防滑降噪沥青路面文献综述

1研究生学位论文文献综述论文名称南方气候条件下防滑降噪沥青路面耐久性能研究研究生姓名唐成阳年级2013级学科、专业市政道路攻读学位层次硕士学位导师姓名易文学院土木工程与力学学院论文工作的起止时间2014.12~2016.42014年12月10日2目录1、概述.........................................................................................................12、防滑降噪排水沥青路面特点.................................................................13、防滑降噪排水沥青路面国内外发展动态............................................43.1国外相关研究.........................................................................................43.2国内相关研究..........................................................................................64、进一步研究的主要问题.........................................................................85、结语.........................................................................................................8参考文献：...................................................................................................911、概述随着社会经济的迅速发展，我国公路建设取得了丰硕的成果。自1988年首次建成的沈大高速公路、沪嘉高速公路以来，截止2014年年底，我国高速公路通车总里程为9.6万公里，居世界第一，在全国范围内已经形成了布局合理、快速便捷的高速公路网。道路交通设施的发展给人们的出行带来了方便。但道路交通建设的发展也引发了一系列负面效应[1-3]，主要表现在：（1）道路路面问题引起的交通事故发生率在持续增加，这给国家和个人造成了巨大的经济损失；（2）交通噪声成为主要的噪声污染源，尤其在城市其影响更为严重。调查研究表明，目前城市噪声污染中交通噪声的比例高达85％，交通噪声影响了人们的正常工作和生活，严重时会引起各种病症的出现。引起交通事故的一个主要原因是路面抗滑性能不足，尤其是恶劣天气条件下普通沥青路面抗滑性能急速下降，行车不安全[4-8]。据报道，下雨天发生的交通事故中有28％是雨天路面排水不畅、路面抗滑性不足而引起的。雨天普通密级配沥青混凝土路面上的雨水不能及时排出，停留在路面上的雨水便形成了一层水膜，水膜的存在使车辆行驶时车轮与路面没有足够的接触面积，容易因抗滑性不足而出现车辆漂移现象，增加车辆行驶时的危险系数[9-10]。在我国，山区高速公路已成为公路网中重要组成部分。山区高速公路因受到地势条件影响，弯道、坡陡多，严重影响了雨天山区高速公路的行车安全性。增大山区公路雨天排水、抗滑性是公路设计时必需重点考虑的问题之一。交通噪声是现代生活中的主要污染源之一。绿化带降噪占地多，声屏障降噪影响驾驶员的视线，存在交通安全隐患。防滑降噪沥青路面不仅具有良好的降噪效果，并且不会产生上述两种方法的问题，因此，排水性沥青混合料是道路交通降噪措施的发展趋势。2、防滑降噪排水沥青路面特点排水性沥青路面起源于20世纪60年代的德国[11-12]。