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（广西交通规划勘察设计研究院重庆分院 重庆 401147）
【摘 要】多孔沥青路面以其良好的抗滑、降噪和排水性能在国外得到广泛应用，但由于其结构的特殊性和施工的不确定性，使得其路用性能存在较差差异。本文针对多孔沥青路面在国内外的研究及使用现状，对其存在的问题，解决的技术途径等展开论述，文中所得到的相关结论有利于多孔沥青路面在我国今后的研究和应用。
【关键词】道路工程；多孔沥青路面；大孔隙；降噪路面；排水路面
On the status of porous asphalt pavement research and development
Wei Qiang
(Transportation Planning Survey and Design Institute of Guangxi, Chongqing Branch Chongqing 401147)
【Abstract】Porous asphalt pavement with its excellent anti-sliding, noise reduction and drainage performance has been widely used abroad, but because of its unique structure and construction of uncertainty, making its way there with the poor performance differences. In this paper, porous asphalt pavement research at home and abroad and the use of the status quo, their problems, solutions and other technical means to start discussion, the paper obtained the relevant conclusions of porous asphalt in China is conducive to future research and applications.
【Key words】Road works;Porous asphalt pavement;Large pores;Noise road;Road drainage
1 概述
多孔沥青混合料( Porous Asphalt Concrete, 简称PAC) 是一种具有相互连通空隙, 空隙率在20% 左右的开级配沥青混合料, 以其显著的透水、降噪功能和良好的抗滑性能在国外得到了广泛应用。为了使排水性沥青路面具有长久的使用寿命和良好的降噪效果, 它必须满足以下三方面要求：（1）能长期保证具有20 %左右的空隙率, 以满足排水和降噪的要求;（2）保证排水性混合料具有足够的抗松散能力, 不出现掉粒、剥落等病害;（3）保证混合料具有足够的力学强度, 能够承受车轮荷载的作用；研究表明：多孔沥青路面的排水与降噪功能主要与它的连通空隙率有关，而连通空隙率与集料的最大粒径有关。欧洲国家初期大多主张采用最大粒径相对较小如8~10mm 的级配，但后来逐渐研究认为，采用最大粒径相对较大的20mm排水性沥青路面, 尤其是采用较高含量的改性沥青结合料时，能够显著延长路面的使用寿命。英国的经验认为采用最大粒径为19mm的集料,不仅能够延长路面的使用寿命，延长减少水雾的时间，而且因为空隙大还能增强排水和自我清洗的能力, 又能增大路面的构造深度, 提高抗滑性能。日本在学习欧洲经验的基础上, 也研究认为, 在同样的空隙率条件下, 最大粒径为20mm的集料比13mm的集料连通空隙率大。因此，为确保路面的排水性能, 选用最大粒径为20mm更为有利。
2. 多孔沥青路面的性能
据上述原理，多孔沥青路面有以下特性：
2.1 设计允许雨水自由通过，并能使车辆轮胎与路面在任何情况下保持接触，避免了雨天高速行驶时可能发生的打滑现象。
2.2 可减少车辆(尤其是卡车)“水雾”现象,且可避免来自路面表层的反光现象,而使得道路标志更明显。
2.3 多孔沥青路面表面的渗水性依靠孔隙率。因此,当路面开放交通时,高流量、高车速就显得格外重要,这可以防止尘埃或泥土进入孔隙内,造成快速阻塞。
2.4 在一定程度上减少了车辆内部和外部的滚动噪音。根据比利时道路研究中心研究成果表明,噪音减少原因有:层间孔隙的吸音作用;轮胎与路面界面的泵吸效果;磨耗层良好的路面平整度。多孔沥青路面一般设计成层厚2.5cm或4.0 cm。研究表明为了保证较高的排水性能和有效减少流动噪音以及长时间保持这些特性,建议层厚使用4.0cm。
3. 多孔沥青路面结构力学特性
