排水瀝青路面小議

【摘要】 排水性瀝青路面磨耗層是為提高路面抗滑性能、減少雨天濺水而設計的，降雨時路表水可通過結構層內連通的空隙迅速排走，故又稱之為透水性瀝青路面。

【關鍵詞】 瀝青；路面；排水性

【中圖分類號】 TV544+.924

【文獻標識碼】 B

【文章編號】 1005-1074(2008)08-0267-03

排水瀝青路面是指使用空隙率大的開級配瀝青混合料所鋪筑的瀝青路面。排水瀝青路面起源于歐洲，1960年德國首先建設此種材料的路面，稱為Porous Asphalt，即是大空隙或排水型路面，在英國稱為Pervious Macadam，即大空隙瀝青碎石；在美國和日本稱為Open Graded Asphalt Friction Course，簡稱排水瀝青路面，即開級配瀝青排水層。排水性瀝青路面磨耗層是為提高路面抗滑性能、減少雨天濺水而設計的，降雨時路表水可通過結構層內連通的空隙迅速排走，故又稱之為透水性瀝青路面。排水性瀝青路面混合料組成特點為單一粒徑或開級配，粗集料含量較高，細集料及瀝青用量較少，壓實后空隙率較高，通常大于 15%，甚至高達 20%以上。因混合料空隙率較大，對瀝青混合料的耐久性和強度會產生一定影響，如瀝青老化或產生剝落和松散等。排水瀝青路面僅能做表面層或磨耗層，推薦采用改性瀝青和盡可能多的纖維。這樣會提高瀝青用量，從而提高混合料的耐久性和路用性能。排水瀝青路面僅用于中、重交通量的高速路面上，行車速度較高可以保持路面空隙不被堵塞。在冰凍地區，排水瀝青路面由于開口孔隙結構，溫度降低很快，比不透水的密實混合料更容易產生冰凍，因此這種路面要求經常使用防凍材料。防凍材料不能摻加砂子，因為砂子會阻塞孔隙，降低這些混合料的功用。

1 原材料要求

1.1 粗集料要求 在美國，排水瀝青路面路面面層厚度一般為20～25mm，因而粗集料最大粒徑都在10mm左右。歐洲的排水路面面層較厚，粗集料最大粒徑為10～20mm，其中14mm者最多。日本的排水性路面面層厚度為40～50mm，最大粒徑為13mm或20mm。粒徑為 13ｍｍ或 20ｍｍ。對于粗集料的質量標準，由于考慮到路面的抗滑性能和良好的抗車轍能力，美國和歐洲要求粗集料不能使用較純石灰巖和易磨光的集料。歐美及日本對排水路面粗集料的質量要求見表1。

注：*厚度長度比為1∶3時要求為10%以下，厚度長度比為1∶5時要求為25%以下；**具有兩個破碎面者占75%以上，一個破碎面者占90%以上。

排水性瀝青混合料以單粒徑粗集料為主體，粗集料直接決定路面的抗滑性能，因此粗集料的質量極為重要。通常對集料的磨光值(PSV)有較高的要求，集料表面必須有粗糙表面，而且具有足夠的強度和抗壓碎性，要求用洛杉磯法測定的磨耗率小于25～30%。

1.2 細集料要求 排水路面的細集料一般是指0.075～2.36mm部分集料。對于2.36ｍｍ通過率，歐洲規定的最大范圍為30%，實際上推薦15%左右。美國規定的范圍較窄，為5%～15%。日本的瀝青路面綱要最初規定為8%～25%，但為了獲得足夠的空隙率，一般也取15%左右。細集料由于用量較少，對其性能沒有特殊的規定，一般要求采用質地堅硬的軋制砂。在歐美一般規定使用消石灰或水泥。加入消石灰可以防止瀝青從集料上剝落 (特別是多雨地區 ) ，而且可以延緩瀝青老化。日本則要求使用的填料必須是石灰巖礦粉，否則可用消石灰或水泥替代。

