排水降噪路面AR—OGFC在市政道路中的应用

2014-03-20张可强

交通运输研究 2014年11期

张可强

(1.江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏南京 211112；2.江苏省交通规划设计院股份有限公司，江苏南京 210005）

0 引言

随着社会的发展，人们对高等级路面服务水平的要求也越来越高。排水降噪沥青路面具有良好的排水功能，可减少雨天行车的水雾、水飘，提高路面抗滑能力，且具有降噪的功能，可显著减少行车对沿线居民的噪音干扰，显著提高路面服务水平。排水降噪路面在美国、日本等发达国家已经广泛应用。根据排水降噪路面在国外工程应用的情况，胶结料主要为TPS高黏沥青、SBS改性沥青、橡胶沥青等。目前，国内主要是采用TPS高黏沥青，其黏度大，能较好地满足排水降噪路面对混合料高低温性能、水稳定性和耐久性的需求。但TPS高黏沥青的价格昂贵，这是排水降噪路面推广的瓶颈。研究表明，橡胶沥青60℃运动黏度可达20 000Pa·s，能满足排水降噪路面对沥青的技术要求，且橡胶沥青与SBS改性沥青价格相当。良好的性价比和特殊的环保意义使橡胶沥青在排水降噪路面的应用日益得到重视。

1 原材料

废旧汽车轮胎被称为“黑色污染”，长期以来，废旧轮胎的处理一直是环境保护的世界性难题。制备橡胶沥青（Asphalt Rubber）是一种减少“黑色污染”的有效办法，它主要是通过一定的生产工艺将橡胶粉加入沥青中，形成一种以橡胶粉为改性剂的改性沥青[1-3]。

橡胶沥青胶粉用量设计主要考虑路用性能和施工性能两个方面，参照亚里桑那州的技术要求，以177℃旋转黏度为主要设计指标，要求范围一般为1.5~4.0，下限是保证良好的路用性能，上限保证一定的施工性能，防止因黏度过大造成泵送、拌和困难[4-5]。本项目采用70号道路石油沥青与20目级配胶粉进行橡胶沥青级配设计，选取16%、18%、20%和22%四种掺量进行试验，试验结果见表1，最终确定胶粉掺量为19%，177℃黏度为2.900Pa·s。水泥采用P.C32.5复合硅酸盐水泥；集料采用优质玄武岩，集料压碎值、磨耗值、磨光值、级配和粉尘含量等各项指标满足规范要求。

表1 胶粉掺量设计

2 配合比设计

排水降噪混合料级配设计的基本思路是通过减少细集料（小于2.36mm）用量获取较大的空隙率，级配的差异主要在于粗集料搭配的不同。由于混合料的设计空隙率大，粗集料间的搭配组合对集料嵌挤效果影响较小。排水降噪路面沥青混合料的路用性能与其空隙率关系密切，相关研究表明，其排水性能随空隙率增加而提高，而力学性能、水稳定性、疲劳性能等则随空隙率增大而降低。根据不同国家或地区开级配混合料设计标准的调研，OGFC的空隙率要求比较接近，如美国加利福尼亚州要求大于18%、德克萨斯州要求为18%~22%[6]，我国交通运输部规范要求为18%～25%[7]。参照我国颁布的规范，初步确定AR—OG⁃FC13的空隙率要求为18%～25%。

最佳级配是特定试件成型方式下的产物，最能模拟现场压实方式的试件成型方法，得到最佳级配的实用价值，试验试击实方法和标准主要考虑施工条件（压实功）和交通状况。在AR—OGFC13的混合料中，约有40%的集料为9.5mm以上的粗集料，这部分集料相互嵌挤，同时由于开级配混合料空隙率大，粗骨料之间缺少相应的细料支撑[8]，就需要较大的功使混合料碾压密实，以满足渠化交通的需要。目前，压路机设备吨位和性能有较大程度的提高。根据试验结果判断，50次的击实次数偏少，75次的击实次数合理。

为取得更好的排水降噪效果，采用两档粗集料（5~10cm和10~15cm），不使用细集料，两档集料比例为56∶44，外掺2%的水泥作为抗剥落剂。级配设计曲线见图1。

图1 级配设计曲线图

日本的OGFC混合料设计技术相对成熟，其最佳沥青用量的确定方法为：按±0.5%、±1%变化沥青用量，分别进行析漏试验、飞散试验；根据析漏试验和飞散试验的结果，以沥青析漏试验的反弯点作为最大沥青用量，以试件飞散试验的反弯点作为最少沥青用量，由此得到沥青用量的范围。试验结果见图2、3，油石比范围确定为7.9%~8.4%，在此范围内再参照马歇尔试验的结果，选择合适的沥青用量作为最佳沥青用量。

图2 析漏试验结果

图3 飞散试验结果

根据上述混合料矿料级配及析漏、飞散试验结果，采用三种油石比通过马歇尔试验进行最佳橡胶沥青用量试验，试验两面各击实75次成型马歇尔试件，计算各组试件密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度等相关指标，并对成型试件进行马歇尔稳定度试验。试验结果显示，三种油石比孔隙率均满足技术要求，当油石比为8.3%时，马歇尔稳定度最大，试验结果列于表2。

表2 AR—OGFC混合料马歇尔试验结果

参考相关工程实践经验，采用8.3%为最佳橡胶沥青油石比，并在最佳油石比下进行析漏和飞散检验，检验结果见表3，满足规范要求。

表3 AR—OGFC13飞散试验结果

3 实体工程验证

江苏省省道S338高峰至鹿苑段（张家港张扬路），原路面是三幅式水泥混凝土路面。由于水泥路面的特点，交通噪音较大，随着通车年限的增加，近年来路面出现了不同程度的破损。为改善道路服务水平，公路管理部门决定对其进行改造。在改造方案设计中，为贯彻“和谐交通”的思想，不仅需要考虑方案的路用性能，而且要兼顾路面的排水降噪效果，降低公路对环境的影响，改善沿线居民的生活水平和出行条件。采用排水路面可减少因雨天路面湿滑而引起的交通事故，显著提高路面行驶安全性，体现以人为本的管理理念。项目研究采用AR—OGFC13，路面结构见图4。

图4 项目路面结构图

在路面施工中，混合料出场温度为175℃左右，摊铺温度为165℃左右。碾压方案为：HD130双钢轮压路机前静后振碾压两遍，DD110双钢轮压路机静压两遍。碾压完成后对压实度进行检测，路面芯样马歇尔压实度平均值为99.6%，现场空隙率平均为22.3%，与实验室配合比设计空隙率相近，说明试验击实标准与现场工况相接近。

对实体工程进行渗水系数与降噪能力进行跟踪检测，并与未铺筑AR—OGFC路面的路段（AC—13）进行对比，检测结果见表4。其排水效果明显，降低噪声在4dB左右，虽然噪音降低绝对值不大，但相当于交通量减少一半，能有效减少交通噪音对沿线居民的影响。