排水瀝青路面提早開放交通的可行性分析

李俊+曹東偉+李明亮

摘 要：為了分析排水瀝青路面提早開放交通的可行性，采用灑水的方式減少排水瀝青混合料內(nèi)部熱量，在灑水過程中對(duì)不同階段的路表溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明：灑水可有效降低排水瀝青路面表面溫度，與鄰近未經(jīng)灑水降溫的排水瀝青路面相比，開放交通前經(jīng)過灑水降溫后路表溫度降低約9 ℃。推薦最佳灑水降溫工藝為：以0.3 kg·m-2的灑水量在施劃標(biāo)線前灑水4遍，施劃標(biāo)線后灑水2遍。

關(guān)鍵詞：排水瀝青路面；路表溫度；灑水設(shè)備；降溫

中圖分類號(hào)：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1000-033X（2017）03-0082-04

Abstract： In order to analyze the feasibility of early opening to traffic for porous asphalt pavement， inner heat of porous asphalt mixture was reduced by watering， and pavement temperature in different stages of the watering process was monitored in real time. The results show that the surface temperature of porous asphalt pavement could be about 9 ℃ lower before opening to traffic compared with porous asphalt pavement without watering； the optimal cooling process is recommended with watering 4 times before marking lines and watering 2 times after that with the amount of 0.3 kg·m-2.

Key words： porous asphalt pavement； pavement temperature； watering equipment； cooling

0 引 言

與普通路面相比，排水瀝青路面的大空隙結(jié)構(gòu)將水流通道遷移到路面內(nèi)部，而非普通路面的路表，因此雨天其路表也是“干燥”的。這不僅增加了雨天行車能見度，而且大幅縮短了剎車距離。此外，排水瀝青路面因其大空隙特征，還具有降低噪聲、減輕眩光、緩解熱島效應(yīng)、節(jié)約材料等突出優(yōu)點(diǎn)，是道路路表特性品質(zhì)提升的最佳路面形式[1-3]。

中國(guó)公路交通行業(yè)正逐步進(jìn)入“建養(yǎng)并重，趨于養(yǎng)護(hù)”的發(fā)展趨勢(shì)，考慮到排水瀝青路面使用性能的優(yōu)越性，在舊路改造工程中加鋪排水瀝青罩面的養(yǎng)護(hù)工程數(shù)量及規(guī)模逐年增加。排水瀝青路面作為一種開級(jí)配大空隙率的路面結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與粗集料之間的骨架嵌擠作用提供的摩阻力以及高黏度改性瀝青提供的黏結(jié)力有關(guān)。排水瀝青混合料鋪筑之后，混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)中粗集料之間的嵌擠骨架已初步成形，但是由于混合料內(nèi)部溫度較高，高黏度改性瀝青尚未完全發(fā)生固化反應(yīng)，部分自由瀝青還未能滲入粗集料內(nèi)部形成結(jié)構(gòu)瀝青，故排水瀝青路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仍未大幅度提升[4-6]。

排水瀝青路面一般在養(yǎng)生24～48 h后方能開放交通，這種養(yǎng)生條件在高速公路新建項(xiàng)目中較易達(dá)到，但是在高速公路養(yǎng)護(hù)工程中，要考慮到交通順暢、行車安全以及工程成本等問題，滿足上述養(yǎng)生要求的難度較大?！豆窞r青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ 073.2—2001）和《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG H10—2009）均規(guī)定：日常養(yǎng)護(hù)工程中，攤鋪、壓實(shí)后的熱拌瀝青混合料路面，應(yīng)待攤鋪層自然冷卻且路表溫度低于50 ℃后方可開放交通?！豆窞r青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）中還規(guī)定：需要提早開放交通時(shí)，可灑水降低混合料溫度。因此在排水瀝青罩面養(yǎng)護(hù)工程中，對(duì)于需要提早開放交通的路段，可以采用灑水降溫的方式[7-15]。

為了達(dá)到提早開放交通的目的，本文依托寧宿徐高速公路2016年度排水瀝青路面工程，選取G2513淮徐高速公路徐淮方向K126+900～K126+700路段約200 m長(zhǎng)的排水瀝青路面作為提早開放交通試驗(yàn)段，研究灑水對(duì)排水瀝青路面溫度降低趨勢(shì)的影響，并結(jié)合試驗(yàn)段實(shí)施情況推薦最佳的灑水降溫工藝。

1 瀝青及瀝青混合料

1.1 瀝青

排水瀝青混合料所使用的瀝青是由92%SBS改性瀝青和8%高黏度添加劑（HVA）復(fù)合改性制備的高黏度改性瀝青，其主要技術(shù)性質(zhì)如表1所示。

1.2 瀝青混合料

排水瀝青混合料礦料合成級(jí)配結(jié)果如表2所示?；旌狭贤鈸?.1%（占瀝青混合料的質(zhì)量百分比）聚酯纖維，油石比為4.8%，其主要路用性能檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

