青材料的選擇

（1）類型選擇

石油瀝青：最常用的瀝青類型，由原油蒸餾殘余物加工而成，按其針入度、軟化點、延度等技術指標分為不同等級，適用于各類道路工程。選擇時要考慮氣候條件（如溫度范圍、降雨量）、交通荷載等級、路面結構設計等因素。改性瀝青：通過添加改性劑（如SBS、PE、EVA等）改善石油瀝青的高溫穩定性和低溫抗裂性，適用于重載交通、嚴寒地區、大溫差地區或對路面性能有特殊要求的路段。乳化瀝青：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，具有環保、施工快捷的優點。煤瀝青：源自煤炭煉焦過程的副產品，其性能通常不如石油瀝青，但在某些特定場合（如防水材料、防腐涂料等）或成本考慮下可能被選用。

（2）技術指標選擇

衡量瀝青在一定溫度和荷載下，標準針在規定時間內貫入瀝青樣品的深度。針入度越大，瀝青越軟，反之則越硬。選擇時需考慮施工溫度、氣候條件和路面設計要求。軟化點：表示瀝青開始軟化的溫度，反映其高溫穩定性和耐熱性。軟化點高的瀝青更適合高溫地區使用。延度：測量瀝青在規定溫度和拉力下伸長至斷裂的長度，反映其低溫抗裂性和塑性。選擇抗老化性能好的瀝青，可以延長路面使用壽命。粘結強度：通過馬歇爾穩定度試驗、間接拉伸試驗等評估瀝青與骨料的粘結性能。選擇粘結力強的瀝青，可確保混合料內部結構穩定。

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

優異的防水性能：這類新材料能夠形成致密的防水膜，有效阻止水分滲透，確保隧道結構不受地下水、雨水及其他水源侵蝕，維持隧道內部干燥，保護混凝土結構免受凍融、堿集料反應等水害影響。耐久性與抗老化：隧道內環境復雜，防水材料需具備良好的耐久性，能夠在長期潮濕、高低溫交替、紫外線輻射等條件下保持性能穩定，避免過早失效。針對隧道可能出現的微裂縫，新材料應具備自我愈合或隨裂縫擴展的能力，防止水分沿裂縫侵入。同時，材料本身應具有低滲透性，防止水分子通過毛細作用進入結構內部。施工便捷與適應性：隧道施工條件受限，防水材料應具備良好的施工性。此外，能適應隧道的各種復雜形狀和節點部位。

2.2.2 選擇要點

（1）材料類型

防水涂料：如FYT-1改進型防水涂料、聚氨酯防水涂料、丙烯酸防水涂料等，適用于大面積涂刷，可形成連續無縫的防水層，適應各種形狀和細節部位。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、規則表面的防水處理，通過熱熔、冷粘或機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、復雜結構上形成無縫、連續、柔韌且高強度的防水層，尤其適用于隧道快速施工和復雜結構防水。

（2）工藝適應性

防水卷材預先鋪設于隧道襯砌背后，依靠卷材與后續澆筑混凝土的粘結力實現防水。噴膜防水：如聚脲、噴涂聚丙烯酸酯等，現場噴涂成膜，無需搭接，施工效率高，尤其適用于長大隧道和管片拼接縫防水。針對已出現滲漏水的隧道，可采用注漿防水技術，通過注入化學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

隔音板材料應具有良好的吸聲系數，能夠有效地吸收和衰減由交通噪聲產生的聲波，降低噪聲傳播，達到降低沿線居民區和敏感區域噪聲污染的目標。由于長期暴露在戶外環境中，隔音板材料必須具備優異的耐候性，能夠抵抗紫外線照射、風雨侵蝕、溫度變化等自然因素的影響，確保材料性能穩定，延長使用壽命。隔音板材料應具有一定的阻燃性或難燃性，降低發生火災的風險，并在一定程度上阻止火勢蔓延，提高高速公路消防安全水平。隔音板材料應設計成易于安裝和拆卸，模塊化構造便于運輸和現場組裝，同時，材料應易于清潔和保養，降低維護成本。美觀性與環境融合：考慮到高速公路沿線景觀要求，隔音板材料應具有良好的視覺效果，顏色、紋理和造型設計應與周圍環境協調，甚至可以融入藝術元素，提升道路景觀品質。