目前，排水性沥青路面广泛应用于欧洲、美国、日本等发达国家或地区。但由于各国对排水性沥青路面主要使用目的不同，对这种路面的称呼也不尽相同(如表1)，而且在材料组成、结构设计上存在差异。本文经过综合考虑各国称呼基础上，对排水性沥青混合料沿用欧洲的叫法即统一为多空隙沥青混凝土（PorousAsphalt），简称PA。2表1不同国家排水性沥青路面称谓国家全称简称美国Open-GradedAsphaltFrictionCourseOGFC欧洲大部分国家PorousAsphaltPA日本DrainagePavementDP荷兰ZeerOpenAsphaltBetonZOAB德国OpenPoreAsphaltOPA瑞典DranerandeAsfaltbetongDA法国BetonsBitumineuxDrainantBBD意大利DrainageAsphalt(DrainingAsphalt)DA瑞士DrainAsphaltDRA加拿大、澳大利亚、南非Open-GradedAsphaltOGA新西兰Open-GradedPorousAsphaltOGPA但OGFC与排水性沥青路面是有所区别的,这主要表现为(1)路面的主要功能不同。OGFC主要是为了提高路面的抗滑性,PA则主要是为了加强路面排水,以减少喷雾和溅水,达到安全行车的目的,同时铺筑PA还为了降低轮胎/路面噪声。(2)空隙率要求不同。OGFC只要求12%~15%的空隙率,PA则要求空隙率达到20%~25%。(3)铺筑厚度不同。OGFC铺筑厚度仅20~25mm,而排水性路面一般为40~50mm。(4)OGFC不承担荷载。PA可以作为路面结构层,具有承担荷载的能力。(5)排水的主要通道不同。PA内部能形成明显的排水通道,而OGFC内部则不能形成畅通的排水通道,雨水主要沿表面纹理构造中排走。(6)结合料要求的黏度不同。排水性沥青路面必须采用高黏度改性沥青,而OGFC则可采用一般改性沥青。因为OGFC很薄,不用担心被继续压密:近年来许多研究认为采用橡胶沥青铺筑OGFC可取得较好的效果。国外文献指出，铺设开级配排水沥青路面主要目的是为提高驾乘人员的安全性及舒适性。它具有下述特点：（1）良好的降噪效果行车噪声是由轮胎与路面间空气的抽空与压缩，轮胎在路面上的振动产生的。低噪声沥青路面在很大程度上消除了空气的抽空与压缩，因此起到了降低噪声的作用。由于各国测量噪声的方法不同，所以得出的多孔沥青路面降低噪声的作用的结果也不一样。奥地利测得低噪声沥青路面比水泥混凝土路面降低噪声至少6-7dB。集料尺寸由8mm增至11mm，噪声量增加2dB，由11mm增至16mm，噪声量又增加2dB,。这表明空隙率3不是降低噪声的唯一因素[13]。比利时测得最大噪声的传统路面比最小噪声的低噪声路面的噪声大15dB。在雨天潮湿路面情况下，低噪声沥青路面增加噪声1.5dB，而密实沥青路面增加噪声4dB[14]。西班牙测得低噪声沥青路面通常降低噪声约4dB，最有效的降低噪声范围是在大于1500Hz的高频区。低噪声沥青路面产生的噪声随集料尺寸的增加而增加。由于空隙阻塞，噪声降低量随时间的增加而减少。（2）透水性好由于具有互通的空隙结构，空隙率达15%-25%，铺筑厚度为4-5cm的低噪声沥青路面结构存在大量有效空隙，所以雨天路面不积水。因此，透水性是低噪声沥青路面又一重要特性，但这一特性随时间的增加而减弱。这主要是由于空隙阻塞造成的。法国通过对实验路的观测发现：低噪声沥青路面经过7年后，空隙阻塞严重地段透水率由新建时的1cm/s降至0.25cm/s。而在高速、重载、大交通量的公路上，空隙阻塞现象不十分严重[15-17]。防止空隙阻塞、延缓透水性衰减的措施如下：a、选择合适的沥青结合料；b、优化集料成分以实现耐久性和多孔性；c、空隙率大于20%，且集料尺寸大于11mm；d、保证较大的宏观纹理；e、采用耐磨集料；f、在低交通量道路上不使用多孔沥青路面；g、定期清洗空隙；h、层厚宜在50mm左右；（3）抗滑性好由于表面粗糙度大，不仅在干燥路面条件下，中、低车速时，其抗滑性与传统的密实沥青路面略高：高车速时，其抗滑性较高，而且，在潮湿路面条件下，大大提高了路面的抗滑性能。