低噪聲透水瀝青路面在濕熱地區市政道路中的應用

徐 波，傅春秀

（1.深圳市市政設計研究院有限公司，廣東深圳 518029；2.福州大學，福建福州 350108）

0 引言

隨著社會經濟發展，“以人為本，環境友好”理念深入人心。公眾對出行質量需求不斷提高，對道路交通安全日益關注。如何提高道路使用品質，如何向社會提供更加安全、舒適、環保的道路交通，已成為我國道路交通事業發展的新目標和新方向。低噪聲透水瀝青路面則是實現這種新目標的一種典型路面結構[1]。

低噪聲透水瀝青路面是一種具有大于15%（一般為18%～25%）空隙率的瀝青路面。以大空隙瀝青混合料作為表層（4～5 cm厚），表層以下為密實型級配不透水瀝青層，雨水通過排水功能層迅速排入邊溝等排水構造物中。

低噪聲透水瀝青路面構造深度大，抗滑性能好，能有效減輕行駛車輛的濺水、水霧，減輕光線漫反射，提高行車安全；同時還具有良好的排水、降噪、降低城市熱導效應等生態環保功能[1，2]。

開級配的多空隙瀝青混合料20世紀50年代始于美國，隨后歐洲、日本等發達國家先后就這種瀝青混合料的不同功能展開了研究與推廣應用。我國對該種瀝青混合料的研究應用起步相對較晚，先后在北京、上海、浙江等地修筑了部分試驗路。近年來，隨著預拌式施工技術的引入，成品高粘度改性瀝青質量的提高，深圳等地修筑了部分低噪聲透水瀝青路面應用工程，取得了不錯的進展。

本文依托深圳已修筑的幾條低噪聲透水瀝青路面工程，從原材料選擇、配合比設計、施工控制、路面排水構造、養護管理等方面較為系統地介紹了低噪聲透水瀝青路面在南方濕熱地區市政道路中的應用及其注意事項。

1 主要技術特點和失效模式

針對深圳地區高溫多雨的南方濕熱地區區域環境氣候，從排水路面結構與構造設計、原材料選擇、施工工藝等方面進行系統的區域性研究與應用。截至目前，深圳市低噪聲透水瀝青路面典型應用工程有：（1）深圳市恒心路（直投式施工）；（2）龍崗區新東路（預拌式施工）；（3）南山區桃園西路（預拌式施工）；（4）光明新區36號路（預拌式施工）；（5）光明新區38號路（預拌式施工）。

1.1 優點

低噪聲透水瀝青混合料是一種基于骨架空隙結構發展而來的開級配瀝青混合料（見圖1）。該種結構粗集料含量多，細集料含量少，粗集料通過點接觸形成骨架，混合料中剩余空隙率大，易滲水，因此，該結構內摩擦阻力較大，粘聚力較小（見圖2）。在這樣的結構特性下，低噪聲透水瀝青路面具有如下技術優點。

圖1 骨架孔隙結構

圖2 低噪聲透水瀝青混合料

（1）大幅度提高行車安全。

低噪聲透水瀝青路面由于具有較大的空隙率和表面構造深度，與普通的密級配瀝青混合料相比，能較大幅度地提高行車安全，主要體現在：a.構造深度大，抗滑性好；b.減輕行駛車輛的濺水、水霧；c.減輕光線的路面反射，提高行車安全。

（2）良好的生態環保性。

低噪聲透水瀝青路面具有迅速排除路表積水、降低交通噪聲和城市熱導效應的生態環保功能。

1.2 損壞模式

深圳等類似南方濕熱地區具有高溫、多雨、太陽輻射較大的氣候環境特點，對道路尤其是市政道路要求能夠快速排除路表水分，保證行車安全，降低車輛噪聲，減緩城市熱導效應。在南方濕熱地區鋪設低噪聲透水瀝青路面能夠很好地滿足上述技術要求。但是，由于高溫多雨的氣候特點，濕熱地區低噪聲透水瀝青路面在交通荷載下的飛散問題、水穩定性問題、高溫穩定性問題、瀝青老化問題、堵孔問題突出，要求混合料具有較多的有效連通空隙、足夠的耐久性、良好的水穩定性和高溫穩定性。

