隧道路面明色铺装技术的研究和应用综述

(重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074)

随着中国高速公路网络的不断完善，隧道因具有克服高程障碍、缩短线路长度的特点在高等级公路中广泛应用，公路隧道数量也随之剧增。长期以来，由于隧道的封闭性、湿度大、温差小、常年无光等特点，以及我国隧道路面设计仅考虑满足安全性与耐久性，沥青易燃且燃烧放出有毒烟雾，故几乎没有采用。随着沥青阻燃技术的成熟，以及沥青路面具有优于水泥混凝土路面的平整性好、行车舒适、抗滑、耐磨、噪声低、施工期短、养护维修方便等特性，沥青路面逐渐成为我国公路隧道路面的主要发展方向。但随着隧道内沥青路面铺装的普及，行车安全与能耗方面的问题愈演愈烈。其一，我国公路隧道照明设计细则规定，以照度和亮度作为照明依据，而沥青路面为黑色路面，对灯光的反射率低，因此消耗大量能源；其二，黑色的沥青路面对驾驶员的视线也产生了一定影响，不利于行车安全。为了解决隧道铺装行车安全与节能的问题，能够显著提高路面亮度的明色铺装技术应运而生。

一、明色铺装技术简介

明色铺装技术是指在满足道路基本路用性能和行车舒适性的基础上，通过在路面中撒布明色材料来提高路面的明亮程度的技术。近年来我国彩色沥青路面的研究与应用逐渐发展起来，常见于城市公园、人行道、非机动车道和隧道出入口，但明色路面和彩色路面有一定区别。彩色沥青路面和明色沥青路面都是特殊功能性沥青混凝土路面，彩色沥青路面侧重于掺入彩色集料、浅色胶结料和色粉，主要起诱导车流和美化环境的作用，而明色沥青路面主要侧重于通过掺入明色材料提高路面的明亮程度，起到节能和有利于行车安全的作用。

(一)明色材料

明色材料包括荧光材料、玻璃晶体材料、光反射率比较高的集料三类，有各自的特点和适用范围。

1)荧光材料在长期运营中易脱落且经济性较差，常以喷涂方式用于涂刷道路标线。

2)光反射率较高的集料指花岗岩、硅石、白云质灰岩等浅色石料，能够反射大部分的入射光，因而表面亮度较高。

3)玻璃晶体材料如玻璃、玻璃微珠等，具有优良的回归反射光学特性。

除以上所述外，铝粉也可作为明色材料，但由于造价过高，无法大面积推广。

(二)明色铺装方案

通过对国内外明色铺装研究的分析，得出目前隧道沥青路面明色铺装方案主要有以下几种形式。

1)嵌入式明色铺装：该方案适宜于天然或人工浅色石料，即将明色材料直接撒布在摊铺后的热拌沥青混合料表面再进行压实，称为“嵌入式”。

2)功能层明色铺装：即在沥青路面表面铺筑明色功能层，并常与沥青路面的表面磨耗层、抗滑层合为一层，利用明色功能层罩面来提高路面亮度。

3)混合式明色铺装：该方案适宜于废玻璃、玻璃珠等明色材料，即将明色材料和沥青混合料共同拌和、摊铺及压实，并通过一定方式使明色材料外露，或者随着路面的使用，表面的集料被磨耗而使明色材料外露，从而达到提高路面亮度的目的。

4)喷涂式明色铺装：该方案简便易行，直接向沥青路面喷涂明色涂料，但其耐久性和抗滑性能有待进一步研究。

以上明色铺装方案各有利弊，应根据实际情况因地制宜，综合考虑经济性、工程地质状况、当地材料供应、施工机械设备进行选择，达到安全、经济、适用、环保、美观的效果。

二、国内外研究现状

(一)国外研究现状

国外对沥青路面明色铺装的研究较早，并有许多成功实践的例子。20世纪60年代末开始美国对玻璃材料掺入沥青混合料进行了研究，并进行了30多个沥青路面明色铺装路段的试验，效果良好[1]；日本也有关于将玻璃掺入沥青路面的研究，明色路面的光反射成效显著；在法国，工程人员将白色卵石和脱色沥青作为沥青混合料的组成部分，亮度系数能够维持几年几乎不变[2]；在苏联，道路工程师将铝粉热撒铺在沥青路面上，通过特定机械设备进行滚压使其嵌入沥青路面表面，有效改善了路面的亮度；在德国，浇筑式沥青混凝土路面广泛用于公路隧道，为了减少资源消耗，研究人员将煅烧白色碎石铺洒在路面表面，其路用性能良好，路面平均亮度显著提高且使用寿命较长。

(二)国内研究现状

我国对这一领域的研究起步较晚，但发展迅速，主要集中在明色材料的明色性能研究、明色材料的掺加方案研究、明色铺装沥青路面的性能研究、明色铺装方案研究等方面，而目前国内关于明色铺装的应用则较少。