1.3 瀝青膠結料的要求 歐洲在 80年代試用了直餾瀝青，但其耐久性較差。為了增加瀝青對集料的握裹力和防止瀝青流淌，現在全部使用ＰＥ、ＳＢＳ、ＥvＡ等改性瀝青，同時還使用諸如纖維等穩定劑。美國在較長時間內一直使用直餾瀝青，受歐洲路面研究的啟發，特別是在美國使用廢棄輪胎后，近來使用改性瀝青逐漸多起來。日本從一開始就使用改性瀝青，如:改性瀝青Ⅱ型、高粘度改性瀝青、環氧瀝青等，也使用纖維等穩定劑。

1.4 填料的要求 排水性瀝青混合料的關鍵是防止在使用過程中受水的影響產生剝落、掉粒，所以水穩定性至關重要。為提高瀝青與集料的粘附性，增加浸水后抗剝離能力，在歐美各國，普遍采用消石灰或水泥代替石粉，加入消石灰可以防止瀝青從集料上剝落(特別是多雨地區)，而且可以延緩瀝青老化，日本則要求使用的填料必須是石灰巖礦粉，否則應用消石灰或水泥替代。消石灰在拌和場另外加進去困難時，可事先在礦粉制造廠加入。但摻加消石灰后需要延長拌和時間，降低拌和廠生產效率，所以近年來多使用抗剝離添加劑與石粉混合料。由于混合料空隙率很大，在其貯料、運輸和攤鋪碾壓過程中均可能產生瀝青滴落和離析，因此需要穩定添加劑。這能使瀝青粘結料在高溫時仍然很稠，改善了溫度穩定性，同時也使集料顆粒表面的結構瀝青膜變厚，從而增強瀝青與集料之間的粘結性。穩定添加劑可采用植物纖維，也可采用橡膠、聚合物、碳黑、人造硅等。

2 瀝青混合料配合比設計

日本排水性瀝青混凝土路面混合料配合比設計以經驗為主，一般不進行詳細的理論分析和研究。配合比設計應首先確定目標空隙率。經驗證明，空隙率低于 15%起不到排水作用，高于 25%容易引起混合料松散，發生早期破壞。日本排水性路面的空隙率，嚴寒冰凍地區按17%控制，一般地區按 20%控制。較為成熟的經驗配合比為:( 5～15mm)碎石∶砂∶礦粉 =85∶10∶5，最佳油石比5%。在此基礎上 ，控制 2.36mm篩孔通過率在中央級配附近以± 3%左右相差暫定 3個級配，并按礦料表面粘附的瀝青膜厚 14μm，用經驗公式計算暫定瀝青用量，然后將成型試件進行馬歇爾試驗，確定空隙率是否與目標空隙率一致。必要時對集料級配再做適當調整，例如當混合料的級配組成難于保證必要的空隙率時，應將通過 2.36mm篩孔和通過 4.75mm篩孔的礦料重量差盡量減小。其次通過混合料瀝青流淌試驗 (最大瀝青用量 )和馬歇爾試件飛散試驗 (最少瀝青用量 )進行瀝青用量檢驗。取流淌試驗和飛散試驗兩者之間適當的瀝青用量作為最佳瀝青用量。最后用排水性混合料性能驗證。用以上方法確定的礦料級配和最佳瀝青用量進行瀝青混合料的馬歇爾試驗、水穩定性試驗、車轍試驗、流淌試驗、飛散試驗及凍融劈裂試驗等。試驗結果應滿足混合料技術指標要求，以此為配合比設計。

對瀝青混合料組成設計進行歸納，其步驟如下：①選擇混合料的目標空隙率，一般為15%～20%。②選擇集料種類，其物理力學性能指標應符合防滑面層的相關規定。③選擇瀝青種類，并根據瀝青與集料的粘附性，確定是否摻加抗剝落劑。④對現行規范中的防滑面層集料級配進行調整。根據空隙率與集料中料徑4.75ｍｍ以下集料的質量通過率的關系，確定其通過率范圍。⑤對粒徑4.75ｍｍ以下集料的質量通過率范圍等分成四部分，即構成四種集料級配。在相同瀝青質量分數下(取5.0%)，分別測定四種級配的排水面層瀝青混合料的礦料間隙率V_MA，并繪出V_MA與料徑4.75ｍｍ以下集料的質量通過率的關系圖。在圖中找出V_MA的拐點，若該點的vＭＡ值大于17%，則將與此拐點對應的粒徑為4.75ｍｍ集料的質量通過率作為采用的級配值。表2為我國排水性瀝青混合料的代表級配。