排水路面优良的使用性能来源于其具有连通的大结构空隙，骨料( 包括外面裹附的沥青胶浆) 之间的接触关系为点点、点面和面面接触交织在一起。在荷载作用下, 点接触将向面接触演化，由不稳定趋于稳定，骨架因此变形。骨架的变形导致空隙的变化, 包括空隙量的变化和分布的变化，即结构空隙随时间的衰变问题。空隙衰变到一定程度后, 在荷载作用下崩溃，这将引起路面骨料的松散和变形，优良性能难以继续，设计寿命无法保证, 因此, 空隙是沥青混合料的固有特征,直接影响到路面的路用性能和长期使用性能［2］。过大的空隙率将加快路面的老化, 增加水损害; 过小的空隙率又会影响骨架的稳定, 导致混合料高温稳定性不足。在排水路面开级配混合料中, 渗透性与其强度将成为一对难以调和的矛盾体, 而不是密级配中的统一体。因此, 在保证排水沥青路面的高渗透性的前提下, 如何协调好结构空隙的分布与衰变, 即渗透性与强度的矛盾将成为新的课题。
4. 多孔沥青路面的适应性
4.1 适合使用的场合（1）多孔沥青路面最常用在水流易滞停的地方,如超高变化处、宽路面(高速公路和机场跑道路) 及山岭区道路纵断面图中低凹处。（2）用于处于地下水位以下的仰拱隧道。在仰拱处,水通过地裂缝上升,将会损坏沥青路面,且导致隧道内滞水。在其上加铺多孔沥青层会使得这些不需要的水排到道路的两侧。在隧道中使用多孔沥青路面不仅对乘客有利,而且在引道附近可减少滚动噪音。（3）用来解决有关滚动噪音的问题。常遇到的情况是在有横向抗滑槽纹的混凝土路面的城市道路或者高速公路上加铺这种多孔沥青路面,其效果显著。在如前所述的测试条件下,在距离车7.5m和路面上方1.2m处可观测到6～10 dB(A)噪音减少量。
4.2 不适合使用的场合。尽管在上述的工程设计中,多孔沥青路面备受关注,但是在有些地段应避免使用多孔沥青路面: （1）经常被各种各样的杂物掩埋的道路。如农业区道路,拖拉机带了很多泥质使多孔沥青表面很易被阻塞。（2） 在交通量小或者低速道路。这是因为交通承担了多孔沥青层表面自我清除的作用,积聚在孔隙中的尘埃只有通过路面上大量高速行驶的车辆的轮胎吸力作用才会清除掉。最后,尽量不要在道路表面承受高切向荷载的地段使用多孔沥青路面,这是因为多孔沥青路面对于这种荷载的抵抗力较低。
5. 国内外应用情况
5.1 国外应用情况。欧洲最早从20世纪50年代后期开始研究多孔沥青路面,其中法国、丹麦、荷兰和英国的研究成果较为突出。英国的交通研究实验室( TRL)于1950年末开发了多孔沥青路面,并应用于机场跑道,1960年开始在公路上修筑试验路。1984 年以来,英国铺筑了各种试验路,目的是为了论证这种路面的降噪效果和耐久性。欧洲的多孔沥青路面分为单层和双层2 种形式。单层多孔沥青路面主要应用在荷兰、法国和德国,铺筑厚度一般为3 ～ 4 cm , 孔隙率为20 %～30 % ,可降低路面噪声3～5 dB ,使用寿命为8～10年,建设费用比传统沥青路面高10 %～25 %。双层多孔沥青路面主要应用在丹麦、法国和意大利,同时,荷兰也在发展这种路面。双层多孔沥青路面的上层为渗透层,下层为排水层;比传统沥青路面降低噪声8 dB或9dB ,比单层多孔沥青路面降低噪声4dB ;空隙率一般为20 % ,建设费用比传统沥青路面高25 %～35 %;上层需要在下层还未冷却时铺筑,并必须喷洒粘层油,使用寿命为8～10 年。多孔沥青路面在美国一般被称为开级配抗滑磨耗层(Open - Graded Asp halt Friction Course ,
【摘 要】多孔沥青路面以其良好的抗滑、降噪和排水性能在国外得到广泛应用，但由于其结构的特殊性和施工的不确定性，使得其路用性能存在较差差异。本文针对多孔沥青路面在国内外的研究及使用现状，对其存在的问题，解决的技术途径等展开论述，文中所得到的相关结论有利于多孔沥青路面在我国今后的研究和应用。
【关键词】道路工程；多孔沥青路面；大孔隙；降噪路面；排水路面
On the status of porous asphalt pavement research and development
Wei Qiang
(Transportation Planning Survey and Design Institute of Guangxi, Chongqing Branch Chongqing 401147)
【Abstract】Porous asphalt pavement with its excellent anti-sliding, noise reduction and drainage performance has been widely used abroad, but because of its unique structure and construction of uncertainty, making its way there with the poor performance differences. In this paper, porous asphalt pavement research at home and abroad and the use of the status quo, their problems, solutions and other technical means to start discussion, the paper obtained the relevant conclusions of porous asphalt in China is conducive to future research and applications.
