低噪音超薄罩面在長大隧道工程中的應(yīng)用分析

寧瑞林 崔亞萍 李勁 趙曉濤

（1.北京奧科瑞檢測技術(shù)開發(fā)有限公司，北京 102400；2.黑龍江省高速公路服務(wù)中心，黑龍江 哈爾濱 150090；3.北京中天路業(yè)科技有限公司，北京 100176）

由于隧道空間狹小，行車噪音容易在隧道內(nèi)發(fā)生多次反射、疊加和混響，影響駕駛?cè)藛T安全行車。加之隧道內(nèi)地下水位高，環(huán)境相對封閉，路面經(jīng)常處于潮濕狀態(tài)，且隧道內(nèi)光線弱，良好的路面抗滑性成為安全行車的重要保障[1]。2003年，有研究發(fā)現(xiàn)，路面噪音與瀝青混合料粒徑有一定關(guān)系，不同級配瀝青混合料的降噪效果為：UTAC6＞OGFC10＞SAC13＞UTAC10＞OGFC16＞SAC16[2]。超薄罩面技術(shù)是目前被廣泛采用的預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)，其罩面厚度薄、使用的瀝青混合料粒徑較小、降噪效果良好?？紤]到隧道內(nèi)路面的特殊要求，本文設(shè)計了一種小粒徑的低噪音超薄罩面，并已在長大隧道工程中得到應(yīng)用。

一、材料

超薄罩面位于路面表層，受車輛直接碾壓，所承受的作用力最強，因而要選用堅固耐磨的石料。粗集料選用玄武巖碎石，規(guī)格為3mm～5mm和5mm～8mm，一方面，玄武巖碎石的強度高、耐磨耗；另一方面，玄武巖表面具有一定數(shù)量的孔隙，能夠吸收更多的膠結(jié)料，膠結(jié)效果較好。細集料選用石灰?guī)r材質(zhì)的機制砂（0mm～3mm）和礦粉。集料的篩分結(jié)果和密度指標如表1所示。選用高黏度改性瀝青作為膠結(jié)料，其膠結(jié)作用、抗高溫變形和低溫開裂能力均較強，技術(shù)指標如表2所示。

表1 礦料篩分結(jié)果及密度指標

表2 改性瀝青的技術(shù)指標

二、級配確定

常見超薄罩面的級配分為兩類：開級配和密級配，分別側(cè)重抗滑性能和封水性能。隧道內(nèi)路面長期處于潮濕環(huán)境，級配設(shè)計需要同時考慮封水性能和抗滑性能，因而采用骨架密實型級配SAC-10，能夠形成構(gòu)造深度大、密實性好、透水性小的瀝青混凝土，級配如表3所示。

表3 SAC-10瀝青混合料級配

三、油石比確定

不同油石比SAC-10瀝青混合料的體積指標如表4所示。

表4 不同油石比SAC-10瀝青混合料的體積指標

由表4可知，隨著瀝青用量增加：SAC-10瀝青混合料空隙率降低；瀝青膜厚度、瀝青飽和度和析漏損失不斷增加；穩(wěn)定度先增后減，在油石比為7.5%時最大；VMA和VCA均先減小后增大，VMA在油石比7.5%時最小，VCA在油石比7.5%和7.8%時相差不大。VCA最小時，骨架最穩(wěn)定，油石比不宜過低或過高；油膜厚度顯著影響瀝青混合料的黏結(jié)力、抗剝落、抗水損害等性能，油膜厚、性能好；油石比高于7.8%時，析漏損失較大，易造成離析、返油等問題。因此，在綜合考慮各項指標后選擇油膜較大的油石比，取最佳油石比為7.8%。

四、混合料路用性能

隧道環(huán)境相對封閉，水分不易散失，在多雨季節(jié)尤為明顯。冬季溫度低，隧道內(nèi)水分會結(jié)冰，路面需要經(jīng)受凍融作用的考驗。在水分和凍融作用的影響下，瀝青對集料的膠結(jié)作用可能失效，導(dǎo)致松散、麻面等病害出現(xiàn)。為獲得較大的瀝青膜厚度，本文采用較高的油石比，并驗證其高溫性能。超薄罩面直接承受車輛碾壓，如黏結(jié)作用不足將導(dǎo)致路面飛散掉粒，本文采用飛散試驗評價了高黏度改性瀝青對集料的黏結(jié)性，結(jié)果如表5所示。

表5 SAC-10瀝青混合料的性能

五、混合料抗疲勞性能

低噪音超薄罩面位于路面表層，直接承受車輛荷載，需重點考察其抗疲勞開裂性能。本文重點選取SMA-13、EAC-10測試并作對比分析。疲勞試驗的應(yīng)變水平為1000με，相關(guān)瀝青混合料的疲勞壽命測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同瀝青混合料的疲勞壽命

由測試結(jié)果可知：SAC-10采用了高黏度改性瀝青，自身抗疲勞性能較高；SAC-10骨架密實型瀝青混合料中形成了更厚的瀝青膜，也有助于提升抗疲勞能力。

六、低噪音超薄罩面的應(yīng)用

2020年12月在廣渠路東延隧道開展了低噪音超薄罩面試驗路鋪筑，厚度為2cm。

圖2 試驗路鋪設(shè)現(xiàn)場

試驗過程中低噪音超薄罩面各工藝環(huán)節(jié)溫度要求如表6所示，攤鋪完成后路面的各項指標如表7所示。

表6 低噪音超薄罩面SAC-10瀝青混合料生產(chǎn)工藝溫度

表7 低噪音超薄罩面現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

考慮到隧道內(nèi)噪音混響影響，本文更關(guān)注輪胎與路面間的噪音，通過調(diào)整測試方法，將測試儀器固定在車輪附近，盡可能貼近測試路面，采用小型車輛分別在勻速或空檔滑行狀況下以50km/h、60km/h、70km/h和80km/h通過測試區(qū)域；以車輛前端進入測試區(qū)域開始線和車輛尾端離開結(jié)束線之間取得的數(shù)據(jù)作為測量數(shù)據(jù)。為保證去除外界噪聲和突發(fā)噪聲的干擾，取統(tǒng)計聲級L10作為車輛經(jīng)過時產(chǎn)生噪聲的最大值對比降噪效果，測量結(jié)果如圖3所示。

圖3 行車噪聲對比

從上述結(jié)果可以看出，低噪音超薄罩面與普通路面相比可降低噪聲2dB～4dB，接近大空隙瀝青路面，具有良好的降噪效果。從長期維護的角度考慮，低噪音超薄罩面易于維護，降噪效果也更加持久。

七、結(jié)語

低噪音超薄罩面采用改性瀝青、多碎石骨架密實結(jié)構(gòu)，瀝青含量高，油膜厚度大，有良好的密封防水、抗水損害、耐高溫車轍和抗疲勞性能，且行車噪聲低，值得推廣。