排水瀝青路面在濕熱地區(qū)高速公路的應(yīng)用研究

作者簡介：

廖福勇（1976—），碩士，教授級高級工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。

排水瀝青路面具有良好的排水、降噪和抗滑性能，是我國新一代功能性路面發(fā)展的重要方向。文章以廣西崇左至水口高速公路為依托，結(jié)合混合料配合比設(shè)計，對排水瀝青混合料性能進(jìn)行驗證，并在施工工藝等方面進(jìn)行優(yōu)化研究，為排水瀝青路面在我國的推廣應(yīng)用提供工程實踐支持。

排水瀝青路面；路用性能；應(yīng)用研究

中圖分類號：U416.217 A 08 021 4

0 引言

排水瀝青路面，也稱多孔瀝青（Porous Asphalt）路面，壓實后的空隙率在18%～25%［1］，在雨天能使路面雨水迅速下滲并沿下封層表面橫（縱）坡流到邊溝排出，從而消除路面積水，減少行車水霧和夜間車燈的眩光，同時還能降低路面噪聲和提高抗滑性能［2-3］，是一種高性能、高品質(zhì)的高速公路路面結(jié)構(gòu)類型，能顯著提高行車安全性和舒適性。然而，由于排水瀝青路面的空隙率較大，瀝青膜厚度不足，集料間的接觸面積較少，容易出現(xiàn)瀝青混合料早期松散、強度低、耐久性差以及空隙堵塞等問題，從而導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、車轍等早期損壞。雖然該路面于2005年和2008年分別在鹽通高速公路和寧杭高速公路成功應(yīng)用，但近年來仍未能全面推廣。

崇左至水口高速公路（以下簡稱“崇水路”）位于廣西壯族自治區(qū)西南部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，天氣炎熱，平均年最高氣溫為27.6 ℃，極端最高氣溫為41.2 ℃，雨量充沛，年降雨量達(dá)1 200 mm以上，最大降雨量達(dá)到1 815.3 mm，降雨主要集中在6～8月，占全年降雨量的50%左右。為了擴大排水瀝青路面在廣西乃至華南、西南和沿海等濕熱地區(qū)的應(yīng)用，項目研究組在崇水路選取了3 km的路段進(jìn)行排水瀝青路面試驗研究，從材料選用、配合比設(shè)計、混合料性能驗證和施工工藝等方面對排水瀝青路面技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究應(yīng)用。

1 排水瀝青混合料原材料質(zhì)量控制

1.1 高黏瀝青膠結(jié)料

排水瀝青路面由于具有較大的空隙率，相比普通密級配路面，更容易受到雨水和陽光等自然因素的影響［4］。因此，排水路面對瀝青膠結(jié)料的要求相當(dāng)高，要求瀝青具有較好的粘結(jié)能力和抗老化性能。本試驗采用南京瑞路

交通科技有限公司PEA高黏改性劑，并按照高黏添加劑：SBS改性瀝青=8∶92的摻配比例，配制成高黏度改性瀝青。高黏改性瀝青的各項檢測指標(biāo)如表1所示。

根據(jù)表1高黏改性瀝青技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果可知，摻加高黏添加劑的高黏瀝青具有較高的軟化點、較好的延度，動力黏度（60 ℃）達(dá)到580 000 Pa·s以上，各項指標(biāo)均滿足相關(guān)要求。

1.2 集料和纖維

排水瀝青混合料對集料的強度、潔凈度要求較高，本次試驗選擇的輝綠巖集料能夠滿足排水路面的相關(guān)要求，如下頁表2所示。

為使混合料的和易性更好，添加了聚酯纖維作為增塑穩(wěn)定劑材料，聚酯纖維相關(guān)指標(biāo)如下頁表3所示。從表3的檢測結(jié)果可知，纖維各項指標(biāo)均滿足規(guī)范的相關(guān)要求。

2 排水瀝青混合料配合比設(shè)計及性能評價

2.1 混合料配合比設(shè)計

2.1.1 級配的選取

本項目采用0～3 mm、5～10 mm、10～15 mm三檔集料及礦粉，控制關(guān)鍵篩孔2.36 mm通過百分率，選擇通過率為10.5%、12.1%、13.7%的三組級配作為初選級配，合成級配曲線如圖1所示。

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）［5］，采用式（1）和式（2）計算混合料的初始瀝青用量。

