路面病害修复材料与技术的研究进展

路面病害修复材料与技术的研究进展

湛猛

43068119******7910 湖南省岳阳市汨罗市 414400

  摘要：随着交通运输行业的迅猛推进，道路路面病害问题日渐突出，对道路的整体耐用性和行车安全性构成了严峻挑战。本文系统梳理了近年来针对路面病害修复材料和技术的科研成果动态，涵盖了新式修复材料的研发突破、修复工艺技术的革新演进以及一系列具有代表性的工程实践案例。通过深入剖析上述研究成果，目的在于为解决路面病害修复难题提供坚实的理论依据，并对实际工程操作给予富有针对性的应用策略与方向指引。

  关键词：路面病害；修复材料；修复技术；研究进展；工程应用

  引言

  路面病害是道路交通基础设施维护中的常态难题，主要表现为裂缝、坑洼、车辙等多种形态。此类病害不仅显著降低了道路的服务品质与效能，更是潜在的行车安全威胁因素。故此，探寻并研发出兼具高效性能与环保属性的路面病害修复材料与技术显得尤为关键。本文旨在全面回顾近年来在这个研究领域的最新进展，期望能为此领域的进一步研究探索和实际工程应用提供有益借鉴和导向。

  1.路面病害的成因分析

  1.1设计因素

  在路面设计阶段，准确预估交通荷载并设计合适结构至关重要，否则可能导致路面因承受超标荷载而提前出现病害，缩短使用寿命。荷载低估会导致路面承载力不足，过薄的结构层则易受冲击破坏，设计过厚则浪费资源且施工难度增大。因此，须合理选定结构层厚度，平衡承载力、经济性和耐久性。此外，路面排水设计对防止病害至关重要，良好的排水系统能有效排走雨水，防止水分渗透损害路面结构，如降低骨料粘结力、软化沥青等，水分还会加剧冻融损害，形成如脱空、裂缝等问题，影响路面质量和寿命。故科学的排水设计是确保路面稳定、延缓老化、减少病害的核心要素。

  1.2材料因素

  在公路与城市道路施工中，原材料选择与质量管控是决定路面性能的关键。沥青品质直接影响路面耐久性与抗疲劳性，低质沥青可能导致沥青混合料性能下滑，如高温软化引发车辙问题，影响行车安全与舒适度。石料作为骨料，其硬度、耐磨性、洁净度及级配等对路面质量至关重要，若不合格则削弱混合料力学性能和耐久性。混合料配合比设计也极为关键，涉及沥青用量、矿料级配、矿粉含量等参数优化，不当设计（如沥青用量过少/过多、级配不合理）会导致混合料结构不稳定、抗裂性差、易出现车辙或低温裂缝等问题，影响路面整体性能。

  1.3施工因素

  施工工艺规范执行是公路建设确保路面工程质量的核心，其中压实度尤为关键，直接影响路面强度和稳定性。压实不足会导致承载力下降，诱发病害如开裂、沉陷、坑槽和车辙，影响路面寿命及行车安全舒适。同时，施工环境调控不可忽视，温度和湿度对沥青路面质量有显著影响。适宜施工温度利于沥青流动、压实和形成优质结构，过高或过低温度均致压实不佳。湿度控制也重要，土壤含水量过高或过低均影响路基压实，湿度过大易引发收缩裂缝或沉降，过干则难达密实状态，降低承载力。

  1.4车辆荷载因素

  随着经济社会发展和工业化进程加速，物流需求剧增，重型货车数量增多且运行强度增大，超载现象愈发严重。超载车辆超过设计荷载，使公路路面承受远超预期的压力。这导致路面结构应力失衡，疲劳损伤加剧，沥青混凝土路面易现车辙、裂缝，水泥混凝土路面可能断板、错台。超载还使基础层和垫层承载力快速衰退，威胁路面整体稳定性。此外，超载车辆制动转弯时的动力冲击加大对路面早期损坏风险，缩短道路寿命，并加重桥梁、涵洞等设施损害，危及公共安全。

