排水性沥青路面技术应用研究.pdf
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1、2 0 1 3 年 1 2 月第 1 2 期 城 市道桥 与防洪 科技研究 1 7 9 排水性沥青路面技术应用研究 唐 健 娟 ( 天津市 市政 工程 设计研 究 院 , 天 津市 3 0 0 0 5 1 ) 摘 要 : 该文阐述了, 针对道路实际运营中存在的问题 , 结合路面路用性能的要求, 对排水性沥青路面设计所进行的研究。 采用混 合料最 大公称粒 径 l 3 2 mm 的试样 , 通过室 内试验对排 水性沥 青混合料 的降噪 、 抗 滑及排水性 能分别进行 测试 。试 验结果表 明各 项性能 均远远优 于普通沥 青混合料 。接着 , 重点分 析了空隙率 对性能 的影 响 , 并通 过理
2、论计算 验证 了排 水性沥青路 面在道路 中应 用的可行性。最后兼顾路面耐久性能的要求 , 综合探讨了排水性沥青路面设计中的各项关键技术。 关键 词 : 排水 性沥青路 面 ; 排水性 能 ; 空 隙率 ; 耐 久性能 中图分 类号 : 兀J 5 2 8 4 2 文献标识 码 : A 文章 编号 : 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 1 2 0 1 7 9 一 o 4 0 前 言 为 了避 免市 区向外 围“ 摊 大饼 ” 式 的蔓延 , 我 国许多大 中城市在片区规划 中普遍 采用 由主要对 外交通干线联系的组团式或分散集 团式等多 中心 布局模式。伴随着我国进入快速城
3、市化阶段, 随之 而来 的道路交通噪声污染 也 日益严 重 ,据研究测 算 ,中国每年 因道路交通噪声污染而导致的经济 损失约合人 民币 2 1 6 亿元 1 J 。 其次, 在片区道路的设计当中, 鉴于道路排水 的功能要求, 城市道路设计规范建议道路纵坡 不应 小于 0 3 , 但 由于片 区场地 在整平后 , 为和 周边环境相协调 ,高程控制点之间的高差往往会 很小 , 经常会 出现纵坡 小于 0 3 的情况 , 这就造 成 了雨后道路积水严重的现象 ,给居 民出行造成 了很大麻烦 ,因而仅靠路表坡降 的排水 已经满足 不 了排水要求 。 从 “ 绿 色交通 ” 的含义 出发 , 不单 提
4、倡使 用公 共交通 ,还对城市道路交通 基础设施提 出了高 的 要求 。排水性沥青面层与传统 的密级配沥青混凝 土面层相 比, 其 1 5 一2 5 的大孔 隙结构形式使得 雨天能够 防止路表水膜 的形成 ,提高 了路面粗糙 度 , 从而抵抗 车辆的滑移 , 消除或减轻车尾喷水花 的现象 , 提高驾驶员视线的清晰度 , 明显提高车辆 高速行驶的安全性,具有抑制溅水现象和降低交 通 噪声等作用 ,其作为一种环保型 的新型路面在 城市片区的开发中具备广泛的应用前景 。 1 降噪性能 传统的道路交通噪声防治技术,主要是采取 收稿 日期 : 2 0 1 3 0 8 2 7 作者简介: 唐健娟( 1 9
5、 8 3 一 ) , 男 , 湖南邵阳人 , 硕士研究生 , 研 究方 向 : 道路 工程 。 降低汽车噪声或植树绿化或在路边建声屏障俗称 隔音墙 ,而忽视了路 面材料构造对 降低道路交通 噪声的贡献。当然植树绿化除了能起到降低噪音 以外还可以增加片区的绿化率 ,但随着城市片区 的开发 , 尤其类似中心商务区f C B D ) 在规划时, 其 土地资源也愈发紧缺,因而植树绿化带来的降噪 效果也受到 了很大 的限制。 1 1 空隙率对吸声 系数的影响 我 国沥青路 面施工技术规 范并未涉及 到排水 性沥青混凝土路面的技术要求, 但对 O G F C的配合 比设计方法已有了明确的规定。在该项研究中