A=2+0.02a+0.04b+0.08c+0.14d+0.3e+0.6f+1.6g48.74（1）

Pb＝h×A（2）

式中：h——瀝青膜厚；

A——集料的總表面積；

a、b、c、d、e、g——礦料分別在4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm、0.075 mm篩孔的通過率。

經(jīng)計算，將油石比4.8%作為試級配的油石比，聚酯纖維摻量為瀝青混合料質(zhì)量的0.1%。雙面各擊實50次成型馬歇爾試件，采用體積法測定瀝青混合料的毛體積密度。馬歇爾試驗結(jié)果如表4所示。以22%為目標(biāo)空隙率，選定級配B為設(shè)計級配。

2.1.2 油石比的確定

按級配B稱取礦料，采用5種油石比，雙面各擊實50次成型馬歇爾試件，然后將成型的試件進(jìn)行肯塔堡飛散和謝倫堡析漏試驗。結(jié)果如表5和圖2所示。

根據(jù)試驗結(jié)果繪制謝倫堡析漏和肯塔堡飛散與油石比的關(guān)系曲線圖，以飛散試驗結(jié)果的拐點為最小瀝青用量（OAC1），以析漏試驗結(jié)果的拐點為最大瀝青用量（OAC2）。參照馬歇爾試驗的結(jié)果，飛散試驗結(jié)果的拐點OAC1為4.78%，析漏試驗結(jié)果的拐點OAC2為4.84%。因此，結(jié)合成功的實際工程案例，最終確定油石比為4.8%。

2.2 混合料性能驗證

根據(jù)確定的混合料級配和油石比，經(jīng)過析漏試驗、飛散試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗、車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗，對排水瀝青混合料的高低溫性能和水穩(wěn)定性進(jìn)行驗證，試驗結(jié)果如表6所示。

結(jié)合表6試驗結(jié)果可知，采用高黏添加劑提高了集料和瀝青的粘結(jié)力強度，使排水瀝青混合料具有較好的水穩(wěn)定性，防止混合料出現(xiàn)剝落和松散破壞，從而保證路面的耐久性［6-7］。排水瀝青混合料的動穩(wěn)定度達(dá)到9 497次/mm以上，具有良好的高溫抗車轍能力，可滿足廣西雨熱同期氣候?qū)β访嫘阅艿囊蟆?/p>

3 排水瀝青路面施工工藝

3.1 SBS改性瀝青同步碎石封層撒布

傳統(tǒng)AC-13瀝青混凝土空隙率較小，通過撒布粘層油來保證瀝青層間聯(lián)結(jié)。然而排水瀝青表面層的空隙率較大、滲水系數(shù)大，因此解決上面層與中面層的粘結(jié)和中面層的封水效果非常重要。如果增加層間黏層油來進(jìn)行封水，施工過程中會因粘層瀝青量過大導(dǎo)致施工機械打滑，同時在層間形成滑動面，不利于質(zhì)量控制。本研究在PAC-13排水瀝青混凝土與AC-20中面層層間增加了改性瀝青同步碎石封層。

同步碎石封層采用SBS改性熱瀝青和5～10 mm過拌和樓除塵后的輝綠巖集料，瀝青撒布量為1.5±0.1 kg/m2，輝綠巖碎石的撒布面積為60%～70%。集料撒布在瀝青未凝固之前完成；撒布完成后，采用膠輪壓路機進(jìn)行碾壓（碾壓時的瀝青溫度宜在100 ℃左右），碾壓粘輪位置需要及時補撒，以保證整個路段同步碎石封層撒布均勻、不漏底，使其達(dá)到優(yōu)良的封水、防滲和粘結(jié)效果。

3.2 排水瀝青混合料拌和

排水瀝青混合料的拌和工藝為：“骨料+纖維+高黏度添加劑拌”，干拌15 s，噴灑瀝青3～5 s［8］，再加入礦粉濕拌35 s，整個循環(huán)周期為65～75 s。分別采用人工和機械投放高黏改性劑和聚酯纖維，從混合料的外觀看，瀝青裹覆均勻，未出現(xiàn)花白料的現(xiàn)象。

3.3 混合料運輸和攤鋪

排水瀝青混合料PAC-13在運輸過程中采用大噸位的自卸汽車，按照“前、后、中”的順序裝料，減少裝料過程中的離析；運輸車均采取篷布覆蓋，避免在運輸過程中瀝青混合料表面溫度離析，并對每輛運輸車進(jìn)行溫度檢測，出料溫度控制在180 ℃～185 ℃，滿足施工要求。采用1臺福格勒2100-3L攤鋪機進(jìn)行半幅全寬攤鋪作業(yè)，在攤鋪作業(yè)前，將熨平板溫度預(yù)熱至110 ℃以上，試驗段松鋪系數(shù)暫定為1.25，攤鋪速度設(shè)置為2 mm/min，以保證攤鋪機行駛勻速緩慢，且連續(xù)不間斷作業(yè)。

