排水性沥青路面技术

排水性沥青路面技术的进步与发展同济大学交通运输学院报告人：吕伟民2010年3月ƒ(一)ƒ开级配抗滑磨耗层（OGFC)与排水性沥青路面(DA)OGFC在美国的应用ƒ高速公路的兴起，为了保证雨天行车的安全，美国在上世纪70年代研发了开级配抗滑磨耗层（OGFC)，厚度仅20mm，空隙率约15％。ƒ美国联邦公路局采取补贴的方式推广应用OGFC.明显改善了路面的抗滑性，道路交通事故明显降低。OGFC的不足ƒ但到1998年美国仅有22个州采用OGFC，很多州不再使用。其原因在于：①OGFC出现严重掉粒、松散等病害，使用寿命短；②养护比较困难，养护跟不上破损速度；③孔隙容易堵塞而失去透水功能。排水性沥青路面在欧洲兴起ƒ20世纪70年代，在欧洲兴起研究与应用排水性沥青路面。其主要目的是为了快速排走路面表面的雨水，避免产生水漂和滑溜、减少喷雾，确保后面车辆的安全。ƒ排水性路面是空隙率为20％～25％的多孔性路面，雨水可以从孔隙中横向排走。雨天的高速公路喷雾影响后面车辆视线，产生安全隐患；路面积水而产生水漂；路面滑溜而可能刹车不及。雨天在排水性路面上行驶ƒ表面无喷雾,视线良好；ƒ抗滑性良好；ƒ路面无溅水。排水性路面与普通路面的对比标线清晰可见，车辆可正常行驶排水性路面成为现代“顶级功能”路面排水性路面还具有降低噪声的功能，现在已经成为改善道路环境，尤其是城镇交通环境的重要措施。排水性路面已为世界各国所关注2005年在丹麦召开的世界排水性路面会议ƒ(二)排水性路面材料组成的发展排水性路面的基本要求ƒ必须能长期保证20％左右的高空隙率；ƒ保证排水性沥青混合料良好的整体性，在水的作用下不发生松散、剥落等病害；ƒ保证高孔隙路面具有足够的强度。(1)粗集料的技术要求ƒ用作排水性路面的粗集料必须坚硬，并具有很好的韧性和耐磨性。ƒ我国规范对于高速公路要求碎石料的磨光值PSV≥42。ƒ德国要求在任何情况下PSV≥53，碎石的击碎值（S28/12)≤18。(2)集料级配的发展趋势ƒ排水与降噪功能与连通孔隙有关。ƒ采用驻波管测定吸声系数，发现ƒ连通空隙越大，其吸声系数越大，表明降噪效果越好。图1吸声系数峰值与连通空隙率的关系00.10.20.30.40.50.60.7681012141618连通空隙率/％吸声系数α(2)集料级配的发展趋势ƒ连通空隙与集料的最大粒径有关。ƒ欧洲初期主张最大粒径采用8～10mm。ƒ后来研究认为采用20mm较大粒径,具有以下优点：①能显著延长路面使用寿命；②增强排水功能；③增强自我清洗能力；④增大路面构造深度；⑤提高抗滑性能。(2)集料级配的发展趋势ƒ日本在学习欧洲经验的基础上，研究认为在同样空隙率条件下，集料最大粒径为20mm比13mm的连通空隙率大，从确保路面排水功能，选用最大粒径为20mm更为有利。ƒ我国目前大多最大粒径采用13mm，从提高排水功能，防止堵塞，延长使用寿命等角度考虑，今后可增大至16mm.(3)空隙率与级配的关系ƒ空隙率是排水性路面的关键体积参数。ƒ研究表明，空隙率与细料2.36mm筛孔的通过率有密切关系。由图可见，当细料控制在18％以下时，空隙率可达到20％。