公路排水降噪薄层罩面养护技术研究

作者简介：

李其斌（1988—），工程师，主要从事公路养护、养护工程建设管理等方面工作。

为研究公路排水降噪薄层罩面养护技术，文章通过室内试验对排水降噪沥青混合料配合比设计进行分析，并结合实际国道公路工程养护项目试验段，对排水降噪薄层罩面实际应用效果进行检验。结果表明：对于高温重载环境可适当提高排水降噪沥青混合料中粗骨料的含量，对于寒冷环境可适当提高排水降噪沥青混合料中细集料的含量与2.36 mm通过率；试验段排水降噪薄层罩面能够有效恢复旧路抗滑性能，同时开级配大空隙的特殊结构使其能显著改善旧路排水性能与降噪性能，从而改善旧路的行车舒适性与安全性。

排水降噪薄层罩面；公路养护；配合比设计；抗飞散性能；抗滑性能

U416.2A250903

0 引言

截至2022年底，我国公路养护里程已达535.03万km，占公路总里程比重为99.9%，大量早期建设的公路亟须进行养护和维修，我国逐步由早期的建设为主的阶段转入养护为主阶段。排水降噪薄层罩面是一种以排水、降噪以及提高雨天行车安全性为导向的薄层罩面技术，一定程度上借鉴了排水沥青路面的设计理念，通过其骨架空隙型结构，使沥青混合料具有较大的空隙率与构造深度的特点，从而赋予沥青混合料排水、降噪、提高抗滑性能、抑制水雾等优点［1-2］。目前，我国排水性沥青混合料主要用于新建排水路面中，针对养护性薄层罩面的相关研究较少，且工程实践运用较为缺乏［3］。因此本文结合室内试验与试验路段检验等手段，研究公路排水降噪薄层罩面养护技术，以期为排水降噪薄层技术在我国养护工作中的应用提供参考和借鉴。

1 原材料

1.1 沥青

本文采用高黏改性沥青作为排水降噪薄层罩面沥青胶结料，主要技术指标如表1所示。

1.2 粗集料

本文采用干燥洁净、颗粒均匀、高耐磨耗性、质地坚硬的辉绿岩作为排水降噪薄层罩面粗集料，其主要技术指标如表2所示。

1.3 细集料

本文采用干燥洁净、无风化、无杂质的辉绿岩作为排水降噪薄层罩面细集料，主要技术指标如表3所示。

1.4 填料

本文采用由石灰岩磨细得到的矿粉作为排水降噪薄层罩面填料，其主要技术指标如表4所示。

2 排水降噪薄层罩面配合比设计

根据《排水沥青路面设计与施工指导规范（JTG/T 3350-03-2020）》（以下简称《规范》），排水降噪薄层罩面的级配类型选用细粒式开级配PA-10，目标空隙率取20%，依据规范级配2.36 mm筛孔通过率中值与中值±3%范围，得到三种初选级配，如表5与图1所示。沥青膜厚度取14 μm，根据经验公式（1）预估沥青用量，计算得到三种初选级配的初拌沥青用量为5.3%、4.9%、4.5%。

飞散、坑槽等病害是排水沥青路面最容易发生的结构性破坏形式，此病害将会严重影响排水沥青路面的寿命、行车安全性与舒适性。因此，飞散损失是排水沥青路面的重要性能指标，需通过飞散损失值控制沥青结合料用量的下限。本文以PA-10-1、PA-10-2、PA-10-3三种级配，分别以初拟沥青用量5.3%、4.9%、4.5%为中值，按0.5%的变化沥青用量分别成型5组试样，分别进行飞散试验与析漏试验，结果如表6与图2及图3所示。

由图2、图3可知：

（1）三种级配的排水降噪薄层罩面飞散损失值随着沥青用量的增加而减小。这是由于沥青用量的增加使得结构沥青含量增大，从而提高骨料之间的粘结性能，宏观表现为沥青混合料抗飞散性能增强。而随着沥青用量的不断增加，析漏损失值逐渐增大，且增幅也逐渐提高。这是由于当沥青用量较小时，提高沥青用量能够增加结构沥青含量。当结构沥青含量饱和时，增加沥青含量将提高自由沥青含量，从而导致沥青混合料内自由流淌的沥青含量增加［4］。因此，需要通过析漏损失值控制排水降噪薄层罩面的沥青用量上限值，通过飞散损失值控制其沥青用量下限值。

（2）对于PA-10-1级配，当沥青用量为6.3%时，析漏损失＞0.8%，不满足《规范》要求。析漏损失曲线的拐点坐标约为5.6%沥青用量，飞散损失曲线的拐点坐标约为5.0%沥青用量。对于PA-10-2级配，3.9%～5.9%的沥青用量均满足《规范》中析漏损失与飞散损失的要求。析漏损失曲线的拐点坐标约为5.2%沥青用量，飞散损失曲线的拐点坐标约为4.6%沥青用量。对于PA-10-3级配，当沥青用量为3.5%时，飞散损失＞15%，不满足《规范》要求。析漏损失曲线的拐点坐标约为4.6%沥青用量，飞散损失曲线的拐点坐标约为4.3%沥青用量。