2 排水瀝青路面灑水降溫工藝

2.1 灑水設(shè)備

采用多功能灑水車進(jìn)行排水瀝青路面灑水降溫作業(yè)，灑水車應(yīng)能單、雙側(cè)以及上、下側(cè)等多方向可控，且低速行駛時(shí)可以提供足夠的壓力以保證霧狀噴灑。

2.2 試驗(yàn)段鋪筑過程

排水瀝青路面試驗(yàn)段攤鋪、碾壓等關(guān)鍵工序施工情況如表4所示。由表4可知，試驗(yàn)段整個(gè)鋪筑過程共耗時(shí)2.5 h，其中攤鋪過程耗時(shí)1.25 h，平均攤鋪速度為2.7 m·min-1。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)溫度監(jiān)測(cè)情況可知，排水瀝青混合料攤鋪溫度均在155 ℃以上，碾壓結(jié)束之后排水瀝青路表溫度為70 ℃～75 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于規(guī)范要求的開放交通的溫度范圍。

由于排水瀝青路面試驗(yàn)段施工時(shí)正值夏日，且碾壓結(jié)束時(shí)間為12：00，試驗(yàn)段自然冷卻養(yǎng)生所處

的時(shí)間段剛好為太陽(yáng)熱輻射最為強(qiáng)烈的時(shí)段，因此排水瀝青路表溫度下降較慢，試驗(yàn)段養(yǎng)生至13：00時(shí)路表溫度方能降低至60 ℃，此時(shí)開始對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行灑水降溫處理。

2.3 試驗(yàn)段灑水降溫過程

排水瀝青路面開放交通之前需要施劃標(biāo)線，因此將試驗(yàn)段灑水降溫過程以施劃標(biāo)線為節(jié)點(diǎn)分為2個(gè)階段：為了保證施劃標(biāo)線車輛不對(duì)剛鋪筑成型的排水瀝青路面造成結(jié)構(gòu)性損壞，第1階段灑水降溫過程主要將路表溫度穩(wěn)定維持在50 ℃以下，滿足規(guī)范對(duì)開放交通溫度的要求；標(biāo)線施劃完畢之后，繼續(xù)灑水降溫，避免熱輻射以及混合料儲(chǔ)存熱量等造成路表溫度回升至50 ℃以上。

2.3.1 第1階段灑水降溫過程

待養(yǎng)生至13：00時(shí)，超、行車道路表溫度為60 ℃左右，應(yīng)急車道為50 ℃左右。第1階段降溫開始時(shí)約25 t（含水約12 t）的灑水車行走于應(yīng)急車道進(jìn)行灑水降溫。

第1遍（往返1次計(jì)作1遍，下同）灑水后，路表溫度降至50 ℃左右，由于內(nèi)部溫度較高，出現(xiàn)明顯的水蒸氣。第2遍灑水后，路表溫度降至40 ℃左右，水蒸氣現(xiàn)象減輕。10 min后溫度上升至45 ℃左右，待養(yǎng)生至13：30時(shí)，超、行、應(yīng)急車道路表溫度基本維持在50 ℃左右，灑水車仍行走于應(yīng)急車道進(jìn)行灑水降溫。第3遍灑水后，路表溫度降至45 ℃左右，無明顯的水蒸氣，但有熱浪。第4遍灑水后，路表溫度降至40 ℃左右，熱浪現(xiàn)象減輕。

2.3.2 標(biāo)線施劃階段

寧宿徐2016年度排水瀝青路面工程設(shè)計(jì)了熱熔標(biāo)線和透水標(biāo)線2種標(biāo)線。因此，標(biāo)線施劃耗時(shí)較長(zhǎng)，試驗(yàn)段標(biāo)線施劃共計(jì)耗時(shí)約2 h。具體為：待養(yǎng)生至14：00時(shí)，路表已基本干燥，準(zhǔn)備施劃標(biāo)線；養(yǎng)生至16：00時(shí)，標(biāo)線已全部施劃完畢。標(biāo)線施劃期間，路表溫度14：00時(shí)為45 ℃，15：00時(shí)為50 ℃，16：00時(shí)為45 ℃。

2.3.3 第2階段灑水降溫過程

待養(yǎng)生至16：30時(shí)，標(biāo)線強(qiáng)度已基本形成，路表溫度維持在45 ℃左右，灑水車行走于行車道進(jìn)行灑水降溫。

灑水5～6遍后，路表溫度降至38 ℃左右，可輕微感覺到熱浪；灑水7～8遍后，路表溫度降至36 ℃左右，幾乎感覺不到熱浪；灑水9～10遍后，路表溫度降至34 ℃左右，感覺不到熱浪；灑水11～16遍后，路表溫度均維持在34 ℃左右。

至此，灑水降溫過程全部結(jié)束，17：30時(shí)路表溫度回升至40 ℃左右。養(yǎng)生至18：00時(shí)，開放交通，試驗(yàn)段養(yǎng)生共計(jì)約6 h。此時(shí)，試驗(yàn)段路表溫度維持在約37 ℃，鄰近未灑水路段路表溫度維持在46 ℃左右。

