‘国外建材科技 ２００８年第２９卷第５期 多孔沥青混凝土路面的调研分析 王高永 （东盟营造工程有限公司，西安７１００７５） 摘 要： 多孔沥青混凝土具有排水、降噪等优良性能，广泛应用于表面层。通过调研和整理，介绍了多孔沥青混凝 土路面的起源、发展以及在我国的实践。同时，调研分析了多孔沥青混凝土路面的强度机理、降噪机理与排水机理。 最后指出了未来多孔沥青混凝土的研究方向。 关键词： 多孔沥青混凝土；调研；发展历程；机理 Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｐｏｒｏｕｓ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ ＷＡＮＧ Ｇａｏ—ｙｏｎｇ （Ｄｏｎｇｍｅｎｇ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃ Ｌｔｄ，ｘｉ’ａＮ ７１００７５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｏｒｏｕｓ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅｍｅｎｔｓ ｅｎｊｏｙｅｄ ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｔｅｒｍｓ ｏｆ ｄｒａｉｎａｇｅ，ｎｏｉｓｅ．ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｔｅ， ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｕｒｓｅ ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒｉｍｍｉｎｇ，ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎ，ｄｅｖｅｌｏｐ— ｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ， ｎｏｉｓｅ—ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｄｒａｉｎａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅｍｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅｄ ｈｅｒｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅｍｅｎｔｓ ｗａｓ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｏｕｓ ａｓｐｈａｌｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ； ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｈｉｓｔｏｒｙ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ 多孔沥青混凝土路面由大空隙沥青混合料铺 青层。 筑而成，依据其在结构内部的层位或功能可以进一 美国于２Ｏ世纪７０年代出现排水性路面，称为 步细分。如果铺筑在表面层，可以提供增强表面摩 开级配沥青磨耗层ＯＧＦＣ（Ｏｐｅｎ—ｇｒａｄｅｄ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ 阻力、路表立体排水以及降低噪音的功能，通常被称 Ｃｏｕｒｓｅｓ），主要目的是为了安全，结构层厚度２．５～ 为ＯＧＦＣ防滑磨耗层路面或者排水性路面。如果 ４．０ ＣＹＩ１。日本在１９８７年开始引进欧洲排水性路面 铺筑在基层，可以提供基层内部立体排水的功能，通 技术，１９８９年在高速公路上试铺，并伴随骨料飞散 常亦称为排水基层路面。 以及车辙问题。２０世纪９０年代后期，日本开始大 １ 多孔沥青混凝土路面发展历程 量铺筑排水性路面。１９９９年，日本道路公团要求所 有高速公路都要使用排水性沥青路面 Ｊ。主要原因 １．１国外发展 是这种路面在雨天发生的交通事故大大减少。 排水性路面起源于德国，１９６０年德国首次在机 １．