温拌沥青混合料在隧道工程中的应用研究

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(1.东盟营造工程有限公司， 陕西 西安 710065； 2.西安公路研究院， 陕西 西安 710065)

温拌沥青混合料在隧道工程中的应用研究

喻平1，冯宝平1，弥海晨2，郭彦强2

(1.东盟营造工程有限公司， 陕西 西安 710065； 2.西安公路研究院， 陕西 西安 710065)

结合实体工程，分析了温拌沥青技术在隧道工程中应用的可行性，并对其应用效果进行了研究，结果表明： 添加表面活性类温拌剂制备的温拌沥青混合料与热拌混合料相比，施工温度降低30 ℃左右的情况下，两者路用性能相当；在长大隧道中，采用温拌沥青技术可以降低施工时的烟气量50%以上；长大隧道沥青路面施工时，推荐采用温拌沥青技术。

隧道工程; 温拌沥青混合料；表面活性类温拌剂

0 前言

温拌沥青技术在不降低原有沥青及混合料的性能的情况下，能够显著提高沥青混合料的和易性，有效降低沥青混合料的拌和及施工各个环节的温度，降低烟尘排放，改善沥青路面施工环境[1-3]。因此，近年来温拌沥青技术已得到广泛应用。HH — XⅡ型温拌剂属表面活性类温拌剂，是HH-X型温拌剂的改进型，其显著特点是不用添加设备，具有和沥青相近的密度，可以与沥青均匀混溶，同时具有抗剥落的功能[4-6]。本文结合黄延高速公路扩能工程的长大隧道沥青路面的施工实际情况，对温拌沥青技术在隧道工程中的应用进行了总结。

1 温拌沥青技术在隧道工程中应用的技术可行性分析

1.1 工程概况

黄陵至延安高速公路扩能工程是国家高速公路包头至茂名线G65在陕西境内的重要组成路段，也是西安至延安高速公路扩能工程的一部分。该项目中骆驼峁隧道是整个项目的重点控制性工程之一，长约2.2 km，为双向六车道大跨黄土隧道。路面结构为6 cm AC — 20 SBS改性沥青混凝土+4 cm ARG — 13橡胶沥青混凝土(即断级配橡胶沥青混凝土)。

1.2 温拌沥青技术的必要性

长大隧道沥青混凝土铺筑施工具有作业环境温度高、烟雾多、噪声大、能见度低和空气流通差等特点[7,8]，尤其是长隧道内空间狭小，通风不良，而常规沥青混合料出厂温度为165～175 ℃，高温沥青散发大量的气体和烟雾，再加上作业现场运输车辆、摊铺机、压路机等各类机械设备排放的尾气，聚集在狭小的作业空间内，施工人员一旦长时间超量吸入体内，将引起中毒事故，严重影响一线工程人员的身体安全。

温拌沥青混合料技术与传统的热拌沥青混合料相比，具有拌合和压实温度相对较低，减少了能源消耗和废弃的排放，并具有较好的路用性能，是一种新型的节能环保型沥青混合料铺筑技术[9,10]。HH — XⅡ型温拌剂可降低沥青混合料拌合温度20～40 ℃，在隧道沥青混合料铺筑中使用可显著降低“沥青烟”排放和温室气体排放，改善沥青路面施工环境，同时可节省集料加热的燃油消耗。

1.3 温拌沥青技术方案

骆驼峁隧道右线中面层沥青混合料铺筑拟全部采用温拌混合料技术施工。添加温拌剂不改变原有沥青混合料结构类型。具体实施方案为： 采用HH — XⅡ型温拌剂，添加量0.7%(占沥青质量)，沥青混合料拌合时沥青温度不变，集料温度150 ℃(较传统沥青混合料拌合石料温度降低30 ℃左右)，温拌沥青混合料出料温度控制在140～150 ℃，较传统沥青混合料拌合温度降低30 ℃左右。

