排水降噪鋪裝AR-OGFC在城市高架上的應用

申成

摘要 文章依托南京緯七路西延線高架橋試驗段的施工實例，對橡膠粉改性瀝青混合料的試驗原材料、配合比設計及實體工程應用進行了簡要介紹，重點探討橡膠瀝青AR-OGFC13的配合比設計方法，在最佳油石比的基礎上，與TPS高黏改性瀝青混合料的路用性能和經濟性能對比。結果表明，兩種瀝青混合料的各項路用性能均良好，但AR-OGFC13表現出更優的經濟性。最終AR-OGFC混合料試驗段的應用有效緩解了道路病害，為新型橋面鋪裝層的進一步推廣應用提供了參考。

關鍵詞 排水降噪；橡膠瀝青混合料；橋面鋪裝

中圖分類號 U416.2文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）03-0069-03

0 引言

近年來，隨著工程規模的不斷擴大，人們對高等級路面服務的需求不斷增加，功能性路面的要求也越來越高。排水降噪路面因其具有優秀的排水能力、降噪性能好以及高抗滑性能等特點[1]，備受關注。在國外，主要應用PS高黏瀝青、SBS改性瀝青和橡膠瀝青等膠結料作為排水降噪路面用瀝青。在我國，由于開級配混合料尚未得到廣泛應用，相關研究與應用主要集中在TPS高黏瀝青，其具有較大的黏度，能夠很好地滿足混合料在高溫和低溫下的性能要求，同時具備良好的水穩定性和耐久性。然而，由于其價格較高，在國內的推廣應用受到一定限制。橡膠瀝青作為一種良好的環保代替材料，與瀝青混合后，吸收其中的輕質組分，產生溶脹共混反應。在這過程中，橡膠粉表面形成一層凝膠膜，增強了與瀝青的黏結力，進而增大瀝青的黏度。此外橡膠瀝青價格與SBS相當，因此其在排水降噪路面的應用中越來越受到重視。

1 試驗原材料

試驗采用基質瀝青為SK70號道路石油瀝青。橡膠粉采用20～40目，摻量為18%。橡膠瀝青的制備方式為濕法工藝，先將SK70瀝青加熱至175 ℃，緩慢加入一定劑量的橡膠粉，并高速旋轉剪切，轉速為1 000 r/min，轉動60 min。待剪切完畢后，及時對橡膠瀝青進行檢測。高黏劑采用TPS，摻量為12%，改性后對高黏瀝青進行檢測。原材料主要技術指標和試驗方法如表1所示。

粗集料采用南京六合的玄武巖制石料，經測試各項指標符合規范要求。礦粉采用石灰巖礦粉，無團粒結塊。建筑用水泥為普通硅酸鹽水泥P·O 32.5，表觀密度為3.120 kg/m3。

2 AR-OGFC13及TPS高黏PAC-13的配合比設計

2.1 配合比設計

考慮排水降噪路面空隙率大的特點，無法和常規瀝青混合料一樣，完全按照馬歇爾試驗方法確定最佳油石比。開級配瀝青混合料的本質是用適量的粗骨料代替細集料，獲得較大的空隙率[2]。依據粗骨料搭配方式的不同，混合料有不同的配合比設計。由于OGFC的設計空隙率較大，粗骨料的搭配方式對集料之間的嵌擠效果影響較小。相關研究表明，排水性能會隨著空隙率的增大而提高，與此同時，力學性能、水穩定性、抗裂性能則會相應地降低。因此混合料的路用性能很大程度上取決于空隙率的大小。該文充分調研了不同國家和地區的OGFC混合料設計標準，發現美國加利福尼亞州要求大于18%，得克薩斯要求為18%～22%，我國交通運輸部頒布的規范，要求AR-0GFC13的空隙率為18%～25%[1]，最終確定每個國家的空隙率要求相對接近。

基于上述調研，為了取得更好的排水降噪效果，控制空隙率在18%～25%之間，最終確定粗集料選用10～15 cm和5～10 cm兩檔，不使用細集料，級配設計為：10～15 cm∶5～10 cm∶水泥=62∶36∶2，級配設計曲線如圖1所示。

根據上述混合料礦料級配結合謝倫堡瀝青泄漏試驗和肯塔堡飛散試驗綜合確定[3]。采用四種油石比（7.7%、8.0%、8.3%、8.6%），通過馬歇爾擊實試驗進行最佳瀝青用量試驗，雙面擊實50次，計算各組試件的空隙率、析漏百分率和飛散率等相關指標。進行謝倫堡試驗前將混合料保溫180 ℃1 h后，進行析漏測試；肯塔堡飛散試驗是將成型的馬歇爾試件，在20 ℃的水浴箱內浸泡20 h后，采用洛杉磯磨耗試驗機進行飛散測試，設定轉數為300。試驗結果分析表明四種油石比空隙率均滿足設計要求，確定最佳油石比為8.3%，毛體積相對密度為2.545，空隙率為22%，析漏損失為0.26%，飛散損失為14.3%，穩定度為86.3 kN。

重復上述步驟，采用三種油石比（4.0%、4.3%、4.6%），粗集料選用10～15 cm和5～10 cm兩檔，細集料選用0～3 cm，級配設計為10～15 cm∶5～10 cm∶0～3 cm∶礦粉∶水泥=53∶34∶9∶2∶2。確定出TPS高黏PAC-13的最佳油石比為4.3%，毛體積相對密度為2.669，空隙率為22.4%，析漏損失為0.42%，飛散損失為15.9%，穩定度為88.4 kN。

