公路桥梁桥面铺装层病害成因及新型修复材料研究

一、引言

随着我国公路交通量的持续增长与重载车辆比例的提升，公路桥梁桥面铺装层的病害问题日益突出。据交通运输部统计，全国干线公路桥梁中，约 42% 的桥面铺装存在不同程度的损坏，其中裂缝、车辙、坑槽等病害占比达 78% （李明远 , 2023）。桥面铺装层作为桥梁结构与车辆荷载的直接接触面，不仅承担传递荷载的功能，还需具备良好的抗变形、耐磨耗及防水性能。传统沥青混凝土铺装层在长期荷载与环境作用下易出现性能劣化，而水泥混凝土铺装层则面临收缩开裂等问题（王建军, 2022）。近年来，环氧树脂改性沥青、超高性能混凝土（UHPC）等新型材料在桥面修复中的应用逐渐增多，但关于其作用机理与适用性的系统性研究仍显不足。本文基于现场调研与实验室分析，从病害成因入手，对新型修复材料的性能与应用展开深入探讨。

二、桥面铺装层常见病害类型及成因分析

（一）结构性病害：裂缝与破损

1. 反射裂缝与荷载裂缝

桥梁主体结构的变形（如梁体挠曲、伸缩缝位移）会通过铺装层传递应力，当应力超过材料抗拉强度时形成反射裂缝。张卫国等（2021）对某连续梁桥的监测显示，温度变化引起的梁体伸缩导致桥面铺装在伸缩缝两侧 50cm 范围内出现密集横向裂缝，缝宽可达 0.5mm 以上。此外，重载车辆反复碾压会使铺装层产生疲劳开裂，尤其在支座附近等应力集中区域，裂缝扩展速度较普通路段快3-5 倍（刘建成, 2020）。

2. 坑槽与剥落

雨水渗入铺装层空隙后，在车辆动水压力作用下会冲刷基层集料，导致沥青膜剥离、集料脱落形成坑槽。陈海波（2019）在沿海地区桥梁调研中发现，雨季过后桥面坑槽发生率较旱季增加 60% ，且多分布于排水不畅的低洼路段。此外，水泥混凝土铺装层若振捣不密实或养护不足，会因内部缺陷引发局部剥落。

（二）功能性病害：车辙与抗滑性能衰减

1. 车辙形成机理

沥青铺装层的车辙主要由材料的塑性流动引起，在 60% 以上高温环境下，重载车辆反复碾压会使沥青混合料产生累积变形。李建斌等（2022）通过室内车辙试验证明，普通 AC-16 沥青混凝土在 60% 、0.7MPa 荷载下的稳定度仅为8kN，而添加 3% 环氧树脂改性后，稳定度提升至15kN，抗车辙能力显著增强。

2. 抗滑性能劣化

集料磨损、沥青膜泛油是导致桥面抗滑性能下降的主要原因。王建军（2022）对通车 5 年以上的桥梁检测发现，桥面摩擦系数（BPN 值）较施工初期降低 40% ，其中重载交通路段降幅达 55% ，已接近规范下限（BPN ≥ 45）。

（三）环境与施工因素的影响

1. 温度与湿度作用

温差变化会使铺装层产生热胀冷缩，当约束应力超过材料极限时形成裂缝。在北方严寒地区，冻融循环会加剧裂缝扩展，某寒区桥梁检测显示，冬季桥面裂缝宽度较夏季增大 0.2-0.3mm （李明远 , 2023）。此外，持续降水会导致沥青混合料水稳定性下降，水泥混凝土铺装层则可能因钢筋锈蚀产生膨胀裂缝。

2. 施工工艺缺陷

铺装层施工时若压实度不足（如沥青混凝土压实度 <96% ），会导致内部空隙率过高，加速水损害；水泥混凝土铺装层若振捣不密实或养护期缺水，会产生收缩裂缝。张卫国等（2021）通过无损检测发现，某桥梁铺装层存在12 处压实度不足区域，其中8 处后期发展为严重坑槽。

