摘 要

為對排水瀝青路面和SMA路面進行長期性能分析，本文結合石家莊市市政道路中對這兩種路面的實際應用，闡述了兩種路面的結構、材料性能及其混合料配合比。通過埋設傳感器、滲水試驗、擺值試驗及路表構造深度試驗得到路面的溫度、滲水系數及抗滑性能相關數據。分析所得數據，發現兩種路面結構的溫度變化規律相似瀝青網sinoasphalt.com。溫度越高，排水瀝青路面相對于SMA路面的降溫效果越好，最大時可降低6~8℃;排水瀝青路面的滲水性能經過三年的時間略有下降，但其整體性能仍滿足技術要求;排水瀝青路面的擺值和構造深度均優于SMA路面，說明其擁有更好的抗滑性能。

關鍵詞 排水瀝青路面 | SMA路面 | 溫度 | 滲水性能 | 抗滑性能

研究現狀

上世紀60年代中期，為減少日益嚴重的路面磨損現象，聯邦德國鋪筑了第一條SMA(StoneMasticAsphalt，瀝青瑪蹄脂碎石混合料)路面，隨后的70年代，SMA路面在歐洲得到快速發展。1990年，美國一些道路研究機構聯合派出代表團赴歐洲考察瀝青路面，并于次年開始鋪筑SMA試驗路以推廣這項技術，隨后公布了本國的SMA混合料設計方法與施工方案，相較于歐洲，美國設計方法中增大了粗集料的含量及最大粒徑。

1993年，交通部公路科學研究所參考歐洲和美國的工程實例后，初步制定了我國的SMA設計方法。同年，修建首都機場高速公路時，首次成功地鋪筑了SMA路面。2004年，我國進一步完善了《公路瀝青路面施工技術規范》，補充了《公路瀝青瑪蹄脂碎石路面技術指南》的相關內容。

德國于20世紀50年代首次鋪筑透水瀝青路面，隨后對其實用性進行觀測，最終在60年代形成“透水性瀝青混合料施工技術指南”，并于70年代后期開始大范圍推廣透水路面。20世紀60年代，美國開始研究透水性路面，并將其應用于停車場。從20世紀70年代起，美國在各大城市陸續開始修筑透水性路面。2000年，美國國家瀝青路面技術中心(NCAT)提出了一套透水路面配合比設計方法。在亞洲，日本在20世紀80年代初期開始推行“雨水滲透計劃”。日本透水性鋪裝主要應用于公園、廣場、停車場、運動場及城市道路。

20世紀80年代，我國開始在上海、河北等地修建透水路面試驗路，但由于當時我國直接采用了歐美各國的技術，其材料技術性能不能完全滿足我國環境條件的需求，導致試驗路段的應用均未能取得成功。2005年，我國交通運輸部公路科學研究院研發出了透水瀝青路面專用高粘高彈改性劑HVA，同時研發出了生產高粘高彈改性瀝青的“干拌工藝”，達到了同類產品的世界先進水平。近20年來，我國一些大中城市開始將透水性鋪裝應用于城市廣場、停車場、人行道等工程中。如2006年，廣州修建了透水路面試驗路;2008年，我國在寧杭高速公路二期工程中修筑了全長約20.7km的透水瀝青路面試驗段;以及之后的江西永武旅游高速科技示范路、安徽宣寧高速、四川遂資高速、石家莊東三環以及石家莊和平西路等，經后續觀察，這些道路均能保持較好的透水性能，具有顯著的雨天抗滑和減小行車水霧的效果。

本文以工程的實際應用情況為基礎，對SMA路面及排水瀝青路面進行了長期性能觀測，以判斷其在實際應用中的性能表現，并對比研究了二者的溫度性能及抗滑性能。

路面結構與材料

路面結構

本文所述的瀝青路面采用了兩種結構形式，其中第一種結構為排水瀝青路面，上面層為4cm的PAC-13排水瀝青混合料，下面層為6cm的GAC-20瀝青混合料，其下為橋面;第二種結構為SMA路面，上面層為4cm的SMA-13瀝青混合料，下面層為6cm的GAC-20瀝青混合料，其下為橋面。具體如圖1所示。

材料

(1)原材料

1)瀝青

PAC-13采用排水瀝青專用高粘度改性瀝青，其性能指標檢測結果見表1。

SMA-13混合料采用橡膠改性瀝青，其性能指標檢測結果見表2。

GAC-20混合料采用TPE改性瀝青，其性能指標檢測結果見表3。

由表3可以看出，各檢測值均符合技術要求。60℃動力粘度這一指標可以反應瀝青的高溫穩定性及與集料的粘附性，排水瀝青路面專用高粘度改性瀝青的60℃動力粘度達到了335537Pa·s，說明其具有非常好的粘附能力。

