低噪声透水沥青路面在湿热地区市政道路中的应用

徐 波，傅春秀

（1.深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳 518029；2.福州大学，福建福州 350108）

0 引言

随着社会经济发展，“以人为本，环境友好”理念深入人心。公众对出行质量需求不断提高，对道路交通安全日益关注。如何提高道路使用品质，如何向社会提供更加安全、舒适、环保的道路交通，已成为我国道路交通事业发展的新目标和新方向。低噪声透水沥青路面则是实现这种新目标的一种典型路面结构[1]。

低噪声透水沥青路面是一种具有大于15%（一般为18%～25%）空隙率的沥青路面。以大空隙沥青混合料作为表层（4～5 cm厚），表层以下为密实型级配不透水沥青层，雨水通过排水功能层迅速排入边沟等排水构造物中。

低噪声透水沥青路面构造深度大，抗滑性能好，能有效减轻行驶车辆的溅水、水雾，减轻光线漫反射，提高行车安全；同时还具有良好的排水、降噪、降低城市热导效应等生态环保功能[1，2]。

开级配的多空隙沥青混合料20世纪50年代始于美国，随后欧洲、日本等发达国家先后就这种沥青混合料的不同功能展开了研究与推广应用。我国对该种沥青混合料的研究应用起步相对较晚，先后在北京、上海、浙江等地修筑了部分试验路。近年来，随着预拌式施工技术的引入，成品高粘度改性沥青质量的提高，深圳等地修筑了部分低噪声透水沥青路面应用工程，取得了不错的进展。

本文依托深圳已修筑的几条低噪声透水沥青路面工程，从原材料选择、配合比设计、施工控制、路面排水构造、养护管理等方面较为系统地介绍了低噪声透水沥青路面在南方湿热地区市政道路中的应用及其注意事项。

1 主要技术特点和失效模式

针对深圳地区高温多雨的南方湿热地区区域环境气候，从排水路面结构与构造设计、原材料选择、施工工艺等方面进行系统的区域性研究与应用。截至目前，深圳市低噪声透水沥青路面典型应用工程有：（1）深圳市恒心路（直投式施工）；（2）龙岗区新东路（预拌式施工）；（3）南山区桃园西路（预拌式施工）；（4）光明新区36号路（预拌式施工）；（5）光明新区38号路（预拌式施工）。

1.1 优点

低噪声透水沥青混合料是一种基于骨架空隙结构发展而来的开级配沥青混合料（见图1）。该种结构粗集料含量多，细集料含量少，粗集料通过点接触形成骨架，混合料中剩余空隙率大，易渗水，因此，该结构内摩擦阻力较大，粘聚力较小（见图2）。在这样的结构特性下，低噪声透水沥青路面具有如下技术优点。

图1 骨架孔隙结构

图2 低噪声透水沥青混合料

（1）大幅度提高行车安全。

低噪声透水沥青路面由于具有较大的空隙率和表面构造深度，与普通的密级配沥青混合料相比，能较大幅度地提高行车安全，主要体现在：a.构造深度大，抗滑性好；b.减轻行驶车辆的溅水、水雾；c.减轻光线的路面反射，提高行车安全。

（2）良好的生态环保性。

低噪声透水沥青路面具有迅速排除路表积水、降低交通噪声和城市热导效应的生态环保功能。

1.2 损坏模式

深圳等类似南方湿热地区具有高温、多雨、太阳辐射较大的气候环境特点，对道路尤其是市政道路要求能够快速排除路表水分，保证行车安全，降低车辆噪声，减缓城市热导效应。在南方湿热地区铺设低噪声透水沥青路面能够很好地满足上述技术要求。但是，由于高温多雨的气候特点，湿热地区低噪声透水沥青路面在交通荷载下的飞散问题、水稳定性问题、高温稳定性问题、沥青老化问题、堵孔问题突出，要求混合料具有较多的有效连通空隙、足够的耐久性、良好的水稳定性和高温稳定性。

