李林涛
(重庆交通大学 交通运输学院, 重庆 400074)
沥青路面因平整度好、无接缝、行车舒适已成主流,但对于目前常用的 AC类,SMA类沥青路面往往在雨天表现出抗滑能力不足、排水性差等特点,特别对于山区高速公路,表现尤为突出,因此,研发排水性好,抗滑性优的沥青路面具有实际意义。
1990s,国内首次引进排水性沥青路面技术,并在上海、广东等修建了小规模的试验路[1],如104国道,京石、京沪高速公路等。但因忽略了重载交通、高温气候等影响,试验路并不理想;2002年陕西公路部引进了日本排水沥青路面技术和高粘度改性沥青,在咸阳机场高速公路推广应用,效果较好;2008南方地区建成了最大规模的排水性沥青路面,在国内起到了带头示范作用。
2003年,严军、李立寒等[2]对面层沥青混合料组成设计进行研究,提出了合理的组成设计方法。倪富健(2004)[3]等对 TPS 改性剂在排水性沥青混合料中的应用和沥青结合料对排水性沥青混合料性能进行研究。唐国奇[4]等通过研究发现:如果用消石灰代替矿粉,则可以明显改善排水性沥青混合料的水稳性,而普通硅酸盐水泥改善水稳定性不明显。
韩森、邢明亮[5](2009)等研究了排水性沥青混凝土的空隙率和水稳定性。孙文洲[6]对排水性橡胶沥青路面使用性能进行研究,取得了一定效果。
裴建中等[7](2010)研究发现排水性沥青混合料空隙的分布状态可以用分位数来表达。排水性沥青路面空间空隙的有效参数主要有其直径来表示,研究空隙的空间模型主要通过几何方法和X射线层析技术等
从研究历程来看,国内对排水性沥青路面的研究在不断地推进,集中于沥青混合料级配组成、路用性能验证、以及高粘度改性沥青开发等方面[8]逐渐将研究中心转向微观结构、空隙率及各种机理分析方面;目前又转向温拌型和橡胶排水性沥青路面。
1970-1980年,英法荷等国家纷纷开展了排水性沥青路面的铺设试验,取得了一些有益的成果[9],使排水性沥青路面在欧洲推广。法国在排水性路面降噪理论和噪声机理方面做了研究[10],并在公路上铺筑加厚式排水性沥青路面试验段,通过测试发现该路面降噪效果明显,由于面层空隙容易堵塞导致排水不畅和冬季难以养护等,排水性沥青路面在法国的应用减少。
由于排水性沥青路面在材料组成、结构设计上存在差异与功能不同,各国称呼也不同,如美国OGFC,欧洲PA,德国OPA或DP等。OGFC主要是为了提高抗滑性,而PA主要是为了降低轮胎和路面之间噪声,加强路面排水,减少溅水;PA空隙率比OGFC稍微大些;铺筑厚度OGFC的厚度相对较小些;PA在内部能形成排水通道,而OGFC则不能形成较好的排水通道,雨水主要沿表面排走;排水性沥青路面采用高黏度改性沥青,而OGFC则可采用一般改性沥青。最后,OGFC不承担荷载,而PA可以承担荷载。近年来许多研究认为采用橡胶沥青铺筑OGFC比较好。
最后一点就是我们铺筑的这种路面要有助于提高驾驶的安全性和舒适性。这种路面应该具有以下特点:
行车噪声产生原因是由于轮胎与路面间空气被压缩,轮胎在路面上的振动产生的。低噪声沥青路面可以在很大程度上消除它们之间的相互作用,因此起到了降噪的效果。随集料尺寸的增加,低噪声沥青路面的噪声也相应增加,但由于空隙阻塞的情况,噪声降低量随时间的增加而减少。
低噪声沥青路面有大量空隙,易于排水。但不是一直保持这种状况,相反,会随时间的推移而下降,因为空隙易被各种垃圾,碎削阻塞。根据资料可以知道,低噪声沥青路面经过7年时间左右,空隙阻塞严重地段透水率由最开始时的1cm/s降至0.25cm/s。
由于表面粗糙度大,在干燥和潮湿路面其抗滑性也相应提高。
但新建的排水沥青路面薄沥青层被磨耗掉后,抗滑阻力才会提高到正常水平。其抗滑能力在铺筑的第一年里逐渐增加,5年后抗滑能力达到最佳。
由于路面积水已被排除,提高了轮胎与路面的附着力,同时也减少了溅水和喷雾现象,提高能见度;表面粗糙产生漫反射,可以防止阳光耀眼和车灯的眩目。
由于排水沥青路面仅作为路面面层,具有一定的结构强度。排水沥青路面的典型破坏是脱层对于重载、大交通量的道路,排水沥青路面的耐久性优于传统的密实沥青路面。
对于一般交通量道路,排水性沥青路面对于普通路面交通使用年限可达10年以上,对于重交通量,在8年左右。
排水沥青路面以其优良的表面特性正在大规模的应用,然而还存在许多问题,比如:
(1)在配合比设计方面,过度依赖于实践而忽略了理论的发展,如何保证用料,孔隙率,抗滑性等最优化问题,依然研究不够深入;
(2)哪种集料尺寸降噪效果最好,骨料最大粒径和路面铺筑厚度的有什么样的影响关系,依然不清楚;
(3)没有从根本上解决养护方面的问题,比如如何保证空隙不被污物或冰雪堵塞,堵塞的空隙如何消除等问题;
虽然排水沥青路面在许多国家得到了大规模的推广,但仍存在一些问题如:排水沥青路面的空隙被粉尘堵塞,丧失透水功能或者排水沥青路面由于空隙大,容易出现掉粒,进而松散,形成大面积损坏等。故不能盲目推崇排水沥青路面的使用,如在低交通量、常年积雪结冰、泥泞多沙、气候寒冷等地区应较少使用。盲目借鉴必然会产生一系列质量问题,因此有必要根据交通条件,环境气候等特征,有针对性地开展基于实情的防滑沥青路面的关键技术研究,使沥青路面既达到防滑的理想效果,又不会出现空隙闭塞及耐久性不足等问题。
[1]伍石生.低噪音沥青路面施工与养护[M].人民交通出版社.2010.
[2] 曹东伟. 交通部科学研究院. 公路运输文摘[N]. 2011.
[3] 尹永胜. 低噪音沥青路面的研究[D].西安:长安大学,2011.
[4] 陈新轩. 轮胎压路机压实热拌沥青混合料的机理和作用[J].长安大学学报(自然科学版), 2013,23(5):49-51.
[5] 李智. 基于数字图像处理技术的沥青混合料体积组成特性分析[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2012.
[6] 徐亦航. 排水性沥青路面技术性能研究[D].西安:长安大学,2011.
[7] 郭勇. 高速公路排水性沥青混合料应用研究[D].南京:东南大学, 2008.
[8] 曹可勇. 日本的排水性沥青路面, 陕西高速, 2009.2.
[9] 曹东伟,刘清泉,唐国奇. 排水沥青路面[M].北京:人民交通出社,2011:14-16.