透水瀝青混凝土路面面層研究分析

普通瀝青混凝土路面面層透水性差，為排除地表積水，不得不設置縱橫坡和排水設施，無法有效滿足雨水調蓄。傳統瀝青混凝土面層結構層中的水，在冬季發生凍融后會破壞其結構功能，導致道路出現破損，特別是城市道路工程，影響人們日常出行與行車安全。

1 透水瀝青面層優點

1）透水瀝青具有較好的透水性，可迅速排除雨水并預防濕滑，對面層的噴濺和反光也有降低效果。雨天時透水瀝青表層不積水，與傳統瀝青面層相比有較高的摩阻力；同時透水面層不積水、不濺水，提升了面層的抗滑能力，可保證輪胎與路面之間有良好的摩擦力和附著力；車輛周圍不會濺起水珠，提高了行車舒適度，并有效降低交通事故發生概率，提高行車安全性（見圖1）。

圖1 透水瀝青面層道路

2）透水瀝青對降低噪聲卓有成效 面層與輪胎間的空氣流被壓至面層表面孔隙，故可有效削弱滾動摩擦產生的噪聲量。車輛在行駛中產生的聲波，一方面在透水瀝青面層內，將部分聲波轉換成熱能的形式而減小；另一方面通過透水瀝青面層宏觀構造產生漫反射等綜合效應，使行車噪聲顯著下降。

3）透水瀝青可降低面層成本 透水瀝青較傳統瀝青混凝土更經濟。在同等厚度時普通瀝青混凝土需要100kg/m2，而透水瀝青混凝土僅需70～80kg/m2。

4）透水瀝青面層可降低排水系統的建設與維修成本 透水瀝青面層可減少地表50%～60%的徑流量，平均降低排水系統建設維修成本50%以上。由于地表徑流量減少，還可有效緩解雨洪內澇的險情。

2 透水瀝青面層路用性能

2.1 降噪特性

通過試驗，降噪特性與面層厚度、孔隙率、骨料粒徑大小有密切關系。

1）改變瀝青混凝土的孔隙率降低噪聲量 在實驗室內對不同孔隙率的瀝青混合料試件進行試驗，結果表明，孔隙率在16%～24%，對頻率250～1000Hz（交通噪聲的主要頻次范圍）的中頻聲具有最大的吸聲系數。但試驗發現該面層還存在不足，如面層孔隙率大、密實度低，其壽命相對會縮短；混合料易被粉塵填滿，使孔隙率堵塞，減噪效果會逐漸降低等。

2）改變瀝青混合料骨料粒徑達到降噪目的 透水瀝青面層降低噪聲的性能也與其結構組成有關。孔隙孔徑小，吸收噪聲效果就好。據日本研究結果：面層厚度50mm時，最大粒徑為13mm和20mm時，在不同車速下的降噪效果和性能不同，最大粒徑13mm降噪效果稍好。混合料的孔隙率與2.36mm篩孔通過率的關系如圖2所示。由圖2可清楚看出，孔隙率隨2.36mm篩孔通過量的增長而減小。透水瀝青面層的孔隙率控制在20%左右，2.36mm篩孔通過率控制范圍在12%～16%。

3）采用合理的面層厚度降低噪聲 理論分析證明，吸聲材料的垂直入射吸聲系數隨厚度的增加而增長，當厚度增加到40mm左右時，材料的聲學特性已趨向穩定，孔隙率起主要的核心作用。

隨面層厚度增加，吸聲系數峰值所對應的頻次緩慢向低頻方向運動。表1為不同厚度試件在相同孔隙率下的吸聲系數的峰值（αp）相對應的頻率。

從降低噪聲和行車安全性出發，歐洲采用40～50mm標準厚度。國外對低噪聲瀝青面層的降噪效果得出經驗公式為：

式中，dL為噪聲降低值（dB）；H為層厚（mm）；Vc為孔隙率（%）。

按該公式計算，當低噪聲瀝青路面層厚度為40mm、孔隙率為20%時，其降噪達4dB，與國內試驗數據相符。1996年我國先后在杭州—金華段高速公路和320國道上攤鋪透水瀝青試驗路段，試驗結果證明，此種面層在降噪和改進行車環境舒適性方面具有明顯優勢，如今也可把此面層技術應用在海綿城市建設中。

2.2 降溫性能

透水性瀝青面層在熱輻射作用下，使內部水分變為水汽的能量以2種方式溢出面層：一種是直接蒸發；另一種是在面層結構內部蒸發，再通過面層結構中孔隙擴散溢出面層表面。水分蒸發攝取大量熱能，使地表溫度和空氣溫度均得到下降，這是透水瀝青面層改善都市夏季熱環境的重要方法。透水瀝青面層降低路表溫度的能力除取決于透水瀝青面層孔隙率的大小外，與面層含水量及結構厚度直接相關。透水瀝青面層孔隙率在20%～25%較為適宜。

圖2 孔隙率與2.36mm篩孔通過量以下細骨料含量關系

表1 不同厚度式樣的αp所對應的頻率

2.3 路表宏觀狀況

通過檢測試驗段狀況與普通瀝青混合料面層比較，暫未出現特殊的病害等問題，且透水瀝青混合料也沒有明顯老化，在觀察中發現透水瀝青面層具有良好的抗車轍能力。車轍試驗是評定瀝青混合料抗流動性能的重要方法。試驗主要模擬瀝青混合料在車輛荷載多次作用后產生1mm豎向變形所需的次數（動穩定度DS），并以此為標準評定瀝青混合料的抗流動性能，滿足車行荷載要求動穩定度＞2000次/mm。

2.4 透水性能

透水性能的關鍵在于互通式孔隙率大小，但透水性能的變化與許多參數相關。目前難以控制與定量說明。豎向透水能力與橫向透水能力相差較大，豎向約為橫向的1/2，系數在1.0～1.5cm/s內波動，且豎向透水能力1年后與完成時平均遺失50%，隨后逐年遞減10%～15%。

2.5 附著力

一般來講，行車速度越快，附著力越小，但對于透水瀝青面層，附著力的減小較弱。但有嚴重堵塞孔隙的面層應單獨考慮，而且附著力取決于礦料母巖的物理特性，相對密度、耐磨且硬度好的巖石具有良好的附著力。

3 結語

透水瀝青面層在工程使用上具有良好的社會和經濟效益，可解決傳統瀝青面層存在的許多問題。但使用透水瀝青面層必須重新設定路面結構層，解決面層與基層、基層與路基的排水和穩定性等問題。在工程管理及施工技術方面應注意確保透水結構的耐久性，建議研發清理透水性通孔堵塞的相關設備。

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