在环境场和车辆荷载综合作用下，低噪声透水沥青路面的主要失效模式有以下几种。

（1）飞散

飞散，亦称为松散，是低噪声透水沥青路面最典型的病害之一，是由于沥青膜提供的颗粒间结合失效而导致的石料与路表结构脱离（见图3）。飞散可分为由于沥青结合料的初始劲度不足、骨料过软等施工材料质量不佳，在轮胎—路面接触区内的强剪切力作用下导致的早期飞散[3]和由于结合料老化硬化、重力离析导致的长期飞散[4]。飞散一旦开始，其影响范围就像多米若骨牌般迅速扩大。

（2）水损害剥落

由于具有较大的空隙率（15%～22%），低噪声透水沥青路面长期处于潮湿或水蒸气饱和状态，一旦沥青与集料粘附性不足，很容易出现集料与沥青剥落等水损害病害。

图3 飞散破坏

（3）层间剥落

低噪声透水沥青路面由于其表层为大空隙的沥青混合料，与下承层的接触面积仅为一般的密级配沥青混合料的75%～85%[5]，因此常常在陡坡、转弯、交叉路口等剪切应力大的路段发生由于层间抗剪强度不足导致的层间剥落现象（见图4）。

图4 层间剥落

（4）功能耐久性

低噪声透水沥青路面的功能耐久性问题表现为由于道路周围环境较差，路面孔隙容易被泥沙、灰尘等堵塞，造成排水、降噪、抗滑、降温等功能性下降的堵孔问题和由于高的空隙率，沥青与空气、光、热、水接触面积增大，导致老化进程加快的沥青老化问题。

1.3 讨论

在湿热地区铺设低噪声透水沥青路面可以有效排除路面积水，降低水膜厚度，大幅度提高行车安全，但由于高温多雨的区域气候特点，该种路面结构容易发生水损害问题。低噪声透水沥青混合料由于天生级配不良，其水稳定性、高温稳定性、抗剥落性和层间粘结较差，因此，如何提高南方湿热地区低噪声透水沥青路面的水稳定性和高温稳定性是该技术成败的关键。

下文以深圳市的低噪声透水沥青路面典型应用工程为依托，从原材料技术特点与选择、混合料配合比设计、施工控制与注意事项等方面谈谈笔者对低噪声透水沥青路面的相关认识。

2 原材料技术特点与要求

2.1 沥青

排水沥青混合料由于具有较大的空隙率，因此要求胶结料具有较好的抗水损害和耐老化能力。排水沥青混合料所用沥青必须具有较高的粘度、粘稠性和软化点，一般采用60～70号基质沥青，通过改性制得高粘度改性沥青。因混合料粗集料多，因此沥青用量较少，集料颗粒表面沥青膜较薄，如果沥青质量不佳，路面在行车荷载作用下容易出现集料飞散，应选用初始劲度高的沥青。结合国内外相关研究，给出高粘度改性沥青的性能指标如表1所示。

表1 高粘度沥青性能指标要求[6-8]

与普通的道路石油沥青和改性沥青相比，低噪声透水沥青路面用的高粘度改性沥青具有高的软化点和延度；同时其粘韧性、韧性及60℃粘度指标较高，这与该种沥青混合料具有大空隙率，长期与水接触有关。高粘度改性沥青的使用及其技术指标的确定是保证长时间与水接触作用下混合料具有较好的抗剥落性的关键。

对于低噪声透水沥青路面用的高粘度改性沥青应重点关注其老化前后粘度、针入度、延度、软化点，及与集料粘附性等指标。高粘度改性沥青是解决低噪声透水沥青路面在南方湿热地区水稳定性和高温稳定性问题的关键。