在環境場和車輛荷載綜合作用下，低噪聲透水瀝青路面的主要失效模式有以下幾種。

（1）飛散

飛散，亦稱為松散，是低噪聲透水瀝青路面最典型的病害之一，是由于瀝青膜提供的顆粒間結合失效而導致的石料與路表結構脫離（見圖3）。飛散可分為由于瀝青結合料的初始勁度不足、骨料過軟等施工材料質量不佳，在輪胎—路面接觸區內的強剪切力作用下導致的早期飛散[3]和由于結合料老化硬化、重力離析導致的長期飛散[4]。飛散一旦開始，其影響范圍就像多米若骨牌般迅速擴大。

（2）水損害剝落

由于具有較大的空隙率（15%～22%），低噪聲透水瀝青路面長期處于潮濕或水蒸氣飽和狀態，一旦瀝青與集料粘附性不足，很容易出現集料與瀝青剝落等水損害病害。

圖3 飛散破壞

（3）層間剝落

低噪聲透水瀝青路面由于其表層為大空隙的瀝青混合料，與下承層的接觸面積僅為一般的密級配瀝青混合料的75%～85%[5]，因此常常在陡坡、轉彎、交叉路口等剪切應力大的路段發生由于層間抗剪強度不足導致的層間剝落現象（見圖4）。

圖4 層間剝落

（4）功能耐久性

低噪聲透水瀝青路面的功能耐久性問題表現為由于道路周圍環境較差，路面孔隙容易被泥沙、灰塵等堵塞，造成排水、降噪、抗滑、降溫等功能性下降的堵孔問題和由于高的空隙率，瀝青與空氣、光、熱、水接觸面積增大，導致老化進程加快的瀝青老化問題。

1.3 討論

在濕熱地區鋪設低噪聲透水瀝青路面可以有效排除路面積水，降低水膜厚度，大幅度提高行車安全，但由于高溫多雨的區域氣候特點，該種路面結構容易發生水損害問題。低噪聲透水瀝青混合料由于天生級配不良，其水穩定性、高溫穩定性、抗剝落性和層間粘結較差，因此，如何提高南方濕熱地區低噪聲透水瀝青路面的水穩定性和高溫穩定性是該技術成敗的關鍵。

下文以深圳市的低噪聲透水瀝青路面典型應用工程為依托，從原材料技術特點與選擇、混合料配合比設計、施工控制與注意事項等方面談談筆者對低噪聲透水瀝青路面的相關認識。

2 原材料技術特點與要求

2.1 瀝青

排水瀝青混合料由于具有較大的空隙率，因此要求膠結料具有較好的抗水損害和耐老化能力。排水瀝青混合料所用瀝青必須具有較高的粘度、粘稠性和軟化點，一般采用60～70號基質瀝青，通過改性制得高粘度改性瀝青。因混合料粗集料多，因此瀝青用量較少，集料顆粒表面瀝青膜較薄，如果瀝青質量不佳，路面在行車荷載作用下容易出現集料飛散，應選用初始勁度高的瀝青。結合國內外相關研究，給出高粘度改性瀝青的性能指標如表1所示。

表1 高粘度瀝青性能指標要求[6-8]

與普通的道路石油瀝青和改性瀝青相比，低噪聲透水瀝青路面用的高粘度改性瀝青具有高的軟化點和延度；同時其粘韌性、韌性及60℃粘度指標較高，這與該種瀝青混合料具有大空隙率，長期與水接觸有關。高粘度改性瀝青的使用及其技術指標的確定是保證長時間與水接觸作用下混合料具有較好的抗剝落性的關鍵。