  1.5环境因素

  长期自然环境因素对路面影响重大，是路面病害积累的主要原因之一。气温波动导致沥青混合料热胀冷缩，若处理不当易形成应力集中，引发裂缝，影响完整性和耐用性。雨水侵蚀磨损沥青膜层，降低防水防滑性能，且水分渗透至内部结构，可能软化材料、降低性能，严重时破坏路面整体。雪水融化形成的冰冻与解冻循环加速基层破碎疏松。此外，特殊环境如盐碱地，盐碱物质随水分渗透腐蚀路面材料，降低粘附力和抗剪切、拉伸性能，导致耐久性下降，鼓包、剥落等病害频发。

  1.6养护管理因素

  在道路维护管理中，日常养护和定期检测的缺失易引发病害加剧。日常养护能遏制小病害恶化，如不及时处理微裂缝、轻度车辙等问题，病害会扩大至大面积破损，严重影响道路功能与行车安全。定期检测能早期发现并预防病害，缺乏则可能延误最佳修复时机，增加修复难度与成本。对待已产生的病害，需科学合理维修，如仅做表面处理而不解决根本问题，如简单填补裂缝而不消除深层原因，会导致裂缝复现；只做表面覆盖而不进行结构修复，会加重原有病害并可能引发新病害。

  2.路面病害修复材料概述

  2.1沥青混合料修复材料

  在路面病害修复实践中，热拌沥青混合料是最广泛采用且极具成效的一种修复材料。热拌沥青混合料是由骨料、矿粉和适当比例的热沥青在特定温度下均匀拌合而成，具有优良的高温稳定性和低温抗裂性。高温稳定性体现在其在高温季节或长期遭受重载交通的情况下，仍能保持较低的永久变形，有效地避免了车辙的产生；低温抗裂性则保证了在低温季节或温度骤降时，混合料有足够的柔韧性以抵抗收缩应力，从而减少因温度变化引起的裂缝生成。因此，对于那些规模较大、深度较深的路面病害，如大面积的龟裂、车辙、坑槽等，热拌沥青混合料是首选的修复材料，因为它能够提供足够强韧的结构支撑和长期的性能保证。

  相比之下，冷拌沥青混合料和乳化沥青混合料则更适合于小型病害的快速修复，尤其在需要高效施工和灵活应对多种复杂条件的场合。冷拌沥青混合料采用了特殊的改性沥青，能够在常温下与骨料混合，无需加热，简化了施工流程，减少了能源消耗，同时也减轻了施工现场的环境污染。这种材料可以在各种天气条件下迅速投入使用，对于紧急修补和小范围的路面病害具有极高的实用价值。

  乳化沥青混合料则是通过将沥青乳化为稳定的水包油乳液，与骨料拌合形成混合料。其优势在于施工便捷，能够即时开放交通，对于交通流量大、不允许长时间封闭施工的路段尤为适用。此外，乳化沥青混合料在低温环境下也能保持良好的工作性能，可以用于全年不间断的道路养护与病害修复。

  2.2裂缝填充与密封材料

  在路面维护和病害治理中，针对沥青路面和水泥混凝土路面出现的不同类型的裂缝问题，工程师和技术人员会运用一系列专业的密封材料进行修补处理，其中包括灌封胶、贴缝带以及热熔型密封胶等高效解决方案。

  灌封胶是一种专门设计用于填充路面裂缝的液体或半固体材料，它通常由沥青、树脂和其他改性添加剂组成，具备良好的流动性、粘接性和耐候性。当灌封胶注入裂缝后，会在室温和一定压力作用下迅速固化成形，不仅能够完全填满裂缝空隙，还在裂缝两侧形成一道致密的防水屏障，有效阻止水分、尘土以及其他有害物质渗入路面结构深处。这对于防止水分侵蚀路基、降低冻融循环损害以及防止裂缝进一步扩张等方面具有显著效果，从而延长路面的整体使用寿命和提升道路的服务性能。

  贴缝带，则是一种预先成型的自粘型密封材料，其结构包含有高强度的基层和一层高品质的粘接密封层。施工时，只需将贴缝带直接粘贴于清理干净的裂缝表面，凭借其优异的黏附性能和柔韧性，贴缝带可以紧密地覆盖并适应裂缝形状，无论是在静态还是动态荷载作用下都能保持与路面的良好结合，同样达到防止水分渗透的目的。贴缝带的一大优点是施工快捷、简单，对交通干扰小，尤其适用于快速抢修和预防性养护。