图2空隙率与细料含量的关系051015202510203040502.36mm通过率/％空隙率/％(3)空隙率与级配的关系国家筛孔/mm通过率/％控制范围/％要求空隙率/％英国2.357～13-20德国2.0010～2513～1720日本2.3610～2014～1820美国2.365～1510～1215比利时2.00-1722中国2.3610～2215～1818～25各国细集料控制的范围(4)预估空隙率的几个关系式ƒ经研究得到几个预估空隙率关系式：ƒVV=23.4–0.33P2.36ƒVV=0.3755-0.0083P2.36-0.0015PcƒVV=0.2611+0.0008P13.2-0.0075P2.36-0.0022Pc有了这些关系式可以预估混合料的空隙率，而不必等到实验后。（5）沥青结合料的发展ƒ在初期为减缓老化，主要采用粘度较低的沥青材料，如100号甚至200号沥青。ƒ由于粘度低，粘结力不足，导致路面过早出现严重掉粒、松散等病害。这也就是为什么美国一些州不愿意使用的主要原因。排水性路面用沥青结合料国家初期近期比利时针入度100沥青掺加再生胶、纤维，环氧沥青丹麦针入度100沥青-法国80/100，60/70掺加20％橡胶粉德国B65、B85特种改性沥青英国100/200沥青SBS/EVA改性沥青，纤维日本80/100高粘度沥青、彩色硬化沥青美国80/100掺加硅化橡胶日本对排水性沥青性状的调查技术指标平均值最小值最大值针入度/0.1mm51.84170软化点℃90.083.0101.5延度15℃/cm94.565117脆点℃-25-34-18闪点℃316280360粘稠性25℃kg.cm317260385粘韧性25℃kg.cm236185295粘度60℃104Pa.s6.72.411.6关于排水性沥青要求的粘度值ƒ可见日本用作排水沥青最小粘度就达到2×104Pa.s,这成为后来日本规范的依据。同时也为我国沥青路面规范所借鉴。ƒ然而工程实践表明，粘度2×104Pa.s对于排水性路面还是偏低。在104国道一公里的试验路经2年行车碾压，空隙大为降低，失去了排水功能。ƒ近年从发展趋势看，需要使用粘度更高的沥青材料。高粘度改性沥青的发展趋势生产企业针入度/0.1mm软化点/℃延度5℃/cm粘度60℃/Pa.s路翔集团≥40≥80≥20≥30000中石化538933121500公路规范≥40≥80≥50（15℃）≥20000预混式高粘度改性沥青面临的问题□由于粘度越来越高，给工厂化生产带来很多新的问题，如需要更高的温度，管道泵送难度增大。□同样用户对高粘度改性沥青应用也发生燃料用量增加，储存等都有很多麻烦。□面对这种情况，直投式高粘度沥青添加剂应运而生。直投式高粘度沥青添加剂ƒ所谓直投式高粘度沥青添加剂，是混合料拌和时直接投入添加剂，在拌和过程中与沥青混和，形成高粘度沥青材料。ƒ直投式添加剂为袋装产品，具有便于运输和储存，使用简单等优点。高粘度改性沥青添加剂的研究ƒ日本是最早研发成功并使用高粘度改性沥青添加剂的国家，其典型的产品就是TPS。ƒ在沥青中添加12％～14％，其粘度可以达到5×104Pa.s以上，满足排水性沥青路面性能要求。高粘度改性沥青添加剂的开发ƒ为了推广应用排水性沥青路面，需要积极研究开发具有自主知识产权的产品。ƒ近年来国内已有几家单位开展了试验研究，如交通部公路研究院的HVA，湖北国创的HVB等产品。ƒ其中特别值得提到的是上海浦东路桥材料有限公司通过产学研途径研究开发的高粘度改性沥青添加剂RST。ƒ采用该产品所配制的高粘度改性沥青，其技术指标大大高于现行规范标准。