凈味瀝青在長(zhǎng)大隧道瀝青路面施工中的應(yīng)用

李明博，李 軍

(1.山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心(有限公司)，山西 太原 030032；2.浙江交工交通科技發(fā)展有限公司，浙江 杭州 310012)

0 前 言

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)交通運(yùn)輸也蓬勃發(fā)展，公路隧道也取得世界矚目成就。有穿越我國(guó)南北分界線的秦嶺隧道群，有長(zhǎng)達(dá)18.02 km的特長(zhǎng)終南山隧道[1]，更有旋轉(zhuǎn)360°的金家莊特長(zhǎng)螺旋隧道，這些都標(biāo)志著我國(guó)隧道建設(shè)進(jìn)入了新的里程。

截止到2019年底，我國(guó)公路隧道19 067座，總長(zhǎng)1 896.66萬(wàn)m，其中特長(zhǎng)隧道1 175座，里程長(zhǎng)521.75萬(wàn)m，長(zhǎng)隧道4 784座，里程長(zhǎng)826.31萬(wàn)m。由此可見，我國(guó)長(zhǎng)大隧道數(shù)量逐年增加，10 km以上的特長(zhǎng)隧道也屢見不鮮[2]。隧道長(zhǎng)度的增加，對(duì)隧道施工提出了更高的要求，尤其是隧道內(nèi)面層鋪裝，也面臨更大的挑戰(zhàn)。目前，我國(guó)隧道內(nèi)面層有兩種結(jié)構(gòu)形式，分別是剛性路面和柔性路面，也就是常見的水泥混凝土路面和瀝青混合料路面[3]。通常而言，水泥混凝土路面具有施工簡(jiǎn)單、通車后照明好的優(yōu)點(diǎn)，但是施工速度慢、容易起灰，且行車舒適性差，維修不便，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被瀝青混合料路面替代。瀝青混合料路面具有施工便捷、平整度好，通車后穩(wěn)定性高、舒適性好且維修方便的優(yōu)勢(shì)，因此，瀝青混合料路面是隧道內(nèi)路面結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)。

常見的瀝青混合料有熱拌瀝青混合料和溫拌瀝青混合料。熱拌瀝青混合料通常溫度能高達(dá)165℃左右，不可避免會(huì)產(chǎn)生CO、NO、NO2等污染物，這些污染物隧道中難以排放出去，嚴(yán)重影響隧道內(nèi)施工人員的身體健康[4]。相較于熱拌瀝青，溫拌瀝青混合料由于溫度相對(duì)較低，進(jìn)而產(chǎn)生污染物也相對(duì)較少，但我國(guó)對(duì)溫拌瀝青混合料尚且沒(méi)有明確的規(guī)定，理論研究尚不完善，雖然有部分路段進(jìn)行試驗(yàn)段研究，但缺少詳盡完善的規(guī)范指導(dǎo)，其施工技術(shù)和施工質(zhì)量都會(huì)有影響，尚不能推廣使用。

綜上所述，隧道長(zhǎng)度的增加對(duì)隧道面層的鋪裝提出了更高要求。常規(guī)的熱拌瀝青混合料由于污染嚴(yán)重，不能滿足隧道尤其是長(zhǎng)大隧道面層施工的要求。因此，隧道路面施工亟需一種改性瀝青，使得生產(chǎn)熱拌瀝青混合既能保證路面質(zhì)量，又能確保在高溫下不擴(kuò)散污染物，以滿足隧道內(nèi)路面施工的特殊要求。

1 凈味瀝青

改性瀝青是在基質(zhì)瀝青中添加改性劑生成的，相較于基質(zhì)瀝青，改性瀝青各方面技術(shù)均有所提升，具有良好的高溫穩(wěn)定性和低溫延展性，對(duì)提高路面質(zhì)量、延長(zhǎng)使用周期具有顯著的效果[5]，在我國(guó)各省市得到了大力推廣使用，尤其是在高速公路路面中，常見的是中面層和上面層使用改性瀝青，下面層出于降低成本的考慮仍使用道路瀝青。我國(guó)改性瀝青的研究和應(yīng)用雖然起步晚，但是發(fā)展迅猛，現(xiàn)在已經(jīng)在道路上得到廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的改性瀝青在高溫下會(huì)產(chǎn)生污染物，難以滿足隧道內(nèi)面層施工安全性要求。應(yīng)此需求，殼牌公司研發(fā)一種新的改性瀝青——凈味瀝青，能有效降低周邊空氣質(zhì)量的影響，并改善工人工作環(huán)境，非常適合隧道內(nèi)特殊環(huán)境的使用[6-8]。凈味瀝青采用新的技術(shù)，使改性劑與瀝青內(nèi)硫化物及其衍生物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不排放物質(zhì)，大幅度減少污染物排放的同時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)仍滿足規(guī)范要求，具體指標(biāo)見表1。