3.4 混合料壓實

排水瀝青路面需要較高的空隙率，壓實階段在碾壓機械選擇、碾壓溫度控制等方面與AC-13瀝青混凝土“緊跟慢壓、靜振結(jié)合”的碾壓方式有極大的區(qū)別。碾壓機械初壓和復(fù)壓均采用鋼輪壓路機，終壓則采用膠輪壓路機，均采用靜壓方式，不得采用振動方式。

碾壓溫度控制：各碾壓工序需要安排專人負(fù)責(zé)溫度控制，控制在合適溫度下進(jìn)行對應(yīng)的碾壓。初壓碾壓溫度控制在155 ℃～165 ℃，使混合料在較高溫度下達(dá)到一定的初始壓實度。復(fù)壓避免緊跟（避免混合料超壓，空隙率過?。瑧?yīng)在80 ℃～100 ℃的溫度下采用膠輪壓路機碾壓。終壓宜在60 ℃左右，達(dá)到消除輪跡效果即可。

壓路機行駛速度需保持均勻一致，不得在未碾壓成型的混合料和剛碾壓成型的路面上轉(zhuǎn)向。嚴(yán)格控制碾壓遍數(shù)，盡量避免壓路機重疊寬度。從現(xiàn)場碾壓情況看，壓路機數(shù)量充足，碾壓施工組織有序。

4 排水瀝青路面施工質(zhì)量檢測及評價

4.1 厚度及壓實度檢測

在施工完成后，對路面厚度及壓實度檢測結(jié)果匯總?cè)绫?所示。檢測結(jié)果顯示，按照規(guī)定進(jìn)行拌和樓控制和碾壓控制后，排水瀝青路面的空隙率約為22.6%，馬氏壓實度和理論壓實度均符合設(shè)計指標(biāo)要求。

4.2 滲水試驗檢測

排水性能是排水路面最需要關(guān)注的性能［9］，目前常用的檢測方法為《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）中T0730-2011瀝青混合料滲水系數(shù)測試方法［10］。本次排水路面試驗段的滲水系數(shù)檢測結(jié)果如表8所示，結(jié)果顯示PAC-13路面的平均滲水系數(shù)達(dá)到6 983 mL/min，符合≥5 000 mL/min的技術(shù)要求，說明其具有良好的排水性能。

5 結(jié)語

（1）由于排水瀝青混合料具有較大空隙率，需要采用高黏劑改性瀝青。試驗結(jié)果表明，摻加高黏添加劑的高黏瀝青動力黏度（60 ℃）達(dá)到580 000 Pa·s以上，具有較高的粘韌性。

（2）本研究設(shè)計的排水瀝青混合料具有突出的抗飛散性能、高低溫性能和水穩(wěn)定性，動穩(wěn)定度達(dá)到9 497次/mm以上，可滿足同類濕熱氣候?qū)r青路面的性能要求。

（3）排水瀝青路面需采用SBS改性瀝青同步碎石封層代替黏層，混合料的碾壓機械和碾壓方式與傳統(tǒng)瀝青路面有所不同。檢測結(jié)果顯示，排水瀝青路面的平均空隙率為22.6%，平均滲水系數(shù)達(dá)到6 983 mL/min，取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)

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［2］劉文松，李曉明，陳華鑫，等.排水纖維瀝青混合料設(shè)計方法及路用性能研究［J］.華東公路，2012（3）：26-29.

［3］中西弘光，池善玉.排水性路面鋪裝功能持續(xù)性的研究［J］.廣西交通科技，2002，27（4）：7-12.

［4］JTT 860.2-2013，瀝青混合料改性添加劑 第2部分.高粘度添加劑［S］.

［5］JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［6］孟 坤.排水路面高黏瀝青及瀝青混合料試驗研究［D］.濟南：山東建筑大學(xué)，2017.

［7］吳金航.排水瀝青混合料關(guān)鍵性能研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2012.

［8］嚴(yán) 軍，黃 彭，葉 奮.排水瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的研究［J］.石油瀝青，2002，16（3）：35-37.

［9］李飛揚.排水瀝青混合料的水穩(wěn)定性能研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2017.

［10］JTG E20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.

收稿日期：2022-10-20