多孔沥青混合料研究现状及发展-魏强04

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1、浅谈多孔沥青路面研究的现状及发展浅谈多孔沥青路面研究的现状及发展魏强 （广西交通规划勘察设计研究院重庆分院 重庆 401147） 摘要：摘要：多孔沥青路面以其良好的抗滑、降噪和排水性能在国外得到广泛应用，但由于其结 构的特殊性和施工的不确定性，使得其路用性能存在较差差异。本文针对多孔沥青路面在 国内外的研究及使用现状，对其存在的问题，解决的技术途径等展开论述，文中所得到的 相关结论有利于多孔沥青路面在我国今后的研究和应用。 关键词：关键词：道路工程 多孔沥青路面 大孔隙 降噪路面 排水路面 1 概述概述多孔沥青混合料( Porous Asphalt Concrete, 简称PAC) 是一种具有

2、相互连通空隙, 空隙 率在20% 左右的开级配沥青混合料, 以其显著的透水、降噪功能和良好的抗滑性能在国外 得到了广泛应用。为了使排水性沥青路面具有长久的使用寿命和良好的降噪效果, 它必须 满足以下三方面要求： 1）能长期保证具有20 %左右的空隙率, 以满足排水和降噪的要求; 2）保证排水性混合料具有足够的抗松散能力, 不出现掉粒剥落等病害; 3）保证混合料具有足够的力学强度, 能够承受车轮荷载的作用； 研究表明：多孔沥青路面的排水与降噪功能主要与它的连通空隙率有关，而连通空隙 率与集料的最大粒径有关。欧洲国家初期大多主张采用最大粒径相对较小如810mm 的级 配，但后来逐渐研究认为，采用最

3、大粒径相对较大的20mm排水性沥青路面, 尤其是采用较 高含量的改性沥青结合料时，能够显著延长路面的使用寿命。英国的经验认为采用最大粒 径为19mm的集料,不仅能够延长路面的使用寿命，延长减少水雾的时间，而且因为空隙大 还能增强排水和自我清洗的能力, 又能增大路面的构造深度, 提高抗滑性能。日本在学习欧 洲经验的基础上, 也研究认为, 在同样的空隙率条件下, 最大粒径为20mm的集料比13mm的 集料连通空隙率大。因此，为确保路面的排水性能, 选用最大粒径为20mm更为有利。2 多孔沥青路面的性能多孔沥青路面的性能据上述原理，多孔沥青路面有以下特性： 设计允许雨水自由通过，并能使车辆轮胎与路面

4、在任何情况下保持接触，避免了雨 天高速行驶时可能发生的打滑现象。 可减少车辆(尤其是卡车)“水雾”现象,且可避免来自路面表层的反光现象,而使得道 路标志更明显。 多孔沥青路面表面的渗水性依靠孔隙率。因此,当路面开放交通时,高流量、高车速就 显得格外重要,这可以防止尘埃或泥土进入孔隙内,造成快速阻塞。 在一定程度上减少了车辆内部和外部的滚动噪音。 根据比利时道路研究中心研究成果表明,噪音减少原因有:层间孔隙的吸音作用;轮胎与 路面界面的泵吸效果;磨耗层良好的路面平整度。多孔沥青路面一般设计成层厚2.5cm或4.0 cm。研究表明为了保证较高的排水性能和有效减少流动噪音以及长时间保持这些特性,建议

5、 层厚使用4.0cm。3 多孔沥青路面结构力学特性多孔沥青路面结构力学特性排水路面优良的使用性能来源于其具有连通的大结构空隙，骨料( 包括外面裹附的沥 青胶浆) 之间的接触关系为点点、点面和面面接触交织在一起。在荷载作用下, 点接触将向面接触演化，由不稳定趋于稳定，骨架因此变形。骨架的变形导致空隙的变化, 包括空 隙量的变化和分布的变化，即结构空隙随时间的衰变问题。空隙衰变到一定程度后, 在荷 载作用下崩溃，这将引起路面骨料的松散和变形，优良性能难以继续，设计寿命无法保证, 因此, 空隙是沥青混合料的固有特征,直接影响到路面的路用性能和长期使用性能2。过大 的空隙率将加快路面的老化, 增加水损

