半開級配排水降噪瀝青混合料路用性能研究

摘 要：為研究半開級配排水降噪瀝青混合料的路用性能與降噪特性，文章通過室內(nèi)試驗對開級配排水降噪瀝青混合料配合比設(shè)計以及路用性能進(jìn)行對比測試，并結(jié)合實際新建公路工程項目試驗段對半開級配排水降噪路面的工程應(yīng)用效果進(jìn)行檢驗。結(jié)果表明：BK-10半開級配排水降噪混合料具備良好的排水降噪能力，且路用性能優(yōu)于PA-10開級配瀝青混合料；BK-10半開級配排水降噪路面能夠顯著降低道路交通噪音，平均噪音指標(biāo)可滿足城市干線道路兩側(cè)白天噪音標(biāo)準(zhǔn)，符合國家綠色低碳、節(jié)能降耗的可持續(xù)發(fā)展理念。

關(guān)鍵詞：排水降噪路面；半開級配；配合比設(shè)計；路用性能；降噪能力

中圖分類號：U416.217

0"引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會建設(shè)飛速發(fā)展，人民在滿足基本的衣食住行需求以外逐步開始關(guān)注環(huán)境-人類命運(yùn)共同體協(xié)同發(fā)展問題［1］。環(huán)境保護(hù)不僅涉及大氣污染，水污染，土地污染，同樣也涉及噪音污染。據(jù)調(diào)查，在現(xiàn)代城市環(huán)境噪聲源中，交通運(yùn)輸產(chǎn)生的噪聲最大，約占城市噪聲的70%，而其中道路交通運(yùn)輸車輛產(chǎn)生的噪聲占總交通運(yùn)輸噪聲的80%左右［2］。建設(shè)低噪音瀝青路面，是緩解交通噪音對環(huán)境的污染的一個有效方法［3］。為降低城市道路噪音，自21世紀(jì)初開始，我國大中城市開始以瀝青路面代替水泥路面，隨后迅速在中小城市推廣，基本覆蓋了城市道路，有效降低了城市道路噪音。盡管如此，現(xiàn)階段鋪筑的瀝青路面仍難以達(dá)到交通噪音降低至80 dB以下的要求［4］。

排水降噪路面作為一種以降噪、排水與提高雨天行車安全為設(shè)計理念的路面結(jié)構(gòu)，主要通過調(diào)整礦料級配曲線使瀝青混合料具備較大構(gòu)造深度與較大空隙率的特性，進(jìn)而賦予路面結(jié)構(gòu)降噪、排水、抑制水霧等優(yōu)點(diǎn)［5］。目前排水降噪結(jié)構(gòu)根據(jù)級配類型可分為半開級配與開級配2種形式，其中半開級配排水降噪路面是一種同時具備良好降噪、排水功能性與耐久性的新型結(jié)構(gòu)，與開級配排水降噪路面相比，其良好的耐久性能有利于在工程實體項目中的推廣應(yīng)用［6］?，F(xiàn)階段我國對于半開級配排水降噪路面的研究相對較少，且工程實際運(yùn)用相對缺乏［7］，因此本文基于室內(nèi)試驗和鋪筑試驗段檢驗等方式，研究半開級配排水降噪路面性能與實際應(yīng)用效果，為城市道路、高速公路降噪瀝青路面提供工程參考經(jīng)驗。

1"原材料

1.1"SBS改性瀝青

本文采用SBS改性瀝青作為半開級配排水降噪瀝青混合料的膠結(jié)料，其性能檢測指標(biāo)如表1所示。

1.2"粗集料

本文采用輝綠巖作為半開級配排水降噪瀝青混合料的粗集料，其性能檢測指標(biāo)如表2所示。

1.3"細(xì)集料

本文采用輝綠巖作為半開級配排水降噪瀝青混合料的細(xì)集料，其性能檢測指標(biāo)如表3所示。

1.4"填料

本文采用由石灰?guī)r磨細(xì)得到的礦粉作為半開級配排水降噪瀝青混合料的礦料，其性能檢測指標(biāo)如表4所示。

2"半開級配排水降噪混合料配合比設(shè)計

為研究半開級配排水降噪瀝青混合料路用性能，本文選取密級配AC-10與開級配PA-10作為半開級配瀝青混合料BK-10的對比組，其中AC-10級配參考《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F40-2004），PA-10級配參考《排水瀝青路面設(shè)計與施工指導(dǎo)規(guī)范》（JTG/T 3350-03-2020），如表5與圖1所示。

