OGFC路面现存问题及其解决方法的尝试研究.docx

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OGFC路面现存问题及其解决方法的尝试研究

OGFC路面现存问题及其解决方法的尝试研究

何帆编译

（珠海市规划设计研究院，珠海519002）

摘要:

本文研究了OGFC排水降噪面在国内外的应用，分析了国内OGFC应用中存在的耐久性较差、空隙堵塞、施工容易离析，应用环境局限性等问题提出了几点解决方法。

双层大空隙路面不但可以有效降低噪声，还可以缓解灰尘的堵塞;掺加纤维可以使混合料耐久性得到提高;通过温拌施工可以有效的提高混合料性能，并且防止OGFC混合料产生离析，但是实际路用性能还有待证实;最后，本文分析得到，OGFC路面更适用于城市快速路。

关键词:

排水、降噪路面，OGFC，双层大空隙路面，温拌，木质素纤维

OGFC路面在国外已经被成功应用，并且已有良好的设计方案，但在使用过程中仍然存在着许多问题:

（1）OGFC是一种空隙率很大的路面结构，沥青与空气接触面积大，受水和阳光影响比一般密级配的混合料大，沥青老化的速度比较快，沥青和集料的粘附性也比较容易被破坏。

虽然采用高粘度改性沥青使OGFC的耐久性有了一定程度的提高，但是这个问题仍然存在。

[1]

（2）OGFC空隙率会因车辆的不断碾压和灰尘或石屑堵塞随时间逐渐降低，这样它就不能发挥自己的优势，降噪能力和排水能力也都会下降，因此要定期清洗空隙，而目前还没有很好的方法和机器清洗空隙。

另外，当OGFC在有积雪的寒冷地区使用时，存在以下问题:

由于雪融水很快浸人排水功能层，使未融的雪很难融解，特别在降雪少的情况下，甚至

[2]出现仅在OGFC的路面处存在残雪的现象;使用防滑轮胎，会较早出现空隙堵塞。

（3）OGFC路面粗集料粒径单一，数量比例大，我国几乎没有专门的石料加工厂，造成了原材料难以加工。

粗集料含量多，拌和时混合料的出厂温度很难控制在180土5?

，摊

[1]铺时很容易发生离析。

（4）虽然OCFC有很多优点，但是它的使用具有一定的局限性。

应根据当地的地理环境及气候条件推广应用，不宜在风沙大、降雨少的地区应用。

OGFC路面的最大问题是路面本身的磨损和环境中粉尘污物对空隙的堵塞。

如图1、图2为OGFC道路堵塞情况对比图。

图1初修3个月路面情况

图26年后路面空隙堵塞情况

1.双层大孔隙沥青路面——缓解灰尘堵塞，降低噪声

在荷兰，双层排水沥青路面被称为复式结构。

这种路面形式最早是针对欧洲对于噪声污染的严格控制而提出的。

如图3所示，它是由一层薄的较细的排水沥青路面和其下一层较厚的较粗糙的排水沥青底层组成。

其结构形式中，下层的排水沥青结构通过改善侧向排水，其渗透性比传统排水沥青结构要好得多,这对迅速排走积水是至关重要的。

细粒式的上层将形成“筛子效应”，阻止大粒径灰尘进入下面层，而下面层较强的排水能力，将降低细小灰尘和污染物堵塞的几率。

因此，可以很容易地利用现有技术将被堵塞的上面层清理干净。

其上

[6][7]层排水沥青的表面构造较细，具有声学上的优势。

图3双层大空隙沥青路面示意图

Hamzah和Hardiman通过采用不同最大粒径的集料（10和14mm）及不同厚度（30,20和

15mm）的上面层，来研究其对双层PA路面堵塞行为特性的影响。

下面层混合料集料的最大粒径均为20mm。

采用单层PA试件作为对比试验，堵塞行为通过一种新开发的室内模拟试验—透水试验来评估。

试件成型方式如图4所示。

[7]图4试验用双层PA试件（单位:

mm）

透水试验是马来西亚理科大学（USM）公路工程试验室新开发的试验方式，目的在于模拟野外的堵塞和孔隙的清理。

透水试验程序如下:

（1）使用干净试件（没有堵塞剂）进行透水试验，确定水流通过时间。

（2）拌制1.5g/ml的土颗粒溶液，并用力搅拌数分钟。

（3）将溶液倒入渗透仪导管以堵塞试件。

（4）使用清水通过试件并测定时间，此时一些土颗粒依然滞留在孔隙内。

（5）重复步骤（3）和（4），直至清水通过时间大于240s。

步骤

（1）-（4）组成一次加载。

（6）试件放置一夜，使用真空机清除上颗粒。

（7）使用清水确定水流通过时间。

（8）重复步骤（3）和（4），直到超过终止时间。

加载循环的次数达到终止时间构成一次循环。

[7]图5滞留在PA试件中的土颗粒的百分比

从图5可以看出，S-20试件中滞留的土颗粒最少，其原因可能是其高空隙率和高透水率。

从图5还可以看出，随上层PA混合料厚度的减小，滞留在试件顶面的堵塞剂轻微减小;滞留在双层试件顶面上颗粒的质量，最大粒径为10mm的稍多于14mm的。

然而，从总体

[6]上来说，除S-20外，滞留在双层PA中的土颗粒少于单层混合料。

图6为使用刷子、喷射水和真空泵清除试件中上颗粒后的排水性能比较图。

[6]图6不同清除方法对PA排水时间影响图

从图6可以看出，对于单层S-20，T-14和T-10的双层混合料，使用真空法清除上颗粒后，其排水时间分别仅为初始时间的2.17，1.59和1.51倍;然而，当使用刷除法和水冲法时，其相应时间分别为3.72，3.39，3.74倍和3.5，2.79，3.0倍。

结果表明真空法比其他两种方法的清洁效果更好。

图6还说明，双层混合料比单层更易于清理，清除后，T-10（15mm）+B-20排水时间最短。

2.OGFC掺加木质素纤维的影响研究

在沥青混合料中使用纤维己有几十年历史。

早在德国发现添加纤维可以有效改善沥青混合料的高温稳定性和抵抗埋钉轮胎磨耗后，纤维逐步成为某些沥青混合料（如沥青马蹄脂混合料）中必须使用成分。

总得来说，纤维在沥青混合料中有以下作用:

1）加筋作用;2）分散作用;3）吸附和吸收沥青作用;4）稳定作用;5）增粘作用。

根据沥青混合料级配类型的不同，

[3]纤维在混合料中所起作用的侧重点也不尽相同。

研究表明:

使用改性沥青可同时增加排水性沥青混合料的强度和排水功能，使用纤维对

[5]该混合料强度增加效果甚微，且会引起排水功能下降，每增加0.2%的纤维含量，空隙率

[5]下降1%。

排水性沥青混合料具有粗集料多、细集料少的材料组成特性，集料的比表面积相对较低，这使得该混合料在贮存、运输和摊铺过程中存在较严重的沥青析漏现象，而纤维

[5]对析漏现象的改善效果要明显好于沥青改性剂。

因此，排水性沥青混合料同时使用改性沥青和纤维。

纤维沥青胶浆的性能对比结果表明，掺聚酷纤维比掺木质素纤维的沥青胶浆具有

[5]更好的高温力学性能，且在SMA混合料中，掺聚酷纤维混合料比掺木质素纤维混合料具

[6]有更大的韧性和抗裂性能。

但在骨架嵌挤多结构的排水性沥青混合料中，以上两种纤维的功效和作用机理则需做进一步研究和分析。

在排水性沥青混合料中，纤维的主要功能为稳定沥青，增加沥青膜厚，提高沥青混合料的耐久性;纤维可改善沥青胶浆的高温流变性能，但受其骨架特性影响，对提高混合料整体强度作用不明显;综合相关性能和经济成本，相对聚醋纤维而言，排水性沥青混合料更适宜

[4]使用木质素纤维。

图7析漏损失（C为聚酯纤维，P为木质素纤维）

通过图7可以看出:

1）纤维的使用可有效改善沥青混合料在贮存、运输、摊铺等高温状态下，沥青胶浆与集料间的粘附稳定性能;2）松散状木质素纤维对沥青析漏现象的改善效果要好于同等掺量下的聚酯纤维;3）在4.5%-6.0的油石比范围内，0.3%的两种纤维掺量使析漏损失控制在要求范围内，在以下试验中均采用0.2%纤维掺量。