2)粗集料

采用山東鄒平生產的玄武巖粗集料5~10mm、10~15mm，其各項檢測結果見表4。

采用井徑石料廠生產的輝綠巖粗集料5~10mm、10~15mm，其各項檢測結果見表5。

延度(5cm/min，5℃)，不小于cm 彈性恢復25℃，不小于%7260閃點(COC法)，不小于℃293230采用井徑石料廠生產的石灰巖粗集料3~5mm、5~10mm、10~15mm、15~20mm、20~25mm，其各項檢測結果見表6。

3)細集料

采用井徑石料廠生產的石灰巖細集料0~3mm機制砂，其各項檢測結果見表7。

4)礦粉

采用井徑石料廠生產的礦粉，其各項指標檢測結果見表8。

在該工程中，PAC-13混合料采用玄武巖作為粗集料，SMA-13采用輝綠巖作為粗集料，GAC-13采用石灰巖作為粗集料，三者的細集料均采用石灰巖。由表4~表8中數據可知，混合料中采用的各集料均符合技術要求。

(2)瀝青混合料

PAC-13、SMA-13和GAC-20的合成級配如表9所示，性能檢驗結果如表10所示。其油石比分別為4.6%、5.84%和4.0%。

由表中數據可知，這三種混合料的高溫穩定性、低溫性能以及水穩定性均符合技術要求。作為排水瀝青路面上面層的PAC-13混合料，其滲水系數達到5742mL/min，遠大于其性能指標，說明這種混合料具有良好的滲水性能。

長期性能監測方案

本文針對實際工程應用進行了長達兩年多的性能觀測，觀測內容包括溫度、滲水性能及抗滑性能。溫度數據通過埋設的傳感器采集獲得;滲水性能通過對兩種路面在2017年至2019年相同位置處的滲水系數進行監測獲得;抗滑性能通過摩擦系數和路表構造深度來反映。

通過在排水瀝青路面和SMA路面的相同位置埋設溫度傳感器分別研究兩種路面的降溫性能。傳感器埋設位置分別為內側輪跡帶位置，即監測輪胎碾壓位置處的溫度;和該車道中線位置，即監測輪胎未碾壓位置處的溫度。且每個點位埋設兩支溫度傳感器，取平均值作為該點位的溫度數據。具體埋設方案見圖2。

數據采集系統設置在道路中線位置，且各結構傳感器位于同一垂線上，每種結構埋設溫度傳感器4個。檢測系統配置兩臺主機，一套太陽能供電系統，共計埋設8個溫度傳感器。溫度傳感器埋設采用挖槽法，開槽后將傳感器埋入并人工壓實，傳感器的信號線用大小相當的橡膠管套住，以放止車輛荷載作用下碎石將信號線切斷。

由于傳感器監測數據過多，將同類的所有數據放入一張圖中，會產生曲線重合或難以分辨不同層位曲線等問題，難以進行準確分析，故截取各時間段的代表性數據進行相應的長期性能分析。

長期性能分析

溫度分析

通過研究2018年3月20日至4月20日一個月的溫度數據發現，各結構層的溫度變化情況基本相同，故截取3月25日至27日數據進行分析，并以此代表春秋季節兩種路面的溫度變化規律，如圖3和圖4所示。

PAC-13上面層內側輪跡帶和該車道中線位置處的溫度數據有一定的差距，在正午時分，內側溫度比中線溫度高1.3℃;SMA-13上面層內側輪跡帶和該車道中線位置處的溫度數據基本保持一致，從圖中表現為兩溫度曲線基本重合。這是由于排水瀝青混合料為大孔隙連通結構，車輪作用在內側輪跡帶位置時，通過泵吸效應產生一定的熱能，部分熱能通過連通孔隙消散，未消散的熱能傳遞至混合料中，從而導致排水瀝青路面輪跡帶位置的溫度較高;而SMA路面雖然有較深的構造深度，但其沒有連通孔隙，泵吸效應所產生的熱能無法向內傳遞，因此SMA路面內側輪跡帶位置和該道路中線的溫度無明顯差異。

