OGFC五篇

OGFC 篇1

排水性沥青路面是一种特殊的路面形式, 厚度宜为1.5 cm~3 cm, 空隙率为15%~20%, 设计专为路面雨水的排水途径, 因其内部具有相互贯通的空隙及面层下设置的不透水层 (一般为密级配沥青混合料) , 使得这种路面结构组合确保了路面良好的排水性能。同时应在排水层与不透水层之间铺筑防水粘结层, 以免路面基层以下受到雨水影响。

2 排水过程

排水性沥青路面排水过程, 由图1可以看出, 其排水功能表现在“空隙饱水、雨水竖向渗透、雨水横向排出”三个过程。

2.1 空隙饱水

当雨水降落到排水性沥青路面表层后, 先是在排水性沥青混合料渗透, 由于雨水储存达到了饱水状态, 雨水不会停留在路面表面, 而是向排水层迅速渗透, 使得结构内空隙达到饱水状态。

2.2 竖向渗透

雨水持续渗透的过程中, 空隙水发生竖向渗透, 直至排水沥青路面底部的防水粘结层。从某种角度来讲, 排水性沥青路面的耐久性与防水粘结层的质量密切相关。

2.3 横向排出

防水粘结层使得雨水通过结构的空隙沿道路横坡排出道路范围内, 进入道路的综合排水系统中。这三个排水过程并没有严格区分, 一般情况下降雨量较大时, 排水性路面的空隙结构基本迅速达到饱和状态, 而且雨水的竖向、横向渗透也同时发生。

3 OGFC排水路面特点

3.1 优点

1) 减少反光和水雾:雨水下渗, 表面不积水, 可消弱水雾及积水面反光影响。2) 降低噪声:排水路面可降低路面行驶噪声3 d B~5 d B。3) 增加路面抗滑性:排水性沥青路面纹理较好且不积水, 改善了雨天时路面易产生滑移的现象, 提高了路面表面抗滑性, 减少安全事故。

3.2 缺点

OGFC沥青路面也具有一定的局限性, 表现在耐久性较弱, 混合料易受环境影响而老化破坏;材料用量及性能直接影响混合料的力学性能;养护服务较困难, 我国采用的OGFC路面仅作为功能层, 利用轮胎吸力可去除路表孔隙中的堵塞物质, 而欧洲的PA, 一般采用“高压清洗+吸引”方式进行养护。

3.3 应对措施

通过高粘度沥青 (包含:基质沥青、SBS改性剂、橡胶粉、稳定剂及抗氧化剂) 与其他改性沥青性质对比, 验证其适用性, 并针对耐久性及力学性能不足采取以下改善措施[1]:1) 掺加纤维。掺加纤维OGFC的性能见表1。沥青混合料最佳沥青含量显著增大与纤维的添加有关 (纤维的吸油作用) , 同时沥青膜厚度也有所增加, 对提高混合料的耐久性具有一定作用。但是通过路用性能数据并没有发现纤维与高温抗车辙能力的关系, 分析发现由于细集料少, 大部分裹附在粗集料表面的线位无法发挥加筋作用。2) 高粘度改性沥青。高粘度改性沥青对混合料高温抗车辙能力的提高较为显著, 对增强混合料的抗水性能也表现的较为突出, 使得冻融劈裂强度达91.2%, 而且构造深度达到1.7 mm (见表2) , 保证了排水性沥青路面的抗滑性能。

4 工程实例

4.1 西安咸阳机场高速公路

机场高速路线全长20.58 km, 双向八车道, 设计速度为120 km/h。上面层采用排水性沥青路面OGFC-13结构, 目标空隙率为20%。路面总厚度83 cm, 主线上面层采用5 cm OGFC-13结构, 匝道上面层采用5 cm SMA-13结构。

1) 基质沥青选用壳牌AH-90号沥青, 改性剂为TPS[2], 剂量为沥青的12%, 即TPS∶基质沥青=12∶88。桥面面层中的混合料中添加了0.1%聚酯纤维, 切段长度6 mm, 纤维的添加主要是确保沥青薄膜厚度及防止流淌 (见表3) 。2) 排水性沥青混合料与普通沥青混合料材料组成对比中发现, 前者粗集料占据80%, 细集料为10%, 后者粗集料仅为55%, 细集料为34%。差异性的结构组成使得排水沥青路面OGFC-13的路用性能如表4所示。

4.2 勉宁高速公路

勉宁高速公路[3]OGFC试验段位于陕南巴山腹地, 气候湿润多雨, 总长707.6 m, 宽10.45 m, 厚度5 cm, 采取OGFC-16 (0.3%木质纤维素) , 空隙率为20%, 中面层为AC-20Ⅰ, 下面层为AC-25Ⅰ (见表5) 。中面层顶部洒布乳化沥青粘层一方面保证OGFC与AC-20Ⅰ的粘结性良好, 另一方面起到防水的作用。针对OG-FC排水性路面, 要求中面层在3 min内的渗透量不得超过10 m L, 否则应进行补洒处理。如表6所示, TPS改性沥青60℃动力粘度较大, 是SBS改性沥青粘度的10倍, 而且软化点及延度指标均高于SBS改性沥青, 表明OGFC混合料力学性能较好。

4.3 海南地区

刘江波[4]指出, 在湿热多雨的地区, 由于对粘附性的要求, 应该选用高温性能良好, 具有较好的弹性恢复性能的改性沥青, 改性沥青粘度高, 有较强的抗剥离性及流动变形的能力。针对开级配沥青混合料技术指标提出如表7所示的技术要求。

5 结语

1) 排水性路面表面层集料必须选择强度高, 洁净、坚硬、耐磨, 无风化、形状近似立方体, 有多个破碎面的集料, 同时采取防污染、防雨措施。

2) OGFC开级配表面层空隙大, 易堵塞, 养护困难, 适用于多雨且污染较小地区的高等级道路。

3) 温度控制是OGFC成功的关键和难点, 完整的监控系统及流畅的工序, 才能保证OGFC既能达到规定的压实度, 又具有规定的空隙率和连通空隙率。

4) OGFC开级配表面层必须采用高粘度改性沥青才能取得较好的使用效果。

摘要：从排水沥青路面的工作原理、材料性能、结构组成角度出发, 并结合实际工程项目, 介绍了OGFC排水路面的优缺点, 提出了针对耐久性和力学性能不足的改善措施, 以提高路面的功能特性, 降低安全事故的发生。

关键词：OGFC,排水沥青路面,原理,材料

参考文献

[1]黄绍龙.开级配沥青磨耗层级配和性能的研究[D].武汉:武汉理工大学, 2004.

