排水瀝青路面

我國上世紀(jì)八九十年代在上海、河北、黑龍江、廣東等地修了一些小規(guī)模的試驗(yàn)路，但由于當(dāng)時對我國重載交通的發(fā)展和嚴(yán)重程度考慮不足、缺少性能優(yōu)良的改性瀝青等問題，均未取得成功。 2001年~2004年，交通部公路科學(xué)研究院承擔(dān)了交通部西部項(xiàng)目《山區(qū)公路瀝青面層排水技術(shù)的研究》課題。該項(xiàng)目系統(tǒng)研究了排水瀝青路面的材料性能與設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)、路面安全特性等問題，為排水瀝青路面在我國的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。項(xiàng)目成果經(jīng)交通部科教司鑒定，達(dá)到國際先進(jìn)水平，并獲中國公路學(xué)會科技進(jìn)步二等獎。

2005~2007年，交通部公路科學(xué)研究院承擔(dān)了江蘇省交通科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目《排水瀝青路面應(yīng)用技術(shù)研究》。該項(xiàng)目在西部項(xiàng)目成果基礎(chǔ)上，以提高排水性瀝青路面使用性能為核心，重點(diǎn)研究了高溫和重載交通條件下排水性瀝青路面的使用性能，結(jié)合鹽通高速16.8km排水瀝青路面鋪筑的技術(shù)應(yīng)用，在原材料品質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)、組成設(shè)計(jì)、排水設(shè)計(jì)、施工技術(shù)與質(zhì)量控制等方面進(jìn)行了深入研究。同時，為降低排水瀝青路面在我國推廣應(yīng)用的成本，交通部公路科學(xué)研究院開發(fā)了針對我國重載交通特征的高粘度改性瀝青及高粘度添加劑。

2005年鹽通高速通車后，交通部公路科學(xué)研究院和東南大學(xué)共同承擔(dān)了鹽

通高速排水瀝青路面長期性能觀測項(xiàng)目。根據(jù)四年來共8次的全面跟蹤檢測情況，目前路況良好。

2008年，江蘇省在寧杭高速公路二期修筑了全長20.9km的排水瀝青路面，該項(xiàng)目為雙幅六車道，單幅寬度14.5m，全部鋪裝面積約30.3萬平米，為目前國內(nèi)最大的排水瀝青路面鋪裝工程。交通部公路科學(xué)研究院對該項(xiàng)目進(jìn)行了施工全過程技術(shù)服務(wù)，將前期科研成果進(jìn)行了系統(tǒng)、成熟的項(xiàng)目級應(yīng)用。

鹽通高速和16.8公里排水瀝青路面及寧杭高速20.9公里的排水瀝青路面所采用的都是日本大有建設(shè)株式會社的TPS瀝青改性劑。

近年，通過加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)學(xué)科的交叉研究，特別是高分子材料與石油化工領(lǐng)域新技術(shù)與改性瀝青路用性能技術(shù)需求的融合，交通部公路科學(xué)研究院在改性瀝青技術(shù)方面取得了諸多新進(jìn)展，基于成果研制的系列改性產(chǎn)品是這些成果的直接體現(xiàn)。在我國改性瀝青應(yīng)用已經(jīng)規(guī)?；男聲r期，這些高新技術(shù)和產(chǎn)品為我國道路改性瀝青的蓬勃發(fā)展和技術(shù)突破提供了新的動力和源泉。

其中，為促進(jìn)排水瀝青路面在我國的推廣應(yīng)用，交通部公路科學(xué)研究院開發(fā)了適用于排水瀝青混合料的高粘度添加劑(HVA)，同時研發(fā)了基于穩(wěn)定儲存體系的成品高粘度改性瀝青，并申請了國家發(fā)明專利，為高粘度瀝青品牌的國產(chǎn)化奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

排水瀝青路面采用大空隙瀝青混合料作表層，將降雨透入到排水功能層，并通過層內(nèi)將雨水橫向排出，從而消除了帶來諸多行車不利作用的路表水膜，顯著提高雨天行車的安全性、舒適性;同時，由于排水瀝青路面的多孔特征可以大幅降低交通噪音，也被稱為低噪音瀝青路面(low-noise asphalt pavement)。