在反光性能研究方面，长安大学公路学院的史小丽，王选仓，刘昆等，在开级配沥青磨耗层(OGFC)中掺加具有回复反光特性的高强度玻璃珠，分析了不同掺加比例和不同粒径玻璃珠的5 种组合方案对OGFC 混合料路用性能的影响，结果显示：OGFC的马歇尔稳定度会随着玻璃珠的掺入而降低，沥青混合料的抗车辙能力、抗滑、降噪和反光性能与玻璃珠在沥青混合料表面的覆盖率有关，而在OGFC-13混合料面层中掺加10 %～15 %、粒径为2～3 mm 的玻璃珠可以满足路用性能各项技术指标的要求[3]。重庆交通大学的张曙光考察了嵌入明色材料的沥青混凝土路面的路用性能，结果显示嵌入明色材料的沥青混凝土的抗滑性能、高温稳定性会稍微降低，但仍然符合规范的要求，明色性能较好，掺入浅色石料能够增大15%的照度值，掺入碎玻璃能够增大10%的照度值，而经过对实验结果的分析表明明色性能的提高不仅和明色材料材料撒布量的有关，而且与材料的粒径呈正相关的关系[4]。

在路用性能研究方面，同济大学的陈风晨，李立寒，杜鹃等，在沥青混合料中加入废玻璃，试验显示采用高粘度的改性沥青或用水泥代替抗剥落剂能够显著提高玻璃与沥青的粘附性，而且，掺入部分玻璃对其设计沥青用量影响较小，但会减小沥青混合料的密度，并使其马歇尔稳定度、抗车辙能力和抗滑性能稍有减弱[5]。北京工业大学的宋程，张金喜，王剑等，在沥青混合料中掺入了不同数量的玻璃，并进行了配合比设计、马歇尔稳定度、路用性能和抗滑性能试验，结果显示，玻璃沥青混凝土各项路用性能都符合要求[6]。

三、明色铺装技术的发展前景

(一)明色铺装技术的优势

我国公路隧道照明设计细则规定，超过一定长度的公路隧道应设置照明，而为了满足行车安全性，大量的隧道照明造成了能源浪费。在公路隧道运营费用中，隧道照明费用已占据主要部分并仍在持续增长。隧道安全和节能犹如鱼与熊掌不可兼得，在满足安全的基础上，如何尽量降低隧道运营支出的问题急需解决。同时，公路隧道照明设计参数、灯具布置形式与路面材料、洞外亮度、交通量等有关[7]，因此，改善路面材料的光反射性能是隧道照明设计的一个可能的研究和应用方向。明色铺装技术通过掺入明色材料来提高路面材料光反射系数，以提高路面平均亮度、减小灯具输出功率及灯具布置间距。这样不仅降低了能源消耗，而且提高了行车安全性。

此外，国内外大量研究表明，隧道明色铺装路面的路用性能、施工性能较于一般的沥青路面虽略有降低，但都能满足规范要求。明色材料，如花岗岩、硅石、白云质灰岩等浅色石料均为普通常见的工程材料，廉价易得；我国每年的废弃玻璃数量巨大，且回收率不足20%，将废玻璃应用于道路工程，既开发了新型道路材料，又节约了资源。

(二)明色铺装技术的不足

虽然明色铺装技术具有许多优势，但是将明色铺装技术应用于隧道沥青路面仍存在一些尚未解决的问题。因为隧道较封闭，一旦路面损坏维修比较困难且不利于安全，所以需要良好的耐久性,尽量使隧道路面的维修次数降到最低，保障交通通畅；隧道常年无光、湿度大、汽车制动多，表面抗滑性能十分重要，否则不利于行车安全。而目前相关研究都是基于抗滑性能、抗渗性能、水稳性能、粘结性能、耐磨耗性的室内试验得出其耐久性尚能满足要求，因此仍需铺筑试验段在实际中检验。针对抗剥离剂的耐久性，一个可能的设想是依托某个实际隧道工程，设计制作一个能够近似模拟该隧道实际尺寸、环境因素(如温湿状况)的隧道模型，并在明色沥青路面上施加所受行车荷载，以反映并测试抗剥离剂的耐久性能是否符合要求。

此外，对其铺装方案、明色材料、施工技术更无相关的性能评定标准及技术规范，尚未达到推广普及的程度。

四、结语

综合国内外研究现状可知，在隧道沥青路面中应用明色铺装技术是可行的，通过提高路面的明色性能既能大幅度改善照明条件，又有利于行车安全，而在隧道路面铺装中利用碎玻璃能够取得良好的环境效益，应用前景广泛。但明色路面的后期耐久性等尚需进一步深入研究。