[2]严晓生.OGFC-13开级配表面层在西安—咸阳机场高速公路的应用[A].2004年道路工程学术交流会论文集[C].2004:261-268.

[3]侯全岐.陕南多雨地区高速公路上OGFC的应用研究[D].西安:长安大学, 2005.

OGFC 篇2

开级配抗滑磨耗层 (Open-graded Friction Course, 简称OGFC) 混合料能将路表的水通过磨耗层的连通空隙及时向路面边缘排除, 故一般称为排水性路面。欧、美、日等发达国家早在20世纪70年代开始大范围应用。目前, 也已经在我国西安、江苏、广西、深圳等地的高速公路、城市快速路路面结构中得到一定规模的推广应用。但是, 现有的OG-FC混合料设计方法还存在一些重要的技术问题, 需要通过进一步的研究解决。

首先提出了粗集料骨架间隙率最小值的测定方法和密断级配混合料骨架嵌挤的新标准, 在此基础上对粗集料空隙填充法进行了改进;然后, 通过试验验证了用改进的粗集料空隙填充法设计出的OGFC沥青混合料具有优良的路用性能。

1粗集料空隙填充法基本原理

20世纪90年代初, 张肖宁教授等先于美国贝雷法提出了一种新型沥青混合料组成设计方法, 即粗集料空隙填充法 (Course Aggregate Void Filling method, 记为CAVF法) [1,2,3]。通过实测粗集料骨架间隙率, 使细集料体积、沥青体积、矿粉体积及沥青混合料最终设计空隙体积之总和等于粗集料骨架间隙率。另外, 集料选择时, 为了避免颗粒的干涉, 细集料颗粒不能太大, 一般间断 (2.36～4.75) mm或 (1.18～4.75) mm档细集料, 以利于主骨料充分嵌挤。按照上述体积关系, 粗集料、细集料、矿粉的质量百分率、油石比、捣实状态下粗集料松装间隙率及混合料设计空隙率之间满足以下方程

qc+qf+qp=100 (1)

$\frac{q{}_c}{100\gamma {}_s}\left(V{}_{DRC}-V{}_V\right)=\frac{q{}_f}{\gamma {}_f}+\frac{q{}_p}{\gamma {}_p}+\frac{q{}_a}{\gamma {}_a}$ (2)

式中:qc、qf、qp分别为粗集料、细集料、矿粉的质量百分率, %;qa为油石比, %;VDRC为干捣实状态下粗集料松装间隙率, %;Vv为设计混合料的空隙率, %;γs为粗集料松方毛体积相对密度;γf、γp分别为细集料和矿粉的表观相对密度;γa为沥青的相对密度。

CAVF法强调粗集料之间的嵌挤作用, 方便实用, 特别适合生产配合比配制, 具有许多优点。但在推广应用这一方法时, 还存在一些重要的技术问题, 需要通过进一步的研究予以解决。

2粗集料骨架嵌挤标准的改进

粗集料骨架嵌挤形成标准Vmix≤VDRC是美国在引进沥青马蹄脂碎石混合料SMA的过程中, 为了比欧洲更加强调粗骨架的重要性而提出来的[4]。在美国的SMA设计指南中, 规定VDRC的测量方法采用干捣实法确定, 是利用粗集料试件的体积法测量的毛体积密度来计算的。对于混合料中粗集料间隙率Vmix则是应用马歇尔击实试件的水中重法测得的毛体积密度来计算。对比VDRC和Vmix的测量方法可知, 两者的试验方法有如下不同:一是压实方法不同, 前者用铁棒插捣密实, 后者为重锤冲击压实, 两者的压实功能无可比性; 二是试验测量精度不同, 前者密实后体积为10 L (试样直径23.7 cm, 试样高度22.7 cm) , 后者压实体积约0.5148 L (试样直径101.6 cm, 试样高度6.35 cm) ;三是计算VCA时, 所用密度指标的测量体系不同, 前者在测量时, 试样体积已经固定, 为测量筒的容积10 L, 即计算VCA DRC用的是体积法毛体积密度, 它包括了试样表面的所有空隙;而计算Vmix时, 用的是水中重法毛体积密度, 故Vmix未包括试样表面的粗大空隙。为了克服干捣实法测定VDRC的上述种种不足, 将粗集料加适量沥青、矿粉后与混合料同法成型, 并采用同法计算得出的Vmix称作粗集料骨架间隙率的最小值Vmin。并提出新的粗集料骨架形成标准, 即

Vmix≤αVmin (3)

式 (3) 中, $\alpha =\frac{V{}_{\text{m}\text{i}\text{x}}}{V{}_{\min }}=1.0~1.2$, 为干涉系数, 表示细集料和沥青胶浆对粗集料骨架的干涉程度。Vmin的计算方法为

$V{}_{\min }=100-\frac{\gamma {}_f}{\gamma {}_{ce}}\times {\rm P}{}_{ca}$ (4)

式 (4) 中:Vmin为粗集料间隙率最小值, %;γf为用沥青混合料的毛体积相对密度;Pca为沥青混合料中粗集料的比例, %;γce为粗集料的合成有效相对密度。

