浅析高速公路沥青路面材料降噪排水设计与施工

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　　【摘要】:本文通过多年经验，针对沥青路面对排水、降噪、防滑等路用功能的要求,进行了排水降噪防滑沥青混合料的矿料级配设计、路用性能研究,提出了排水降噪防滑沥青路面的设计方法及其施工质量控制技术,并在江西省永修至武宁高速公路进行了工程应用。
　　【关键词】:降噪排水防滑级配设计高粘度改性沥青
　　 江西省永修至武宁高速公路东起福银高速，西连大广高速，位于庐山西海风景名胜区北部，是沟通福银高速、庐山西海景区、大广高速的一条地方加密高等级公路。路线起点于永修县的军山分场庄上自然村南面山头的福银高速，经永修县燕坊镇、八角岭垦殖场、虬津镇、白槎镇、海棠镇、三溪桥镇、武宁县的巾口乡、宋溪镇、普田乡，于武宁县澧溪镇与大广高速相接。
　　 江西省永修至武宁高速公路P3由我公司中国云南路建集团股份公司承建，起讫桩号为K53+000- K79+000，包含A9、A10、A11、A12、A13五个路基标，路线全长26公里。本标段为路面工程，主要技术指标为高速公路，双向四车道，设计行车速度80KM/H，路基宽度24.5米，路面行车道宽度2×7.5M，硬路肩宽度2×2.5M,土路肩宽度2×0.75m，中央分隔带宽度2.00m，路缘带宽度2×0.5m。主线路面结构形式为：表面层为40mm厚AC-13改性沥青混合料，下面层为60mm和80mm厚AC-20改性沥青混合料，上基层为80mm厚ATB-25沥青稳定碎石，基层采用水泥稳定碎石结构,路面横坡度为2%，土路肩横坡度为4%。江西省永修至武宁高速公路P3由我公司中国云南路建集团股份公司承建，起讫桩号为K53+000- K79+000，包含A9、A10、A11、A12、A13五个路基标，路线全长26公里。本标段为路面工程，主要技术指标为高速公路，双向四车道，设计行车速度80KM/H，路基宽度24.5米，路面行车道宽度2×7.5M，硬路肩宽度2×2.5M,土路肩宽度2×0.75m，中央分隔带宽度2.00m，路缘带宽度2×0.5m。主线路面结构形式为：表面层为40mm厚AC-13改性沥青混合料，下面层为60mm和80mm厚AC-20改性沥青混合料，上基层为80mm厚ATB-25沥青稳定碎石，基层采用水泥稳定碎石结构,路面横坡度为2%，土路肩横坡度为4%。
　　 经过调研发现,永武高速公路排水降噪防滑沥青路面试验路段设计行车速度较高,夏季高温多雨,冬季气温低,道路交通荷载大,这些严酷的使用环境对该条高速公路路面的防滑性能、抗水损害能力、高温稳定性和低温抗裂性均提出了较高的要求。为解决当前高速公路存在的以上问题,较好的方法就是采用排水降噪防滑沥青路面。
　　1、原材料
　　 1)集料:京山玄武岩,视密度2.993g.cm-3,吸水率0.3% ,洛杉矶磨耗14%；压碎值16%。
　　 2）沥青:湖北国创高新材料有限公司的高粘度改性沥青,25℃针入度93,15℃延度62cm ,软化点90℃,60℃粘度大于20000Pa・s。
　　 3) 纤维:深圳海川工程科技有限公司生产的德兰尼特AS-Ⅱ型纤维(纤维掺量为0.3%) ,纤维材料性能见表1 。
　　
　　2、矿料配合比设计
　　2. 1 级配设计
　　 针对传统的马歇尔设计法和Superpave设计法中存在的不足,同时借鉴当前常见的沥青混合料CAVF体积设计法,该研究提出了排水降噪防滑沥青混合料的设计方法,即通过实测主骨架矿料的空隙率,计算其空隙体积,使细集料体积、沥青体积、矿粉体积及沥青混合料最终设计空隙体积之总和等于主骨架空隙体积。
　　 试验采用目标空隙率为20 %的排水降噪防滑沥青混合料(NPAAP) ,其级配组成见表2 。
　　
　　2. 2 最佳油石比的确定
　　 依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052―2000)的试验方法,采用高粘度改性沥青作胶结料,分别进行沥青析漏试验和沥青混合料飞散试验,以沥青析漏试验的突变点作为最大油石比,以沥青混合料飞散试验的突变点作为最少油石比,根据图2、图3的析漏和飞散试验结果,并综合考虑现场实际情况等多种因素,确定NPAAP-13和OGFC-13的最佳油石比均为5.0%。
　　
　　3、路用性能研究