為了方便分析灑水過程中溫度降低的變化趨勢(shì)，將試驗(yàn)段整個(gè)灑水過程中的各個(gè)階段監(jiān)測(cè)溫度繪制成圖，如圖1所示。

由圖1可知，通過灑水降低路表溫度主要發(fā)生在前兩遍灑水過程中，第2遍灑水之后路表溫度較灑水前降低了15 ℃，降低幅度達(dá)到了25%。此后由于混合料內(nèi)部積存的熱量仍比較大，加之熱輻射作用，路表溫度有所回升，在第3遍灑水前路表溫度由45 ℃升高至50 ℃，發(fā)生了路表溫度的第1次回升。

第4遍灑水后，路表溫度繼續(xù)降低，基本上穩(wěn)定維持在50 ℃以下，但是在此后標(biāo)線施劃過程中溫度出現(xiàn)了第2次回升，雖然有熱輻射的作用，但也表明此時(shí)混合料內(nèi)部積存了一定的熱量。在標(biāo)線施劃過程中，隨著熱輻射的減少以及混合料內(nèi)部溫度的進(jìn)一步散失，路表溫度第1次出現(xiàn)了未經(jīng)灑水而主動(dòng)降低的現(xiàn)象。

第6遍灑水后，路表溫度降低至38 ℃，此后雖然連續(xù)進(jìn)行了10次灑水，但是路表溫度僅降低了4 ℃左右；考慮到自然冷卻帶來的影響，此時(shí)繼續(xù)灑水已經(jīng)起不到降低溫度的作用。與未經(jīng)灑水降溫的排水瀝青路面相比，開放交通前試驗(yàn)段路表溫度維持在37 ℃左右，而未灑水路段路表溫度維持在46 ℃左右，降低幅度為9 ℃，表明采取灑水的方式可以有效降低排水瀝青路面的路表溫度。

2.3.4 灑水降溫工藝

灑水車罐內(nèi)儲(chǔ)存12 t水，試驗(yàn)段面積為2 350 m2，分16次全部噴灑完畢，通過計(jì)算可知，每次灑水量為0.32 kg·m-2。通過在灑水過程中觀測(cè)水的下滲現(xiàn)象認(rèn)為：每次灑水量不宜過小，以免路表溫度較高時(shí)水分蒸發(fā)量過大，導(dǎo)致排水瀝青路面溫度降低不均勻；但每次灑水量也不宜過大，以免發(fā)生水漫流，造成水資源的浪費(fèi)，灑水量過大亦會(huì)加劇水損壞，對(duì)排水瀝青路面的路用性能產(chǎn)生不利影響。

根據(jù)研究結(jié)果，推薦排水瀝青路面最佳的灑水降溫工藝為：以每次0.3 kg·m-2的灑水量在施劃標(biāo)線前灑水4遍，施劃標(biāo)線后灑水2遍。

3 試驗(yàn)段總結(jié)

試驗(yàn)段開放交通3 d后，未見明顯的車轍或掉?，F(xiàn)象，表明采用灑水降溫的方式降低了混合料內(nèi)部溫度，在短期內(nèi)不會(huì)對(duì)排水瀝青路面造成明顯的損壞。建議對(duì)交通試驗(yàn)段進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)，并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)證長(zhǎng)期灑水降溫是否會(huì)對(duì)排水瀝青路面使用性能產(chǎn)生不利影響。

由于交通試驗(yàn)段設(shè)置在中央分隔帶開口處，車輛至此處需借道行駛，會(huì)有頻繁的車輛減速制動(dòng)行為，尤其是重車制動(dòng)時(shí)，會(huì)在局部路面留下明顯的輪跡帶。因此，對(duì)于排水瀝青路面設(shè)置在需借道行駛、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站或其他需制動(dòng)減速的路段，建議將交通試驗(yàn)段安排在鋪筑作業(yè)的起點(diǎn)位置，這樣既增加了相對(duì)養(yǎng)生時(shí)間，必要時(shí)還可增加灑水遍數(shù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）由于排水瀝青混合料內(nèi)部?jī)?chǔ)存的熱量以及熱輻射作用，灑水量不足時(shí)路表溫度在降低之后出現(xiàn)2次回升現(xiàn)象，分別是在2～3遍灑水期間以及標(biāo)線施劃期間。

（2）與鄰近未經(jīng)灑水降溫的排水瀝青路面相比，開放交通前試驗(yàn)段路表溫度維持在37 ℃左右，而未灑水路段路表溫度維持在46 ℃左右，降低幅度為9 ℃，表明采取灑水的方式可以有效降低排水瀝青路面的路表溫度。

（3）對(duì)于需要提早開放交通的排水瀝青路面，推薦排水瀝青路面最佳的灑水降溫工藝為：采用每次0.3 kg·m-2的灑水量，在施劃標(biāo)線前灑水4遍，施劃標(biāo)線后灑水2遍。

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[責(zé)任編輯：黨卓鈺]