3粗集料空隙填充法的改进

原混合料体积平衡方程中未考虑集料吸收沥青体积, 式 (5) 更精确的表达了混合料的体积关系。

$\left(\frac{q{}_f}{\gamma {}_f}+\frac{q{}_p}{\gamma {}_p}\right){\rm M}=\frac{V}{100}\left(V{}_{\text{m}\text{i}\text{x}}-V{}_V-V{}_{\text{b}\text{e}}\right)$ (5)

式 (5) 中, M为混合料的质量, kg;V为混合料的体积;Vbe为有效沥青体积, %。

令:$V=\frac{q{}_{\text{c}}{\rm M}}{\gamma {}_{\text{s}}}$;αVmin=Vmix。

则式 (5) 演变成

$\frac{q{}_{\text{f}}}{\gamma {}_{\text{f}}}+\frac{q{}_{\text{p}}}{\gamma {}_{\text{p}}}=\frac{q{}_{\text{c}}}{100\gamma {}_{\text{s}}}\left(\alpha V{}_{\min }-V{}_{\text{V}}-V{}_{\text{b}\text{e}}\right)$ (6)

而混合料中粗集料矿料间隙率VMA满足:VMA=VV+Vbe。设计混合料时, 可将VV和Vbe作为已知变量, 从而实现了对VMA的控制。OGFC-13混合料的Vbe= (10～11) % 。

解式 (1) 和式 (6) 可得粗、细集料的质量百分比。然后, 按照式 (7) ～式 (9) , 由Vbe反算出qa。

$q{}_{\text{b}\text{e}}=\frac{V{}_{\text{b}\text{e}}\gamma {}_{\text{a}}}{(1-0.01V{}_{\text{Μ}\text{A}})\gamma {}_{\text{s}\text{b}}}$ (7)

$q{}_{\text{b}\text{a}}=\left(\frac{1}{\gamma {}_{\text{s}\text{b}}}-\frac{1}{\gamma {}_{\text{s}\text{e}}}\right)\gamma {}_{\text{a}}\times 100$ (8)

qa=qba+qbe (9)

式中:qbe为有效油石比, %;qba为被集料吸入的油石比, %;γse为合成矿料有效相对密度;γsb合成矿料毛体积相对密度。

4用改进的粗集料空隙填充法设计OGFC混合料

粗集料空隙填充法设计OGFC混合料的流程如下:首先, 根据经验或泰波公式设计主骨架, 并实测骨架空隙率最小值;其次, 选择3个矿粉和沥青用量, 用上述质量和体积平衡方程计算确定粗细集料用量, 由此求出混合料的设计级配;然后, 由析漏、飞散试验确定最佳沥青用量和设计级配;最后, 通过试验评价设计混合料的路用性能。

选取符合规范要求的粗、细集料。级配组成见表1。

实测细集料的表观相对密度为2.653, 矿粉表观相对密度为2.686, 沥青相对密度为1.028, 粗集料紧装密度γs为2.289 g/cm3, 粗集料VCAmin=36.56%。干涉系数设定为α=1.1。设计空隙率VV=20%。拟定3种不同的Vbe=8%、10%和12%。qp=2%。按照式 (7) ～式 (9) , 由Vbe反算出qa。表2给出了不同沥青、不同矿粉用量对应的设计级配的计算结果。

采用ESSO 70号道路石油沥青掺加15%的TPS进行改性后得到的高黏度改性沥青, 技术指标如表3所示。

用析漏和飞散试验确定最佳沥青用量。表4给出了3种设计级配的混合料的析漏和飞散试验结果。由此选定级配B和最佳油石比为5.8%。

通过高温车辙试验、冻融劈裂试验评价了级配B对应的混合料的高温抗车辙性能和抗水损害性能。试验结果如表5、表6所示。结果表明, 所设计的沥青混合料性能完全满足《公路沥青路面施工规范》的技术要求。

5结语

为准确评价OGFC混合料中粗集料的嵌挤特性, 提出了粗集料骨架间隙率最小值的测定方法和粗集料骨架嵌挤的新标准;据此, 改进了粗集料空隙填充法, 应用于设计OGFC混合料;并通过车辙试验和冻融劈裂试验评价所设计混合料的路用性能, 这些技术指标均满足《公路沥青路面施工规范》的要求。

研究表明, 改进的粗集料空隙填充法具有一般性, 可广泛应用于设计FAC、SMA、OGFC等密断级配的沥青混合料。

参考文献

[1]吴旷怀, 张肖宁.沥青混合料设计综述.广州大学学报:自然科学版.2005;4 (5) :456—461

[2]张肖宁, 郭祖辛, 吴旷怀.按体积法设计沥青混合料.哈尔滨建筑大学学报, 1995;28 (2) :28—36

[3]张肖宁.道路交通安全与沥青路面技术的进步.哈尔滨建筑大学学报, 1999;32 (2) :93—98

OGFC路面降噪效果研究 篇3

引言

随着社会的进步，我国的道路交通事业保持高速发展态势，交通量明显增大，车速显著提高，噪声的污染问题已经严重影响到了人们的生活质量，成为社会发展不可忽视的一大危害。大量研究表明，开级配排水式磨耗层（OGFC）以其较高的空隙率，在降噪方面作用明显。本文通过对OGFC的基本降噪原理深入研究，结合浏阳试验路段的具体测试，探讨OGFC路面的实际降噪效果并提出改进措施，以满足人们对更高的生活质量的需求。如何有效地采取措施降低路面噪声，对于现实生活具有重要意义。

1.路面噪声的成因

道路交通噪声主要由车辆的动力装置及其相关构件引起的动力系统噪声、传动系统噪声以及路面噪声三部分组成。其中动力系统噪声主要包括排气噪声，冷却风扇噪声、发动机噪声。传动系统噪声主要是齿轮传动所引起的机械噪声。