表1 凈味瀝青性能指標(biāo)

2 混合料性能研究

根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)GAC-16上面層配合比進(jìn)行混合料性能研究，原材料篩分及合成級(jí)配結(jié)果見表2，摻配比例為：10～18 mm碎石∶5～10 mm碎石∶3～5 mm碎石∶0～3機(jī)制砂∶礦粉=40∶26∶5.5∶24.5∶4，油石比為4.7%。

2.1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

根據(jù)上述級(jí)配和油石比拌和瀝青混合料，成型標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件并進(jìn)行穩(wěn)定度試驗(yàn)。在進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)前對(duì)試件養(yǎng)護(hù)30 min，然后進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，具體試驗(yàn)結(jié)果見表3。

2.2 高溫性能

通過(guò)車轍試驗(yàn)室檢測(cè)凈味瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。試驗(yàn)前將車轍試件在70℃條件下養(yǎng)護(hù)6 h，然后將車轍試件在輪碾條件下沿試件表面同一輪跡反復(fù)碾壓。根據(jù)上述配比進(jìn)行車轍試驗(yàn)，實(shí)測(cè)三個(gè)車轍試件動(dòng)穩(wěn)定度分別為6 000.0、5 675.7、6 176.5次/mm，動(dòng)穩(wěn)定度實(shí)測(cè)值為5 951次/mm，滿足規(guī)范大于3 000次/mm的要求。

2.3 低溫性能

通過(guò)凍融劈裂試驗(yàn)來(lái)對(duì)凈味瀝青混合料的低溫抗裂性進(jìn)行研究。準(zhǔn)備兩組標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，每組4個(gè)試件。第一組在25℃水中保存不小于2 h作為比對(duì)；第二組進(jìn)行低溫試驗(yàn)，首先進(jìn)行真空飽水15 min后恢復(fù)常壓，-18℃下冷凍16 h，然后60℃水中恒溫養(yǎng)護(hù)24 h，最后進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。由表4可知，凈味瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比為90.3%，滿足設(shè)計(jì)不小于80%的要求。

2.4 水穩(wěn)定性

通過(guò)浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗水損害能力。浸水0.5 h的馬歇爾穩(wěn)定度為13.12 kN，浸水48 h的馬歇爾穩(wěn)定度為12.13 kN，實(shí)測(cè)殘留穩(wěn)定度為92.5%，滿足設(shè)計(jì)不小于85%的技術(shù)要求。

表2 原材料篩分結(jié)果

表4 凈味瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

3 工程應(yīng)用

某新建高速公路橋隧道夏季持續(xù)高溫，最高溫度可達(dá)39.9℃，且降雨量大。選取該高速公路上某隧道上面層，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行隧道內(nèi)試驗(yàn)段試鋪。為保證隧道內(nèi)瀝青路面施工的質(zhì)量，提出以下措施進(jìn)行控制。

1)控制隧道基層質(zhì)量。施工前做好隧道混凝土基層驗(yàn)收工作，一方面要保證隧道基層的平整度滿足要求，另一方用高壓水槍對(duì)隧道基層進(jìn)行清掃后封閉交通。

2)保證級(jí)配穩(wěn)定。良好的級(jí)配是保證瀝青混凝土質(zhì)量的前提，穩(wěn)定的級(jí)配是瀝青混凝土質(zhì)量的保證。在室內(nèi)進(jìn)行配合比驗(yàn)證后，在實(shí)際施工生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)注意：①保障冷料質(zhì)量穩(wěn)定，要求碎石加工廠定期對(duì)篩網(wǎng)的篩孔尺寸進(jìn)行排查，定期更換篩網(wǎng)，保證冷料的級(jí)配穩(wěn)定；②動(dòng)態(tài)監(jiān)控施工，每天早上施工前對(duì)第一批熱料進(jìn)行級(jí)配檢測(cè)，對(duì)其合成級(jí)配進(jìn)行復(fù)核，根據(jù)每天的級(jí)配的細(xì)微變化對(duì)每天的施工配比進(jìn)行微調(diào)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化施工。