6、选 用 的排水性沥青混合料最大公称粒径为 1 3 2 mm, 通过谢伦堡析漏试验和肯塔堡飞散试验确定最佳 油石 比为 4 6 。级配范 围如表 1 所列 。 吸声系数 仅来描述 吸声材料 的声学特性。所 谓 吸声 系数是指被材料吸收的声 能量 与入射到材 料表面的声能量之比。吸声系数越大 , 表明材料的 吸声性能越好。吸声系数等于 1 , 表示入射到材料 表面的声能全部被材料所吸收 。 测定吸声系数通常采用 驻波管来测定l 2 l , 测试 方 法按 驻波 管法 吸声 系数 与声 阻抗 率测 量 规范 ( G B J 8 8 8 5 ) 进行 。 驻波管为一根 内壁光滑 、 坚硬 、 截 面均
7、匀的圆直管。管一端的刚性后盖可卸下 , 以便 安装测试试样 。试样 的直径应 与管的内径基本上 一 致。安装在管子另一端的扬声器发出的单频简 谐声波在管 内以平面波形式传播 ,并在试样表 面 反射形成驻波声场。从试样表面开始 , 沿管轴交替 出现声压极大值和极小值。移动探管测定声压极 大值和极小值的比值 ,即可确定试样的垂直入射 吸声系数。不同空隙率在不同声波频率下的吸声 系数不尽相 同, 结果如表 2所列 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 0 科技研究 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 1 2 月第 1 2 期 通过绘制垂直入射时的吸声系数与频
8、率 之问 的关系图 , 如图 1 所示 , 可 以看 出空隙率在 1 5 2 5 之间对频率在 3 0 01 0 0 0 H z的中频声 ( 交通 噪声 的主要频率范围 ) 具有较大的吸声系数 ; 且随 着空隙率 的增 大, 吸声系数有逐步增大的趋势。 24 3 0 一-2l 8 0 一 2 0 7 0 -一1 7 4 0 1 5 6 0 频率 H z 图 1 不 同空隙率不 同频 率下的 吸声 系数 曲线 图 国外研究表明, 当沥青路面的空隙率在 1 5 2 5 之间( 2 0 左右) , 噪声降低最明显。 对具有不 同空隙率的沥青混合料式样在实验室 内进行驻波 法测量 ,可对中频噪声典型频
9、率 5 0 0 H z的吸声系 数与试样空隙率建立了如下经验公式 : =1 65 5Vc -6 0 58 式 中: O t 声波垂直入射时对 5 0 0 Hz 的平均吸 声系数 , ; r 空隙率 , 。 实践中 ,可根据排水性沥青路 面的空 隙率利 用该式估算其吸声系数 。 1 2 路面厚度对吸声 系数的影响 测试数据表明 ,随着沥青混 合料试样 厚度 的 增加 ,吸声系数峰值所对应 的频率逐渐 向低频移 动。这种规律与一般多孑 L 性材料 , 如矿棉 、 玻璃纤 维等 的特性相仿 。汽车行驶时轮胎与路面相互作 用 产生 的 噪声 ,其 峰 值频率 对 于小 汽车 而 言为 8 0 01 2
10、 0 0 H z , 对于载重汽车为 6 0 08 0 0 H z 。表 3是试验测得 的混合料 厚度与吸声系数之 间的关 系。 表 3 混合料 厚度对 吸声 峰值频率的 影响一览表 厚度 ra m 3 8 4 2 5 7 6 2 6 3 峰值频率 Hz 8 0 0 7 8 0 6 2 0 5 0 0 4 6 0 理论分析也表明 , 吸声材料的垂直入射吸声系 数随厚度的增加而趋于稳定 ,城市片区内部 的机 动车 以小汽车为主 ,有些片 区甚至是禁 止载重汽 车驶入的 ,因此过厚 的层厚对吸声并没有太大 的 贡献 ; 同时为 了保证路 面施 工 的和易性 , 参照 公 路沥青路面施工技术规范推荐
11、 O G F C 一 1 3的层厚 为 34 e l n , 因而对于 片区排 水性 路面 , 通过技术 经济论证 , 沥青层厚可做到 4 0 m m, 此时路面材料 的声学特性 已趋于稳定 。 在瑞典建造 了一条为长 1 k m、宽 9 n l 的穿过 居民区的城市道路 , 其经济分析结果表明 , 铺设排 水性 沥青路 面带来的经济效益 为 7 2万美 元 , 花 费 了 2 7万美元 ;而建造声屏 障虽然带来 了 9 0万 美 元的经济效益 , 但其花费却高达 1 0 0万美元 ; 同时 声屏障的设置 , 将道路与周边环境隔离开来 , 对城 市的整体景观造成了极大的破坏。因此 , 综合考虑