轮胎与路面相互作用产生的噪声称之为路面噪声。随着车速的提高，噪声贡献率最大的因素不断改变。当车辆处于低速行驶状态时，车辆的的动力系统噪声作用最显著。但随着车辆发动机改进及城市道路路况的不断改观，车速显著提高，路面噪声占车辆行驶噪声的比例显著增大。当车速达到50km/h时，路面噪声就显得比较突出；当车速超过60km/h时，路面噪声会超过其他噪声源，成为汽车行驶的主要噪声源。因此，路面噪声是道路交通的主要声源之一。

路面噪声一般分为两个方面，一方面是轮胎与路面相互接触产生直接噪声；另一方面是轮胎振动引起车体激振而产生的间接噪声。

直接噪声：

（1）直接振动噪声：轮胎材料的非均匀 性导致的胎面振动噪声

（2）摩擦噪声：轮胎与路面接触产生滑动摩擦，轮胎被压缩的胎 面与路面之间摩擦产生噪声

（3）空气泵吸噪声：轮胎花纹与路面接触区域前后的空气抽吸作用产生

（4）空气动力性噪声：轮胎转动和直线运动产生的空气湍流振动

（5）磨损胎面噪声：轮胎磨损后，胎面与路面接触面减小，造成轮胎缓冲及抗摩擦能力减弱，导致摩擦增大，噪声升高

（6）间接噪声：间接振动噪声：路面的平整度及粗糙度引起了诸如轮胎振动、路面振动以及轮胎激振车体而间接振动产生的噪声

（7）降雨条件下轮胎下水膜存在导致车体滑动噪声及飞溅噪声

2.OGFC路面噪声的降噪机理

OGFC路面内部有大量孔隙，孔隙间相互连通成整体结构。由于孔隙数量多，车辆通过局部孔隙可看作瞬时通过，并将轮胎下部及边缘空气快速压缩至孔隙内部，从而大大减小了空气泵吸效应。车辆产生的噪声辐射到路面材料表面。声能量的一部分被反射，另一部分则沿着孔隙内部传播，声能引起空气振动并与孔隙内部边壁发生摩擦，声能逐渐衰减最后转化成热能被消耗掉。

3.OGFC路面的降噪效果及分析

长沙至浏阳的干线公路S103原为一条二级公路，现进行大修，加铺沥青面层，本次以K67+000～K68+000为试验路段，铺筑上面层。空隙率控制在20%，厚度4cm，采用中粒式OGFC-13，集料采用四档辉绿岩材料和石灰岩矿粉，结合料采用中石化SBS改性沥青。配合比设计完成后的沥青混合料经过强度、水稳性、高温稳定性及路用性能试验，各项指标均满足排水路面技术要求。

试验路铺筑后，研究人员参照《机动车辆噪声测量方法》（GB1496-79）， 采用TES-1352H型噪声计，先后四次去现场测试噪声值，试验车型是普通大众轿车，测试数据如下表所示：

表一 （2015年1月）

路面类型50Km/h70Km/h 90Km/h110Km/h

密级配77.980.3 82.485.5

OGFC-1372.173.274.276.4

降噪值（dB）5.77.18.29.1

表二 （2015年4月）

路面类型50Km/h70Km/h90Km/h110Km/h

密级配76.581.683.184.6

OGFC-1373.376.476.877.6

降噪值（dB）3.25.26.27.0

表三 （2015年7月）

路面类型50Km/h70Km/h90Km/h110Km/h

密级配78.680.282.485.6

OGFC-1375.676.478.080.2

降噪值（dB）3.03.84.45.4

表四 （2015年10月）

路面类型50Km/h70Km/h90Km/h110Km/h

密级配79.680.784.388.2

OGFC-1376.377.180.183.5

降噪值（dB）3.33.64.2 4.7

由图表得出以下结论：

（1）汽车以不同速度行驶，无论行驶在密集配路面还是OGFC路面，车速高时比车速低时产生更大的噪声值

（2）对比两种路面的噪声值发现，汽车在OGFC路面产生的噪声值低于密集配路面，说明OGFC路面具有一定的降噪效果

（3）研究发现，汽车在不同时间以同种速度行驶在密集配路面上所产生的噪声值范围比在OGFC路面上所产生的噪声值范围更窄，分析认为：随着时间的延续，OGFC路面降噪效果存在一定的波动性，这个波动性的发生与路面材料孔隙的填塞程度及连通孔隙空间结构的变化密切相关

为了更加直观看出降噪效果变化状况，分别绘制降噪值变化及降噪百分比变化趋势图，图表如下所示：

（4）无论汽车以何种速度行驶，OGFC路面都能够适当降低噪声值， 降噪范围在3.0～9.1dB之间，均值达5.3dB

（5）随着车速的提高，降噪值相应增大，说明车速越高OGFC路面降噪值越大；去除个别数据误差可以发现：汽车在70Km/h后，降噪值与车速基本呈线性关系，且随着时间的延续，线性斜率逐渐降低并趋于稳定。

（6）汽车在不同时间以同种速度行驶，随着时间的延续，降噪值呈递减状态，且初期递减较快，后期变化不大。现场观察发现，轮迹带及路边孔隙均有部分小颗粒碎石堵塞，且轮迹带比路边堵塞更加严重，这与试验路铺筑后并未采取任何疏通措施有关。分析认为，由于轮迹带区域堵塞基本趋于饱和而路边基本无明显堵塞，所以降噪值基本趋于稳定。

（7）在以上四条曲线中，除去10月份车速为50km/h时的数据有波动外，四条曲线均呈下降状态，相关性较好，降噪百分比在任意车速下随着时间延长均有所降低。车速为110km/h时，降噪效果从最初1月份的10.64%下降到最后仅为5.33%，变化幅度最大。对比表六和表五发现，降噪值与降噪百分比呈正相关。降噪值越高，降噪百分比越大，说明行车速度越大，路面降噪效果越明显。

（8）在同一月份，车速高时比车速低时的降噪百分比大。虽然车速以等差数列试验，但所产生的降噪百分比并不呈等差数列。从图表可以看出，在1、4、7月份中车速为70km/h比车速为50km/h时的降噪百分比提升明显，而在90km/h和110km/h时提升相对较小。