AC-20下面層的溫度數據基本一致，并且在白天上面層溫度高于下面層溫度，且高出3~8℃;夜間上下面層溫度基本一致，且面層溫度始終高于外部溫度，最多高出7℃。

SMA路面各結構層溫度規律與排水瀝青路面相似。以3月27日12點15分的數據為例，同一時間的兩種路面，排水瀝青路面的平均溫度為23℃，而同一時間的SMA路面的平均溫度為26.4℃，兩者相差2.4℃，而此時兩種路面下面層的溫度差不到0.5℃;夜間時兩種路面的溫度相差較小，但此時下面層的溫度高于上面層的溫度。

為研究冬季的溫度數據，截取2018年12月14日至27日數據進行分析，并以此代表冬季兩種路面的溫度變化規律，如圖5和圖6所示。

從圖5和圖6中可以看出兩種路面的溫度變化趨勢基本相同，即白天上面層溫度高于小面層溫度高于外部環境的溫度，夜間三者溫度基本相同。這是由于瀝青路面可以在白天通過吸收太陽光照來增加表層溫度，并通過固體間傳遞給下面層，變現為白天上面層溫度最高其次為下面層;而夜間沒有光照使得瀝青路面迅速降溫，變現為與外部環境溫度一致。而排水瀝青路面和SMA路面的溫度差異很小，最大不超過1℃，因此可以認為冬季兩種路面的溫度大致相同。

為研究夏季的溫度數據，截取2019年5月17日至7月4日的溫度數據進行分析，并以此代表夏季兩種路面的溫度變化規律，如圖7和圖8所示。

對比分析排水瀝青路面和SMA路面的數據圖(圖7和圖8)，可以看出在溫度較高時，兩種路面的溫差較大。以7月4日12點30分的數據為例，此時排水瀝青路面的溫度為39.6℃，而SMA路面的溫度降低了4.8℃;以7月28日0點30分的數據為例，排水瀝青路面與SMA路面的溫度均為19℃。

通過對比說明溫度越高，排水瀝青路面相對于SMA路面的降溫效果越好，最大時可降低6~8℃。

滲水性能分析

對排水瀝青路面2017年至2019年相同位置處的滲水系數進行了監測，監測數據見表11。

通過表11與圖9中的監測數據可以看出，排水瀝青路面的滲水性能經過三年的時間雖然略有下降，但其整體性能仍能夠滿足技術要求(≥3600mL/min)。其中，輪跡帶位置處的滲水系數較小，這是由于長期車輪碾壓作用導致輪跡帶處的混合料較為密實，且經過三年的路面使用，也會產生孔隙堵塞等問題。

抗滑性能分析

將排水瀝青路面和SMA路面的擺值進行對比，試驗結果如表12。

擺值可以反映瀝青路面在濕潤狀態下的抗滑性能，PAC路面實測擺值遠大于規范中的技術要求(≥54)，說明PAC路面具有較好的抗滑性能。

路表構造深度是評價路面粗糙程度的重要指標，也是評價路面抗滑性能的又一指標。本文采用人工鋪砂法進行路表構造深度試驗，實驗數據見表13。

可以看出PAC路面的構造深度明顯大于SMA瀝青路面，新建PAC路面平均值為2.261mm，使用一年后仍有2.012mm，滿足設計不小于1.5mm的技術要求，說明PAC路面的抗滑性能較好。

結論

(1)本文所觀察的兩種瀝青路面結構，在道路通車兩年后均未觀察到有路面損壞，結合原材料及混合料的性能檢驗結果，可以說明這兩種結構都具有良好的路用性能，滿足使用要求。

(2)兩種路面結構的溫度變化規律相似。在春秋兩季，兩種路面白天上面層溫度均高于下面層溫度，且高出3℃~8℃;夜間上下面層溫度基本一致，且面層溫度始終高于外部溫度;冬季兩種路面的溫度相近，且均為白天上面層溫度高于小面層溫度高于外部環境的溫度，夜間三者溫度基本相同;夏季溫度較高時，兩種路面的溫差較大，且溫度越高，排水瀝青路面相對于SMA路面的降溫效果越好，最大時可降低6℃~8℃。

(4)排水瀝青路面的滲水性能經過三年的時間略有下降，但其整體性能仍滿足技術要求(≥3600mL/min)。其中，輪跡帶位置處的滲水系數最小，這是由于長期車輪碾壓作用導致輪跡帶處的混合料較為密實，且經過三年的路面使用，也會產生孔隙堵塞等問題。

(5)通過對兩種路面的擺值和構造深度進行檢測，發現PAC路面實測擺值可達70，新建PAC路面構造深度為2.261mm，使用一年后仍有2.012mm，均遠大于規范中的技術要求，且明顯優于SMA路面，說明PAC路面具有較好的抗滑性能。