  热熔型密封胶主要指的是在施工时需要加热至一定温度使其呈流动态，然后冷却后硬化成形的密封材料，多见于热熔型灌缝胶。这类材料在加热状态下具有很好的流动性，一旦冷却就能形成非常坚硬且有弹性的密封层。由于其在高温下的良好稳定性以及低温下的低脆性，热熔型密封胶特别适合应用于宽裂缝或者深裂缝的修补，不仅能够有效阻隔水分进入，还能够抵御车辆行驶带来的反复冲击和拉伸应力。

  2.3快速修补材料

  聚合物改性砂浆是一种先进的建筑材料，它通过在传统砂浆中加入特定种类和比例的聚合物改性剂，显著提升了砂浆的力学性能和耐久性。聚合物改性砂浆具有快速凝固和硬化的特点，能够在短时间内达到较高的早期强度，这对于突发的道路病害抢修十分有利。在实际应用中，它可以快速填补混凝土结构的裂缝、空洞和破损部位，形成高强度的修补层，有效防止水分渗透和结构继续恶化，尤其适用于桥梁、隧道、立交桥等重要交通设施的紧急修复。

  混凝土修补剂作为一种专用的混凝土修复材料，适用于混凝土路面、结构物表面的麻面、蜂窝、露筋、裂缝等各种病害的修复。其配方中含有特殊的化学成分，可以与旧混凝土表面形成牢固的化学键合，提高了修补层与原有混凝土之间的粘结强度，同时还具备良好的防水性和抗冻融性能。混凝土修补剂的一大特点是施工简便，能够快速形成坚硬且具有良好耐久性的修补层，特别适合于交通繁忙路段的快速修复，尽量减少因修复作业对交通流的影响。

  水泥基快速修补材料是另一种高效的道路修复材料，它基于改良的水泥技术和高效的外加剂配方，能够在极短的时间内完成从搅拌、浇筑到终凝的过程。这种材料具有出色的早期强度发展能力，可在短时间内恢复道路的正常通行，特别适应于急需开放交通的重要道路和桥梁。其高强度性能保证了修补区域在承压、抗弯、抗剪等方面的可靠性，能够有效抵挡各种机械和环境因素对修复部位的侵害，延长了道路设施的使用寿命。

  2.4防水防腐材料

  用于强化路面结构防水防腐性能的专业材料，如防水涂料和防腐涂层，是当今道路建设和维护中不可或缺的部分。这些材料通过科学配方设计和先进技术制造，能够在铺设于路面表层后形成一种坚固而连续的防护层，就像一层无形的铠甲，对路面形成严密保护。

  防水涂料通常由高分子聚合物、改性沥青、颜填料、助剂等组成，具有良好的延展性、粘结力和抗渗透性。涂覆在路面之上，它们能够有效地阻挡水分渗透，防止水分沿着路面裂缝或孔隙向深层结构迁移，从而减缓路面因水分侵蚀导致的冻融损害、盐冻破坏和化学侵蚀，显著提高路面的耐久性和使用寿命。

  防腐涂层则侧重于对抗化学腐蚀和生物腐蚀，它能有效地隔离路面材料与酸雨、融雪剂、工业污染等有害介质的接触，防止这些介质对路面材料的化学反应和电化学腐蚀。防腐涂层不仅能保护路面不受侵蚀，还能防止钢筋锈蚀，保持路面结构的完整性和稳定性。

  这些防水防腐材料的应用不仅可以降低路面病害的发生率，延长道路的维修周期，还可以节约大量的维护成本和资源，对提升道路设施的整体服务水平和延长使用寿命具有积极的意义。在实际工程中，选择适合当地气候条件、交通负荷、环境因素等特性的防水防腐材料，并严格按照施工工艺进行施工，是确保路面结构长久稳固、保持良好使用性能的关键措施。

  2.5功能性修复材料

  如同抗车辙剂这样先进的路面改良材料，以及诸如抗滑表层专用材料和多彩的路面装饰材料等，在道路工程领域扮演着至关重要的角色。它们不仅在应对路面因交通荷载、气候条件变化等因素导致的各种病害修复工作中发挥着不可或缺的作用，比如有效地解决由于高温重载引起的车辙问题，通过强化混合料内部结构，显著提升道路的承载能力和耐久性；同时，这些材料也能为路面带来除基本通行功能之外的附加特性。