3)保證良好的通風(fēng)和照明。雖然采用瀝青能大幅度減低混合料有害氣體的排放，但是在隧道密閉空間內(nèi)，車輛和施工機(jī)械尾氣、瀝青混合料散發(fā)氣體等有害氣體堆積，仍會(huì)嚴(yán)重威脅施工人員生命健康，所以在隧道內(nèi)使用風(fēng)機(jī)非常必要。隧道內(nèi)瀝青施工應(yīng)安裝高性能白熾燈，每隔10 m一盞以保證隧道內(nèi)的亮度，一方面防止機(jī)械碰撞或者人機(jī)碰撞，另一方面保障攤鋪和碾壓效果。

4)施工過(guò)程工藝控制。

(1)出料。施工過(guò)程中拌和溫度按170℃～190℃控制。混合料拌和后應(yīng)保證混合料拌合均勻，無(wú)花白料、無(wú)結(jié)團(tuán)等現(xiàn)象。

(2)攤鋪。攤鋪過(guò)程中，掌握好松鋪厚度，確保瀝青面層厚度滿足設(shè)計(jì)要求。攤鋪速度不宜過(guò)快，攤鋪速度控制在2～3 m/min，并且要盡可能地保證攤鋪速度均勻。

(3)碾壓。碾壓要按照“緊跟、慢壓、高頻、低幅”的要求進(jìn)行。先靜壓后振動(dòng)，最后膠輪收面。初壓溫度控制在160℃以上，同時(shí)確保碾壓遍數(shù)，保證壓實(shí)度滿足要求。

(4)養(yǎng)護(hù)。隧道內(nèi)路面不受外部天氣的影響，但是隧道內(nèi)散熱較慢，在碾壓后要及時(shí)封閉交通，確保溫度降至50℃后方可通行。

施工過(guò)程中分別在攤鋪機(jī)后側(cè)踏板、攤鋪機(jī)駕駛室(見圖1)以及隧道內(nèi)電纜槽上布置檢測(cè)點(diǎn)，對(duì)瀝青煙、CO、NO2等污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。將普通熱拌瀝青在隧道內(nèi)攤鋪的有害氣體數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并和凈味瀝青混合料攤鋪過(guò)程中有害氣體的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，具體見表5。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

表5 隧道施工現(xiàn)場(chǎng)有害氣體排放檢測(cè)結(jié)果 單位：mg/m3

測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，相較于傳統(tǒng)熱拌瀝青，使用凈味瀝青的瀝青混合料可有效降低瀝青煙、CO、NO2、SO2和VOC等有害氣體接近50%，CO降低量較小，更多是的因?yàn)檐囕v和攤鋪機(jī)械旁放的尾氣。事實(shí)說(shuō)明，凈味瀝青在施工過(guò)程中減少有害氣體排放效果顯著。

施工結(jié)束后，對(duì)隧道內(nèi)試驗(yàn)段內(nèi)鉆取芯樣，并檢測(cè)瀝青路面的平整度、滲水系數(shù)等指標(biāo)。檢測(cè)結(jié)果顯示，芯樣骨料密實(shí)，厚度滿足設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)段實(shí)測(cè)平整度為0.7 mm，實(shí)測(cè)滲水系數(shù)分別為40、20、0、30、40 mL/min，實(shí)測(cè)構(gòu)造深度為0.92、0.82、0.97、1.08、1.02 mm。各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求，取得預(yù)期效果。

4 結(jié) 論

本文在現(xiàn)有生產(chǎn)配合比基礎(chǔ)上對(duì)凈味瀝青混合料的性能進(jìn)行研究，并在隧道內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)段試鋪和環(huán)境。試驗(yàn)結(jié)果表明。

1)凈味瀝青的針入度、延度、軟化點(diǎn)等指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

2)使用凈味瀝青生產(chǎn)的混合料性能不會(huì)改變，同時(shí)也不會(huì)改變?yōu)r青混合的施工生產(chǎn)工藝。

3)使用凈味瀝青能有效降低瀝青路面鋪筑過(guò)程污染物的排放量，非常適合在隧道中瀝青路面鋪筑，符合當(dāng)前綠色發(fā)展的理念，具有較好的應(yīng)用前景。

[ID:013374]