6、害; 过小的空隙率又会影响骨架的稳定, 导致混合 料高温稳定性不足。在排水路面开级配混合料中, 渗透性与其强度将成为一对难以调和的 矛盾体, 而不是密级配中的统一体。因此, 在保证排水沥青路面的高渗透性的前提下, 如 何协调好结构空隙的分布与衰变, 即渗透性与强度的矛盾将成为新的课题。4 多孔沥青路面的适应性多孔沥青路面的适应性4. 1 适合使用的场合适合使用的场合 多孔沥青路面最常用在水流易滞停的地方,如超高变化处、宽路面(高速公路和机场 跑道路) 及山岭区道路纵断面图中低凹处。用于处于地下水位以下的仰拱隧道。在仰拱 处,水通过地裂缝上升,将会损坏沥青路面,且导致隧道内滞水。在其上加铺多孔沥

7、青层会使 得这些不需要的水排到道路的两侧。在隧道中使用多孔沥青路面不仅对乘客有利,而且在引 道附近可减少滚动噪音。用来解决有关滚动噪音的问题。常遇到的情况是在有横向抗滑 槽纹的混凝土路面的城市道路或者高速公路上加铺这种多孔沥青路面,其效果显著。在如前 所述的测试条件下,在距离车7.5m和路面上方1.2m处可观测到610 dB(A)噪音减少量。 4. 2 不适合使用的场合不适合使用的场合 尽管在上述的工程设计中,多孔沥青路面备受关注,但是在有些地段应避免使用多孔沥青 路面: 经常被各种各样的杂物掩埋的道路。如农业区道路,拖拉机带了很多泥质使多孔沥 青表面很易被阻塞。 在交通量小或者低速道路。这是

8、因为交通承担了多孔沥青层表面自 我清除的作用,积聚在孔隙中的尘埃只有通过路面上大量高速行驶的车辆的轮胎吸力作用才 会清除掉。最后,尽量不要在道路表面承受高切向荷载的地段使用多孔沥青路面,这是因为多 孔沥青路面对于这种荷载的抵抗力较低。5 国内外应用情况国内外应用情况5.1 国外应用情况国外应用情况 欧洲最早从20世纪50年代后期开始研究多孔沥青路面,其中法国、丹麦、荷兰和英国的 研究成果较为突出。英国的交通研究实验室( TRL)于1950年末开发了多孔沥青路面,并应用 于机场跑道,1960年开始在公路上修筑试验路。1984 年以来,英国铺筑了各种试验路,目的是 为了论证这种路面的降噪效果和耐久

9、性。欧洲的多孔沥青路面分为单层和双层2 种形式。 单层多孔沥青路面主要应用在荷兰、法国和德国,铺筑厚度一般为3 4 cm , 孔隙率为20 %30 % ,可降低路面噪声35 dB ,使用寿命为810年,建设费用比传统沥青路面高10 %25 %。双层多孔沥青路面主要应用在丹麦、法国和意大利,同时,荷兰也在发展这种路面。 双层多孔沥青路面的上层为渗透层,下层为排水层;比传统沥青路面降低噪声8 dB或9dB ,比 单层多孔沥青路面降低噪声4dB ;空隙率一般为20 % ,建设费用比传统沥青路面高25 %35 %; 上层需要在下层还未冷却时铺筑,并必须喷洒粘层油,使用寿命为810 年。多孔沥青路面在

10、美国一般被称为开级配抗滑磨耗层(Open - Graded Asp halt Friction Course , 简称OGFC)。O GFC于20世纪60年代由美国西部几个州的混合料封层发展而来。铺设厚度为1520 mm ,空 隙率一般控制在15 %左右。除上述国家外,比利时、日本、新加坡、马来西亚等国家和地区,对 多孔沥青路面都进行了不同程度的研究和应用。 5.2 国内应用情况国内应用情况 相比之下,国内对多孔沥青路面的研究起步较晚。我国于20世纪80年代末引进OGFC路面，当时主要采用的是美国的OGFC 技术,主要目的是为了提高路面的抗滑性能。1988 年， 我国首次在北京石家庄高速公路正