三、新型桥面修复材料的技术特性与应用

（一）环氧树脂改性沥青材料

1. 材料性能优势

环氧树脂与沥青的复合改性可显著提升材料的粘结强度与抗变形能力。实验数据表明，添加 10% 环氧树脂的改性沥青，其 25℃拉伸强度达2.8MPa，较普通沥青（1.2MPa）提高 133% ，且断裂延伸率保持在 300% 以上（李建斌等 , 2022）。此外，该材料的软化点可达 100℃以上，高温稳定性显著优于普通沥青（软化点）。

2. 施工工艺与应用案例

环氧树脂改性沥青铺装层通常采用“两层式”结构：下层为 60mm 厚的骨架密实型沥青混凝土，上层为 40mm 厚的环氧树脂改性沥青磨耗层。在某高速公路特大桥修复工程中，采用该材料后，桥面车辙深度从 18mm 降至 3mm 以下，且通车 3 年内未出现新的裂缝（刘建成 , 2020）。施工时需注意控制环氧树脂固化剂的配比，现场拌合温度应保持在 180-200^∘C ，确保材料均匀性。

（二）超高性能混凝土（UHPC）薄层

1. 力学性能与耐久性

UHPC 的抗压强度可达 120MPa 以上，抗拉强度达 8-12MPa ，是普通混凝土的 3-5 倍，且具有微裂缝自愈合能力。陈海波（2019）对 UHPC 试件进行快速冻融试验（500 次循环），其质量损失率 <0.5% ，动弹性模量保留率 >90% ，远优于普通 C50 混凝土（质量损失率 3.2% ，模量保留率65% ）。此外，UHPC 的氯离子渗透系数 <10-12m²/s ，防水抗渗性能优异。

2. 薄层修复技术要点

UHPC 桥面修复通常采用 50-80mm 厚的薄层铺装，通过界面处理剂与原铺装层粘结。在某城市高架桥修复中，采用 60mm 厚 UHPC 薄层替换破损的沥青铺装层，经有限元分析，其荷载应力较传统混凝土铺装降低 40% ，且桥面平整度（IRI 值）从 3.5m/km 改善至 1.8m/km （王建军 , 2022）。施工时需注意： ① 原桥面凿毛深度 ⩾5mm ，确保界面粘结；② UHPC 中掺入钢纤维（体积掺量 2% ），提升抗裂性能。

（三）新型复合材料的对比分析

材料类型抗拉强度（MPa）耐候性（年）施工厚度（mm）适用场景普通沥青混凝土 1.2-1.8 5-8 80-120 轻交通量桥梁环氧树脂改性沥青 2.5-3.0 10-15 40-60 重载交通、高温地区桥梁

UHPC 薄层 8-12 15-20 50-80 大跨径桥梁、修复工程

四、结论与展望

本文通过对公路桥梁桥面铺装层病害成因的系统分析，结合新型修复材料的性能研究，得出以下结论：

1. 桥面铺装层病害主要由荷载作用、环境因素及施工缺陷综合引发，其中重载交通与温度变化是导致结构性病害的关键因素。

2. 环氧树脂改性沥青与 UHPC 薄层在力学性能、耐久性方面显著优于传统材料，分别适用于不同交通等级与环境条件的桥梁修复。

3. 桥面修复需遵循“病害分级处治、材料协同应用”原则，同步优化排水系统与界面处理技术，提升整体修复效果。

未来研究可聚焦以下方向： ① 开发自感知、自修复型桥面材料（如内置微胶囊自愈剂的沥青混合料）； ② 探索 3D 打印技术在桥面铺装层快速修复中的应用； ③ 建立基于大数据的桥面病害预测模型，实现预防性养护。随着新型材料与智能技术的融合，桥面铺装层的耐久性与服役寿命有望得到进一步提升。

参考文献

[1] 李明远 . 公路桥梁桥面铺装层病害成因及防治技术研究 [J]. 公路交通科技 , 2023, 40(05): 102-108.

[2] 王建军. 超高性能混凝土在桥面铺装修复中的应用研究[J]. 混凝土,2022(07): 156-160.