2.2 粗骨料

低噪声透水沥青混合料形成的是石—石点接触式的嵌挤骨架结构（见图2）。与普通密级配沥青混凝土相比，混合料集料间接触面积减少了约25%，接触点间的应力提高，因此骨料的性质、形状以及粒度、级配等都会对混合料的性能有很大影响。

低噪声透水沥青混合料所用粗集料宜选用洁净、均匀、干燥的耐磨耗、针片状颗粒含量少、抗破碎和粘附性高的碎石、破碎砾石等骨料。参照国内外已有的研究经验，低噪声透水沥青混合料粗集料的具体技术指标应满足表2给出的要求。

表2 低噪声透水沥青混合料粗集料技术指标要求[6-8]

从表2可以看出，低噪声透水沥青混合料对粗集料的压碎值、洛杉矶磨耗损失值、表面磨光值、针片状颗粒含量限制较高；同时为保证混合料有良好的抗剥落性，对沥青的粘附性等级要求也较高。

2.3 细集料

低噪声透水沥青混合料所用细集料一般是指0.075～2.36 mm部分的集料，包括机制砂、石屑、天然砂等。应洁净、干燥、无风化、无杂质，与沥青有良好的粘附性，并有适当的颗粒级配，宜符合中砂的级配和细度模数，粒径范围要求见表3。细集料最好使用人工破碎的机制砂，因为机制砂洁净、棱角性好，有相当好的粗糙度，混合料抗车辙能力强。与沥青粘结性能较差的砂子及用花岗岩、石英岩等酸性石料破碎的机制砂或石屑不宜使用。细集料技术指标要求详见表4所列。

表3 细集料的粒径范围

表4 细集料技术指标要求及试验方法[6-8]

2.4 填料

矿粉在低噪声透水沥青混合料中含量虽少但至关重要。由于混合料中粗集料较多，若缺少矿粉，必然会产生沥青流淌现象。矿粉的作用是吸附沥青，沥青只有吸附在矿粉表面形成薄膜，才能对其他粗细集料产生粘附作用。低噪声透水沥青混合料由于空隙较大，在提高其排水、抗滑性能的同时也降低了混合料的耐久性。要提高其耐久性，胶结料的作用就非常重要，所以对矿粉的质量应该严格要求。低噪声透水沥青混合料所用填料要求采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉。具体技术指标要求见表5所示。

表5 矿粉技术指标要求及试验方法[6-8]

3 配合比设计

由于低噪声透水沥青路面矿料级配较粗且多为开口空隙，空隙率高，难以用通常的马歇尔试验方法确定沥青含量，应根据混合料生产、运输、抗磨耗、飞散、析漏要求及目标空隙率确定配合比。

在进行低噪声透水沥青路面配合比设计时，应根据当地降雨情况合理选择目标空隙率。同时，路面排水、降噪、抗车辙、耐久等要求的集料最大公称粒径往往存在相互矛盾，应根据路面具体的功能要求选择集料粒径。通常同类型的沥青混合料，公称粒径越小，降噪性能越好[9]。

本文参考国外配合比设计方法，主要以各项功能性检验为主，选择期望空隙率而又具有较高耐久性的最大容许沥青膜厚度来确定沥青含量。图5给出了低噪声透水沥青混合料的配合比设计流程。

图5 低噪声透水沥青路面配合比设计流程

通过上述配合比设计得到的沥青混合料应达到表6所示的技术要求。

表6 排水性混合料设计技术要求[6-8]

4 施工控制

低噪声透水沥青路面施工流程如图6所示，施工时应严格控制混合料温度，保证路面所需要的沥青的初始劲度。

图6 透水沥青混合料施工流程

4.1 拌制

低噪声透水沥青混合料生产工艺可分为直投式施工和预拌式施工两大类。

直投式施工，也称高黏度添加剂（HVA）“干法”工艺，是指使用普通基质沥青，在混合料拌和过程中单独添加外加改性剂生产改性沥青混合料的工艺。HVA通常为毫米级的固体颗粒，在“干法”工艺中，HVA投放于通常的拌和楼后能够迅速熔融分散，起到对沥青混合料良好的改性效果[1]。