【Key words】Road works;Porous asphalt pavement;Large pores;Noise road;Road drainage
1 概述
多孔沥青混合料( Porous Asphalt Concrete, 简称PAC) 是一种具有相互连通空隙, 空隙率在20% 左右的开级配沥青混合料, 以其显著的透水、降噪功能和良好的抗滑性能在国外得到了广泛应用。为了使排水性沥青路面具有长久的使用寿命和良好的降噪效果, 它必须满足以下三方面要求：（1）能长期保证具有20 %左右的空隙率, 以满足排水和降噪的要求;（2）保证排水性混合料具有足够的抗松散能力, 不出现掉粒、剥落等病害;（3）保证混合料具有足够的力学强度, 能够承受车轮荷载的作用；研究表明：多孔沥青路面的排水与降噪功能主要与它的连通空隙率有关，而连通空隙率与集料的最大粒径有关。欧洲国家初期大多主张采用最大粒径相对较小如8~10mm 的级配，但后来逐渐研究认为，采用最大粒径相对较大的20mm排水性沥青路面, 尤其是采用较高含量的改性沥青结合料时，能够显著延长路面的使用寿命。英国的经验认为采用最大粒径为19mm的集料,不仅能够延长路面的使用寿命，延长减少水雾的时间，而且因为空隙大还能增强排水和自我清洗的能力, 又能增大路面的构造深度, 提高抗滑性能。日本在学习欧洲经验的基础上, 也研究认为, 在同样的空隙率条件下, 最大粒径为20mm的集料比13mm的集料连通空隙率大。因此，为确保路面的排水性能, 选用最大粒径为20mm更为有利。
2. 多孔沥青路面的性能
据上述原理，多孔沥青路面有以下特性：
2.1 设计允许雨水自由通过，并能使车辆轮胎与路面在任何情况下保持接触，避免了雨天高速行驶时可能发生的打滑现象。
2.2 可减少车辆(尤其是卡车)“水雾”现象,且可避免来自路面表层的反光现象,而使得道路标志更明显。
2.3 多孔沥青路面表面的渗水性依靠孔隙率。因此,当路面开放交通时,高流量、高车速就显得格外重要,这可以防止尘埃或泥土进入孔隙内,造成快速阻塞。
2.4 在一定程度上减少了车辆内部和外部的滚动噪音。根据比利时道路研究中心研究成果表明,噪音减少原因有:层间孔隙的吸音作用;轮胎与路面界面的泵吸效果;磨耗层良好的路面平整度。多孔沥青路面一般设计成层厚2.5cm或4.0 cm。研究表明为了保证较高的排水性能和有效减少流动噪音以及长时间保持这些特性,建议层厚使用4.0cm。
3. 多孔沥青路面结构力学特性
排水路面优良的使用性能来源于其具有连通的大结构空隙，骨料( 包括外面裹附的沥青胶浆) 之间的接触关系为点点、点面和面面接触交织在一起。在荷载作用下, 点接触将向面接触演化，由不稳定趋于稳定，骨架因此变形。骨架的变形导致空隙的变化, 包括空隙量的变化和分布的变化，即结构空隙随时间的衰变问题。空隙衰变到一定程度后, 在荷载作用下崩溃，这将引起路面骨料的松散和变形，优良性能难以继续，设计寿命无法保证, 因此, 空隙是沥青混合料的固有特征,直接影响到路面的路用性能和长期使用性能［2］。过大的空隙率将加快路面的老化, 增加水损害; 过小的空隙率又会影响骨架的稳定, 导致混合料高温稳定性不足。在排水路面开级配混合料中, 渗透性与其强度将成为一对难以调和的矛盾体, 而不是密级配中的统一体。因此, 在保证排水沥青路面的高渗透性的前提下, 如何协调好结构空隙的分布与衰变, 即渗透性与强度的矛盾将成为新的课题。