综上所述，分别选取4.8%、4.4%、4%作为三个级配的最小沥青用量OAC1，分别选取5.8%、5.4%、5%作为三个级配的最大沥青用量OAC2。在OAC1～OAC2范围内，进一步开展马歇尔试验，试验结果如表7所示。

由表7可知，对于PA-10-1级配，当沥青用量为4.8%时，试件空隙率与马歇尔稳定度均可满足要求，确定其最佳沥青用量为4.8%；对于PA-10-2级配，当沥青用量为4.4%与4.9%时，试件空隙率与马歇尔稳定度均可满足要求，选用马歇尔稳定度测试值相对较高的4.4%沥青用量作为其最佳沥青用量；对于PA-10-3级配，当沥青用量为5.0%时，试件空隙率与马歇尔稳定度均可满足要求，确定其最佳沥青用量为5.0%。

3 排水降噪罩面路用性能

排水降噪罩面的多孔结构使其具备良好的排水、降噪、抗滑特性，同时也使其内部材料暴露在外界环境中，对其耐久性、水稳定性、高温稳定性等路用性能提出了更高要求［5］。本文通过高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水飞散试验、浸水马歇尔试验及渗水试验，对PA-10-1、PA-10-2、PA-10-3三种排水降噪沥青混合料的各项路用性能进行分析，试验结果如表8所示。

由表8可知，三种排水降噪沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、抗飞散性能、水稳定性能以及排水性能均满足规范要求，其中PA-10-1型排水沥青混合料动稳定度与渗水系数低于其他两种混合料，而低温弯曲破坏应变、浸水飞散损失值与残留稳定度高于其他两种混合料，这是由于PA-10-1型排水沥青混合料细料含量较多、沥青用量较大（4.8%），使其在低温环境下具备良好的柔韧变形能力，同时能够提高抗水损害与抗飞散性能，但在高温与荷载作用下更容易发生车辙变形。综上所述，应结合具体使用需求与区域气候环境特点调整排水降噪罩面级配组成。对于高温重载环境，可适当提高粗骨料含量；对于寒冷环境，可适当提高细集料含量与2.36 mm通过率。

4 试验段应用效果检验

本试验段依托西部陆海新通道广西普通国省干线公路路面服务能力提升工程。由于上思信良至公正K3503+000～K3511+822段国道公路在繁重的交通荷载作用下出现路面抗滑性能衰减的问题，同时由于所处地区雨水丰沛（年平均降雨量约为1 300 mm），导致近期频繁出现雨天车辆打滑现象，相关管养单位研究决定，结合路面实际情况，采用加铺3 cm排水降噪薄层罩面进行处治。

考虑到该项目位于夏炎热区且交通任务繁重，排水降噪沥青混合料采用PA-10-3型级配，试验段铺设完成后，对其渗水系数、构造深度、摆值等相关指标进行测试，结果如表9所示。

由表9可知，试验段现状路面加铺排水降噪薄层罩面后，其渗水系数、摆值与构造深度指标显著提高，且车辆噪音指标下降6.1 dB。PA-10-3型排水降噪薄层罩面能够有效提高旧路抗滑性能，同时开级配大空隙的特殊结构使其能显著改善旧路的排水性能与降噪性能，从而提高旧路的行车舒适性与安全性。

5 结语

本文通过肯塔堡飞散试验、谢伦堡析漏试验、高温车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验等室内试验对排水降噪沥青混合料配合比设计进行研究，并结合实际国道公路工程养护项目试验段对排水降噪薄层罩面实际应用效果进行检验，得出以下主要结论：

（1）应结合具体使用需求与区域气候环境特点调整排水降噪罩面级配组成，对于高温重载环境可适当提高粗骨料含量，对于寒冷环境可适当提高细集料含量与2.36 mm通过率。

（2）排水降噪薄层罩面能够有效恢复旧路的抗滑性能，同时开级配大空隙的特殊结构使其能显著改善旧路排水性能与降噪性能，从而改善旧路的行车舒适性与安全性。

参考文献

［1］ 王灿升，邹 杰，彩雷洲，等.功能型路面国内外研究综述［J］.公路交通科技（应用技术版），2020，16（10）：53-59.

［2］张 杰.空隙率对PAC路面抗滑特性的影响研究［J］.西部交通科技，2021（5）：54-58，195.

［3］谢祥根，张怀宇.高速公路排水路面的设计与施工技术研究［J］.中外公路，2021，41（1）：54-58.

［4］邓娟华，邹 杰，彩雷洲，等.多车道排水沥青路面排水能力影响因素研究［J］.西部交通科技，2021（1）：57-60.

［5］包惠明，湛 玮，冯 超，等.基于灰关联理论的再生排水路面的性能分析［J］.武汉理工大学学报，2022，44（1）：13-17.