温拌沥青混合料拌和控制要点：

1) 按温拌剂添加量0.7%(占沥青质量)，足量添加温拌剂。

2) 严格控制石料温度和沥青混合料拌和温度。

2 温拌混合料配合比设计及性能

2.1 温拌混合料配合比设计及试件成型

按JTG F40的规定确定热拌沥青混合料配合比后，在拌和过程中降低集料加热温度约至150 ℃，温拌沥青混合料取样及试件成型按以下规定进行：

1) 按照JTG E20的规定进行取样，同时测定温度，取样量至少为试验需要量的3倍。

2) 在样品运输过程中，采取保温措施，保证混合料温度下降不得超过20 ℃。

3) 将取回的样品立即放入烘箱。样品成堆倒至搪瓷盘中，烘箱温度设定为出料温度，恒温2 h。

4) 按JTG E20的规定成型试件。

2.2 温拌混合料性能

温拌混合料与同期施工的热拌混合料性能对比结果见表1和表2。

表1 中面层AC—20热拌与温拌SBS改性沥青混合料路用性能试验结果对比类别油石比/%马歇尔试件孔隙率/%残留稳定度/%冻融劈裂/%车辙动稳定度/(次·mm-1)工程项目中的指标要求4～5≥90 ≥85 ≥5000热拌混合料4．364．5 92．3 89．8 6538试验结果温拌混合料4．274．4 94．2 86．4 6714

表2 上面层ARG—13热拌与温拌橡胶沥青混合料路用性能试验结果对比类别油石比/%马歇尔试件孔隙率/%残留稳定度/%冻融劈裂/%车辙动稳定度/(次·mm-1)工程项目中的指标要求3．0～4．5≥90 ≥85 ≥8000热拌混合料6．393．7 92．4 89．5 10294试验结果温拌混合料6．4 3．6 91．6 90．5 9986

由表1和表2的试验结果可见：

1) 在拌和温度降低30 ℃左右的情况下，中面层AC — 20热拌与温拌SBS改性沥青混合料和上面层ARG — 13热拌与温拌橡胶沥青混合料路用性能基本相当，说明添加0.7%(占沥青质量)HH-XⅡ型表面活性类温拌剂，可以达到温拌效果。

2) 在热拌混合料中添加了0.4%的抗剥落剂的情况下，温拌混合料的水稳性与热拌混合料的水稳性相当，说明HH — XⅡ型表面活性类温拌剂具有改善沥青混合料水稳性的功能。

3 温拌混合料路面施工

3.1 温拌混合料各环节温度

温拌混合料各环节温度检测结果见表3和表4。

由表3和表4可见: 本次施工中，温拌混合料和热拌混合料相比，各环节温度总体降低了30 ℃左右。

3.2隧道路面施工沥青烟气对比

隧道路面施工沥青中烟气主要来自于高温产生的沥青烟，钢轮碾压时洒水蒸发产生的气，各种工程机械燃油产生的烟。由于烟气来源影响因素多，单纯靠设备检测，无法准确区别。因此，本工程中关于隧洞施工过程中烟气对比主要采用了随机调查的形式，该形式和仪器测量相比，虽然不精准，但是能从更宏观的感受方面给予施工过程中沥青烟气情况进行评价，调查结果见表5。对比段为一处长约为500 m的隧道。

表3 中面层AC—20热拌与温拌SBS改性沥青混合料施工温度控制对比序号工序温度/℃温拌混合料热拌混合料测量部位1改性沥青加热温度165～175165～175沥青加热罐2集料加热温度150～165180～195热料提升机3混合料拌和温度140～150170～175运料车4混合料出厂废弃温度———≤160或≥195运料车5摊铺温度≥130≥160摊铺机6碾压开始温度≥120≥160摊铺层内部7碾压终了温度 ≥70≥110碾压层表面8开放交通 ≤50 ≤50路表温度

表4 上面层ARG—13热拌与温拌橡胶沥青混合料施工温度控制对比序号工序温度/℃温拌混合料热拌混合料测量部位1改性沥青加热温度165～175180～190沥青加热罐2集料加热温度150～170180～200热料提升机3混合料拌和温度150～155180～185运料车4混合料出厂废弃温度≤170或≥195运料车5摊铺温度≥130≥160摊铺机6碾压开始温度≥120≥150摊铺层内部7碾压终了温度 ≥90≥130碾压层表面8开放交通 ≤50 ≤50路表温度

表5 隧道路面施工沥青烟气减小情况调查个调查人员类型总人数烟气减小量70%以上烟气减小量50%～70%烟气减小量小于50%摊铺机操作手211压路机操作手642辅助工人10541管理人员422

由表5可见： 本次施工中烟气减小量宏观调查结果应在50%以上。

根据施工单位技术人员介绍，以往隧道内沥青路面施工中，由于热拌混合料施工过程中烟气大，大约每2～4 h轮换一批具体操作人员。本次施工中烟气较小，可以承受，即使工人不采取防护措施，也可以和正常路段一样每4～8 h正常轮换一次。

