渗透性沥青路面在降雨入渗过程中的性能

(重庆交通大学材料科学与工程学院 重庆 400074)

一、引言

在许多地区，路面出现的问题大多数是由于土壤的保水功能的丧失而产生的。最近渗透性路面被认为是减少路面病害最有效的替代方法，已成为道路发展研究中的一个重要领域。透水性沥青路面是一种新型环路面结构,它是一种经过特殊加工手法制成的具有连续孔隙的大孔隙沥青混合料[8]。这种结构既有足够的强度，又具有良好的透水性,可以很好的缓解不透水铺装对环境造成的影响以及降低噪音对周围市民的影响。

二、渗透性沥青路面国内外发展动态

排水路面路面于1960年在欧洲首先建成，被称为“多孔沥青”，即大孔或排水式路面；美国和日本称为“开放式沥青摩擦层(OGFC)”[1-3]，即开放式沥青排水层。从20世纪80年代以来，人们逐渐注意到城市道路的透水设计对改善环境质量至关重要。因此，首先在德国，防水硬化道路被渗透性路面取代。20世纪70年代在法国，为了解决公园沿途树木的灌溉问题，首先提出了渗透性路面的设想。不久就建议在高速公路上使用。美国和日本是成功研究和应用世界渗透性路面技术的代表。在这两个国家，高强度，高透水性路面的研究和应用也在世界领先。

三、渗透性沥青路面特点

长期以来，城市和城市化地区的地面结构是不透水的。这些地面结构大多数表面上都是服务于汽车，停车场，车道和路肩。它们通常由混凝土块或塑料网状结构的矩阵组成，并在空隙中填充有粒径较小的沙子，砾石或土壤。这些空隙使雨水渗透进入下层土壤，这可以在缓解城市发展过程中引起的雨水径流的影响方面发挥着极其重要作用。

而渗透性沥青混凝土与普通沥青混合料相比，具有孔隙率大，大骨料含量大等特点，所用的沥青为高粘度改性沥青[5]，具有良好的高温稳定性和内聚性。因此，它有很多优秀的表现：(1)可以避免路面积水，雨水在表面力的作用下产生的水膜，同时提高路面防滑性能，提高了行车的安全性。在下雨的夏天，传统的路面，特别是中国南方，积水非常严重。由于传统路面的小孔隙，路面排水情况十分的糟糕，容易造成交通系统瘫痪，拖延了交通时间点。(2)减少道路反射，尤其是在夜间行车的时候，夜间的路灯在水面上的灯光会影响驾驶员的视野，这大大地提高道路标识的可视性，同时提高驾驶人员的安全性和舒适性，也提高行人的安全性。(3)减低车辆在行驶过程中形成的噪音，有利于营造安全舒适的交通环境。因此，由渗透性材料组成的路面结构可以减少集中降雨季节的道路排水系统的负担；有利于保护城市地下水系统调整城市气候，降低地表温度，保持生态平衡。(4)这种路面结构施工较容易操作，更重要的是成本可行性较高，带来的经济效益较高，这满足可持续发展的要求。

四、透水性沥青路面透水机理过程

雨水从路面表面层垂直向下渗入透水性沥青路面是一个具有两阶段的过程[8]。这两阶段分别是①由外界条件决定阶段，若外界给水量以及给水的速度没有超过透水性沥青路面的下渗能力,则入渗速率等于来水速率②透水性沥青路面控制阶段，当透水性路面饱和程度达到临界值，透水路面传导水的能力会逐渐减弱，当小于外界给水速率时，就会有部分雨水通过路面结构的纵坡排出路面。当入渗速率大于透水性沥青路面的下渗能力，下渗能力会逐渐减小直达到透水性沥青路面的渗透能力。

五、进一步研究的主要问题及办法

透水沥青路面以其优良的表面特性正在大规模的广泛应用，然而还存在许多问题，比如：

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；

1.哪种集料尺寸透水效果最好，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；

2.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；

3.降雨量多少、孔隙率的大小以及每一结构层厚度的确定，透水性沥青路面如何控制排水量的效果更佳,其采用的不同空隙路面结构起的效果都是不同的，确定符合不同的区域的透水性沥青路面结构也是一个十分关键问题。

对这种新型材料路用特性缺乏时间的检验和充分的观侧依据等；

针对上述存在的一些问题，这里就针对(1)提出一些见解。对于透水沥青的配合比设计，应加大实验力度，从理论，实验和实际的基础上把握配合比设计，重点依靠实验，辅以实际经验理论三者的相互配合，研发出最佳的沥青配合比设计，节约材料的同时，取得最佳的效果。同时，参照国外的理论，不断地提出自己的新见解，丰富我们已有的理论体系。

对于沥青混合料配合比设计来说，最为重要的两点是：一是确定矿料的配合比例，保证使用的最佳孔隙率并且又不易堵塞。二是确定沥青用量，保证其具有较好的抗滑性。然后建立在试验、调整、完善的基础上不断改进，只有结合试验、施工设备分阶段的反复验证、调整，才能取得最佳的设计效果。

六、结语

透水路面提供了解决雨水径流增加和与汽车使用相关的流水质量降低的问题的一种解决方案。本文对渗透性路面的渗透性能进行了评估。与传统的沥青路面相比，我们发现总体上是积极的，并且在几个方面非常积极。根据渗透性路面强降雨入渗模拟，结果表明，由于采用大孔沥青材料，透水路面孔隙度大，渗透性高，雨水快速渗透。但作为普通的沥青路面，雨水渗透非常缓慢，导致路面上方的水容易滞留。将雨水储存在路基中后，透水性沥青路面可以降低路面温度。本文所写的透水性沥青路面的排水机理研究，对透水性沥青路面的设计和渗透机理具有指导意义。