透水沥青混凝土路面面层研究分析

普通沥青混凝土路面面层透水性差，为排除地表积水，不得不设置纵横坡和排水设施，无法有效满足雨水调蓄。传统沥青混凝土面层结构层中的水，在冬季发生冻融后会破坏其结构功能，导致道路出现破损，特别是城市道路工程，影响人们日常出行与行车安全。

1 透水沥青面层优点

1）透水沥青具有较好的透水性，可迅速排除雨水并预防湿滑，对面层的喷溅和反光也有降低效果。雨天时透水沥青表层不积水，与传统沥青面层相比有较高的摩阻力；同时透水面层不积水、不溅水，提升了面层的抗滑能力，可保证轮胎与路面之间有良好的摩擦力和附着力；车辆周围不会溅起水珠，提高了行车舒适度，并有效降低交通事故发生概率，提高行车安全性（见图1）。

图1 透水沥青面层道路

2）透水沥青对降低噪声卓有成效 面层与轮胎间的空气流被压至面层表面孔隙，故可有效削弱滚动摩擦产生的噪声量。车辆在行驶中产生的声波，一方面在透水沥青面层内，将部分声波转换成热能的形式而减小；另一方面通过透水沥青面层宏观构造产生漫反射等综合效应，使行车噪声显著下降。

3）透水沥青可降低面层成本 透水沥青较传统沥青混凝土更经济。在同等厚度时普通沥青混凝土需要100kg/m2，而透水沥青混凝土仅需70～80kg/m2。

4）透水沥青面层可降低排水系统的建设与维修成本 透水沥青面层可减少地表50%～60%的径流量，平均降低排水系统建设维修成本50%以上。由于地表径流量减少，还可有效缓解雨洪内涝的险情。

2 透水沥青面层路用性能

2.1 降噪特性

通过试验，降噪特性与面层厚度、孔隙率、骨料粒径大小有密切关系。

1）改变沥青混凝土的孔隙率降低噪声量 在实验室内对不同孔隙率的沥青混合料试件进行试验，结果表明，孔隙率在16%～24%，对频率250～1000Hz（交通噪声的主要频次范围）的中频声具有最大的吸声系数。但试验发现该面层还存在不足，如面层孔隙率大、密实度低，其寿命相对会缩短；混合料易被粉尘填满，使孔隙率堵塞，减噪效果会逐渐降低等。

2）改变沥青混合料骨料粒径达到降噪目的 透水沥青面层降低噪声的性能也与其结构组成有关。孔隙孔径小，吸收噪声效果就好。据日本研究结果：面层厚度50mm时，最大粒径为13mm和20mm时，在不同车速下的降噪效果和性能不同，最大粒径13mm降噪效果稍好。混合料的孔隙率与2.36mm筛孔通过率的关系如图2所示。由图2可清楚看出，孔隙率随2.36mm筛孔通过量的增长而减小。透水沥青面层的孔隙率控制在20%左右，2.36mm筛孔通过率控制范围在12%～16%。

3）采用合理的面层厚度降低噪声 理论分析证明，吸声材料的垂直入射吸声系数随厚度的增加而增长，当厚度增加到40mm左右时，材料的声学特性已趋向稳定，孔隙率起主要的核心作用。

随面层厚度增加，吸声系数峰值所对应的频次缓慢向低频方向运动。表1为不同厚度试件在相同孔隙率下的吸声系数的峰值（αp）相对应的频率。

从降低噪声和行车安全性出发，欧洲采用40～50mm标准厚度。国外对低噪声沥青面层的降噪效果得出经验公式为：

式中，dL为噪声降低值（dB）；H为层厚（mm）；Vc为孔隙率（%）。

按该公式计算，当低噪声沥青路面层厚度为40mm、孔隙率为20%时，其降噪达4dB，与国内试验数据相符。1996年我国先后在杭州—金华段高速公路和320国道上摊铺透水沥青试验路段，试验结果证明，此种面层在降噪和改进行车环境舒适性方面具有明显优势，如今也可把此面层技术应用在海绵城市建设中。

2.2 降温性能

透水性沥青面层在热辐射作用下，使内部水分变为水汽的能量以2种方式溢出面层：一种是直接蒸发；另一种是在面层结构内部蒸发，再通过面层结构中孔隙扩散溢出面层表面。水分蒸发摄取大量热能，使地表温度和空气温度均得到下降，这是透水沥青面层改善都市夏季热环境的重要方法。透水沥青面层降低路表温度的能力除取决于透水沥青面层孔隙率的大小外，与面层含水量及结构厚度直接相关。透水沥青面层孔隙率在20%～25%较为适宜。

图2 孔隙率与2.36mm筛孔通过量以下细骨料含量关系

表1 不同厚度式样的αp所对应的频率

2.3 路表宏观状况

通过检测试验段状况与普通沥青混合料面层比较，暂未出现特殊的病害等问题，且透水沥青混合料也没有明显老化，在观察中发现透水沥青面层具有良好的抗车辙能力。车辙试验是评定沥青混合料抗流动性能的重要方法。试验主要模拟沥青混合料在车辆荷载多次作用后产生1mm竖向变形所需的次数（动稳定度DS），并以此为标准评定沥青混合料的抗流动性能，满足车行荷载要求动稳定度＞2000次/mm。

2.4 透水性能

透水性能的关键在于互通式孔隙率大小，但透水性能的变化与许多参数相关。目前难以控制与定量说明。竖向透水能力与横向透水能力相差较大，竖向约为横向的1/2，系数在1.0～1.5cm/s内波动，且竖向透水能力1年后与完成时平均遗失50%，随后逐年递减10%～15%。

2.5 附着力

一般来讲，行车速度越快，附着力越小，但对于透水沥青面层，附着力的减小较弱。但有严重堵塞孔隙的面层应单独考虑，而且附着力取决于矿料母岩的物理特性，相对密度、耐磨且硬度好的岩石具有良好的附着力。

3 结语

透水沥青面层在工程使用上具有良好的社会和经济效益，可解决传统沥青面层存在的许多问题。但使用透水沥青面层必须重新设定路面结构层，解决面层与基层、基层与路基的排水和稳定性等问题。在工程管理及施工技术方面应注意确保透水结构的耐久性，建议研发清理透水性通孔堵塞的相关设备。

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