预拌式施工，也称成品“湿法”工艺，是通过溶胀、高速剪切、胶体磨等加工工艺，将一定比例的聚合物改性剂（或复合体）与沥青混溶，制备得到高黏的改性沥青，在施工现场直接使用成品高黏沥青生产混合料[1]。

直投式施工工艺由于沥青结合料质量均匀性和稳定性较差，易出现飞散等早期病害。近年来深圳、上海等地先后引进了日本高黏度沥青生产线，采用预拌式工艺，明显改善了排水沥青路面质量。

无论是直投式还是预拌式施工工艺，低噪声透水沥青混合料正式试拌前，应对确定的配合比进行室内试拌与拌和机试拌，验证最佳沥青用量与混合料质量指标，如不符合要求应进行调整，重新试拌。试拌确定最终配比后，生产拌制时应严格称取沥青用量，沥青用量在拌和过程中允许偏差为±0.3%。低噪声透水沥青混合料拌制时的温度宜控制在170℃～185℃之间，拌制时间应通过试拌确定。排水沥青的生产应随拌随用。在生产过程中，应对每个台班的产品进行质量取样检验，并检测混合料的矿料级配和沥青用量等，应经常检查成品的温度、混合料的外观质量、均匀性等。

低噪声透水沥青混合料拌制过程中温度控制是一个关键问题。混合料温度过低，施工作业困难；温度过高，混合料容易发生流淌。因此，在混合料生产拌制过程中应严格控制温度。

4.2 运输

（1）低噪声透水沥青混合料出厂时应逐车检测沥青混合料的重量和温度，记录出厂时间，签发运料单。

（2）沥青混合料的运输应采用清扫得很干净的运料车，在保证不影响产品质量的前提下实施运输作业，应尽可能缩短运输时间。

（3）运输过程中，应采取保温措施，确保混合料摊铺温度不低于165℃，当温度低于160℃时，混合料应废弃。

4.3 摊铺

（1）摊铺前，应对基层或下卧沥青层进行工程质量检查和验收，质量应符合规范相关要求。下卧层如果已被污染，必须清洗或铣刨后方可铺筑。

（2）为使低噪声透水沥青混合料面层与下卧沥青层有良好的黏结，应采用阳离子喷洒型改性乳化沥青PCR作为黏结层兼作防水封层，撒铺量宜不少于1.0 L/m2。防水黏结封层的施工可按规范相关要求进行。

（3）为避免施工接缝处出现明显缝迹，施工时应尽量全幅摊铺。当摊铺机宽度不足时，宜采用两台摊铺机平行作业。调整拌和机生产率及摊铺机行走速度，配足运料车，确保摊铺机的连续喂料、连续作业，减少施工接缝数量。

（4）摊铺速度宜控制在3 m/min左右，摊铺温度宜控制在165℃～175℃左右。

4.4 碾压

（1）碾压前应配备足量的压路机，初碾、二次碾压宜选用10～12 t的滚筒式压路机，终碾宜选用6～10 t多轮式压路机或8～15 t胶轮式压路机。

（2）碾压应采用静压方式，不得采用振动。压路机距离摊铺机不宜过长，一般不超过20 m。终碾次数以2次（1个往返）为宜。为防止胶轮式压路机轮胎黏附，宜使用少量的水或者切削用乳化油剂稀释液等涂覆轮胎表面。

（3）初压速度宜控制在2 km/h，温度应控制在160℃～140℃；复压速度宜控制在3 km/h；终压速度宜控制在2 km/h，温度应控制在90℃～70℃，碾压时，应记录测试温度。