（9）试验后期的10月份，四种车速的降噪百分比基本接近，这说明路面降噪效果已经不如初期那么明显。这与路面吸声效果降低且孔隙堵塞基本趋于稳定有关。

4.OGFC路面降噪的改进措施

（1）OGFC路面已在国内外大量应用，但在国内还没有形成呈体系的设计方法。研究发现，一般具有孔隙率较大、公称粒径较小、构造深度较大同时兼顾好耐久性相关指标的路面，降噪效果最好

（2）路面材料的通透性影响降噪效果。关于路面厚度对吸声系数的影响，呼安东等、尹义林等均采用了驻波法对不同厚度的沥青混合料配制的试件进行了测试，结果表明：大空隙低噪声沥青路面厚度选取4cm时降噪效果最佳。本次试验路面厚度同样借鉴了这个研究成果，降噪效果良好。

（3）国内外相关研究表明，在沥青混合料中掺入改性剂能够明显改善沥青路面的吸声性能。常见的沥青改性剂有橡胶类、树脂类及共聚物类。李铁山通过比较橡胶沥青、SBS改性沥青及橡胶高粘高弹改性沥青配制的OGFC路面，得出了橡胶高粘高弹改性沥青路面降噪效果显著好于橡胶沥青路面及SBS改性沥青路面，而且具有较好的路用性能。

结语

通过对沥青路面的实际降噪效果进行测试和分析，发现OGFC路面可以降低一定程度的噪声值，降噪效果比较明显。但是OGFC路面降噪值存在一定的波动性，降噪效果随时间并不呈明显的相关性，所限于实验数据的数量，可以在后期的持续观测中得到更加明显的结果。同时对降噪的影响因素进行了分析，提出了在沥青混合料的空隙率、集料粒径、路面厚度及外掺改性剂四个方面的改进措施，有利于OGFC路面在南方潮湿多雨条件下的持续应用。

致谢

论文是依托湖南省交通科技计划项目 “南方多雨条件下防滑降噪沥青路面耐久性能研究”完成的，项目编号为201303。非常感谢湖南省交通厅的大力支持。

土木工程应用技术湖南省研究生创新基地资助项目

（作者单位：中南林业科技大学 土木工程与力学学院）

OGFC 篇4

[摘要]当前我国社会经济快速发展，公路是其重要组成部分。沥青混凝土是我国公路建设中的主要材料，该种路面的排水一直是建设中的重点。本文通过对我国当前沥青路面结构设计现状进行研究，分析其中沥青路面排水设计中存在的问题，对解决办法和改进策略进行探讨，提高OGFC排水性沥青路面的施工技术。

[关键词]OGFC排水性沥青；混凝土路面；施工技术

文章编号：2095-4085（2015）07-0074-02

沥青混凝土路面设计主要包括材料选择，混合料配合比、排水系统和路肩加固等内容，其中排水系统施工技术是沥青混凝土路面施工的重要部分，本文通过对我国当前多种排水性沥青混凝土路施工经验进行分析，提出具体对策，提高OGFC（开级配沥青靡耗层）排水性排水性沥青路面的施工技术。

1.排水性沥青路面概述

透水沥青路面又称排水性沥青路面，其是一种新型沥青混凝土面层，沥青混合料是依照嵌挤原理进行配置，目的是将单一沥青碎石构建为骨架一空隙结构，以此保证路面压实后有20%左右的空隙率，使混合料内部能够形成排水通道。大空隙沥青混合料时排水沥青路面的表层，降雨很容易渗入排水沥青路面内部，并通过排水通道横向排出，达到有效消除路表水膜的效果。排水沥青路面优点众多，噪声低、高抗滑，可以显著提高雨天行车安全性。

2.施工原材料分析

提高OGFC排水性沥青路面的施工技术，必须对其施工原材料进行分析。原材料选取是否合适是提高施工技术的核心。在我国当前排水性沥青路面施工过程中，细集料、粗集料、高粘性沥青与矿粉是施工过程中所用原材料的主要部分，因此，有必要对这几种施工原材料着重进行分析。

2.1细集料

排水性沥青混凝土路面中常用的集料包括天然砂、人工砂、乱石、碎石等，在以上各种沥青混合料中，粒径小于2.36mm的被称为细集料，山砂与河砂是天然砂的主要部分，天然砂中的河砂洁净且质地坚硬，是混凝土配制的理想材料。一般而言，人工砂棱角、细粉、片状颗粒较多，性质优异但制作成本高，人工砂的具体规格是2±1.5mm。排水性沥青混凝土路面对常用集料的具体要求为：泥沙含量的技术指标要求不大于3%；视密度的技术指标要求不小于2.5g/cm3；3g/cm3为测试细集料视密度取值；砂含量要求不小于60%。

2.2粗集料

在沥青混合料中，粒径>2.36mm以上的碎石、砾石、矿渣等称为粗集料；排水性沥青路面必须依照国家规定，以具体施工情况为根据，选择合适的粗集料，做到具体问题具体分析，所选粗集料质量与规格必须做到与国家规定相符。

2.3沥青

沥青是排水性沥青混凝土路面施工的主要材料，排水性沥青混凝土路面要求所选沥青必须具备高粘度抗老化与耐久长特点。沥青选择应根据具体施工需要进行选择。低标号、稠度大的沥青是基质沥青首选，这种沥青可以使混合料间的拥有较强的粘接力。

2.4矿粉

矿粉作为排水性沥青混凝土路面施工的重要材料，其地位不言而喻，充当填料是矿粉的主要作用，相对而言，矿粉在排水性沥青混凝土路面施工中用量不多，比例较小，但作为重要的填料必须进行重视，对于矿粉选择也应依照国家标准，根据具体施工情况进行选择。