[5]图8聚酯纤维和木质素纤维扫描电镜图像（左为聚酯，右为木质素）

图8是聚酷和木质素两种纤维的扫描电镜图像。

从图中可看出聚酯纤维分散性好，无纠缠，质地均匀。

其表面与沥青中表面活性物质产生物理浸润甚至化学键作用，使沥青牢固的裹附在纤维表面。

与聚酯纤维相比，木质素纤维则质地疏松，表面粗糙、多孔，且侧向分枝较多。

这种结构使得木质素纤维不仅可以裹附沥青，还可吸收部分沥青。

正是木质素纤维对沥青的裹附和吸收的双重作用，加上木质素纤维具有更大的比表面积，使得木质素纤维对沥青析漏现象的改善效果要好于同等掺量下的聚酯纤维。

在进行OGFC相关试验的时候，我分别采用了两种不同的木质素纤维，分别为场道公

[1]司使用的灰色木质素纤维和德国进口的GIS木质素纤维，如图:

表1不同纤维掺量的试验性能

试验项目3.1%纤维0.15%纤维无纤维试验要求

空隙率20.40%19.80%20.10%20?

1%

析漏损失0.08%0.09%1.70%<0.2%

飞散损失19.80%10.80%16.20%<20%

浸水飞散45.50%12.10%20.00%<30%

从表1可以看出，比较不同纤维掺量的OGFC混合料的性能，纤维的掺量过多，不但不能起到很好的增粘添钉作用，反而是混合料的抗剥落能力大大下降。

此外，试验发现，适当掺加纤维还可以显著提高OGFC混合料的抗水损害能力，但是掺量过多，反而会对混合料的水稳定性产生反作用。

3.OGFC温拌—降低施工离析的产生

[1]同济大学研究了添加温拌剂之后的OGFC混合料的性能，得到以下结论:

1）不同拌和温度下，随着成型温度的提高，混合料的马歇尔稳定度逐渐提高，飞散损

失逐渐减小;

2）以往没有添加温拌剂拌和得到的马氏试件飞散损失变异性往往较大，而添加温拌剂

一次成型出的马氏试件的实验结果变异性很小，这可能也间接的反映了添加温拌

剂，给摊铺温度提供一个更宽的范围可以有效地防止施工离析。

3）添加温拌剂之后，将运输过程中的温度控制在一个合理的范围内不但不会影响

OGFC的使用性能，反而可能会一定程度上提高其路用性能，并且避免了摊铺时离

析问题的产生。

4.OGFC于大交通量快速路的应用

2006年，外环线环南一大道大修工程中，铺筑了单向4车道2.7km的多空隙排水降噪沥青路面。

A20原路面设计交通流量为2万辆/日，但目前统计交通流量为12~14万辆/日，交通流量极大;并且所通过车辆多数为重载车辆，对路面承受荷载能力要求极高;并且，由于中间有着三个上、下匝道路口，高峰时此段道路拥堵严重，车速较低。

可以说，对于多空隙排水降噪沥青路面的最不利三大因素——低速、重载、大流量，环南一大道都能体现。

2年使用后，检测结果如图9、图10。

图92008年10月K45.8截面处第一车道

图102008年10月K45.8截面处第四车道

从检测结果来看:

外环线整体情况良好，2006年施工至今，外环线经受住了最严苛的考验，目前大部分无明显结构性病害产生。

构造深度及摆值结果均较为理想。

巡视整条排水路面，结构方面存在如下缺陷:

过上南路桥后50m内的路面具有较大的车辙，但钻芯取样后发现:

最上面层的排水路面依然保持4cm完好，因此并非由于排水路面再压密现象引起车辙。

功能性方面，外环线多空隙排水降噪沥青路面设计空隙率22%，设计连通空隙率17%。

从局部来说，外环线的高架路面保证了周边粉尘含量较少，快车道路面空隙基本无堵塞，排水降噪功能保持较好，重车道有一定堵塞。

一般在高速行驶的车辆经过后，由于轮胎的滚动

前进，轮胎与路面间的接触点前方空气或水份被压入路面孔隙中;轮胎与路面间的接触点后

方则形成负压，空气或水分从路面孔隙中吸出，同时带出部分杂物。

这是“泵吸”现象。

车速

越高，泵吸现象越明显，因此高速公路上的排水路面自清洁效应相对明显，孔隙更不易被堵

塞。

相反车辆低速行驶的路段就更需要频繁的功能性养护。

同时，受限于外环线高架道路，对于单向4车道设计，排水路面过宽，雨量较大时排水

不畅，往往在重车道引起积水。

因此对于此类大宽度路面，需要有针对性地设计排水体系，

保证排水功能的发挥。

综上，OGFC应更多地应用于城市快速路，其相对封闭、干净的环境可以有效地防止

OGFC