　　 采用JTJ052―2000 规定的车辙试验动稳定度(DS) 评价沥青路面的高温稳定性,试验温度为60℃,轮压0.7 Mpa；为模拟路面在高温多雨环境下的使用情况,采用德国进口汉堡车辙试验机进行浸水条件下的试验研究,浸水水温60℃,试验时间达7h;采用冻融劈裂残留强度比(TSR)来评价沥青混合料的水稳定性;采用人工砂铺法测定构造深度(TD)；沥青混合料的透水能力采用渗水系数来评价,采用路面透水仪进行测试;采用驻波管法测试该种沥青混合料试件的吸声系数(声频范围600～1200Hz),沥青混合料沥青路面的降噪特性采用噪声水平进行评价。沥青混合料性能测试结果见表3 。
　　
　　注:OGFC-13采用AH-70重交石油沥青,NPAAP-13采用国创高粘度改性沥青。
　　3. 1 高粘度改性沥青对路用性能的影响
　　 从表3的试验结果可知,采用AH-70重交石油通沥青配制的大空隙率OGFC沥青混合料相比,该研究中采用高粘度改性沥青在相同矿料级配下配制的NPAAP-13沥青混合料,其沥青用量增加了2% ,而析漏损失率减少27.3% ,飞散损失率降低34.7% ,其动稳定度在前者的基础上提高了近2.7倍,远远大于我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40―2004)规定的3000次/mm的技术要求。
　　3. 2 矿料级配对路用性能的影响
　　 从表4可以看出,与OGFC-13的矿料级配相比,NPAAP-13的矿料级配偏粗,其关键性筛孔2.36mm的通过率比前者偏低16.7% ,沥青混合料的空隙率比前者提高了2. 6 % ,构造深度增加了19.4%,渗水系数比前者高出7.57%;同时与OGFC-13沥青混合料相比,大空隙率的排水降噪防滑沥青路面可降低噪声2～4dB(A),且其在浸水和不浸水条件下的车辙试验结果表明,其高温稳定性亦有较显著的提高。
　　4、工程应用
　　 基于以上试验研究成果,在江西永武高速公路K53+000-K79+000路段的左幅上面层进行了排水降噪防滑沥青路面试验段的工程应用。采用意大利玛莲尼MAP3202E274XLP型间歇式沥青拌和设备1套,福格勒2100C型摊铺机2台,DD110型双钢轮压路机3台,自卸车10辆,乳化沥青洒布车1辆。
　　4. 1 施工质量控制
　　 排水降噪防滑沥青混合料在施工中各阶段的温度控制为:沥青加热温度160～170℃,矿料加热温度180～190℃,混合料出厂温度170～180℃,摊铺温度不低于160℃,初压温度不低于150℃,复压温度不低于130℃,终压温度不低于120℃,开放交通温度不高于50℃。在混合料生产和施工中应注意以下3个方面的问题:
　　 1)下封层处理采用高粘度改性乳化沥青处理下封层,高粘度改性乳化沥青洒布量为0.6～1.2L/m2 。
　　 2)沥青混合料的运输与摊铺排水降噪防滑沥青混和料运输过程中应采用双重保温布进行覆盖,确保施工温度。排水降噪防滑沥青混合料产量低, 摊铺机速度较慢,一般应控制在1.0～2.0m/min ,保证摊铺过程的匀速、缓慢连续不间断。
　　 3)沥青混合料的碾压为了使路面达到理想的压实空隙率,排水降噪防滑沥青混合料面层的整个碾压过程须采用钢轮压路机碾压,同时钢轮压路机碾压过程中均不开振动。施工结束后,须在12h后开放交通。
　　4. 2 成型路面质量检测
　　 对摊铺的排水降噪防滑沥青混合料进行现场取样检测,检测结果见表4 。
　　
　　5、结束语
　　 a.设计的排水降噪防滑沥青路面材料较好地实现了排水、降噪、防滑的设计目的,渗水系数大于2000mL/min,噪声水平低于我国城市规定交通噪声标准6～8 dB(A)；
　　 b.沥青材料的60℃动力粘度这两项指标对排水降噪防滑沥青路面材料的路用性能有着显著影响,在进行该种沥青混合料进行配合比设计前应对沥青材料进行仔细比较选择,以降低设计生产成本;
　　 c.关键性筛孔2.36mm的矿料通过百分率应小于20%,同时4.75mm筛孔的矿料通过百分率应小于25%,确保沥青混合料在满足强度要求的同时应具有较好的连通空隙结构,以达到较理想的排水降噪效果；
　　 d.排水降噪防滑沥青路面试验段的成功铺筑充分证明该种沥青路面材料具有很好的可行性和实用性,这对于大空隙率的排水降噪防滑沥青混合料路面材料的推广应用积累了较为丰富的实践经验。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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