2.1"AC-10最佳油石比

根據(jù)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F40-2004）中適用于密級配瀝青混合料的馬歇爾設(shè)計方法，設(shè)置4.3%、4.8%、5.3%、5.8%和6.3%五組油石比，按照表5中AC-10合成級配制作馬歇爾試件，分別測試試件的空隙率、礦料間隙率、瀝青有效飽和度、流值、穩(wěn)定度等技術(shù)指標(biāo)，結(jié)果如表6所示。

由表6可知，隨著油石比的增大，AC-10密級配瀝青混合料空隙率逐漸下降，礦料間隙率先減小后增大，瀝青飽和度明顯增大，馬歇爾穩(wěn)定度逐漸降低，流值先降低后提高，結(jié)合規(guī)范對于密級配馬歇爾設(shè)計指標(biāo)的相關(guān)要求，最終確定AC-10瀝青混合料最佳油石比采用4.8%。

2.2"BK-10與PA-10最佳油石比

根據(jù)《排水瀝青路面設(shè)計與施工指導(dǎo)規(guī)范》（JTG/T 3350-03-2020）中關(guān)于排水瀝青混合料的預(yù)估瀝青用量計算方法，見式（1）。瀝青膜厚度取14 μm，計算得到BK-10半開級配排水降噪瀝青混合料與PA-10開級配瀝青混合料的初拌瀝青用量分別為6.68%與4.35%，對應(yīng)的油石比分別為7.2%與4.5%。

估算瀝青用量=假定膜厚×集料表面積（1）

式中：

集料表面積=（0.41a+0.41b+0.82c+1.64d+2.87e+6.14f+12.29g+32.77h）/1 000，a、b、c、d、e、f、g、h分別為19 mm、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（%）。

為減少排水降噪路面通車后的瀝青膜剝落與飛散導(dǎo)致的坑槽等病害、提高其使用壽命與行車安全性，采用析漏損失與飛散損失指標(biāo)控制BK-10與PA-10瀝青混合料的油石比下限，分別以初擬油石比7.2%與4.5%作中值，按0.5%的變化油石比各成型5組試件，開展謝倫堡瀝青析漏試驗與肯塔堡飛散試驗，試驗結(jié)果如表7與圖2～3所示。

由表7可知，BK-10半開級配瀝青混合料與PA-10開級配瀝青混合料均隨著油石比的提高，析漏損失指標(biāo)逐漸增大，這是由于當(dāng)混合料中的瀝青含量較低時，提高油石比可增加結(jié)構(gòu)瀝青含量，當(dāng)結(jié)構(gòu)瀝青飽和后繼續(xù)提高油石比會使混合料中的自由瀝青含量增大，導(dǎo)致自由流淌的瀝青質(zhì)量增大、析漏損失增大；而BK-10與PA-10的飛散損失指標(biāo)均隨著油石比的提高而逐漸下降，這是由于提高油石比能增加混合料中的結(jié)構(gòu)瀝青含量，可提高集料間的黏結(jié)性能，進(jìn)而抑制混合料在飛散試驗中的質(zhì)量損失。此外，BK-10半開級配的飛散損失與析漏損失均小于PA-10開級配，表明BK-10半開級配瀝青混合料具備良好的抗水損害性能。綜合分析可知，需通過飛散損失指標(biāo)控制油石比下限，通過析漏損失指標(biāo)控制油石比下限。

由圖2～3可知，BK-10半開級配瀝青混合料與PA-10開級配瀝青混合料的5組油石比均滿足規(guī)范對析漏損失≤0.8%、飛散損失≤15%技術(shù)要求，其中B-10半開級配飛散損失拐點(diǎn)坐標(biāo)OAC1大約位于6.7%至7.2%油石比之間，析漏損失拐點(diǎn)坐標(biāo)OAC2大約位于7.2%至7.7%油石比之間；對于PA-10開級配的飛散損失拐點(diǎn)坐標(biāo)OAC1大約位于4.5%左右，析漏損失拐點(diǎn)坐標(biāo)OAC2大約位于4.7%至5.0%油石比之間。