２ 我国实践 场修建，称为Ｐｏｒｏｕｓ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔ，主要目的是 我国于２０世纪８Ｏ年代末引进ＯＧＦＣ路面，主 提高路面抗滑性能，避免飞机在雨天滑行水漂…；随 要采用美国的ＯＧＦＣ技术，主要目的是为了提高路 后于１９７８年在高速公路上铺筑试验段。随着技术 面的抗滑性能。ＯＧＦＣ路面于１９８８年首次在北京 进步，大空隙沥青混合料不在仅仅用于表面层，开始 一石家庄高速公路正定段铺筑了试验段；１９９６年在 用于中面层，形成结构层厚度为５～１５ Ｃｒｌｌ的排水沥 江苏杭州～萧山二级公路上铺筑试验段，１９９７年在 ４０ 国外建材科技 杭州～金华二级公路上铺筑试验段；１９９７年在安新 高速上铺筑试验段；１９９９年在上海的路和田 路、延安中路铺筑了试验段；２００２年在北京昌平铺 筑了试验段；２００５年在孝襄高速上铺筑试验段。 多孔沥青混凝土排水路面典型结构组合一般 为：３～４ ＣＦＩ１ ＯＧＦＣ表面层，最大粒径１０ ｃｎｑ＿或１３ ＣＦＩ１；层问撒布改性沥青防水层，偶尔亦增设土工布 或玻璃纤维隔栅增强防水性能；５～６ ＣＦＩ１粗粒式或 中粒式沥青混凝土；７～８ ＣＨ１粗粒式沥青混凝土下 面层；基层多为水泥稳定碎石结构。 ２ 强度机理 沥青混合料的强度指标主要指抗剪强度，普遍 采用库仑理论来描述。其抗剪强度主要由两部分组 成，其一是摩擦阻力部分，主要来源于集料颗粒的内 摩擦力；另一部分是混合料的粘结力，主要来自沥青 自身及其与集料的粘附力。沥青混合料受剪时存在 集料间内摩阻力和集料颗粒问沥青膜的粘滞阻力； 在抗拉时，其强度基本上全部来源于沥青与集料的 粘附力和沥青本身的粘性。沥青本身的粘性以及它 与集料的粘附性在混合料的抗拉和抗剪强度中都起 到了至关重要的作用。 武汉理工大学对比分析了开级配排水性沥青混 合料ＰＡ一１３与传统的密级配沥青混合料ＡＣ一１３的 低温抗拉强度 Ｊ。结果表明：排水性沥青混合料 ＰＡ一１３的脆化点为一５℃左右，而ＡＣ一１３的脆化点 为一ｌ０℃左右；排水性沥青混凝土的低温抗拉强度 不如密级配沥青混凝土，这说明，大孔隙导致结构的 不致密，引起材料强度的降低，不适合于主要承重结 构层。 ３降噪机理与相应试验测试 ３．１ 降噪机理 低噪声路面的减噪原理大致有２种：一是通过 空隙和构造深度来吸收噪音；二是通过路表面的纹 理构造反射噪音，从而降低噪音的总能量。多空隙 沥青混凝土路面存在许多连通的小孔，使得压缩空 气可以在小孔中流动，减少磨擦噪音，这就是吸收噪 音的过程。相比之下，超薄沥青混凝土路面则通过 多次反射噪声达到减噪的效果。交通部公路科研所 研究认为混合料粒径和空隙率是影响噪声的主要因 素，粒径越小，空隙率越大，降噪效果越好，提出了理 想的低噪声路面型式是细粒式、多碎石沥青混合 料 。 多孔沥青混凝土路面可以看作是多孔共振吸声 ２００８年第２９卷第５期 结构，并为单孔共振吸声结构的并联结构。多孔沥 青混凝土吸声机理可以用亥姆霍兹共振器 来表 征。当声波传到共振器时，气体在声波的压力下像 活塞一样地往返运动；运动的气体具有一定的质量， 由于孔颈壁的摩擦和阻尼，使一部分声能转化为热 能而消耗掉。当外来声波频率与共振器固有振动频 率相同时，就发生共振，气体往返于孔颈中的速度 也最大，摩擦损耗也就最大，吸收的声能也就最 多。亥姆霍兹共振吸声器达到共振时，对声的吸收 也达到最大。 ３．２相关试验 声学上常用吸声系数来描述材料的吸声性能， 在实验室内通常采用驻波管法来测量材料的吸声系 数。Ｋｅｉｔｈ等 采用驻波管法测定了ＯＧＦＣ试件和 普通密级配沥青混凝土试件的吸声系数，发现ＯＧ— ＦＣ比普通密级配沥青混凝土具有良好的降澡效果。 同济大学在试验室采用驻波管法测定了几种沥青混 凝土试件的吸声系数和阻尼系数 Ｊ。其中ＯＧＦＣ 试件空隙率为２０％，ＳＭＡ试件空隙率为４％，普通 ＡＣ试件空隙率为３％～６％。公路噪声为低频频 率，主要集中在５５０ Ｈｚ的中心频率附近。结果表 明以上试件的吸声系数由大到小依次为：ＯＧＦＣ试 件，ＳＭＡ试件，普通沥青混凝土试件和水泥试件。 采用多空隙沥青混凝土与普通沥青混凝土对比 进行实验。在日本，对于小汽车可降低５～８ ｄＢ，对 于载重汽车降低了３ ｄＢ。在法国，对于小汽车可降 低４ ｄＢ，对于重型汽车则可降低７ ｄＢ。在英国，可 降低４～５．５ ｄＢ；在比利时，可降低噪声６～８ ｄＢ。 同济大学噪声测试试验结果显示，ＯＧＦＣ路面车外 噪声可降低３～８ ｄＢ（Ａ），小车车内噪声可降低１．