11、定段铺筑了OGFC试验路，随后，1996年在江苏杭 州萧山二级公路上铺筑了OGFC试验路, 1997 年10 月,在杭州金华公路上铺筑了长 1km、宽12 m 的多孔沥青砼路面,空隙率接近22 %,试验路实测不同车速下干燥路面可以降 低噪声5. 38. 7 dB。2003 年,北京劲松路改造工程中,铺筑了1 230 m多孔沥青砼路面,这也 是低噪声沥青路面在国内城市市区道路中的首次使用。同年12 月底,劲松路通过专家技术 鉴定,它比普通沥青砼路面平均降低噪声35 dB。除此之外，国内多孔沥青路面的试验路 还包括：1997年的安新高速试验路，1999 年在上海的西藏路、和田路、延安中路;2002

12、年 在北京昌平铺筑的试验路;2005 年在孝襄高速上铺筑的试验路。6 存在的问题及解决途径存在的问题及解决途径欧洲的多孔沥青路面使用寿命通常在815年之内，但在使用期限内，由于沥青与集料 间粘结力减弱，常常出现掉粒、松散的现象，出现结构性损坏，影响其使用性能。因此， 欧洲各国相当重视多孔沥青路面的松散问题，努力寻找并尝试各种改性添加材料以提高混 合料的抗松散能力。此外，欧洲大部分地区冬季严寒，路面结冰导致多孔沥青路面的冬季 养护问题成了一大难题，有些国家因此减少甚至放弃使用多孔沥青路面。对于多孔沥青路 面的结构性病害，采用高粘度的改性沥青能够起到非常好的抗松散效果。 大孔隙是多孔沥青路面最重要

13、的特性，正是因为路面的大空隙才使得其具有抗滑、降 噪和透水性能。但这一特性随时间的增加而减弱，这主要是由于孔隙阻塞造成的。法国通 过对试验路的观测发现：多孔沥青路面经过7 年后, 孔隙阻塞较严重地段透水率由新建的 1cm/ s降至0. 25cm/ s。而在高速、重载、大交通量的公路上, 孔隙阻塞现象不十分严重。防 止孔隙阻塞、延缓透水性衰减的措施如下：选择合适的沥青拌合料。优化集料成份以 实现耐久性和多孔性。孔隙率大于20% , 且集料尺寸大于11mm。保证较大的宏观纹理。 采用耐磨骨料。在低交通量道路上不使用多孔沥青路面。定期清洗孔隙。法国、荷 兰已采用特殊的机器来冲洗多孔沥青路面。层厚宜在

14、50mm 左右。 此外，多孔沥青的冬季养护政策是防止路面结冰, 而不是去除冰。这就要求有一套完 善的冬季道路监控系统。要及时清雪、撒盐, 而不能撒砂或灰碴, 因为这会造成孔隙阻塞。 多孔沥青路面的冬季用盐量一般是普通路面的2倍。荷兰应用了道路结冰报警系统, 能十分 准确地预测路面结冰。奥地利因在解决多孔沥青路面冬季养护问题上感到十分困难, 从 1991 年以来已较少使用多孔沥青路面。7 多孔沥青路面技术的发展趋势多孔沥青路面技术的发展趋势为了防止或减轻排水性路面堵塞现象, 国外已经研发有专用的路面清洗机具, 但我国过 去缺乏这种专用设备。为了促进排水性路面应用与发展, 河南高远公路养护设备有限

15、公司 与浦东路桥建设有限公司合作, 依靠雄厚的研发实力, 2009年研制成我国首台GYPJH2000排 水性路面功能恢复车, 有效地解决排水性沥青路面养护难题。排水性路面养护机的研发成 功, 填补了国内空白。经试用表明, 与日本同类机型(酒井CJ50 )相比,所研制的养护机具有 同样良好的清洗效果。作者简介：作者简介： 姓名：魏强，工作单位：广西交通规划勘察设计研究院重庆分院，工作地址：重庆市渝北 区新牌坊三路1号金华苑B幢4楼，邮编：401147；联系电话：13594010006，籍贯：四川资 阳；出生年月：1980年3月11日；研究方向：路基、路面、路线。身份证号： 511081198003116611，现任职称：工程师。现任职务：副主任工程师。