  抗滑表层材料通过增加路面微观纹理或者设计独特的骨料组合，能够大幅度提高路面的抗滑性能，确保车辆在各种天气条件下行驶时具备良好的抓地力和制动效果，从而大大提升了行车安全水平。

  至于彩色路面材料，它们不仅可作为视觉提示元素，用于区分不同车道、人行道、自行车道，营造美观的城市道路景观，还能够通过颜色标识实现交通引导和警告作用，增强了交通管理的效能。此外，某些彩色路面材料还可能具有环保、吸音降噪等功能，进一步优化了城市生活环境的质量。

  3.路面病害修复技术研究

  3.1裂缝修补技术

  路面病害修复技术中的裂缝修补技术是保证道路安全、延长道路使用寿命的关键环节之一。裂缝作为一种常见的路面病害，不仅影响道路外观，还会因为雨水渗入裂缝进而侵蚀路基，加剧路面结构的损害，严重时可能导致路面塌陷，对行车安全构成威胁。因此，对路面裂缝进行及时有效的修补显得尤为重要。

  裂缝修补技术通常包括灌缝和贴缝两大类：

  （1）灌缝技术：灌缝主要是针对宽度较大、深度较深的裂缝进行修复。首先，技术人员会对裂缝进行彻底清理，去除其中的杂物、灰尘以及积水，确保裂缝内部干燥清洁。随后，可能会对裂缝进行适当的切割或开槽，以增大灌缝材料与原有路面的接触面积，提高修补效果。接着，选用适宜的灌缝材料，如热熔型灌缝胶、乳化沥青或其他特种密封胶，将其加热至适宜的施工温度后，通过灌缝设备均匀注入裂缝内。灌注完毕后，用专用工具对灌缝材料进行压实，使裂缝被完全填实，确保灌缝材料与路面紧密贴合，从而有效防止水分渗透，减缓裂缝继续扩张的速度。（2）贴缝技术： 贴缝技术则主要应用于中小尺寸裂缝或不适合开槽修补的情况。该技术使用的是预先制作好的自粘性贴缝带，这种材料具有良好的粘接性能和弹性，能随裂缝形状变化而变化，适应裂缝的伸缩。在实际操作中，先要将裂缝区域清理干净，然后根据裂缝尺寸准确裁剪贴缝带，并将其贴附于裂缝之上，使用滚轮等工具施加压力，确保贴缝带与路面紧密结合，不留空隙。贴缝带可以迅速封闭裂缝，阻止水分侵入，并因其自身的拉伸性能，能够在一定程度上吸收裂缝因温度变化产生的张力，延缓裂缝的进一步发展。

  无论灌缝还是贴缝，都需要严格遵循相关施工规范，确保修补后的路面符合国家规定的性能标准。此外，裂缝修补技术也在不断发展和进步，新材料、新工艺的引入，使得裂缝修补的效果和效率得到了显著提升，也为路面病害修复提供了更为精细化和智能化的解决方案。

  3.2车辙修复技术

  车辙修复技术是解决因重载交通、高温导致的沥青路面永久变形问题的关键技术，涵盖材料优化、结构设计、修复施工及预防性养护四个方面。材料优化通过使用高性能改性沥青及抗车辙剂提高抗变形能力；结构设计通过多层次路面布局分散荷载；修复施工采用微波热再生、冷铣刨热拌再生及罩面技术恢复路面；预防性养护则通过定期养护措施和监测系统，提早干预潜在车辙病害，以提升道路平整度、安全性和耐用性，实现道路设施绿色可持续发展。

  3.3坑槽修补技术

  坑槽修补技术是针对沥青、混凝土路面局部破损的关键修复手段，涉及检测预处理、材料选择与设计、施工工艺及后期养护验收四个环节。首先勘查测量坑槽尺寸，清理并整形边缘，然后按位置、季节、负荷选材并优化配比，确保力学性能和耐久性。施工时小坑槽直接填充压实，大坑槽分层摊铺加固，修补后实行交通管制，确保固化并定期检查，依规验收，确保路面性能达标。此技术对保障道路完好、安全及延长使用寿命至关重要，通过不断优化升级，助力解决路面坑槽问题，推动道路交通事业发展。

