多孔沥青路面研究及应用现状评述

多孔沥青路面研究及应用现状评述

【摘要】针对多孔沥青路面在国内外的研究及应用现状展开调研，重点针对多孔沥青路面在应用过程中存在的问题，养护技术的现状进行论述，最后，针对存在的问题给出了相关的建议。

【关键词】道路工程；沥青路面；多孔沥青路面；路面养护；适应性

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孔隙，空隙率在20%左右的开级配沥青混合料，以其显著的排水、降噪和良好的抗滑性能在国外得到了广泛应用。多孔沥青路面在国际上有两种名词表示。美国称之为开级配磨耗层（open graded friction course，简称ogfc），铺设厚度多为1.5cm~3.5cm，作为功能层使用；欧洲称之为多孔隙沥青混合料（porous asphalt，简称pa）或排水层（drainage course），日本则称之为排水性铺面，一般铺设厚度为4~5cm，作为结构层使用。无论是美国的ogfc还是欧洲和日本的pa，都有一个共同的特征，那就是压实后路面空隙率很大，也正是由于这种高空隙率才使得多孔沥青路面有着特殊的功能和不同于一般密级配沥青路面的设计、施工和养护方法。

2. 国外研究及应用现状分析

图1 多孔沥青路面破坏类型及其发生频率

欧洲最早从20世纪50年代后期开始研究多孔沥青路面，其中以法国、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，英国铺筑了各种多孔沥青路面试验路，其目的主要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两种形式，单层主要应用在荷兰、法国和德国，铺筑厚度一般为3~4cm，空隙率为20%~30%，可降低噪音3~5db，使用寿命约为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，其上层为透水层，下层为排水层，比传统沥青路面降低噪声8~9db，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%。上层需要在下层尚未冷却时铺筑，并必须喷洒粘层油，使用寿命为8~10年。除上述国家外，比利时、日本、新加坡、马来西亚等国家和地区，对多孔沥青路面都进行了不同程度的研究和应用。

多孔沥青路面在美国被称为开级配抗滑磨耗层，简称ogfc，是20世纪60年代由美国西部几个州的混合料封层发展而来。铺设厚度为15~20mm，空隙率一般控制在15 %左右。早期的ogfc虽然能够显著提高路面抗滑性能，但在高速和重载交通作用下，路面很快出现松散、剥落，使用寿命较短。随后，俄勒冈州对ogfc做了一定的改进，改进后的ogfc混合料最大粒径达到25mm，典型的铺筑

厚度与欧洲排水性路面相近，达到了5cm，改进后的ogfc路面耐久性得到了很大程度的改善，随后在俄勒冈州得到广泛应用。鉴于此，自1997年开始，俄勒冈州交通厅开始对此种沥青路面的早期破坏类型、养护措施进行长期的跟踪调查，并于2001年提交了最终的报告。这是迄今为止有关ogfc养护方面的较为全面的报告。俄勒冈州关于ogfc路面破损状况的调查结果见图1所示。

俄勒冈州的路况调查采用问卷打分形式，首先将各种可能出现的路面病害一一例出，然后针对每种病害出现的频率有四种选项：“从不发生”、“很少”、“较少”、“频繁”可供作答，数值化后得分越高说明出现频率越高，即该种类型的破坏越严重。从图1可以看出，ogfc路面的典型病害为车辙和松散。

事实上，不仅是美国，在欧洲及日本，早期的多孔沥青路面也面临着同样的问题，即路面出现松散、车辙等早期结构性损坏，多孔沥青路面表现出结构性不强、耐久性不足的问题。研究发现，要解决多孔沥青路面松散、车辙等结构性病害和耐久性不足的问题必须从路面材料和施工工艺着手。研究表明：多孔沥青路面优良的使用性能来源于其具有连通的大孔隙结构，骨料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。骨架的变形导致孔隙的变化，包括孔隙量的变化和分布的变化，即结构孔隙随时间的衰变。当孔隙衰变到一定程度后，在荷载作用下崩溃，将引起路面

结构的松散和变形，优良的性能难以维持，设计寿命无法保证。因此，孔隙是多孔沥青路面的最重要特征，直接影响到路面的使用性能和耐久性。

为了解决多孔沥青路面结构强度及耐久性问题，各国开始尝试采用高粘度改性沥青，并对用于ogfc或pa混合料的集料提出特殊的要求，包括集料的强度和棱角性，为了解决多孔沥青混合料的离析问题，在混合料中添加纤维起到稳定沥青膜的作用；在施工工艺上，提出采用大吨位的光轮压路机对路面进行碾压，并强调不得开振动。采取以上措施后，多孔沥青路面的结构性病害问题在美国、日本以及欧洲等国外地区得到了较好的解决，如：美国的橡胶沥青开级配抗滑磨耗层（ar-ogfc）、欧洲和日本的高粘度改性沥青排水路面（pa）均获得了成功。研究和实践均表明：采用高粘度的改性沥青是解决多孔沥青路面结构性病害的关键。

目前，国外多孔沥青路面，无论是ogfc还是pa，所面临的主要问题是路面孔隙的阻塞问题，为了解决多孔沥青路面孔隙阻塞问题，国外也做过一些调查和研究工作。包括路面结构的改进、路面清扫设备的开发以及多孔沥青路面的适应性研究等。研究表明：当空隙率达到22%，铺筑厚度不超过3cm，在高速行车状态下，路面不会出现孔隙阻塞现象，无需特别的维护。美国的ogfc成功地应用于高速公路便是一个例子。欧洲和日本为了解决pa路面孔隙阻塞的问题，试图通过增大路面空隙率和设置双层多孔沥青层的办