12、 经济效益 、 社会效益 , 排水性沥青路面对于片 区道 路 的降噪都是一个非常好 的选择 。 2 抗 滑性能 片区道路 网中有着复杂 的交通对象的组成 , 拥 挤的行驶环境对路面的抗滑性提出了更高的要 求 , 路面 良好的抗滑性 能 , 可以缩短汽车的刹 车距 离 , 避 免交通事故的发生或减小汽车的碰撞 程度 。 特别 对于 日趋繁华 的片区来说 ,且交通事故 发 生 , 不仅会影响整个路网的正常运行 , 而且会 对整 个片 区的持续发展带来极为不利 的影响 ,所以保 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 1 2 月第 1 2 期 城 市道桥
13、与 防洪 科技研究 1 8 1 持片区内道路的良好抗滑性能至关重要 。 抗滑性能评价采用摩擦 系数 和构造深度两个 指标。摩擦系数是通过从一定高度落下的摆锤的 势能损失来衡量路面 的抗滑能力 ,在一定 程度上 可 以反 映路 面提供给行驶车辆 的刹 车能力 ,结果 既与路 面表面特征有关 ,也 与粗集 料的磨光值有 关 ; 构造深度指标属于路面 的宏观构造特征 , 反 映 的是路表面的粗糙程度。在该项研究 中 , 摩擦 系数 通过摆式仪来测定; 构造深度按照 T 0 7 3 1 2 0 0 0沥 青混合料表面构造深度试验 测定 , 每个试件做 5 次平行试验测试结果分别列于表 4 、 表 5
14、。 表 4 表面摩擦 系数的测试 结果 一览表 A B C D E s, o 编号 平均值 平均值 表 4和表 5测试结果表 明, 抗滑层材料 的摩擦 系数为 7 3 1 ,远远大于公路设计规范 中对高等级 公路摩 擦系数 的要 求( 大于或等 于 4 5 ) , 而构 造深 度为 1 9 6 m m, 也远远大于我 国公路设计规范 中对 高等级公路构造深度的要求( 不小于 0 5 5 mm) 。 说 明排水性沥青路面具有优 良的抗滑性能,适合城 市片区路面的铺装 。 3排水 性能 排水性沥青路 面的典型特征就是存在大孔 隙 , 并且 富含 连通孔 隙。首先是一定孔径 的大孔隙便 于路表水 或
15、上承层水分 的下渗 ;其 次是大孔隙结 构层对水 分的涵养 吸收 , 以及提供排水通道【 。由 于大孔隙结构层内部孑 L 隙横向连通的特性 ,借助 道路横坡或纵坡 , 水流将在势能作用下 , 由高势能 位置 向低势能位置排出。一般而言 , 低势能位置均 位于道路 边缘 ; 只要存在势能差 , 并且 排水通道不 堵塞 , 就可以实现结构 内部排水 。 3 1 渗水试验 排水性沥青路面的主要性能是排除路表降水 , 其排水性能主要与空隙率 、 沥青用量有关 , 排水性 能常用渗透系数表示4 1 。 试件为圆柱状 , 高为 1 0 c m, 直径为 1 5 c m, 试件成型采用旋转压实仪完成。之 所
16、 以采用旋转压 实仪进行成 型 ,是 由于其可 以控 制旋转次数和压实压力,并能控制试件的压实程 度 。同时采用较大尺寸试件 , 可 以较好地消除试件 的尺寸效应 。 排水性沥青路面渗透系数采用如下公式计算 : = 式 中: k为渗透系数 , c r r d s ; Q为渗水量 , c m ; A 为试件横截面面积 , c m ; 为渗流长度, c m; t 为渗 水时间, S ; Ah为测压管水头差 , c m。 该项试验用到五个不同空 隙率的试件 , 每个试 件分别做三次平行试验, 取其平均值。渗透系数计 算结果见表 6 所列 。 表 6 渗水试 验数据成果 一览表 通过对排水性沥青混合料
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- 水性 沥青路面 技术 应用 研究
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