净味沥青在长大隧道沥青路面施工中的应用

李明博，李 军

(1.山西省交通建设工程质量检测中心(有限公司)，山西 太原 030032；2.浙江交工交通科技发展有限公司，浙江 杭州 310012)

0 前 言

伴随我国经济的高速发展，我国交通运输也蓬勃发展，公路隧道也取得世界瞩目成就。有穿越我国南北分界线的秦岭隧道群，有长达18.02 km的特长终南山隧道[1]，更有旋转360°的金家庄特长螺旋隧道，这些都标志着我国隧道建设进入了新的里程。

截止到2019年底，我国公路隧道19 067座，总长1 896.66万m，其中特长隧道1 175座，里程长521.75万m，长隧道4 784座，里程长826.31万m。由此可见，我国长大隧道数量逐年增加，10 km以上的特长隧道也屡见不鲜[2]。隧道长度的增加，对隧道施工提出了更高的要求，尤其是隧道内面层铺装，也面临更大的挑战。目前，我国隧道内面层有两种结构形式，分别是刚性路面和柔性路面，也就是常见的水泥混凝土路面和沥青混合料路面[3]。通常而言，水泥混凝土路面具有施工简单、通车后照明好的优点，但是施工速度慢、容易起灰，且行车舒适性差，维修不便，现在已经逐渐被沥青混合料路面替代。沥青混合料路面具有施工便捷、平整度好，通车后稳定性高、舒适性好且维修方便的优势，因此，沥青混合料路面是隧道内路面结构的趋势。

常见的沥青混合料有热拌沥青混合料和温拌沥青混合料。热拌沥青混合料通常温度能高达165℃左右，不可避免会产生CO、NO、NO2等污染物，这些污染物隧道中难以排放出去，严重影响隧道内施工人员的身体健康[4]。相较于热拌沥青，温拌沥青混合料由于温度相对较低，进而产生污染物也相对较少，但我国对温拌沥青混合料尚且没有明确的规定，理论研究尚不完善，虽然有部分路段进行试验段研究，但缺少详尽完善的规范指导，其施工技术和施工质量都会有影响，尚不能推广使用。

综上所述，隧道长度的增加对隧道面层的铺装提出了更高要求。常规的热拌沥青混合料由于污染严重，不能满足隧道尤其是长大隧道面层施工的要求。因此，隧道路面施工亟需一种改性沥青，使得生产热拌沥青混合既能保证路面质量，又能确保在高温下不扩散污染物，以满足隧道内路面施工的特殊要求。

1 净味沥青

改性沥青是在基质沥青中添加改性剂生成的，相较于基质沥青，改性沥青各方面技术均有所提升，具有良好的高温稳定性和低温延展性，对提高路面质量、延长使用周期具有显著的效果[5]，在我国各省市得到了大力推广使用，尤其是在高速公路路面中，常见的是中面层和上面层使用改性沥青，下面层出于降低成本的考虑仍使用道路沥青。我国改性沥青的研究和应用虽然起步晚，但是发展迅猛，现在已经在道路上得到广泛应用。但是传统的改性沥青在高温下会产生污染物，难以满足隧道内面层施工安全性要求。应此需求，壳牌公司研发一种新的改性沥青——净味沥青，能有效降低周边空气质量的影响，并改善工人工作环境，非常适合隧道内特殊环境的使用[6-8]。净味沥青采用新的技术，使改性剂与沥青内硫化物及其衍生物发生化学反应生成不排放物质，大幅度减少污染物排放的同时，各项指标仍满足规范要求，具体指标见表1。

表1 净味沥青性能指标

2 混合料性能研究

根据已经设计GAC-16上面层配合比进行混合料性能研究，原材料筛分及合成级配结果见表2，掺配比例为：10～18 mm碎石∶5～10 mm碎石∶3～5 mm碎石∶0～3机制砂∶矿粉=40∶26∶5.5∶24.5∶4，油石比为4.7%。

2.1 马歇尔稳定度试验

根据上述级配和油石比拌和沥青混合料，成型标准马歇尔试件并进行稳定度试验。在进行马歇尔试验前对试件养护30 min，然后进行试验检测，各项指标均满足设计要求，具体试验结果见表3。

2.2 高温性能

通过车辙试验室检测净味沥青混合料的高温稳定性。试验前将车辙试件在70℃条件下养护6 h，然后将车辙试件在轮碾条件下沿试件表面同一轮迹反复碾压。根据上述配比进行车辙试验，实测三个车辙试件动稳定度分别为6 000.0、5 675.7、6 176.5次/mm，动稳定度实测值为5 951次/mm，满足规范大于3 000次/mm的要求。