2.3.2 選擇要點

（1）材料類型

金屬類材料：如鍍鋅鋼板、鋁合金板等，強度高、耐候性強、易于加工成各種形狀，表面可進行噴塑處理以增強耐腐蝕性和美觀性。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，同時具備一定的吸聲效果。復合材料：如玻璃鋼（FRP）、金屬-透明材料復合板等，結合金屬的強度和透明材料的視線穿透性，實現多功能集成。內部填充吸聲棉、吸聲顆粒或吸聲氈等，增強隔音效果，尤其是對于中高頻噪聲的吸收。

（2）結構設計

通過設計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，同時減輕板體重，利于安裝。采用不同材質或結構的多層隔音板組合，形成阻尼結構，提高吸聲效果和結構穩定性。吸聲百葉或穿孔板：設計成百葉狀或穿孔結構，既滿足通風散熱需求，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、抗疲勞開裂、抗車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定性，降低低溫脆性，延長路面使用壽命。APP改性劑：使用無規聚丙烯（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定性、抗紫外線能力和防水性能。通過聚合反應增強防水性能，優化卷材配方以提高延展性，改進APP分子結構減少脆裂，以及使用復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 研發高模量瀝青

高模量瀝青的研發：通過選擇合適的基質瀝青（如30#基質瀝青）并添加特定改性劑（如SBS），可以研發出具有高模量特性的瀝青。這種瀝青的特點是復數模量、儲能模量和損耗模量均較高，而損耗角正切較小，意味著其在受力時能保持較高的剛度，同時具有較低的能量損失，有利于抵抗荷載引起的永久變形，如車轍。性能驗證與應用：通過動態模量試驗、車轍試驗和低溫彎曲試驗等方法，對高模量瀝青混合料進行性能評估。研究表明，這類瀝青混合料具有優異的抗車轍能力、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路面結構穩定性的場合。

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

通過增加涂層體系中的交聯劑用量或選擇高效的交聯劑，提高涂層的交聯密度，降低水和氧氣透過率，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，提供犧牲陽極保護或形成致密的鈍化膜，增強涂層對基材的屏障保護作用。雙涂層或多涂層系統：設計底層、中間層、面層等多種功能涂層組合，形成逐層防護，實現多層次、全方位的防腐蝕保護。耐磨耐劃傷性改善，加石英砂、陶瓷微珠等硬質填料，提高涂層的硬度和耐磨性。

3.2.2 附著力提升

對隧道內壁進行嚴格的清潔、除銹、噴砂等預處理，確保涂層與基材之間有良好的機械結合和化學鍵合。選用針對混凝土或鋼材等不同基材的專用底漆，增強涂層與基材間的附著力。添加光穩定劑（如受阻胺類、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。針對隧道內可能出現的溫度波動，選用耐高低溫性能優異的樹脂和添加劑，確保涂層在各種溫度條件下保持穩定。

3.3 高速公路隔音板的性能提升

3.3.1 吸聲與隔聲性能優化

采用高性能吸聲材料，對于隔聲部分，可以選擇密度更大、剛性更強的材料（如金屬復合板、高強混凝土板等），增強其對中低頻噪聲的阻擋能力。采用雙層或多層復合結構，中間填充吸聲材料，形成“隔聲-吸聲-隔聲”的復合結構，既阻擋直達聲波，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筋，提高面板的抗彎、抗扭性能。對金屬構件進行熱鍍鋅、粉末噴涂、氟碳噴涂等防腐處理，延長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，如采用耐候性強的塑料、復合材料等。

3.3.2 環境適應性與美學設計

針對不同地區的氣候特點，選擇相應的材料和防護措施，設計可調節高度、角度的聲屏障，以適應地形起伏變化，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，結合周邊環境進行藝術化設計，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，減少駕駛者視覺壓抑感。結合聲屏障頂部設置種植槽，種植攀緣植物或布置垂直綠化，既美化環境，又能利用植物吸聲，增強降噪效果。

4 結束語

綜上所述，隨著新材料、新技術的不斷涌現，瀝青路面性能提升的研究仍需與時俱進，持續關注前沿科技動態，積極開展跨學科交叉合作，以應對未來交通領域面臨的挑戰。我們期待本研究能激發更多關于高速公路瀝青路面性能提升的創新思考與實踐探索，共同推動我國乃至全球交通基礎設施建設的高質量發展。

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