６ ～２．１ ｄＢ（Ａ），同时降噪幅度与车速有重要关 系 。 长安大学在抗滑表层的试验研究中，对ＡＫ一 １６Ｂ，ＳＡＣ一１６，ＳＭＡ，ＯＧＦＣ ４种沥青混合料路用性 能进行了研究，试验结果表明，ＯＧＦＣ抗滑性能最 好，同时其高温抗车辙能力较强，耐疲劳性能较 差 “ 。河北京沪高速公路ＯＧＦＣ减噪试验路段 于２０００年建成，结果表明效果较好¨引。东莞五环 快速路ＯＧＦＣ斌验段儿 于２００３年建成；首次噪声 测试表明：ＯＧＦＣ路面具有良好的降澡效果，可以降 低噪声约１０ ｄＢ；二次测试降噪效果较差，源于风沙 尘粒等对空隙率的填充。 ４ 排水机理 多孔隙沥青混凝土路面的典型特征是存在大孔 ４１ 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 孔隙结构层内部孔隙横向连通的特性，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。 根据日本《排水性铺装技术指南》：空隙率低于 １５％起不到排水作用，高于２５％容易引起混合料松 散，发生早期破坏。日本排水性路面的空隙率，严 寒冰冻地区按ｌ７％控制，一般地区按２０％控制。 同济大学探讨了ＯＧＦＣ沥青混合料在隧道工 程中的应用 “。对比分析ＯＧＦＣ试件和ＳＭＡ试件 的横向渗透速率发现，ＯＧＦＣ具有良好的横向渗透 性，丽ＳＭＡ试件横向渗透速率为零；由此，ＯＧＦＣ适 合于隧道道面铺筑。江苏交科院考察了ＯＧＦＣ铺 面渗水系数与空隙率的关系，当ＯＧＦＣ现场空隙率 在１７％～２２％范围内，一般可以实现在８～１０ ｓ渗 水量达到９００ ｍＬ 。 ５ 结 语 多孔沥青混凝土路面起源于德国，并在美国、日 本和我国得到了推广应用。由于孔隙率大的特殊 性，适合于做表面层，主要起降噪、排水等功能。鉴 于实践中存在的不足，需要进一步研究如何改善多 孔沥青混凝土的抗剪性能、耐久性能并且探讨机械 化养护技术。 参考文献 ［１］ 吕伟民．多孔性沥青混合料用结合料的性状与配制 ［Ｊ］．石油沥青，１９９７，Ｉ１（３）：８－１３． ［２］ 中西弘光，池善玉．排水性路面锚装功能持续性的研 ４２ ２００８年第２９卷第５期 究［Ｊ ．广西交通科技，２００２，２７（４）：７－１２． ［３］ 刘 刚．纤维改性排水性沥青混合料组成设计与性能 研究［Ｄ］武汉：武汉理工大学，２００６． ［４ｊ王旭东．低噪声沥青路面结构设计研究［Ｊ］．公路交通 科技，２００３，２０（１）：３３—３７． ［５］林正清．欧洲国家采用透水沥青材料铺路的经验［Ｊ］． 国外公路，１９９２．１２（１）：４６ ４８． １ ６ ｊ Ｋｅｉｔｈ Ａｔｔｅｎｂｏｒｏｕｇｈ，Ｃｒａｉｇ Ｈｏｗｏｒｔｈ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ｐｏｒｏｕｓ Ｒｏａｄ Ｓｕｒｆａｃｅ［Ａ］．Ｉｎｔｅｒ—Ｎｏｉｓｅ ９２［Ｃ］．［ｓ．１．］：［Ｓ．ｎ．］， ｌ９９２．２２３—２２８． ［７］周海生，杨玉明，葛敛敏，等．路面材料 青降噪性能 的评定［Ｊ］．华东公路，２００２，（１）：６８ ６９． ［８］王佐民，吕伟民，陈析，等．多孔性沥青路面的降噪 特性［Ｊ］．噪声与振动控制，１９９８，（１）：３６—３９． ［９］ 曹卫东，周海生，吕伟民．多孔弹性路面的降噪机理与 性能研究［ｊ］．上海公路，２００４，（２）：１７—１９． ［１０］ 张宜洛．抗滑级配类型沥青混合料 抗滑性能［Ｊ］．长 安大学学报，２００３，２３（１）：７－１０． ［１１］张宜洛，支喜兰．ＡＫ，ＳＭＡ，ＯＧＦＣ，ＳＡＣ型沥青混 合料路用性能的研究［Ｊ］．重庆交通学院学报，２００３， ２２（３）：４０—４３． ［１２］侯子义，庞明宝．低噪声沥青混凝土路面声学分析 ［Ｊ］．公路，２００４，（６）：２２—２４． ［１３］刘益辉，孙保奎．减噪路面的降噪机理及其结构［Ｊ］． 交通环保．２００５，２６（３）：５３ ５５． ［１４］杨 良，郭忠印，杨学良，等．ＯＧＦＣ面层在公路隧 道防火中的作用［Ｊ］．安全与环境学报，２００４，４（８）： ８３～８６． ［１５］孙雪伟，杜骋．张万磊．谈ＯＧＦＣ沥青路面施工工 艺与质量控制［Ｊ］．现代交通技术，２００５，（５）：５－ｌ１． 收稿日期：２００８—０８—２０． 怍者简介：王高永（１９７６＋），工程师 Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｍ—ｅｌ＠１２６．ＣＯＩ＊ｌｌ