本次施工过程中，进行了现场跟踪观察，除压路机洒水蒸发产生的明显水汽外，基本看不见明显的沥青烟。

综合以上几方面的观察结果，综合比选，认为采用温拌沥青技术后，综合烟气排放量减少50%以上，可以和隧道外路段一样正常施工，达到了温拌沥青混合料的预期目的。

3.3 拌和站燃油损耗对比

热拌混合料拌合和温拌沥青混合料拌和站燃油损耗情况对比结果见表6。

表6 热拌混合料拌合和温拌沥青混合料拌和站燃油损耗情况对比混合料类型拌制1000t混合料燃油消耗/t燃油节省/%AC—20热拌6020温拌48ARG—13热拌63206温拌50

由表6可见: 温拌混合料与热拌混合料相比，拌和过程中集料加热燃油消耗约节省20%。

4 路面质量检测

路面施工完成后，对热拌混合料拌合和温拌沥青混合料拌路面进行了检测，对比结果见表7和表8。

表7 热拌与温拌沥青混合料路面渗水试验结果对比(mL·min-1)序号路面类型检测结果平均值要求值1-1中面层热拌453，393，587，733，353，220，307，580，547，307，353，680，300，640，693，753，680，740，220，400497≤1001-2中面层温拌80，110，60，80，70，120，100782-1上面层热拌40，133，87，73，27，67，107，73，80，67，87，60，13，60，20，73，27，47，87，1362≤502-2上面层温拌60，120，0，30，100，50，78，100，046

表8 热拌与温拌沥青混合料路面现场取芯压实度、厚度试验结果对比路面类型马歇尔密度压实度/%理论密度压实度/%厚度/mm设计值实测值平均设计值实测值设计值实测值平均中面层热拌9899．699．299．398．998．999．29495．194．794．894．494．460606061596260中面层温拌98100．4100．3100．398．699．99496．195．995．994．2606160716163上面层热拌9899．399．199．599．299．099．49495．795．595．895．695．440403841394039．6上面层温拌9899．598．999．699．099399．29495．995．496．095．595．7404140434239404198．7〛95．2

由表7和表8的检测结果对比可见： 温拌沥青混合料和热拌沥青混合料路面现场检测性能基本相当，均能达到设计要求。

5 结语

1) 添加0.7%(占沥青质量)HH — XⅡ型表面活性类温拌剂，制备的温拌沥青混合料与热拌混合料相比，施工温度可以降低30 ℃左右，路用性能相当，可以改善水稳性。

2) 在长大隧道中，通过现场观察和调查，温拌混合料与热拌混合料相比，可以降低施工时的烟气量50%以上。拌和过程中集料加热燃油消耗约节省约20%。

3) 温拌沥青混合料和热拌沥青混合料路面基本相当，均能达到设计要求。

4) 长大隧道沥青路面施工时，推荐采用温拌沥青技术。

[1] 刘至飞, 吴少鹏, 陈美祝,等.温拌沥青混合料现状及存在问题[J]. 武汉理工大学学报,2009,31(4):170-173.

[2] Jones W. Warm Mix Asphalt A-state-of-the-art Review[R].Australian Asphalt Pavement Association, 2001.

[3] 徐世法, 颜彬, 季节, 等. 高节能低排放型温拌沥青混合料的技术现状与应用前景[J]. 公路,2005(7):195-198.

[4] 赵桂娟, 郭平, 程承. HH-X温拌剂降温效果评价试验[J]. 长安大学学报(自然科学版),2013,33(4):18-22.

[5] 弥海晨, 祁峰, 郭平, 等. 乳化型温拌沥青混合料性能试验方法研究[J]. 中外公路,2011, 31 (6): 238-240.

[6] 朱银肖, 祁峰. 温拌剂对沥青混合料性能影响研究[J]. 石油沥青,2016, 30(3): 28-31.

[7] 董守聪. 公路隧道沥青混凝土铺筑施工中的危险因素及防护[J]. 华东公路,2006 (5): 65-67.

[8] 吴剑．温拌沥青混合料技术在台金高速公路苍岭隧道中的应用[J]．公路交通科技，2008，25(4)：132-137．

[9] 陶卓辉, 杜群乐, 黄文元. Evotherm温拌沥青混凝土工作原理及低温施工研究[J]. 公路交通科技, 2008, 25(4) ：116-117.

[10] 张锐，黄晓明，赵永利，等．加入新型添加剂的沥青混合料路用性能研究[J]．公路交通科技，2006，23(11)：27-30．

1008-844X(2017)03-0185-04

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A

2016-12-08

陕西省交通科技项目(13-32T)

喻 平(1976-)，男，高级工程师，主要从事高速公路施工及项目管理等工作。