3.施工技术分析

建设高质量的排水性沥青混凝土路面，必须采用先进的技术，为施工提供技术保障。一般而言，排水性沥青混凝土路面施工技术主要包括以下三个方面。

3.1摊铺技术

排水性沥青混凝土路面必须保证施工材料的完整性，摊铺机在摊铺过程中，可能会对施工原材料完整性造成破坏，这主要是夯锤振动作用导致的，因此必须重视摊铺技术。夯锤有主夯锤与副夯锤，研究显示，当主夯锤振幅取5mm，副夯锤振幅取6mm时，可以最大程度上减少夯锤的振动，保证施工材料的完整性，但是由于具体施工情况与施工条件不同，对于夯锤振幅选择应以具体情况为准。此外对路面施工环境进行合理调整是使用摊铺机前必须进行的工作，具体内容有：摊铺机不了器内的旋转料应大约低于混合料三分之二；对温度进行测量，保证适宜的摊铺温度。摊铺工作人员应当谨慎操作，注意安全，避免路面起伏，保证摊铺质量，提高工作效率。

3.2碾压技术

碾压是OGFC沥青混凝土路面施工的重要工序，在初压与复压的碾压阶段必须避免沥青混凝土路面空隙堵塞，因此切忌使用胶轮压路机。初压与复压阶段采用刚性碾压可以保证路面的空隙率。此外，在碾压过程中应坚决避免使用振动。终压阶段必须提高混合料的稳定性，因此可以选择胶轮压路机进行碾压，有利于消除轮迹。碾压OGFC沥青混凝土路面必须将碾压机械吨位、遍数、碾压温度控制在合理范围，避免出现压实超密或厚度不足现象，一般而言，碾压遍数以2遍为宜，碾压温度与碾压机械吨位应根据具体施工情况进行选择。

3.3搅和技术

设备、湿度、周期与改性剂是影响搅合的主要因素，间歇式拌和机是搅和常用的设备。搅和应当根据具体施工情况进行材料拌合，保证准确适当，OG―FC沥青混凝土路面施工对配合集料的含水量具有一定要求，在搅和过程中应注意控制湿度。如果集料湿度相差过大，则应首先对湿度进行调整，待湿度适宜，再行搅拌，以具体路面施工情况设置搅和周期，一般施工中对搅和周期的要求为：9秒干拌，44秒湿拌，2秒的上下浮动。实际施工混合料拌合、改性剂投放应以具体施工情况为准。

4.结语

OGFC 篇5

随着国民经济持续高速发展, 我国人们生活水平日益提高, 人们对道路的使用功能和安全环保性能提出了越来越高的要求, 不仅要求道路的使用寿命要长, 具有良好的耐久性, 而且要求道路能更好地防滑、防水漂, 能抑制溅水起雾、减少眩光、降低噪声。由于OGFC路面空隙率高, 安全环保性能好, 符合我国当前对安全、环保和可持续发展的要求。上世纪九十年代中后期以来, 我国大陆地区陆续在一些城市进行试验研究和试验段铺筑, 积累了宝贵经验。04年9月, 交通部发布了《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004, 规范对OGFC路面原材料选择、配合比设计与试验、验证等方面均作出了一些规定。我司承建的厦门仙岳路路口高架改造工程设有OGFC结构, 本文以此为契机, 对SBS单掺、SBS+PE双掺两种类型改性方案进行了对比研究, 并将优选方案进行了应用, 取得了良好效果。

1 材料选择

1.1 粗、细集料

粗集料采用辉绿岩破碎, 有两种规格, 其检验结果见表1。细集料采用辉绿岩破碎后的石屑, 石屑规格0-5mm, 其各项指标的检验结果见表2。

1.2 纤维稳定剂、填料及抗剥落材料

纤维稳定剂采用山东日照市宏祥纤维科技开发有限公司生产的木质素纤维, 填料采用福建龙岩的石灰石磨粉的矿粉, 其检测结果见表3。抗剥落材料为消石灰。

1.3 胶结料

根据文献2及我司施工经验, 选用了新加坡埃索70号和台湾CPC-70号两种基质沥青, 基质沥青检测结果见表4。

2 级配确定

该项目OGFC路面目标空隙率确定为20±2%。根据文献2所要求的程序进行试验, 最终确定的级配见表5。

3 SBS+PE双掺改性SBS单掺改性两类方案的实施与比选

3.1 方案实施

在同一矿料和级配条件下, SBS+ PE双掺改性和SBS单掺改性分别实施了三个方案, 检测结果见表6。

3.2 SBS+PE双掺改性方案可行性分析

方案3的冻融劈裂试验残留强度比仅为50.3%, 方案不成功。

方案2所检指标效果良好, 由于未进行浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂残留强度比试验, 无法直接判断方案2是否可行, 其最终结论须进行水稳定性能检测后方能确定。该方案未进行水稳定性能检测的原因主要基于以下两点:一, SBS+ PE双掺方案已取得较大进展, 方案1获得成功;二, 方案2、3均采用CPC-70号沥青+SBS+0.3%PE+木质素纤维 (填料中未掺消石灰) , 两者只在SBS剂量、木质素纤维掺量及胶结料用量上稍有区别。从这些区别中, 可以初步判断方案2的水稳定性能应与方案3处于同一水平。在石料与沥青的粘附性不足, 又未掺抗剥落材料消石灰, 且方案3的冻融劈裂残留强度比很低的综合条件下, 方案2的水稳定性能要达到较高水平是比较困难的。

方案1除浸水马歇尔残留稳定度未检测外 (文献2中涉及水稳定性能检测的指标有浸水马歇尔残留稳定度和冻融劈裂试验残留强度比两项, 但就OGFC而言, 未明确两项必须同时检测, 因而仅检测了冻融劈裂试验残留强度比) , 其余所检指标均取得较好效果。尽管动稳定度比方案2、3降低较多, 但仍超过规范规定值的62.2%。同时, 方案1的冻融劈裂残留强度比为100.3%, 达到较高水平, 因而是一成功方案。方案1之所以能成功, 究其因, 主要应与SBS+PE双掺改性和矿粉中加入了50%的消石灰的共同作用有关。增加0.3 %的PE, 进一步改善了改性沥青性能, 确保了方案1的动稳定度达到较高水平;而方案中由于采用的石料与沥青的粘附性不够, 尽管采用4.7 %SBS+0.3 %PE双掺改性, 能进一步改善改性沥青性能, 但尚不足以使石料与改性沥青的粘附性能抵抗水的侵蚀, 这正是方案3不能完全满足要求的原因。而方案1在填料中加入了50%的碱性消石灰, 能有效改善石料与沥青的粘附性, 对确保其水稳定性起到了关键作用。