為進(jìn)一步分析油石比對于BK-10與PA-10的影響，分別在兩種級配的最小瀝青用量OAC1與最大瀝青用量OAC2范圍內(nèi)開展馬歇爾試驗，測試結(jié)果如表8所示。

由表8可知，BK-10與PA-10級配均能滿足規(guī)范對于馬歇爾穩(wěn)定度的要求，其中BK-10半開級配油石比為7.2%時，馬歇爾穩(wěn)定度指標(biāo)較高，空隙率適中，確定BK-10級配最佳油石比為7.2%；當(dāng)PA-10開級配油石比為4.5%時，馬歇爾穩(wěn)定度指標(biāo)較高，確定PA-10級配最佳油石比為4.5%。進(jìn)一步分析馬歇爾試驗結(jié)果可知，BK-10半開級配瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度高于PA-10開級配，表明BK-10半開級配瀝青混合的抗剪切與承載性能優(yōu)于PA-10開級配瀝青混合料，而BK-10半開級配空隙較低（低于PA-10開級配），可能會在一定程度上影響B(tài)K-10的排水降噪功能性。

3"半開級配排水降噪混合料路用性能

為進(jìn)一步分析半開級配排水降噪混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、耐久性等路用性能，本文通過高溫車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗、浸水飛散試驗、浸水馬歇爾試驗與滲水試驗，對AC-10、BK-10、PA-10三種瀝青混合料進(jìn)行測試，結(jié)果如表9所示。

由表9可知，AC-10密級配瀝青混合料的動穩(wěn)定度、低溫彎曲破壞應(yīng)變與殘留穩(wěn)定度指標(biāo)均大于其余兩種級配，而浸水飛散損失與滲水系數(shù)小于其余兩種級配，這是因為AC-10密級配瀝青混合料細(xì)集料含量較大、空隙率較低、防滲性能較好，使其能夠較好地抵抗水損害并具有較好的低溫抗裂性能與高溫抗剪切性能。而BK-10半開級配瀝青混合料高低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性等路用性能略低于AC-10密級配，但在排水降噪功能性方面優(yōu)于AC-10密級配，路用性能排序為AC-10gt;BK-10gt;PA-10，排水降噪功能性排序為PA-10gt;BK-10gt;AC-10。綜合分析可知，BK-10半開級配排水降噪混合料不僅具備良好的排水能力，同時還具備優(yōu)于PA-10開級配混合料的高低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、耐久性等路用性能。

4"半開級配排水降噪路面工程應(yīng)用

為對比測試半開級配排水降噪路面工程應(yīng)用降噪效果，在某新建公路鋪筑BK-10半開級配排水降噪路面試驗段，選取一般瀝青路面與排水降噪路面進(jìn)行道路交通噪聲測試，結(jié)果如表10所示。

由表8可知，BK-10半開級配排水降噪路面最大噪音與噪音平均值低于AC-10路面和PA-10路面，其中最大噪音低6.9～13.6 dB、噪音平均值低8.8～12.4 dB，表明BK-10半開級配排水降噪路面能夠顯著降低道路交通噪音，且BK-10排水降噪路面平均噪音指標(biāo)可滿足城市干線道路兩側(cè)白天噪音標(biāo)準(zhǔn)。

5"結(jié)語

本文采用肯塔堡飛散試驗、謝倫堡析漏試驗、高溫車轍試驗、低溫彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗等一系列室內(nèi)試驗對半開級配排水降噪路面使用性能進(jìn)行研究，并結(jié)合實際新建公路工程項目試驗段對半開級配排水降噪路面工程應(yīng)用效果進(jìn)行檢驗，主要結(jié)論如下：

（1）BK-10半開級配瀝青混合的抗剪切與承載性能優(yōu)于PA-10開級配瀝青混合料，而BK-10半開級配空隙較低（低于PA-10開級配），可能會在一定程度上影響B(tài)K-10的排水降噪功能性。

（2）BK-10半開級配排水降噪混合料不僅具備良好的排水能力，同時還具備優(yōu)于PA-10開級配混合料的高低溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、耐久性等路用性能。

（3）BK-10半開級配排水降噪路面能夠顯著降低道路交通噪音，其平均噪音指標(biāo)可滿足城市干線道路兩側(cè)白天噪音標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用于路面具有良好的降噪效果和路用性能，符合國家綠色低碳、節(jié)能降耗的可持續(xù)發(fā)展理念。

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