4. 多孔沥青路面的适应性
4.1 适合使用的场合（1）多孔沥青路面最常用在水流易滞停的地方,如超高变化处、宽路面(高速公路和机场跑道路) 及山岭区道路纵断面图中低凹处。（2）用于处于地下水位以下的仰拱隧道。在仰拱处,水通过地裂缝上升,将会损坏沥青路面,且导致隧道内滞水。在其上加铺多孔沥青层会使得这些不需要的水排到道路的两侧。在隧道中使用多孔沥青路面不仅对乘客有利,而且在引道附近可减少滚动噪音。（3）用来解决有关滚动噪音的问题。常遇到的情况是在有横向抗滑槽纹的混凝土路面的城市道路或者高速公路上加铺这种多孔沥青路面,其效果显著。在如前所述的测试条件下,在距离车7.5m和路面上方1.2m处可观测到6～10 dB(A)噪音减少量。
4.2 不适合使用的场合。尽管在上述的工程设计中,多孔沥青路面备受关注,但是在有些地段应避免使用多孔沥青路面: （1）经常被各种各样的杂物掩埋的道路。如农业区道路,拖拉机带了很多泥质使多孔沥青表面很易被阻塞。（2） 在交通量小或者低速道路。这是因为交通承担了多孔沥青层表面自我清除的作用,积聚在孔隙中的尘埃只有通过路面上大量高速行驶的车辆的轮胎吸力作用才会清除掉。最后,尽量不要在道路表面承受高切向荷载的地段使用多孔沥青路面,这是因为多孔沥青路面对于这种荷载的抵抗力较低。
5. 国内外应用情况
5.1 国外应用情况。欧洲最早从20世纪50年代后期开始研究多孔沥青路面,其中法国、丹麦、荷兰和英国的研究成果较为突出。英国的交通研究实验室( TRL)于1950年末开发了多孔沥青路面,并应用于机场跑道,1960年开始在公路上修筑试验路。1984 年以来,英国铺筑了各种试验路,目的是为了论证这种路面的降噪效果和耐久性。欧洲的多孔沥青路面分为单层和双层2 种形式。单层多孔沥青路面主要应用在荷兰、法国和德国,铺筑厚度一般为3 ～ 4 cm , 孔隙率为20 %～30 % ,可降低路面噪声3～5 dB ,使用寿命为8～10年,建设费用比传统沥青路面高10 %～25 %。双层多孔沥青路面主要应用在丹麦、法国和意大利,同时,荷兰也在发展这种路面。双层多孔沥青路面的上层为渗透层,下层为排水层;比传统沥青路面降低噪声8 dB或9dB ,比单层多孔沥青路面降低噪声4dB ;空隙率一般为20 % ,建设费用比传统沥青路面高25 %～35 %;上层需要在下层还未冷却时铺筑,并必须喷洒粘层油,使用寿命为8～10 年。多孔沥青路面在美国一般被称为开级配抗滑磨耗层(Open - Graded Asp halt Friction Course ,