對于低噪聲透水瀝青路面用的高粘度改性瀝青應重點關注其老化前后粘度、針入度、延度、軟化點，及與集料粘附性等指標。高粘度改性瀝青是解決低噪聲透水瀝青路面在南方濕熱地區水穩定性和高溫穩定性問題的關鍵。

2.2 粗骨料

低噪聲透水瀝青混合料形成的是石—石點接觸式的嵌擠骨架結構（見圖2）。與普通密級配瀝青混凝土相比，混合料集料間接觸面積減少了約25%，接觸點間的應力提高，因此骨料的性質、形狀以及粒度、級配等都會對混合料的性能有很大影響。

低噪聲透水瀝青混合料所用粗集料宜選用潔凈、均勻、干燥的耐磨耗、針片狀顆粒含量少、抗破碎和粘附性高的碎石、破碎礫石等骨料。參照國內外已有的研究經驗，低噪聲透水瀝青混合料粗集料的具體技術指標應滿足表2給出的要求。

表2 低噪聲透水瀝青混合料粗集料技術指標要求[6-8]

從表2可以看出，低噪聲透水瀝青混合料對粗集料的壓碎值、洛杉磯磨耗損失值、表面磨光值、針片狀顆粒含量限制較高；同時為保證混合料有良好的抗剝落性，對瀝青的粘附性等級要求也較高。

2.3 細集料

低噪聲透水瀝青混合料所用細集料一般是指0.075～2.36 mm部分的集料，包括機制砂、石屑、天然砂等。應潔凈、干燥、無風化、無雜質，與瀝青有良好的粘附性，并有適當的顆粒級配，宜符合中砂的級配和細度模數，粒徑范圍要求見表3。細集料最好使用人工破碎的機制砂，因為機制砂潔凈、棱角性好，有相當好的粗糙度，混合料抗車轍能力強。與瀝青粘結性能較差的砂子及用花崗巖、石英巖等酸性石料破碎的機制砂或石屑不宜使用。細集料技術指標要求詳見表4所列。

表3 細集料的粒徑范圍

表4 細集料技術指標要求及試驗方法[6-8]

2.4 填料

礦粉在低噪聲透水瀝青混合料中含量雖少但至關重要。由于混合料中粗集料較多，若缺少礦粉，必然會產生瀝青流淌現象。礦粉的作用是吸附瀝青，瀝青只有吸附在礦粉表面形成薄膜，才能對其他粗細集料產生粘附作用。低噪聲透水瀝青混合料由于空隙較大，在提高其排水、抗滑性能的同時也降低了混合料的耐久性。要提高其耐久性，膠結料的作用就非常重要，所以對礦粉的質量應該嚴格要求。低噪聲透水瀝青混合料所用填料要求采用石灰巖或巖漿巖中的強基性巖石等憎水性石料經磨細得到的礦粉。具體技術指標要求見表5所示。

表5 礦粉技術指標要求及試驗方法[6-8]

3 配合比設計

由于低噪聲透水瀝青路面礦料級配較粗且多為開口空隙，空隙率高，難以用通常的馬歇爾試驗方法確定瀝青含量，應根據混合料生產、運輸、抗磨耗、飛散、析漏要求及目標空隙率確定配合比。

在進行低噪聲透水瀝青路面配合比設計時，應根據當地降雨情況合理選擇目標空隙率。同時，路面排水、降噪、抗車轍、耐久等要求的集料最大公稱粒徑往往存在相互矛盾，應根據路面具體的功能要求選擇集料粒徑。通常同類型的瀝青混合料，公稱粒徑越小，降噪性能越好[9]。

本文參考國外配合比設計方法，主要以各項功能性檢驗為主，選擇期望空隙率而又具有較高耐久性的最大容許瀝青膜厚度來確定瀝青含量。圖5給出了低噪聲透水瀝青混合料的配合比設計流程。

圖5 低噪聲透水瀝青路面配合比設計流程

通過上述配合比設計得到的瀝青混合料應達到表6所示的技術要求。

表6 排水性混合料設計技術要求[6-8]