3.3 SBS单掺改性方案可行性分析

方案4的动稳定度低于规范要求, 为不成功方案。

方案5的冻融劈裂残留强度比仅为48.7%, 不符合要求。

方案6与方案5最大的相同点在于SBS的剂量和木质素纤维的掺量均相同。两者的主要区别在于所用的基质沥青不同、胶结料用量不同及在矿料中是否掺有消石灰。从检测的数据来看, 方案6的动稳定度比方案5高出9.9%, 稳定度也高29.9%, 同时方案5未检测的空隙率、飞散试验、析漏试验在方案6中均有检测, 且都达到较高水平。更可贵的是, 方案6的冻融劈裂残留强度比达到89.1%, 满足规范要求, 为一个相当成功的方案。方案6之所以能成功, 究其因, 应与SBS的高剂量和矿粉中加入50%的消石灰的共同作用有关。提高SBS的剂量, 进一步改善改性沥青性能, 确保方案6的动稳定度能达到较高水平;而方案中由于采用的石料与沥青的粘附性不足, 尽管提高SBS的剂量, 能较好改善改性沥青的性能, 但尚不足以使石料与改性沥青的粘附性能抵抗水的侵蚀, 这正是方案5不能满足要求的原因。而方案6加入了50%的碱性填料消石灰, 能有效改善石料与沥青的粘附性, 对确保其水稳定性起到了关键作用。

3.4 方案比选与确定

将方案1、6检测结果对比分析, 方案6有以下优势:一、空隙率较大。而空隙率越大, 实施后的路面排水与降噪功能越好;二、动稳定度高, 高温稳定性能好, 对于高温炎热的厦门, 应选择高温稳定性能好的方案;方案1有以下不足:一、同时采用两种改性剂, 将增加材料采购环节和采购工作量, 增加混合料拌和控制的难度;二、研究中PE改性剂采用直接投入法拌合工艺, 该改性剂公司没有实际使用经验, 如采用, 将增加生产过程的不确定性。由于未进行PE改性剂预混法试验, 其效果如何不得而知, 即使可行, 也存在两方面不利因素, 一方面PE改性剂与沥青极易分离, 说明PE类改性沥青不能存储后使用, 必须在现场随制随用[3], 于生产过程控制不利。另一方面, 采用两种及以上改性剂预混法制备改性沥青质量控制难度大;至于水稳定性能方面, 虽然方案6的试验数据比方案1低, 但已满足要求, 且OGFC结构层位于高架桥顶部, 桥梁纵坡大, 排水顺畅, 受水的影响相对较少。

鉴于以上原因, 确定方案6应用于仙岳路路口高架改造工程。

4 混合料出厂检验

该试验路段分四次共7天施工完成, 施工时间为07年1月5日～07年3月1日, 混合料出厂时均进行了出厂检验, 其出厂检验结果为:毛体积相对密度1.950～1.959;混合料空隙率VV20.7%～21.1%, 均值20.9%;马歇尔稳定度4.9 kN～5.2 kN;马歇尔残留稳定度97.6%～99.7%;析漏试验损失0.02%～0.09%;飞散试验损失7.3%～10.1%。以上检验项目均检测了7次, 除析漏试验损失离散稍大以外, 其它数据的离散均较小, 说明组成混合料的各种材料性能稳定, 拌和过程也处于受控状态。动稳定度试验根据规范只要求在必要时检测, 因而实际只检测了一次, 检测的结果6152次/mm, 满足要求。

5 试验路段路用性能观测与评价

仙岳路路口高架改造工程OGFC试验段于07年3月1日全部完成, 通车前除进行了正常的检测之外, 还进行了路表宏观构造深度、摩擦系数摆值、路面渗水系数等路面使用功能性指标的检测, 通车后还进行了噪声的对比检测, 检测结果及其分析如下。

5.1 抗滑性能观测与评价

5.1.1 评价标准确定

摩擦系数摆值的确定:文献2未提出明确数值, 而文献4则规定以横向力系数SFC60和路面宏观构造深度TD (mm) 为主要指标, 其中横向力系数SFC60与摩擦系数摆值FB20, 有以下关系式:

FB20=0.4064SFC60+36.353 (s=0.82) [4] (5.1.1)

由于实际检测了FB20, 未检测SFC60, 因而必须对两者进行换算。根据厦门年平均降雨量情况, 查文献4, SFC60应大于54, 按式5.1.1计算, FB20应大于58BPN;文献1及西安～咸阳高速公路、勉县～宁强高速公路规定OGFC路面的FB20要“≥46BPN”[1]。由于两种思路得出的指标值有较大差距, 决定按“≥58BPN”和“≥46 BPN”分别进行评价。

路面宏观构造深度TD (mm) 的确定:文献4对沥青混合料路面宏观构造深度TD未明确不适用于OGFC路面 (按文献4中的表7.1.2, 厦门路面宏观构造深度TD应“≥0.55mm”) , 但文献4的条文说明中有以下表述:构造深度并非越大越好, 构造深度过大, 行车噪声增大, 透水的可能性增大, 施工难度也增大。为减少噪声, 很多欧洲国家推崇“细而糙”的路面, 因而交工时构造深度TD在0.6～1.2mm之间为宜, 建议构造深度最好不大于1.4mm。从这种表述中可知, 如果文献4中构造深度TD适用于OGFC路面, 那么, 由于OGFC路面空隙率大, 有降噪和透、排水功能, 因而就不可能有“构造深度并非越大越好, 构造深度过大, 行车噪声增大, 透水的可能性增大, 施工难度也增大”这种提法, 所以对其文献4中构造深度TD指标的理解应不包含OGFC路面在内。据上分析, 确定路面宏观构造深度TD指标“≥1.2mm”。