⑥根據集料比表面積與瀝青膜厚的關系，初步確定最佳瀝青膜厚情況時所需的瀝青用量，對排水性瀝青混合料進行滴落試驗和磨耗試驗，繪出瀝青砂漿滴落損失率和集料磨耗損失率與瀝青用量的關系圖，確定最佳瀝青用量。⑦對混合料空隙率V_V和礦料間隙率V_MA進行檢驗，若V_MA小于17%或者V_V小于規定范圍，則需重新調整級配。⑧對排水性瀝青混合料進行各項性能試驗，包括馬歇爾穩定度試驗、殘留穩定度試驗、劈裂試驗、老化試驗、車轍試驗及透水試驗。若性能指標達不到要求，則需調整級配或改變結合料類型。⑨確定集料級配及最佳瀝青用量。

為滿足必要的路面使用性能要求，在進行排水性瀝青混合料組成設計時，其各項性能指標必須達到相應的要求。鑒于目前國內還沒有排水性瀝青混合料的設計規范，參照美國“新一代排水瀝青路面設計方法”及日本道路協會的“排水鋪裝技術指針”，并結合國內實際情況，

推薦采用下表中的指標建議值。

3 排水瀝青路面施工

3.1 拌和控制

3.1.1 溫度控制 由于排水瀝青路面混合料使用的粗骨料較多、細骨料較少，骨料易熱，骨料溫度控制較難。因此需對噴燃器的燃料供給嚴加控制，或者采取提高細骨料供給量或儀表顯示值與實測值誤差調整的對策。由于粗骨料散熱快，應隨拌和、隨放料，檢測溫度時車廂內混合料頂堆上的溫度與料堆下的溫度相差不應超過 3～ 5℃。

3.1.2 存放時間 由于排水瀝青路面混合料細骨料少，散熱快，不能象普通瀝青混合料那樣較長時間貯存，長時間存放會出現瀝青流淌現象，并會使混合料表面結硬殼。

3.1.3 拌和周期 拌和出的混合料應均勻，無離析、花白、結塊等現象，應經過試拌試驗確定拌和周期。一般一個拌和循環約為 75s左右。因此較之生產密級配瀝青混合料，瀝青拌和設備的生產能力將降至 60 %左右。另由于排水瀝青路面為間接級配，粗骨料用量較多，對計量等待時間，熱倉的貯存量也相應進行調整。

3.1.4 添加工藝 外摻劑添加方法一般分人工、機械投入 2種方式。對于少量的試驗段，人工通過拌和機的預留入口按用量整袋投入熱倉即可；對于大面積的施工，應采用與拌和機配套的添加設備通過風壓投入熱倉。

3.2 運輸與攤鋪

3.2.1 運輸 ①應具備足夠的大噸位運輸車輛，滿足施工要求。②排水瀝青路面混合料粘性較大，運輸車底部須涂較多的油水混合物。③為使排水瀝青路面混合料保持高溫，攤鋪溫度不低于 160℃，運輸車使用雙層蓬布用以保溫。

3.2.2 攤鋪 ①攤鋪機攤鋪前，必須先預熱 40min左右，使熨平板溫度達以 100℃以上 ，方可攤鋪。②排水瀝青路面混合料產量低，攤鋪機速度較慢，一般控制在 1.0～2.0m/ min，使拌和設備的生產能力與攤鋪速度相適應，保證攤鋪過程的勻速、緩慢連續不間斷。③排水瀝青路面混合料粗骨料多，應調整好振搗和振動級數，以確保足夠的初始密實度，且振不碎集料。④攤鋪過程中，設專人檢查鋪筑厚度及均勻度，發現局部拖痕等問題應及時處理，同時調整攤鋪工藝，改善攤鋪效果。⑤由于排水瀝青路面混合料屬于間斷級配，粗骨料粒徑單一，因此比其他級配混合料易攤鋪，表面均勻、外觀效果好 ，不易出現離析。