新建的排水沥青路面其抗滑阻力比期望值低[18]。只有当集料上的薄沥青层被磨耗掉后，抗滑阻力才会提高到正常水平。所以排水沥青路面的抗滑能力在铺筑的第一年里逐渐增加，以后若干年轻微下降，5年后抗滑能力保持在一个令人满意的水平。排水沥青路面在雨天湿路面条件下，可改善高车速的抗滑能力。在干燥路面条件下，在中、低车速时，低噪声沥青路面的抗滑能力不比传统的密实沥青混凝土高。而在高车速时，排水沥青路面确有较高的抗滑能力。4（4）安全性高由于路面无积水，可提高轮胎与路面的附着力，防止水漂事故的发生，而且可以减少溅水和喷雾，提高雨天行车的能见度。另一方面，由于表面粗糙，易于形成漫反射，在白天可以防止阳光耀眼，在夜晚则能减缓对向车灯的眩目。（5）强度和耐久性好由于排水沥青路面仅用于路面面层，结构强度不成问题。每年的车辙增加深度一般不超过0.5mm，排水沥青路面的典型破坏是脱层[19]。对于重载、大交通量的道路，排水沥青路面的耐久性优于传统的密实沥青路面。西班牙的研究表明，只要设计方法得当，结构强度不成问题，排水沥青路面每年的车辙增加深度不超过0.5mm；耐久性方面，对于一般交通量道路，使用年限在10年以上，对于重交通量道路，其使用年限在8年以上。排水沥青路面为发挥良好的降噪和排水功能，使雨水不致渗透而软化路基，其功能层下应有一不透水层（一般采用密级配沥青混合料），并应有良好坡度及平整度以利迅速排水，但空隙率及减噪能力会随时间因车辆碾压及灰尘或石屑堵塞而降低，另外，若粘层设计及施工不当，也可能造成排水层与不透水层之结合面剥脱及松散。3、防滑降噪排水沥青路面国内外发展动态排水沥青路面起源于欧洲，1960年，前联邦德国首次兴建此种路面，美国在20世纪50年代已有许多州使用开级配，以改善表面积水[20]；欧洲的西班牙、英国、法国、荷兰、瑞士、比利时等国在20世纪70年代开始使用。法国是推广使用低噪声路面最快的国家之一，目前总计已铺设了2000万m2的低噪声路面，而且还以每年400万m2的速度递增。比利时1981年就修筑了300万m2.奥地利已有650万m2，并计划将这种路面应用于城区。荷兰每年铺设这种路面250万m2，并且到2010年，几乎所有的主要道路都铺设成排水路面。尽管意大利和西班牙前几年才开始铺设这种路面，但发展很快，如西班牙1991年全年修筑了400万m2,1993年全年修筑了800万m2.美国的许多州（如俄勒冈、马里兰、佛罗里达、佐治亚、德克萨斯等）也开始指定在道路上铺设这种路面。日本则在20世纪80年代开始发展。中国台湾在建造中山高速公路时开始使用。中国大陆于2002年在西安--咸阳机场高速公路上开始大面积使用。3.1国外相关研究20世纪70年代末～80年代早期，英国、法国、瑞士、比利时、荷兰等西欧国家相继开展了排水性沥青路面的早期铺设试验，取得了一些有益的成果[21-22]。也使得排水性沥青路面在欧洲许多国家得到了广泛使用。荷兰在1990-2010年间国内所有的高速公路都铺筑装了排水性沥青面层。德国、瑞士、英国、奥地利等国也未放弃对排水性沥5青路面的使用，随着排水性沥青路面在这些国家的应用研究，也确定了相应的技术规范或标准。欧洲国家铺筑排水性沥青路面主要目的是排水、抗滑、降噪，早期路面的空隙率为15%左右，为防止孔隙堵塞以及维持排水功能，随后设计空隙率逐步提高到20%以上。排水路面面层大部分为40mm～50mm，后来为了使得排水效果更好，又逐渐增大集料粒径尺寸以及增加结构层厚度，将其设计成透水路面。1990年，荷兰为了防止排水性沥青混合料空隙阻塞，充分发挥排水性沥青路面的功能，研究试铺了新型双层排水沥青路面，该新型路面下面层集料最大粒径为11mm或16mm，厚度为5cm左右；上面层集料最大粒径为4mm或8mm，厚度为3cm左右。两层