RST配制的高粘度改性沥青企业技术标准技术指标单位企业标准规范标准针入度25℃0.1mm40-60≥40延度5℃cm≥30-软化点℃≥85≥80粘韧性25℃N.m≥20≥20韧性25℃N.m≥15≥15薄膜烘箱加热损失％≤0.6≤0.6动力粘度60℃Pa.s≥50000≥20000延度5℃cm≥20-针入度比%≥65-高粘度沥青材料开发的意义ƒ高粘度改性沥青与添加剂的开发，对于推广排水性沥青路面的应用起到了积极的作用。ƒ使得排水性沥青可以扩大到重交通道路使用，而不必局限于轻型交通道路。ƒ高粘度改性沥青添加剂的研究开发，不仅打破了国外产品的垄断。ƒ将有可能在道路中开发更为广阔的各种用途，促进道路技术的发展。ƒ（三）排水性沥青路面结构的发展排水性沥青路面现行结构ƒ目前国内所铺设的排水性沥青路面主要为单层式结构，厚度大都为4cm，最大粒径为13.2mm。ƒ排水性路面在运营过程中容易出现堵塞，为了避免或减轻堵塞现象，欧洲国家研发了双层式排水性路面。欧洲的双层式排水性路面结构ƒ上层由细集建成，可以象筛子一样阻挡尘埃的进入。同时孔隙细小，还能提高降噪功能。ƒ下层由粗集料铺设而成，渗入的尘埃可以随水冲洗而走。ƒ左图是荷兰采用的双层结构。上层4/8mm,厚度25mm下层11/16mm，厚度45mm欧洲的双层式排水性路面结构ƒ荷兰的双层排水性沥青路面使用寿命约为7-10年。ƒ维修时一般只要将表层铣刨掉，保留下层，这样可以减少维修工作量。ƒ双层排水性沥青路面具有更好的降噪功能，约可降低5-6dB。不仅可以用于高速公路，而且特别适合于城市道路，尤其城市道路、学校以及住宅区。彩色排水性沥青路面ƒ为了美化环境，彩色路面开始逐渐应用于排水性路面。2006年上海在浦东桃林公园首次铺设了彩色排水性路面。ƒ彩色路面给人以赏心悦目，舒适和谐的良好。上海浦东的桃林公园彩色排水性沥青路面专家们在现场研究彩色排水性路面ƒ（四）排水性沥青路面养护技术的进步养护机械的研发ƒ排水性沥青路面由于孔隙大，如何防止堵塞是研究的重点。为此国外研究开发了清洗机。利用机器喷出的高压水冲洗路面灰尘。ƒ欧洲与日本已研发有清洗机。欧洲清洗机日本清洗机清洗后功能的恢复清洗前路面清洗后路面，可以恢复60％以上的渗水功能ƒ（五）排水性沥青路面技术规范的制订上海市工程建设规范ƒ为了促进上海市排水性沥青路面的推广应用，2009年由上海市建交委组织制订了《道路排水性沥青路面技术规范》。ƒ与现行公路规范相比较，该规范在技术指标也技术要求等方面有了很大提高和进步。上海规范的特点ƒ（1）规定高粘度改性沥青粘度的测试方法采用零剪切粘度，不再采用毛细管测试的粘度。目的是为了避免毛细管所测粘度的虚高现象。ƒ规定零剪切粘度（60℃）大于40000Pa.s。上海规范的特点ƒ(2)规范考虑高温拌和对集料性能的影响，增加了高温压碎值的指标，要求≤20％。(3)混合料设计要求保证集料表面有足够的沥青膜厚度，规定进行沥青膜厚度验算。要求大于13μ。ƒ（4）提高了对马歇尔稳定度的要求，要求大于5kN，现行规范仅为3.5kN。ƒ（5）在条文说明中，为了能较低温度下施工，提出采用温拌技术。ƒ(六）排水性路面技术今后的进步与发展有待进一步研究的课题ƒ排水性沥青路面对不同交通道路的适应能力，尤其是重载交通的适应性。ƒ排水性路面对城市热岛效应缓解能力的观测与评估。ƒ降雨量与路面排水能力之间的定量关系。ƒ排水性路面使用周期寿命的评估。ƒ冰冻对排水性路面的影响。结语ƒ排水性沥青路面是现代发展起来的一种新型路面，具有抗滑、降噪等许多优点。随着科学技术不断进步，以及新材料、新机械设备的出现，排水性沥青路面技术正得到不断进步和发展。ƒ推广应用“顶级功能”路面，让道路交通更美好。谢谢大家