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，人民群眾出行質(zhì)量需求不斷升級，交通建設(shè)也愈加突顯"環(huán)境友好"的理念。在道路工程領(lǐng)域，如何提高路面的使用功能，如何向社會提供高安全、更舒適、更環(huán)保的道路表面特性(road surface characteristics)，已成為新時期下我國交通部門追求的新目標(biāo)。

綜觀國內(nèi)外技術(shù)前沿，具有大空隙特征的排水瀝青路面鋪裝因?yàn)榫哂锌够阅芨?、噪聲低、抑制水霧、防止水漂、減輕眩光等突出優(yōu)點(diǎn)，可以說達(dá)到了現(xiàn)有瀝青路面技術(shù)中的"頂端路用性能"(ultimate performance)，成為實(shí)現(xiàn)道路表面特性品質(zhì)飛躍的最佳路面形式。

在歐洲，排水性瀝青路面除了被用于提高路面安全性的目的外，另一個主要用途是減少人口和道路稠密地區(qū)的交通噪音。法國公路部門還指出，排水性瀝青面層有助于減弱夜晚行駛時車燈的眩光。西歐許多國家都鋪筑了排水性瀝青路面。比利時使用排水性瀝青混合料鋪筑路面有二十多年歷史，在1979年時高速公路鋪筑的排水路面就有32700m2。法國約有10%的公路使用排水性瀝青路面，至目前總計(jì)已鋪設(shè)240000m2;但自1990年起，法國的排水性瀝青路面鋪筑有減少的趨勢，主要原因在于路面空隙易造成堵塞，同時冬季除雪劑的消耗增加很大。英、德等國為研究排水性瀝青路面對降低噪音及耐久性的功效，進(jìn)行各種組成材料的鋪設(shè)，其空隙率超過20%。荷蘭、丹麥針對孔隙阻塞問題，研究了雙層式排水性瀝青路面。上層采用最大粒徑4mm或8mm，下層采用最大粒徑11mm或16mm，總鋪筑厚度達(dá)70mm。兩層材料壓實(shí)后的空隙率均超過20%。歐洲透水性路面的空隙率起初為15%，后來為防止孔隙逐漸堵塞及養(yǎng)護(hù)管理的方便，設(shè)計(jì)空隙率逐漸提高到20%或大于20%。歐洲的排水性路面面層較厚，粗集料最大粒徑為10~20mm，其中以12.5mm最多，集料的要求比美國開級配瀝青抗滑磨耗層(OGFC)更嚴(yán)格。西歐各國對瀝青材料的選擇達(dá)成的基本共識是使用改性瀝青，瀝青主要考慮以下要求:具有較好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及抗氧化性能。各國近年來使用的結(jié)合料見表1.1-1。在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)上，不采用與密級配配合比設(shè)計(jì)相同的方法，特別是馬歇爾法與開裂試驗(yàn)，而且認(rèn)為排水性瀝青混合料的抗車轍性能較高，有關(guān)高溫穩(wěn)定性的室內(nèi)試驗(yàn)如車轍試驗(yàn)也不太相關(guān)。工程上主要依靠擊實(shí)試驗(yàn)決定空隙率，同時開發(fā)了肯塔堡飛散試驗(yàn)，這是歐洲常用的排水性瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法。

歐洲各國排水性瀝青路面使用的瀝青結(jié)合料

使用過程中由于孔隙被堵塞，所有的排水性瀝青路面都被證實(shí)有逐漸喪失排水和降噪效果的趨勢，這在城市里比較突出。道路部門對此缺乏有效的維護(hù)手段，因此排水性瀝青面層的使用壽命受到限制。歐洲在排水性瀝青面層下面鋪設(shè)一層不透水薄膜或防水層來防止水對下層的侵蝕，從而較好地解決了美國OGFC應(yīng)用中出現(xiàn)的下層路面水損壞問題。