2.2 性能對比評價

該文通過路用性能試驗，對橡膠瀝青混合料的性能與TPS高黏改性瀝青進行了對比分析，評價水穩定性、高溫穩定性、低溫抗裂性和抗滑性能等性能指標，并與TPS高黏PAC-13性能相對比，評價AR-OGFC13的相關技術優勢。材料各項路用性能指標對比如表2所示。

由表2可知，AR-OGFC13和高黏瀝青PAC-13水穩定性、高溫穩定性、低溫抗裂性、抗滑性能和滲水性能各項性能良好，均滿足設計要求。橡膠改性瀝青的殘留穩定度和凍融劈裂比略低于TPS高黏瀝青，水穩定性差距控制在4%以內。橡膠瀝青的動穩定度和透水量比高黏瀝青差，說明其抗高溫變形能力和滲水能力較差，但兩者都遠高于規范要求[4]。兩種混合料破壞應變數值相當，說明橡膠瀝青和高黏瀝青的低溫性能基本一致，此外橡膠瀝青的擺值高于高黏瀝青，表現出更高的抗滑性能。

2.3 成本對比評價

以該文橡膠粉摻量18%、TPS高黏劑摻量12%為例，調研得出橡膠粉的單價約為3 000元/t，TPS高黏劑約為45 000元/t，70#基質瀝青約為3 600元/t。因此橡膠瀝青的單價為3 492元/t，TPS高黏瀝青的單價為8 568元/t[5]。進一步按照該文確定的最佳油石比計算，則AR-OCFC瀝青混合料產生的瀝青費用為267.6元/t，高黏瀝青PAC-13產生的瀝青費用為353.2元/t。可見，使用橡膠粉改性瀝青具有絕對的經濟優勢。

3 實體工程應用

依托某高架橋項目進行工程應用，該項目沿線居民密集，這對城市高架橋上的行車噪聲提出了更為嚴格的要求。根據課題研究成果，以及對原橋面的考察，并經過課題組多次內部深入研討，最終確定橋面結構形式如圖2所示。

具體方案從下到上依次為：橋面板采用噴砂處理，做到表面粗糙又潔凈。橋面防水黏結層采用環氧瀝青+碎石的形式。下面層采用6 cm厚的AC-20S。為保證下面層完全不滲水，黏結層采用改性乳化瀝青，灑布量折合為0.4～0.6 kg/m2的純瀝青。最后上面層采用3 cm厚的AR-OGFC13，達到排水降噪的效果。

項目實施了降噪排水鋪裝（如圖3所示），共鋪筑雙幅長度3.5 km的鋪裝層。從現場實施情況看，試驗段粗糙均勻，狀況良好。

項目通車后對降噪排水鋪裝層段落和相鄰路段橋面普通AC分別進行了車內噪音及胎噪、環境噪音的現場檢測，由檢測結果可知，當車速為60km/h時，與相鄰路段普通AC橋面鋪裝相比，AR-OGFC13車內噪音降低了4.7分貝；對輪胎噪音而言，該項目所鋪筑的AR-OGFC13比相鄰路段普通AC橋面鋪裝噪音降低了2.5分貝左右。噪音降低3分貝相當于噪音源的距離增加1倍，采用降噪排水路面后，相當于受聲點與噪音源的距離增加了5/6。對比環境噪音，相同條件下，AR-OGFC13路段比一般瀝青路面路段的噪音低5.3分貝，可見橡膠瀝青開級配混合料具有顯著的降噪效果，且排水性能和抗滑性能有了相應的提升。

實體工程運行1年后，對其進行跟蹤觀測，鋪裝路面的整體表面粗糙度仍然保持均勻，展現出良好的穩定性。在持續的使用過程中，該路面未出現明顯的車轍或坑塘剝落現象，使用狀況仍舊良好。AR-OGFC混合料的實際應用可以有效緩解道路病害，為后續類似項目的實施提供了寶貴的經驗。

4 結論

橡膠瀝青作為一種環保型路面材料，被應用于級配瀝青混合料中，不僅表現出排水降噪、高水穩定性、高溫穩定性強的特點，還具備良好的抗滑性能。該文依托某實體工程試驗段橋面鋪裝進行研究，通過室內試驗對AR-OGFC13進行配合比設計，通過馬歇爾穩定度試驗，并結合飛散試驗和析漏試驗對其進行了全面分析，確定最佳油石比為8.3%。進一步通過路用性能試驗，對比AR-OGFC13和TPS高黏PAC-13的性能，評價水穩定性、高溫穩定性、低溫抗裂性和抗滑性能等性能指標。TPS高黏瀝青的整體性能略高于AR-OGFC13。此外，AR-OCFC瀝青混合料產生的瀝青費用為267.6元/t，高黏瀝青PAC-13產生的瀝青費用為353.2元/t，橡膠粉改性瀝青在經濟效益方面具有顯著優勢。最終AR-OGFC13的試驗段鋪裝，表現出較優的排水、降噪效果，跟蹤觀測路面未出現車轍、松散現象，具有較高的推廣價值。

參考文獻

[1]張可強. 排水降噪路面AR-OGFC在市政道路中的應用[J]. 交通標準化， 2014（11）： 48-50+54.

[2]李春雷， 范萌. 開級配橡膠瀝青混合料在江蘇省高速公路中的應用研究[J]. 路基工程， 2012（3）： 64-67.

[3]符劉旭. 高黏改性型透水瀝青混合料路用性能及聲發射特性研究[D]. 長春：吉林大學， 2019.

[4]唐建厚. 排水降噪防滑瀝青路面材料設計及施工技術研究[J]. 交通世界， 2023（20）： 105-107.

[5]朱志遠， 周橙琪， 周欣， 等. 不同高黏瀝青對降噪排水鋪裝材料性能影響試驗研究[J]. 交通科技， 2021（6）： 52-55.