3.2.3 碾壓 ①排水瀝青路面路面與SMA路面級配要求相近，其壓實工藝也就相近。初壓、復壓階段須采用剛性碾壓，因為橡膠輪變形大，它與路面接觸時局部呈封閉狀態，當輪胎駛離路面時易導致熱的瀝青結合料被上吸堵塞路面空隙，同時剛輪壓路機碾壓過程中均不開振動，其為保持路面有18%～22%的空隙。終壓階段采用膠輪壓路機，其起穩固混合料與消除輪跡作用。②由于排水瀝青路面混合料路面的空隙率須保持在 18 %～ 22%之間，其碾壓機械噸位、遍數、碾壓溫度一定要控制好；否則，很容易出現壓實超密現象，松鋪系數測不準，路面厚度不足，因此，要經過現場多次反復碾壓試驗，確定松鋪系數，一般在1.08左右。

4 排水瀝青路面的優點

4.1 快速排水 排水瀝青路面具有大空隙率和高粗集料含量的材料特點，因而具有能迅速排走路表雨水的功能。保證雨水行車時路面與車輪的穩定接觸，避免水滑或水漂現象，防止剎車和操縱的失控；

4.2 降噪功能 大空隙率的混合料路面結構能降低交通噪音，改善交通對環境的污染，保持行車的舒適性；排水性瀝青面層的降噪音效果與厚度有關，排水層越厚，降噪音效果越好。一般表層厚度為40mm時，空隙率為20%的排水性瀝青路面大體可減少4dB。在日本測定，與非透水性路面相比，噪音降低了4～6dB。

4.3 抗滑功能 路面表層的宏觀粗糙度及構造深度比普通的瀝青路面要好的多，提高了路面的抗滑性，增強行車的安全性；

4.4 降低車轍變形 高粗集料含量可以降低路面的車轍變形，保持路面的平整性。

5 排水瀝青路面目前存在的問題

5.1 功能的持久性 排水性路面維修中的難題為空隙的擠縮與堵塞，空隙的擠縮來源于夏季高溫時，瀝青被車輪制動力的拉牽所致；堵塞則來源于灰塵淤泥。因此如何保證空隙不被堵塞，同時堵塞的空隙如何清除以使排水功能持久，防止其減弱以及減弱后維修方法的研究開發，是應著重考慮和研究的問題。排水性瀝青混合料的耐久性 由于其空隙率大，骨料間的接觸面小，混合料的耐久性相對較差，如何提高排水性瀝青混合料的耐久性是一個值得研究的問題。排水性功能受粗集料性能（級配、形狀、硬度等）的影響較大，但性能定量上的規定，以及如何兼顧功能與耐久性，似尚未有滿意的共識，因此現在僅限于推薦使用良質粒料，今后應加強此方面的研究，明確評估準則，以選擇性能優良的集料。

5.2 嚴寒地區使用排水性瀝青混合料的問題 排水性瀝青混合料的導熱能力由于空隙的存在而大大下降，其與常規瀝青混合料相比，排水層表面的溫度上升或下降要快±2℃。而由于水分透過整個排水層，因此在輪跡處會由于輪胎對水的注入和吸出而使路面干燥變慢，這表明即使是在干燥的路面上，在負溫度時輪跡處也有可能產生冰凍。此外，當降雪后，雪被壓進空隙，因而路面保持雪白的時間要長，但由于輪胎仍能夠同集料接觸，所以不會使其抗滑性能下降。排水層在冬季更易結冰，冰層嵌入路表空隙中更難溶化。

5.3 減低噪音效果的運用 目前著眼于減低噪音的施工項目日增，但其功能特性不明之處仍較多，定量上與排水功能層厚、粗粒料尺寸等規格的相關關系，以及其與持久性的關系等尚未有明確的掌握。

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