  3.4预防性养护技术

  "预护技"指路面病害修复中的预防性养护技术，是一种积极维护策略，核心是通过提前干预保养来延缓路面性能衰退并防止病害发生发展，旨在最大化道路寿命、节省维护费用，并保证行车安舒。该技术涵盖检测、材料应用及施工工艺，主要包括：

  （1）路况检测与预测：高科技设备（如激光雷达、红外热像仪、落锤弯沉仪）定期全面评估路面状态，及时发现潜在病害。结合历史数据、气象、荷载等因素，利用AI和大数据预测病害趋势，为预护计划提供科学指导。（2）材料防腐与性能提升：使用改性沥青、抗老化剂等提升抗疲劳、抗车辙、抗水害能力，延缓路面材料老化。应用防护涂层和密封材料处理裂缝、接缝等，阻止水分和有害物侵蚀，减慢病害进程。（3）早期微修复：对细微裂缝、轻度车辙等早期病害快速微修复，如细缝灌缝、薄层覆盖、局部修整，防止病害扩散。提前铺设抗滑层、应力吸收层等，增强路面抗损性。(4)周期性养护作业：根据实际路况和养护周期进行薄层罩面、微表处、封层等周期性预护，补充耐磨层，改进抗滑性能，保持路面优质状态。 结合季节特点，如春灌裂缝、冬前防冻养护，实行针对性季节性预护。(5)智能养护系统：构建物联网智能养护管理系统，实时监控路面情况，自动执行养护任务，实现养护工作的精准、自动化和智能化。

  3.5综合修复技术

  路面病害修复技术中的综合修复技术，是一种融合了多种修复手段和材料，针对不同类型、不同程度以及不同病害成因的路面损伤，进行一体化、系统化修复的高级技术策略。该技术强调在修复过程中兼顾病害治理的彻底性、修复材料的兼容性、施工工艺的高效性以及路面性能恢复的持久性，旨在全面恢复和提升路面的服务质量和使用寿命。综合修复技术主要包括以下几个关键方面：

  （1）病害识别与诊断：首先通过先进的检测设备和技术（如探地雷达、红外热像仪、三维激光扫描仪等）对路面病害进行精准识别和诊断，明确病害类别、程度及成因，为制定综合修复方案提供科学依据。（2）材料科学与技术创新：综合运用各类高性能、环保型修复材料，如改性沥青、自修复混凝土、新型纳米材料等，以满足不同病害修复的需求。同时，采用抗车辙剂、抗裂剂、防水剂等添加剂，改善材料性能，增强路面的耐久性和抗病害能力。（3）结构设计与施工工艺：根据不同病害特点，设计多层次、多功能的修复结构，如应力吸收层、排水层、抗裂贴等，以分散荷载、防止水损害，并优化施工工艺，如热再生、冷再生、预应力施工等，提高修复效率和质量。（4）一体化修复策略：针对复杂病害情况，采取“一站式”修复模式，即在同一施工周期内，同步完成裂缝修补、坑槽填补、车辙整治、抗滑性能改善等多种修复工作，避免多次施工对交通流的影响，同时也确保修复的整体性和协调性。（5）智能养护与长期监测：结合物联网、大数据、人工智能等先进技术，构建智能养护管理系统，实时监测路面状况，预测病害发展趋势，实现养护工作的精准化、智能化，并通过定期评估修复效果，及时调整养护策略，确保路面性能的长期稳定。

  3.6不同修复技术的适用条件与施工工艺

  路面病害修复技术因其多样性和复杂性，要求针对不同种类和程度的路面损伤采取定制化的修复策略，每项技术均有其特定的应用场景与施工工序。接下来，将逐一阐述几种常见的路面病害及其相对应的修复技术和施工细节：

  首先，面对沥青路面和水泥混凝土路面出现的各类裂缝问题，包括横向裂缝、纵向裂缝、龟裂以及反射裂缝等，裂缝修补技术派上了用场。在施工时，首要步骤是彻底清理裂缝，祛除尘埃、杂物以及松动的部分。对于窄小裂缝，可采用灌缝法，注入特制的裂缝修补材料，例如灌缝胶或乳化沥青，确保裂缝内部饱满且与原始路面牢固连接。而对于较宽或较深的裂缝，则可能需要先进行开槽处理，之后填充贴缝带或热沥青混合料，确保修复部分与原路面无缝对接。