法，但结果都不是很理想。实践表明：当多孔沥青面层铺筑厚度超过4cm，空隙率不足20%时，很难避免出现孔隙阻塞现象。为了使路面孔隙维持在一定的水平，比利时、瑞士、日本相继开发了多孔沥青路面清扫车，通过喷射高压水流将孔隙中的污染物冲出，然后通过自带的吸盘将污染物吸收带走，起到清洁路面和恢复路面孔隙的作用，如图2所示。

图2 高压清洗车构造图

为了减少多孔沥青路面的孔隙阻塞现象，国外还针对其适用场合进行了研究。比利时提出，在交通量小或者低速道路以及经常被各种杂物掩盖的道路上不宜采用多孔沥青路面，因为在这些道路上孔隙阻塞现象太严重，清孔难度太大。

此外，在气候寒冷地区，多孔沥青路面的结冰也是一个难以解决的问题。国外尚无好的办法，只能是提前做好冰雪灾害的预报，在路面上预先喷洒融雪剂，以减轻孔隙结冰对路面造成的损坏。

3. 国内研究及应用现状分析

以上是多孔沥青路面在国外的研究与应用情况，相比之下，国内对多孔沥青路面的研究起步较晚。我国于20世纪80年代末引进多孔沥青路面，当时主要采用的是美国的ogfc技术，主要目的是为了提高路面的抗滑性能，并于1988年首次在北京至石家庄高速公路正定段铺筑了ogfc试验路。随后，1996年在江苏杭州至萧山二

级公路上铺筑了ogfc试验路；1997年10月，在杭州至金华高速公路上铺筑了长1km、宽12m的多孔沥青路面，空隙率接近22%，试验路实测不同车速下干燥路面可以降低噪声5.3~8.7db。2003年，北京劲松路改造工程中，铺筑了1.23km的多孔沥青路面，这也是低噪声沥青路面在国内城市道路中的首次使用。除此之外，国内多孔沥青路面的试验路还包括：1997年的安新高速试验路；1999年上海的西藏路、和田路、延安中路；2002年的北京昌试验路；2005年的孝襄高速试验路。当时这些多孔沥青路面试验路的典型结构一般为：3~4cmogfc表面层，最大粒径10cm或13cm；层间撒布改性沥青防水层，偶尔亦增设土工布或玻璃纤维隔栅以增强其防水性能；5~6 cm 粗粒式或中粒式沥青混凝土；7~8cm粗粒式沥青混凝土下面层；基层多为水泥稳定碎石结构。

从这些试验路的使用效果来看，早期铺筑的多孔沥青路面存在的主要问题是结构松散、车辙和孔隙堵塞；后期（主要是2002年以后）铺筑的多孔沥青路面由于采用了高粘度的改性沥青，路面松散和车辙有明显改善，存在的主要是问题是路面孔隙的阻塞。2009年7月，上海浦东路桥建设股份有限公司、浦东新区公路管理局和河南高远公路养护设备公司等单位联合申报了“排水性沥青路面养护标准和养护技术研究”课题，并在上海市科委立项，标志着我国开始进行多孔沥青路面的养护技术探索。图3是该课题组调查的我国上海地区排水性沥青路面的损坏状况。

图3 我国排水性沥青路面损坏状况调查

从图3中可以看出，我国在2002年之后铺筑的排水性路面主要病害是路面孔隙的阻塞。为了缓解多孔沥青路面的孔隙阻塞现象，河南高远公路养护设备有限公司于2009年开发我国首台排水性路面机能恢复车（gypjh2000），经试用表明，与日本同类机型（酒井cj50）相比，gypjh2000具有同样良好的清洗效果。

4. 存在的问题及解决途径

4.1 综上所述，从国内外多孔沥青路面的研究及应用情况来看，存在如下问题亟待解决：

（1）多孔沥青路面现今面临的最主要问题是路面空隙阻塞和路面结冰；

（2）用于多孔沥青路面的清扫车清洗效果有限，且当孔隙完全堵塞或堵塞时间过长时，很难达到理想的清孔效果；

（3）针对多孔沥青路面的结冰问题尚无好的解决对策；

（4）各国官方至今也没有对多孔沥青路面的养护作全面、系统的调查研究，还没有一套切实可行的多孔沥青路面养护规程；（5）针对多孔沥青路面结构性病害的修补措施还有待进一步完善。

4.2 通过对国内外研究现状的调研以及对多孔沥青路面应用存在的主要问题的分析，笔者认为，要解决这些问题须从以下几个方面入手：

（1）针对多孔沥青路面的特点开展其适应性研究，包括：适用的气候条件（是否结冰）、交通条件（行车速度、轴载、交通量）、污染状况（路面是否存在难以避免的严重污染）等，避免实践中盲目应用，造成失败和浪费。

（2）针对多孔沥青路面使用性能（包括：抗滑性、排水性、降噪性）的衰变规律开展深入研究，制定多孔沥青路面使用性能评价方法，研究影响孔隙阻塞的关键因素，进而研究治理孔隙阻塞的技术措施。

（3）研究开发适合于多孔沥青路面的孔隙清扫车，从而实现多孔沥青路面机能的快速恢复。

5. 结语

多孔沥青路面是一种很好的路面结构形式，尽管目前尚存在一些问题，致使其大规模应用受阻。但是，只要对其继续深入研究，使存在的问题得到较好的解决，相信终有一天会见到越来越多的多孔沥青路面被应用。

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