4 施工控制

低噪聲透水瀝青路面施工流程如圖6所示，施工時應嚴格控制混合料溫度，保證路面所需要的瀝青的初始勁度。

圖6 透水瀝青混合料施工流程

4.1 拌制

低噪聲透水瀝青混合料生產工藝可分為直投式施工和預拌式施工兩大類。

直投式施工，也稱高黏度添加劑（HVA）“干法”工藝，是指使用普通基質瀝青，在混合料拌和過程中單獨添加外加改性劑生產改性瀝青混合料的工藝。HVA通常為毫米級的固體顆粒，在“干法”工藝中，HVA投放于通常的拌和樓后能夠迅速熔融分散，起到對瀝青混合料良好的改性效果[1]。

預拌式施工，也稱成品“濕法”工藝，是通過溶脹、高速剪切、膠體磨等加工工藝，將一定比例的聚合物改性劑（或復合體）與瀝青混溶，制備得到高黏的改性瀝青，在施工現場直接使用成品高黏瀝青生產混合料[1]。

直投式施工工藝由于瀝青結合料質量均勻性和穩定性較差，易出現飛散等早期病害。近年來深圳、上海等地先后引進了日本高黏度瀝青生產線，采用預拌式工藝，明顯改善了排水瀝青路面質量。

無論是直投式還是預拌式施工工藝，低噪聲透水瀝青混合料正式試拌前，應對確定的配合比進行室內試拌與拌和機試拌，驗證最佳瀝青用量與混合料質量指標，如不符合要求應進行調整，重新試拌。試拌確定最終配比后，生產拌制時應嚴格稱取瀝青用量，瀝青用量在拌和過程中允許偏差為±0.3%。低噪聲透水瀝青混合料拌制時的溫度宜控制在170℃～185℃之間，拌制時間應通過試拌確定。排水瀝青的生產應隨拌隨用。在生產過程中，應對每個臺班的產品進行質量取樣檢驗，并檢測混合料的礦料級配和瀝青用量等，應經常檢查成品的溫度、混合料的外觀質量、均勻性等。

低噪聲透水瀝青混合料拌制過程中溫度控制是一個關鍵問題。混合料溫度過低，施工作業困難；溫度過高，混合料容易發生流淌。因此，在混合料生產拌制過程中應嚴格控制溫度。

4.2 運輸

（1）低噪聲透水瀝青混合料出廠時應逐車檢測瀝青混合料的重量和溫度，記錄出廠時間，簽發運料單。

（2）瀝青混合料的運輸應采用清掃得很干凈的運料車，在保證不影響產品質量的前提下實施運輸作業，應盡可能縮短運輸時間。

（3）運輸過程中，應采取保溫措施，確保混合料攤鋪溫度不低于165℃，當溫度低于160℃時，混合料應廢棄。

4.3 攤鋪

（1）攤鋪前，應對基層或下臥瀝青層進行工程質量檢查和驗收，質量應符合規范相關要求。下臥層如果已被污染，必須清洗或銑刨后方可鋪筑。

（2）為使低噪聲透水瀝青混合料面層與下臥瀝青層有良好的黏結，應采用陽離子噴灑型改性乳化瀝青PCR作為黏結層兼作防水封層，撒鋪量宜不少于1.0 L/m2。防水黏結封層的施工可按規范相關要求進行。

（3）為避免施工接縫處出現明顯縫跡，施工時應盡量全幅攤鋪。當攤鋪機寬度不足時，宜采用兩臺攤鋪機平行作業。調整拌和機生產率及攤鋪機行走速度，配足運料車，確保攤鋪機的連續喂料、連續作業，減少施工接縫數量。