（4）为消除钢轮压路机碾压带来的细小裂纹和提高路面抗飞散能力，可在70℃～90℃的低温下用胶轮压路机进行二次轻轻碾压表面集料。

4.5 接缝与构造物处理

（1）低噪声透水沥青路面接缝处不允许重叠，纵向接缝宜铺筑成梯形，便于邻接的面层黏结牢固，确保接缝两侧密度相同。若交通条件不允许铺成梯形，为防止纵向接缝过冷，在铺筑相邻面层时，须将接缝处再加热，加热时应避免将面层直接暴露在火焰下。

（2）低噪声透水沥青面层纵、横向接缝以及与附属构筑物的衔接部分须充分压实、粘接紧密。

（3）在铺筑面层时，须对透水管进行保护，避免沥青混合料堵塞透水管孔眼，确保透水性路面结构中的雨水能顺畅地排入透水管。

4.6 交通管制

低噪声透水沥青面层碾压成型后，应避免车辆立即进入，应在终碾4 h后或表面温度低于50℃，且路面足够坚硬后方可开放交通。

5 路面排水构造与养护管理

5.1 路面排水构造

低噪声透水沥青路面除了4～5 cm的排水表层外，路面排水构造物的设计也至关重要。应根据当地降雨强度和路面允许水膜厚度合理设计路拱坡度和纵向排水构造。图7给出的是深圳龙岗区新东路低噪声透水沥青路面排水构造形式。

图7 新东路纵向排水构造

5.2 养护管理

低噪声透水沥青路面空隙率会随着开放交通后二次压密和泥沙杂物堵塞使空隙逐渐减小，造成排水、降噪、抗滑、降温等功能下降。目前常用的功能恢复方法有物理方法和化学方法两大类，因化学养护容易造成污染，所以前者应用较多。

6 结语

低噪声透水沥青路面由于具有大幅度提高道路行车安全、降低交通噪声、降低城市热导效应的优点，因此，在南方湿热地区具有很大的应用空间和前景。为了充分发挥该种路面结构的功能和保证较好的耐久性，应重点解决以下几方面技术问题。

（1）在进行低噪声透水沥青路面结构层设计时，应注重不同结构层分工设计理念，如排水降噪功能层、防水黏结层、中面层抗车辙、下面层抗疲劳，同时应做好排水构造物的设计。

（2）高黏度改性沥青的使用及其技术指标的确定是解决低噪声透水沥青路面在南方湿热地区水稳定性和高温稳定性的关键，应严格控制高黏度改性沥青质量，关注老化前后黏度、针入度、延度、软化点及与集料黏附性等指标。

（3）混合料正式制备前应试拌，应通过飞散试验、析漏试验确定沥青最佳用量。

（4）由于结合料黏度高，可施工的温度窗窄，施工时应严格控制混合料温度，防止温度过低，碾压不密实。

（5）应重点解决低噪声透水沥青路面结构性与功能性、结构耐久性与功能耐久性、短期性能和长期性能、不同路面功能对材料指标的要求、高性能材料要求与施工工艺和经济性之间矛盾的协调平衡与解决。

[1]曹东伟，等.排水沥青路面[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]沈金安.开级配多空隙排水型沥青路面[J].中外公路，1994，14（6）：16-20.

[3]Voskuilen，J.L.M.and Verhoef P.N.W.Causes of premature ravelling failure in porous asphalt.Sixth International RILEM Symposium on Performance Testing and Evaluation of Bituminous Materials，2003.

[4]Molenaar，A.，A.Meerkerk，M.Miradi，and T.Van der Steen.Performance of Porous Asphalt Concrete.Association of Asphalt Paving Technologists,2006.

[5]戴鹏,杨军，等.排水性沥青路面层间抗剪强度影响因素分析[J].中外公路，2007,27（6）:55-58.

[6]DG/TJ 08-2074-2010，道路排水性沥青路面技术规范[S].

[7]日本排水性沥青铺设技术规范.

[8]JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[9]丁庆军，沈凡，等.透水型沥青路面材料的降噪性能[J].长安大学学报：自然科学版，2010,30（2）：24-28.