2.3 低温性能

通过冻融劈裂试验来对净味沥青混合料的低温抗裂性进行研究。准备两组标准马歇尔试件，每组4个试件。第一组在25℃水中保存不小于2 h作为比对；第二组进行低温试验，首先进行真空饱水15 min后恢复常压，-18℃下冷冻16 h，然后60℃水中恒温养护24 h，最后进行劈裂试验。由表4可知，净味沥青混合料冻融劈裂强度比为90.3%，满足设计不小于80%的要求。

2.4 水稳定性

通过浸水马歇尔残留稳定度评价沥青混合料的抗水损害能力。浸水0.5 h的马歇尔稳定度为13.12 kN，浸水48 h的马歇尔稳定度为12.13 kN，实测残留稳定度为92.5%，满足设计不小于85%的技术要求。

表2 原材料筛分结果

表4 净味沥青混合料冻融劈裂试验结果

3 工程应用

某新建高速公路桥隧道夏季持续高温，最高温度可达39.9℃，且降雨量大。选取该高速公路上某隧道上面层，根据室内试验结果进行隧道内试验段试铺。为保证隧道内沥青路面施工的质量，提出以下措施进行控制。

1)控制隧道基层质量。施工前做好隧道混凝土基层验收工作，一方面要保证隧道基层的平整度满足要求，另一方用高压水枪对隧道基层进行清扫后封闭交通。

2)保证级配稳定。良好的级配是保证沥青混凝土质量的前提，稳定的级配是沥青混凝土质量的保证。在室内进行配合比验证后，在实际施工生产过程中应注意：①保障冷料质量稳定，要求碎石加工厂定期对筛网的筛孔尺寸进行排查，定期更换筛网，保证冷料的级配稳定；②动态监控施工，每天早上施工前对第一批热料进行级配检测，对其合成级配进行复核，根据每天的级配的细微变化对每天的施工配比进行微调，实现动态化施工。

3)保证良好的通风和照明。虽然采用沥青能大幅度减低混合料有害气体的排放，但是在隧道密闭空间内，车辆和施工机械尾气、沥青混合料散发气体等有害气体堆积，仍会严重威胁施工人员生命健康，所以在隧道内使用风机非常必要。隧道内沥青施工应安装高性能白炽灯，每隔10 m一盏以保证隧道内的亮度，一方面防止机械碰撞或者人机碰撞，另一方面保障摊铺和碾压效果。

4)施工过程工艺控制。

(1)出料。施工过程中拌和温度按170℃～190℃控制。混合料拌和后应保证混合料拌合均匀，无花白料、无结团等现象。

(2)摊铺。摊铺过程中，掌握好松铺厚度，确保沥青面层厚度满足设计要求。摊铺速度不宜过快，摊铺速度控制在2～3 m/min，并且要尽可能地保证摊铺速度均匀。

(3)碾压。碾压要按照“紧跟、慢压、高频、低幅”的要求进行。先静压后振动，最后胶轮收面。初压温度控制在160℃以上，同时确保碾压遍数，保证压实度满足要求。

(4)养护。隧道内路面不受外部天气的影响，但是隧道内散热较慢，在碾压后要及时封闭交通，确保温度降至50℃后方可通行。

施工过程中分别在摊铺机后侧踏板、摊铺机驾驶室(见图1)以及隧道内电缆槽上布置检测点，对沥青烟、CO、NO2等污染物进行实时检测。将普通热拌沥青在隧道内摊铺的有害气体数据进行采集，并和净味沥青混合料摊铺过程中有害气体的采集数据进行对比分析，具体见表5。

图1 监测点布置

表5 隧道施工现场有害气体排放检测结果 单位：mg/m3

测量数据显示，相较于传统热拌沥青，使用净味沥青的沥青混合料可有效降低沥青烟、CO、NO2、SO2和VOC等有害气体接近50%，CO降低量较小，更多是的因为车辆和摊铺机械旁放的尾气。事实说明，净味沥青在施工过程中减少有害气体排放效果显著。

施工结束后，对隧道内试验段内钻取芯样，并检测沥青路面的平整度、渗水系数等指标。检测结果显示，芯样骨料密实，厚度满足设计要求，试验段实测平整度为0.7 mm，实测渗水系数分别为40、20、0、30、40 mL/min，实测构造深度为0.92、0.82、0.97、1.08、1.02 mm。各项指标均满足设计要求，取得预期效果。

4 结 论

本文在现有生产配合比基础上对净味沥青混合料的性能进行研究，并在隧道内进行试验段试铺和环境。试验结果表明。

1)净味沥青的针入度、延度、软化点等指标均符合规范要求。

2)使用净味沥青生产的混合料性能不会改变，同时也不会改变沥青混合的施工生产工艺。

3)使用净味沥青能有效降低沥青路面铺筑过程污染物的排放量，非常适合在隧道中沥青路面铺筑，符合当前绿色发展的理念，具有较好的应用前景。

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