排水瀝青路面

排水瀝青路面

排水瀝青( drainage asphalt )路面,又稱透水瀝青( porous asphalt )路面,指壓實後空隙率在20%左右,能夠在混合料內部形成排水通道的新型瀝青混凝土面層,其實質為單一粒徑碎石按照嵌擠機理形成骨架-空隙結構的開級配瀝青混合料。此外,針對以改善表面抗滑功能為主的開級配表面薄層套用又稱開級配磨耗層( OGFC,open-graded friction course ) 、多孔隙瀝青磨耗層( PAWC, porous asphalt wearing course )等。這些材料的構成特徵基本相同,但由於使用功能、描述角度和突出重點有所區別被賦予不同名稱;有時在技術特點上也有所不同。

基本信息

排水瀝青路面排水瀝青路面使用效果
==排水性瀝青路面採用大空隙瀝青混合料作路表功能層,具有以下的優點:==

①排水瀝青路面表面粗糙,構造深度大,抗滑性能高。②排水瀝青路面的大空隙構造具有很好的排水功能,故路面在雨天表面不積水,防止了高速行車車輛形成“水漂”的可能性。③雨天車輛行駛時不會產生濺水和水霧現象,車輛行駛視線好,大大提高雨天行車的安全性。④排水瀝青路面是一種低噪音路面,與普通密級配路面相比,可以降低噪音3dB左右;在雨天條件下,排水瀝青路面會有非常明顯的降噪效果。

==國內外研究概況與分析==

美國和西歐都在上世紀六、七十年代開始推廣套用排水性瀝青路面,有關的研究也多集中於上世紀,近年來開展的研究工作較少,且多針對養護和維修技術,日本的研究則集中於上世紀九十年代。下面分別介紹西歐、美國和日本排水性瀝青路面的研究套用情況。

==西歐==

在歐洲,排水性瀝青路面除了被用於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的交通噪音。法國公路部門還指出,排水性瀝青面層有助於減弱夜晚行駛時車燈的眩光。西歐許多國家都鋪築了排水性瀝青路面。比利時使用排水性瀝青混合料鋪築路面有二十多年歷史,在1979年時高速公路鋪築的排水路面就有32700m2。法國約有10%的公路使用排水性瀝青路面,至目前總計已鋪設240000m2;但自1990年起,法國的排水性瀝青路面鋪築有減少的趨勢,主要原因在於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,進行各種組成材料的鋪設,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。上層採用最大粒徑4mm或8mm,下層採用最大粒徑11mm或16mm,總鋪築厚度達70mm。兩層材料壓實後的空隙率均超過20%。歐洲透水性路面的空隙率起初為15%,後來為防止孔隙逐漸堵塞及養護管理的方便,設計空隙率逐漸提高到20%或大於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)更嚴格。西歐各國對瀝青材料的選擇達成的基本共識是使用改性瀝青,瀝青主要考慮以下要求:具有較好的高溫穩定性、低溫抗裂性以及抗氧化性能。各國近年來使用的結合料見表1.1-1。在瀝青混合料配合比設計上,不採用與密級配配合比設計相同的方法,特別是馬歇爾法與開裂試驗,而且認為排水性瀝青混合料的抗車轍性能較高,有關高溫穩定性的室內試驗如車轍試驗也不太相關。工程上主要依靠擊實試驗決定空隙率,同時開發了肯塔堡飛散試驗,這是歐洲常用的排水性瀝青混合料配合比設計方法。

歐洲各國排水性瀝青路面使用的瀝青結合料

國別

使用結合料類型

比利時

摻加再生膠、纖維素或10%環氧樹脂

法國

瀝青中摻加15%~20%的輪胎粉

英國

摻加纖維素、EVA、橡膠、SBS等

德國

Pmb45、Pmb65

義大利

摻加SBS、纖維

西班牙

60/70瀝青中摻加EVA

荷蘭

改性瀝青

使用過程中由於孔隙被堵塞,所有的排水性瀝青路面都被證實有逐漸喪失排水和降噪效果的趨勢,這在城市裡比較突出。道路部門對此缺乏有效的維護手段,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套用中出現的下層路面水損壞問題。

==美國==

美國從上世紀50年代就開始使用開級配抗滑磨耗層OGFC,這種技術是從碎石封層發展起來的,開始採用撒布法施工瀝青預拌碎石,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,美國聯邦公路管理局(FHWA)在1970年開始檢討原先採用的封層處理的缺陷,研究開發了開級配抗滑磨耗層(OGFC),一般其空隙率約達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混合料設計方法[3]。據1982年調查,全國鋪築里程已達15000公里,且多鋪築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%,是允許空隙發生堵塞的。在機場也廣泛使用OGFC以減低雨天產生水漂現象。美國聯邦公路管理局(FHWA)於1990年12月制定了“開級配抗滑磨耗層(OGFC)混合料設計方法”。
OGFC使用高質量、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岩和易磨光的集料,粗集料中至少應有75%(質量比)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超過40%。
===日本===
排水瀝青路面在日本被稱為“超級路面”。日本從1980年前後組團赴德國考察後,開始研究引進歐洲的排水性瀝青路面技術。雖然起步較晚,但發展較快,1987年東京都環道7號率先採用排水性瀝青混合料鋪築,表現出了排水性瀝青路面突出的性能特點。自1990年排水性瀝青路面已成為最標準的路面之一在日本各級道路廣泛套用,至1996年12月止,已累計超過800萬m2的鋪築業績。
但是,可以說歐洲的技術並沒有適合高溫多濕的日本氣候和交通條件。施工後不久便出現了孔隙堵塞及交通載重引起的骨料飛散,車轍變形問題相當嚴重。因此,日本致力於開發適合日本的氣候條件和交通條件的排水性瀝青路面。經過大量的實踐與研究,日本道路協會於1996年11月發布了《排水性鋪裝技術指針(案)》作為排水性瀝青混合料的設計施工指南。同年日本道路公團做出所有的高速公路必須採用排水性路面鋪裝的決定後,排水性瀝青路面的鋪築面積大規模增長,在一般公路、城市道路的交叉口,出於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築面積情況,截至到2002年3月,日本公路40%的鋪面轉變為排水性瀝青路面。日本對多個修築排水性瀝青路面前後的雨天事故調查對比,發現使用排水瀝青路面後雨天事故可減少80%左右,從而基本上與晴天事故率相當[35]。
日本的排水性瀝青混合料與歐洲PA相似,採用的最大公稱粒徑有13.2mm及16.0mm三種,目標空隙率達到20%,鋪築厚度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的混合料展開試驗研究。

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