美國從上世紀(jì)50年代就開始使用開級配抗滑磨耗層OGFC，這種技術(shù)是從碎石封層發(fā)展起來的，開始采用撒布法施工瀝青預(yù)拌碎石，厚度只有1cm左右;為改善高速公路雨天行車的良好抗滑性能，美國聯(lián)邦公路管理局(FHWA)在1970年開始檢討原先采用的封層處理的缺陷，研究開發(fā)了開級配抗滑磨耗層(OGFC)，一般其空隙率約達(dá)15%左右，使用多粗集料級配，其主要功能是提供一個有較高抗滑阻力的表層，同時具有降噪，減少水漂、水濺、水霧、眩光等作用。1973年開始推廣OGFC的使用，在1974年頒布了一套OGFC混合料設(shè)計(jì)方法[3]。據(jù)1982年調(diào)查，全國鋪筑里程已達(dá)15000公里，且多鋪筑在交通量大的州際公路，鋪裝厚度大多為19mm，空隙率約為12%~15%，是允許空隙發(fā)生堵塞的。在機(jī)場也廣泛使用OGFC以減低雨天產(chǎn)生水漂現(xiàn)象。美國聯(lián)邦公路管理局(FHWA)于1990年12月制定了"開級配抗滑磨耗層(OGFC)混合料設(shè)計(jì)方法"。

OGFC使用高質(zhì)量、耐磨光、能提供良好摩擦性能的集料。粗集料不能使用較純石灰?guī)r和易磨光的集料，粗集料中至少應(yīng)有75%(質(zhì)量比)的集料有兩個破碎面，90%的集料有一個以上破碎面，洛杉磯磨耗損失不應(yīng)超過40%。

排水瀝青路面在日本被稱為"超級路面"。日本從1980年前后組團(tuán)赴德國考察后，開始研究引進(jìn)歐洲的排水性瀝青路面技術(shù)。雖然起步較晚，但發(fā)展較快，1987年東京都環(huán)道7號率先采用排水性瀝青混合料鋪筑，表現(xiàn)出了排水性瀝青路面突出的性能特點(diǎn)。自1990年排水性瀝青路面已成為最標(biāo)準(zhǔn)的路面之一在日本各級道路廣泛應(yīng)用，至1996年12月止，已累計(jì)超過800萬m2的鋪筑業(yè)績。

日本的排水性瀝青混合料與歐洲PA相似，采用的最大公稱粒徑有13.2mm及16.0mm三種，目標(biāo)空隙率達(dá)到20%，鋪筑厚度4cm~5cm。近年來，為提高排水性瀝青路面的吸音降噪性能，日本又對最大公稱粒徑9.5mm和4.75mm的混合料展開試驗(yàn)研究。

但是，可以說歐洲的技術(shù)并沒有適合高溫多濕的日本氣候和交通條件。施工后不久便出現(xiàn)了孔隙堵塞及交通載重引起的骨料飛散，車轍變形問題相當(dāng)嚴(yán)重。因此，日本致力于開發(fā)適合日本的氣候條件和交通條件的排水性瀝青路面。經(jīng)過大量的實(shí)踐與研究，日本道路協(xié)會于1996年11月發(fā)布了《排水性鋪裝技術(shù)指針(案)》作為排水性瀝青混合料的設(shè)計(jì)施工指南。同年日本道路公團(tuán)做出所有的高速公路必須采用排水性路面鋪裝的決定后，排水性瀝青路面的鋪筑面積大規(guī)模增長，在一般公路、城市道路的交叉口，出于減噪與安全目的城市街道，排水路面也被較多使用。圖1.1-1是日本排水性瀝青路面的年鋪筑面積情況，截至到2002年3月，日本公路40%的鋪面轉(zhuǎn)變?yōu)榕潘詾r青路面。日本對多個修筑排水性瀝青路面前后的雨天事故調(diào)查對比，發(fā)現(xiàn)使用排水瀝青路面后雨天事故可減少80%左右，從而基本上與晴天事故率相當(dāng)[35]。