低噪音超薄罩面在长大隧道工程中的应用分析

2022-06-25宁瑞林崔亚萍李劲赵晓涛

中国公路 2022年8期

宁瑞林崔亚萍李劲赵晓涛

（1.北京奥科瑞检测技术开发有限公司，北京 102400；2.黑龙江省高速公路服务中心，黑龙江哈尔滨 150090；3.北京中天路业科技有限公司，北京 100176）

由于隧道空间狭小，行车噪音容易在隧道内发生多次反射、叠加和混响，影响驾驶人员安全行车。加之隧道内地下水位高，环境相对封闭，路面经常处于潮湿状态，且隧道内光线弱，良好的路面抗滑性成为安全行车的重要保障[1]。2003年，有研究发现，路面噪音与沥青混合料粒径有一定关系，不同级配沥青混合料的降噪效果为：UTAC6＞OGFC10＞SAC13＞UTAC10＞OGFC16＞SAC16[2]。超薄罩面技术是目前被广泛采用的预防性养护技术，其罩面厚度薄、使用的沥青混合料粒径较小、降噪效果良好。考虑到隧道内路面的特殊要求，本文设计了一种小粒径的低噪音超薄罩面，并已在长大隧道工程中得到应用。

一、材料

超薄罩面位于路面表层，受车辆直接碾压，所承受的作用力最强，因而要选用坚固耐磨的石料。粗集料选用玄武岩碎石，规格为3mm～5mm和5mm～8mm，一方面，玄武岩碎石的强度高、耐磨耗；另一方面，玄武岩表面具有一定数量的孔隙，能够吸收更多的胶结料，胶结效果较好。细集料选用石灰岩材质的机制砂（0mm～3mm）和矿粉。集料的筛分结果和密度指标如表1所示。选用高黏度改性沥青作为胶结料，其胶结作用、抗高温变形和低温开裂能力均较强，技术指标如表2所示。

表1 矿料筛分结果及密度指标

表2 改性沥青的技术指标

二、级配确定

常见超薄罩面的级配分为两类：开级配和密级配，分别侧重抗滑性能和封水性能。隧道内路面长期处于潮湿环境，级配设计需要同时考虑封水性能和抗滑性能，因而采用骨架密实型级配SAC-10，能够形成构造深度大、密实性好、透水性小的沥青混凝土，级配如表3所示。

表3 SAC-10沥青混合料级配

三、油石比确定

不同油石比SAC-10沥青混合料的体积指标如表4所示。

表4 不同油石比SAC-10沥青混合料的体积指标

由表4可知，随着沥青用量增加：SAC-10沥青混合料空隙率降低；沥青膜厚度、沥青饱和度和析漏损失不断增加；稳定度先增后减，在油石比为7.5%时最大；VMA和VCA均先减小后增大，VMA在油石比7.5%时最小，VCA在油石比7.5%和7.8%时相差不大。VCA最小时，骨架最稳定，油石比不宜过低或过高；油膜厚度显著影响沥青混合料的黏结力、抗剥落、抗水损害等性能，油膜厚、性能好；油石比高于7.8%时，析漏损失较大，易造成离析、返油等问题。因此，在综合考虑各项指标后选择油膜较大的油石比，取最佳油石比为7.8%。

四、混合料路用性能

隧道环境相对封闭，水分不易散失，在多雨季节尤为明显。冬季温度低，隧道内水分会结冰，路面需要经受冻融作用的考验。在水分和冻融作用的影响下，沥青对集料的胶结作用可能失效，导致松散、麻面等病害出现。为获得较大的沥青膜厚度，本文采用较高的油石比，并验证其高温性能。超薄罩面直接承受车辆碾压，如黏结作用不足将导致路面飞散掉粒，本文采用飞散试验评价了高黏度改性沥青对集料的黏结性，结果如表5所示。

表5 SAC-10沥青混合料的性能

五、混合料抗疲劳性能

低噪音超薄罩面位于路面表层，直接承受车辆荷载，需重点考察其抗疲劳开裂性能。本文重点选取SMA-13、EAC-10测试并作对比分析。疲劳试验的应变水平为1000με，相关沥青混合料的疲劳寿命测试结果如图1所示。

图1 不同沥青混合料的疲劳寿命

由测试结果可知：SAC-10采用了高黏度改性沥青，自身抗疲劳性能较高；SAC-10骨架密实型沥青混合料中形成了更厚的沥青膜，也有助于提升抗疲劳能力。

六、低噪音超薄罩面的应用

2020年12月在广渠路东延隧道开展了低噪音超薄罩面试验路铺筑，厚度为2cm。

图2 试验路铺设现场

试验过程中低噪音超薄罩面各工艺环节温度要求如表6所示，摊铺完成后路面的各项指标如表7所示。

表6 低噪音超薄罩面SAC-10沥青混合料生产工艺温度

表7 低噪音超薄罩面现场测试数据

考虑到隧道内噪音混响影响，本文更关注轮胎与路面间的噪音，通过调整测试方法，将测试仪器固定在车轮附近，尽可能贴近测试路面，采用小型车辆分别在匀速或空档滑行状况下以50km/h、60km/h、70km/h和80km/h通过测试区域；以车辆前端进入测试区域开始线和车辆尾端离开结束线之间取得的数据作为测量数据。为保证去除外界噪声和突发噪声的干扰，取统计声级L10作为车辆经过时产生噪声的最大值对比降噪效果，测量结果如图3所示。