5.1.2 检测结果及其评价

该项目TD、FB20的检测结果见表7。

该项目OGFC面层FB20检测结果大于46BPN, 说明其抗滑性能已达较高水平, 但平均值低于58BPN, 也说明其抗滑性能与文献4的要求存在一定差距。由于该工程FB20的检测时间是在OGFC路面完工后通车前进行的, 集料上覆裹的薄沥青层处于完好状态, 影响了其抗滑性能的检测效果。

该项目TD的检测结果大于确定的指标1.2mm, 已充分表明该项目的抗滑效果。

5.2 透水性能观测与评价

5.2.1 评价标准确定

虽然文献2未提出OGFC路面渗水系数检测要求, 但文献1和文献4中均有涉及, 且要求一致, 均为“>900ml/15s”以上。因此该项目透水性能指标确定为“>900ml/15s”, 即“>3600 ml/min”。

5.2.2 检测结果及评价

该项目路面渗水系数检测结果见表8。

该项目渗水系数 (ml/min) 最小5600, 平均5973 , ≥3600, 满足评价指标要求。

5.3 降噪效果观测与评价

5.3.1 OGFC试验路段与SMA路面噪声对比检测及其分析

仙岳路OGFC-13试验段均布于路口高架跨线桥上, 高架桥引道采用SMA-13结构, 由于两种结构层的基质沥青和骨料均相同, 只在基质沥青改性和空隙率方面差别较大, 因而进行噪声对比检测可行。为减少背景噪声影响, 检测时间选择道路交通量相对较少的凌晨0:00～1:00, 检测车辆为本田雅格, 车辆行驶速度为道路设计行车速度60km/h, 检测仪器为SL-5816声级计。测点布置示意图见图1, 测试结果见表9。

各测点按1#到8#的顺序检测, SMA路面检测顺序为1#2#7#8#。SMA路面1#2#数据非常接近, 其余数据均随检测时间的推迟呈下降趋势, 且OGFC试验段的这种趋势更加明显。究其原因, 应与背景噪声有关, 由于仙岳路为城市一级主干道, 桥上桥下交通量均很大, 尽管检测时间选在凌晨, 但从现场情况来看, 仍有一定交通量, 且这种交通量随时间的推迟呈下降趋势, 由于SMA路面段1#2#最早检测, 7#8#最晚检测, OGFC试验段检测时间居中, 因而如以检测结果平均值对两种不同结构类型路段的噪声进行对比, 可基本消除背景噪声所造成的影响。从检测数据可知, SMA路面所测噪声平均值72.8dB, OGFC试验段所测噪声平均值68.9dB, 因而OGFC试验段比SMA路面降低噪声3.9dB。

5.3.2 检测结果分析与评价

比利时专家对降噪沥青路面降噪效果得出如下经验公式:dL=0.005HVc[1] (5.3.2)

式中:dL为噪声降低值 (dB) ;H为层厚 (mm) ;Vc为空隙率 (%) 。

该项目OGFC结构层厚H为40mm, 实测空隙率均值为20.9%, 据式5.3.2计算, 本工程OGFC路面噪声降低预测值为4.18dB。而检测结果OGFC-13比SMA-13路面降低噪声3.9dB, 两者相差仅3.3%, 这一方面说明比利时专家提出的降噪经验公式有一定的普适性和可靠性, 从另一个方面也印证了仙岳路OGFC-13路面达到了预期降噪效果。另外, 国内相关文献显示:105国道中山段OGFC-10比AC10路面降低噪声2～2.3dB[8];重庆渝邻高速公路OGFC-13试验段能降低噪声0.3 ～3.0dB[5];宝鸡～牛背一级公路试验段OGFC-13比AC-16Ⅰ型沥青路面降低噪声3.7dB[1];杭州～金华线K18+200～K18+375处OGFC试验路面与普通沥青路面相比可降低轮胎/路面噪声4.7～5.4dB[1]。通过对比可知, 本工程的降噪效果总体上要好于上述所列工程, 这也从另一个侧面反映了仙岳路OGFC-13路面的降噪效果。

6 结束语

采用高剂量SBS单掺改性和SBS+PE双掺改性, 均能使OGFC混合料各项性能指标达到预期目标。在剂量8%SBS单掺或5%SBS+0.3%PE双掺的基础上再掺用木质素纤维, 能有效提高OGFC混合料高温稳定性能, 并达到较高水平。但在改善混合料水稳定性能方面, 在石料与沥青的粘附性只达到4级的情况下, 不管是高剂量SBS单掺改性, 还是SBS+PE双掺改性, 都应在填料中掺入消石灰方能使方案的水稳定性能满足规范要求。虽然两种方案均技术可行, 但从应用角度分析, SBS+PE双掺改性方案由于同时采用两种改性剂, 管理难度大, 生产、质量控制的可靠性弱, 因而应优选高剂量SBS单掺改性方案。从所优选方案的工程应用效果来看也令人满意, 路面抗滑性能、渗水性能、降噪性能均取得了良好效果, 可应用于类似工程。

摘要：在材料选定的基础上, 通过试验确定集料级配, 以同一集料级配, 采用SBS单掺改性和SBS+PE双掺改性两种胶结料类型, 分别对OGFC混合料进行了3个方案的试验研究, 结果显示, 两种胶结料类型均有一个方案能使混合料的各项性能指标满足要求。经比选后, 将高剂量SBS单掺改性方案应用于仙岳路OGFC试验段, 取得了良好的效果。

关键词：OGFC,SBS单改性,SBS/PE双改性,对比,研究

参考文献

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