（4）攤鋪速度宜控制在3 m/min左右，攤鋪溫度宜控制在165℃～175℃左右。

4.4 碾壓

（1）碾壓前應配備足量的壓路機，初碾、二次碾壓宜選用10～12 t的滾筒式壓路機，終碾宜選用6～10 t多輪式壓路機或8～15 t膠輪式壓路機。

（2）碾壓應采用靜壓方式，不得采用振動。壓路機距離攤鋪機不宜過長，一般不超過20 m。終碾次數以2次（1個往返）為宜。為防止膠輪式壓路機輪胎黏附，宜使用少量的水或者切削用乳化油劑稀釋液等涂覆輪胎表面。

（3）初壓速度宜控制在2 km/h，溫度應控制在160℃～140℃；復壓速度宜控制在3 km/h；終壓速度宜控制在2 km/h，溫度應控制在90℃～70℃，碾壓時，應記錄測試溫度。

（4）為消除鋼輪壓路機碾壓帶來的細小裂紋和提高路面抗飛散能力，可在70℃～90℃的低溫下用膠輪壓路機進行二次輕輕碾壓表面集料。

4.5 接縫與構造物處理

（1）低噪聲透水瀝青路面接縫處不允許重疊，縱向接縫宜鋪筑成梯形，便于鄰接的面層黏結牢固，確保接縫兩側密度相同。若交通條件不允許鋪成梯形，為防止縱向接縫過冷，在鋪筑相鄰面層時，須將接縫處再加熱，加熱時應避免將面層直接暴露在火焰下。

（2）低噪聲透水瀝青面層縱、橫向接縫以及與附屬構筑物的銜接部分須充分壓實、粘接緊密。

（3）在鋪筑面層時，須對透水管進行保護，避免瀝青混合料堵塞透水管孔眼，確保透水性路面結構中的雨水能順暢地排入透水管。

4.6 交通管制

低噪聲透水瀝青面層碾壓成型后，應避免車輛立即進入，應在終碾4 h后或表面溫度低于50℃，且路面足夠堅硬后方可開放交通。

5 路面排水構造與養護管理

5.1 路面排水構造

低噪聲透水瀝青路面除了4～5 cm的排水表層外，路面排水構造物的設計也至關重要。應根據當地降雨強度和路面允許水膜厚度合理設計路拱坡度和縱向排水構造。圖7給出的是深圳龍崗區新東路低噪聲透水瀝青路面排水構造形式。

圖7 新東路縱向排水構造

5.2 養護管理

低噪聲透水瀝青路面空隙率會隨著開放交通后二次壓密和泥沙雜物堵塞使空隙逐漸減小，造成排水、降噪、抗滑、降溫等功能下降。目前常用的功能恢復方法有物理方法和化學方法兩大類，因化學養護容易造成污染，所以前者應用較多。

6 結語

低噪聲透水瀝青路面由于具有大幅度提高道路行車安全、降低交通噪聲、降低城市熱導效應的優點，因此，在南方濕熱地區具有很大的應用空間和前景。為了充分發揮該種路面結構的功能和保證較好的耐久性，應重點解決以下幾方面技術問題。

（1）在進行低噪聲透水瀝青路面結構層設計時，應注重不同結構層分工設計理念，如排水降噪功能層、防水黏結層、中面層抗車轍、下面層抗疲勞，同時應做好排水構造物的設計。

（2）高黏度改性瀝青的使用及其技術指標的確定是解決低噪聲透水瀝青路面在南方濕熱地區水穩定性和高溫穩定性的關鍵，應嚴格控制高黏度改性瀝青質量，關注老化前后黏度、針入度、延度、軟化點及與集料黏附性等指標。

（3）混合料正式制備前應試拌，應通過飛散試驗、析漏試驗確定瀝青最佳用量。

（4）由于結合料黏度高，可施工的溫度窗窄，施工時應嚴格控制混合料溫度，防止溫度過低，碾壓不密實。

（5）應重點解決低噪聲透水瀝青路面結構性與功能性、結構耐久性與功能耐久性、短期性能和長期性能、不同路面功能對材料指標的要求、高性能材料要求與施工工藝和經濟性之間矛盾的協調平衡與解決。

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