  其次，针对由于材料损耗、水侵害等因素造成的路面坑槽，坑槽修补技术便显得尤为重要。在修复过程中，需首先清理坑槽内的残余物，将坑槽边缘修整得规整。接着，选取与原有路面相匹配的冷拌或热拌沥青混合料，根据坑槽的具体大小和深度，采用直接填充或分层次填充的方式进行修复，并使用振动平板夯或压路机进行压实，确保新填充的物料与原路面紧密结合，不存在空隙或分离现象。

  再者，对于由交通载荷过高和高温引发的路面车辙病害，车辙修复技术发挥了重要作用。首先，清理车辙区域的松散材料，并对车辙深度进行精确测量。然后，运用热再生、冷再生、罩面和微表处等不同技术手段，根据车辙程度选取最适合的修复材料。严重车辙的情况下，可能需要先铣刨掉原来的受损路面，然后再铺设新的沥青混合料，确保新路面的厚度和强度足以承载正常交通需求。

  另外，当路面因长期磨损而导致抗滑性能下降时，就需要采用抗滑性能提升技术。具体施工工艺上，可使用微表处、超薄磨耗层或防滑涂料等材料，以提升路面的粗糙度和抗滑性能。对于已经存在其他病害的路段，应当先修复好这些病害，再进行抗滑层的铺设，确保整个路面的平整度和一致性得到恢复。

  最后，对于路面下部结构受损或承载能力不足的情况，结构补强与整体修复技术显得尤为关键。此时，可以采用预应力技术、更换填充物加固或注浆加固等方式，以改善基层或底基层的承载能力。遇到严重病害时，可能需要对局部或全部路面进行铣刨处理，然后重新铺设路面结构层，以达成整个路面结构的坚固耐用和稳定性。

  4.路面病害修复材料与技术的发展趋势

  4.1高性能与环保型材料的研发与应用

  新型改性沥青材料的开发日益活跃，例如使用SBS、PE等改性剂改性沥青，以提高沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性，减少车辙和裂缝等病害的发生。同时，生物基和可再生材料在路面修复中的应用也越来越广泛，如生物沥青、废旧轮胎橡胶粉改性沥青等，既提高了路面性能，又实现了资源循环利用。

  4.2智能化与自修复材料的探索

  随着科技的进步，智能材料和自修复材料正逐步应用于路面病害修复领域。例如，研发具有感应和响应功能的智能沥青混合料，可以根据外界环境变化自行调节性能；而自修复材料则能在病害出现时，通过内置的修复机制自我修复损伤，显著延长路面寿命。

  4.3生态友好型和低环境影响技术

  生态友好型修复技术，如热再生、冷再生等技术的发展，可以就地取材，对既有路面材料进行再利用，减少资源浪费和环境污染。同时，提倡低碳、低噪音、低排放的施工工艺，如低温拌合、非开挖修复等，尽可能降低对环境的影响。

  4.4预防性养护与长寿命路面技术

  预防性养护技术的推广，如使用高性能防水层、应力吸收层、纤维增强材料等，从源头上延缓路面病害的发生和发展。此外，研究开发长寿命路面结构，如超高性能混凝土（UHPC）、复合材料路面等，以提升路面的耐久性和使用周期。

  4.5数字化与信息化技术融合

  数字化与信息化技术在病害检测、修复方案制定、施工质量监控等方面发挥着越来越重要的作用。例如，利用无人机、激光雷达、红外热像仪等先进设备进行病害快速识别和评估，通过大数据和人工智能预测病害发展趋势，结合GIS系统进行科学合理的养护决策和施工调度。

  结语

  通过对近年来路面病害修复材料与技术的研究进展进行综述，本文认为新型修复材料和技术的开发与应用为路面病害修复提供了有力支持。然而，仍存在一些挑战和问题需要进一步研究，如修复材料的长期性能、修复技术的智能化程度等。未来，应继续加强路面病害修复材料与技术的研究，推动该领域的创新与发展，为道路建设和维护提供更为高效、环保的解决方案。

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