沥青路面微生物破坏研究进展

高润杰

(武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430023)

0 引言

沥青材料作为沥青路面的重要组成部分，其结构的稳定性对于沥青路面的路用性能起着重要作用。当沥青路面暴露在大气中，会受到太阳辐射、温度差、氧气以及水分等多重因素的作用，进而破坏沥青材料，从而降低路面的路用性能和使用寿命[1]。

针对沥青材料的破坏，国内外研究人员对损坏表现与机理进行了一系列研究。通过分析国内外的研究成果可以得知，沥青路面在使用过程中，会受到阳光、温度、氧气、紫外线、水分等多因素的影响，从而发生破坏。此外，在较高温度或紫外线光照条件下，沥青材料会产生一系列的化学反应，引起沥青分子中的分子结构进行加聚、氧化等反应，产生极性官能团，使沥青分子量产生变化，最终导致沥青材料硬化、开裂等病害[2]。

通过调查发现，建造于林区、湿地和河岸的沥青路面虽然由于植被的遮蔽受热和紫外线照射较少，但是经过短时间使用后，沥青路面上同样会出现一些过早的损坏。这可能是由于沥青路面上的微生物破坏造成的，因为这些沥青路面通常处于阴凉、潮湿或污染的环境中，这些环境为微生物的繁殖提供了理想条件[3]。目前，关于微生物引起沥青的破坏影响并未引起足够的重视，同时微生物破坏前后沥青的性能变化以及整个过程中的破坏机理也没有详尽的研究[4]。

1 沥青路面微生物分布

自然界中的微生物由于个体小、丰富度高和较强的扩散能力，是一个数量庞大的生物群体。同时作为生物界的重要组成部分，这些群体往往具备很强的适应性和繁殖能力[5]。高速公路不仅可以有效地提高交通运输能力，也会极大促进区域的经济和社会发展。目前的公路建设在一定程度上会对周边的生态环境造成破坏，因此公路绿化得到了越来越多的重视。通过分析研究温度、降水、光照、土壤等条件因素，目前公路周边的植被具备丰富的类型[6]。这些植物在吸收汽车尾气，保护环境的同时，由于具备合适的水分、温度、光照等生存条件，也为微生物的繁殖提供了基础。对于林区、湿地和河岸等温度和湿度条件更加适宜的地区，沥青路面会长时间处于温暖、潮湿的复杂环境中，这也会使沥青路面遭受数量巨大的微生物影响[4]。

2 微生物对沥青路面破坏的表现

在土壤中分布着繁多的微生物，而沥青路面直接与土壤接触，这样微生物将逐渐扩散至沥青路面。在外界光照、水分以及沥青本身的油分、胶质的复杂条件下，微生物会在沥青路面上得以繁殖，与此同时也对沥青材料进行降解，进一步破坏沥青路面结构的稳定性，从而对沥青路面的路用性能和使用寿命造成影响。根据已有的研究可以得知，某一种微生物对物质的分解作用是有限的，因此在沥青路面上的微生物，单一种类分解的物质也较为单一。但是，微生物群体本身是一个复杂而繁多的群体，因此对沥青路面破坏时，其影响也将更为复杂。

在特殊环境下的沥青路面分布着丰富的微生物菌落，目前针对微生物产生的影响已经得到越来越多的学者关注。最早在1956年，国外便出现涉及碳氢化合物上微生物生长的大量文献，指出微生物能够破坏石油的所有馏分，包括沥青馏分；通过培养细菌可以成功分离出能够降解沥青的微生物；同时温度、pH值和环境会对沥青降解产生不同的影响[8]。通过其他研究证明，微生物可以产生醇类、酯类、酮类和其他物质，在这些物质作用下导致沥青发生降解，然而效果非常微弱，所以在一段时期内，降解的危险性可以忽略不计；但是如果时间增加到一定程度，就可以造成沥青较为严重的破坏效果[9]。最近的相关研究表明，在硫酸盐还原条件下，微生物可以对石油烃产生最快的降解行为，其中正构烷烃的半衰期为49.51 d，多环芳烃的半衰期为58.74 d[10]。硫酸盐还原菌作为重要的石油降解细菌，对于石油烃类物质具有很强的降解能力，目前已经得到了很好的研究[11]。此外，通过对从日本获得的能够降解原油的微生物群落施加特定的酵母提取物后，发现长链物质的降解速率显着增加，表明了对微生物增强和刺激的有效性，对于微生物降解影响具有重大参考[12]。

我国研究人员在微生物对沥青路面破坏表现领域尚未展开大规模研究，仅有研究人员将微生物对石油烃物质的降解作用进行了深入探讨。贾凌慧等[13]从石油污染环境中提取了7种石油降解细菌，通过构建菌群实现了快速降解石油物质。张志君等[14]汇总了石油烃成分、污染环境和细菌种类对降解效果的影响，提出了典型的石油烃降解细菌。单一菌株只能降解某一种组分，而当细菌种类变多时，便可形成协同作用，大大提高了降解作用[15]。

目前通过微生物对沥青路面破坏表现的研究现状可知，在沥青路面的使用过程中，自然环境中的微生物对路面材料都会产生一定的破坏作用。当路面环境更适宜微生物繁殖时，数量巨大的微生物会降解破坏沥青组分，从而降低了沥青路面的路用性能和使用寿命。因此，针对微生物对沥青路面的破坏需要制定相应的抗破坏措施，研究出更耐降解的路面材料。

3 沥青路面抗微生物破坏对策

针对微生物对沥青路面的破坏现象，要研究相应的对策首先需要知道破坏机理。目前我国现有的研究大多集中于利用微生物的降解来解决石油污染，深入探讨的不多。通过汇总发现，环境中的微生物会利用沥青路面中的胶质和油分等物质生存在沥青材料上，在这个过程中，微生物就会破坏沥青原有的组成和结构，而破坏后的沥青分子物质组成和分子量分布也会发生变化，进而导致性能改变。沥青质分子是以多环芳烃为中心，不同分子片层结构之间通过多环芳烃间相互作用或氢键作用组合而成。而微生物降解多环芳烃存在以下途径：微生物以多环芳烃作为生长的基础以及微生物通过共代谢方式消耗多环芳烃[16]。

针对微生物对沥青路面的破坏作用，张韩帅采用十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵以及纳米氧化锌颗粒，三者比例为1:1:1研究出了抗破坏添加剂，此时的抗微生物破坏效果最优[4]。除此以外，参考石油油田设施抵抗微生物腐蚀的相关研究，可以为沥青路面的微生物防护提供借鉴。

4 结论

本文通过分析沥青路面的微生物分布及其对沥青路面的破坏分解作用，为探究沥青路面微生物破坏机理和提高沥青路面抗微生物破坏以及延长沥青路面使用寿命提供参考，主要结论如下。

1)当位于林区、山地等潮湿温暖环境中时，沥青路面上的微生物会以沥青材料作为能量源进行大量繁殖，从而在沥青路面上形成大量菌群。

2)自然界中的微生物存在降解沥青材料的菌落，但不同菌落对沥青路面的破坏效果有所差异；当不同菌落进行组合时，降解破坏作用会有所增强。

3)目前针对沥青路面抗微生物破坏尚未有大规模研究，也没有成熟的抗微生物破坏添加剂。在进行相应的病害防治时，也要注重沥青路面的清理，保持良好的路用环境，减少沥青路面微生物的繁殖。