溫拌瀝青技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用

■李 杰

（福建省高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司，福州 350011）

1 概述

近年來福建省高速公路隧道進(jìn)行了大量的白改黑建設(shè)與隧道維護(hù)項(xiàng)目。其瀝青路面主要采用傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料（HMA）。熱拌瀝青混合料要求石料加熱的溫度達(dá)到150℃～180℃，攤鋪和碾壓溫度不低于120℃，這樣不僅要消耗大量的能源，而且在生產(chǎn)和施工的過程中還會(huì)排放出大量的廢氣及粉塵。在空間狹小、相對封閉的隧道環(huán)境中，會(huì)嚴(yán)重影響施工人員的身體健康。溫拌瀝青作為一種新技術(shù)，在保持熱拌瀝青性能的前提下，具有節(jié)約能源，減少有害氣體排放的優(yōu)勢，在隧道工程施工中具有很好的應(yīng)用前景。

2 溫拌瀝青技術(shù)簡介

溫拌劑從形態(tài)上分為液態(tài)、固態(tài)兩種類型；液態(tài)溫拌劑一般是直接加入瀝青罐中使用，固態(tài)溫拌劑一般是在拌合樓拌料時(shí)噴入拌鍋中使用。從改性機(jī)理上可分為降粘、乳化、表面活性劑及礦物類四種。采用溫拌瀝青技術(shù)后，石料的加熱溫度、瀝青混合料的出料、壓實(shí)溫度均可以降低 20～50℃。

溫拌瀝青混合料即是指使用溫拌劑后，瀝青混合料的拌和壓實(shí)溫度介于熱拌瀝青混合料 （150℃～180℃）和冷拌瀝青混合料（15℃～40℃）之間，使其技術(shù)性能達(dá)到或接近相同級配熱拌瀝青混合料的一種新型節(jié)能減排的瀝青混合料。溫拌瀝青主要采用以下四種方式達(dá)到其降低溫度的目的：

（1）瀝青-礦物法：采用一種粉末狀的合成沸石在瀝青混合料拌和過程中將其加入，沸石釋放的微量水使瀝青發(fā)生連續(xù)的微發(fā)泡反應(yīng)，泡沫和微量水起到潤滑作用，使混合料在較低溫下具有可工作性。

（2）泡沫瀝青溫拌技術(shù)（Foam WMA）：將軟質(zhì)瀝青和硬質(zhì)泡沫瀝青在拌合的兩個(gè)不同階段加入到混合料中，由于軟質(zhì)瀝青和泡沫化的硬質(zhì)瀝青都具有較低粘度從而實(shí)現(xiàn)。

（3）有機(jī)降粘劑法（Wax WMA）：將較低熔點(diǎn)的有機(jī)添加劑加到瀝青或?yàn)r青混合料中，從而降低瀝青膠結(jié)料的粘度。

（4）表面活性溫拌技術(shù)（Surfactant WMA）：表面活性劑水溶液與熱瀝青在拌和過程中共同作用，借助拌合過程實(shí)現(xiàn)均勻分散。表面活性劑富集于殘留微量水和瀝青的界面，暫時(shí)性在膠結(jié)料內(nèi)部形成結(jié)構(gòu)性水膜。由于水膜作用不受溫度影響，溫度下降時(shí)，水膜潤滑作用能夠很大程度抵消瀝青粘度增大的作用，從而實(shí)現(xiàn)溫拌。在壓實(shí)完成后，表面活性劑會(huì)向?yàn)r青界面轉(zhuǎn)移，具有一定的抗剝落效果。后三種方法其實(shí)質(zhì)均為降低瀝青黏度或者提高瀝青混合料和易性而實(shí)現(xiàn)低溫拌和、壓實(shí)的目的。

3 溫拌瀝青技術(shù)在隧道施工中應(yīng)用

3.1 溫拌瀝青技術(shù)應(yīng)用的必要性

福建省全省多為山地丘陵地帶，省內(nèi)的高速公路中不但隧道數(shù)量多，而且長隧道所占比例大。早期隧道內(nèi)的路面大都采用水泥混凝土結(jié)構(gòu)，在通車運(yùn)營多年后均或多或少地出現(xiàn)了摩擦系數(shù)下降、路面板塊破壞等病害。為改善隧道內(nèi)路面的行車舒適性及抗滑性，近年來我省開始對早期所建舊水泥路面逐步進(jìn)行“白改黑”以改善其通行能力。在此基礎(chǔ)上目前新建隧道路面在設(shè)計(jì)上大都采用了瀝青路面結(jié)構(gòu)。在隧道中加鋪瀝青路面的施工工況與普通路段存在較大差異，在隧道內(nèi)施工傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料存在以下難點(diǎn)：

（1）隧道空間封閉，新建隧道攤鋪?zhàn)鳂I(yè)時(shí)通風(fēng)條件差，特別是施工進(jìn)入隧道100m后，攤鋪?zhàn)鳂I(yè)產(chǎn)生的大量煙、熱無法及時(shí)排除，導(dǎo)致施工作業(yè)環(huán)境極其惡劣，設(shè)備故障率（水箱開鍋）上升，操作人員的體力、耐力下降快，身體健康受害大，造成隧道攤鋪項(xiàng)目難以實(shí)施有效的質(zhì)量控制和管理，施工質(zhì)量無法得到保證。

（2）隧道內(nèi)封閉潮濕，施工時(shí)下承層往往難以完全干燥，熱拌混合料攤鋪時(shí)界面殘留水分會(huì)迅速揮發(fā)，帶走大量熱量，造成混合料底部溫度迅速下降，從而造成混合料底部壓實(shí)不足，形成界面存水條件，容易導(dǎo)致水損壞現(xiàn)象。

針對以上問題，綜合分析后采用瀝青溫拌瀝青技術(shù)來解決?？紤]到工程實(shí)際，最終采用的是廈門華特生產(chǎn)的成品溫拌改性瀝青。

3.2 溫拌瀝青技術(shù)性能

該種溫拌瀝青采用了基于表面活性劑的核心技術(shù)，相比于常見發(fā)泡等溫拌技術(shù)而言具有以下特點(diǎn)：

（1）降低了低溫拌合條件下瀝青的表面張力，有效地解決了由于低溫拌合所導(dǎo)致的石料難以浸潤、粘附力損失問題，能夠在低溫條件下形成良好裹覆，提高溫拌混合料的抗水損性能。

（2）能夠在攤鋪、碾壓過程中在瀝青膠漿內(nèi)形成結(jié)構(gòu)性水膜，大幅度的提升溫拌混合料的碾壓效果，且在施工結(jié)束后表面活性劑將富集于瀝青-石料界面，不存在于瀝青膠漿內(nèi)，不會(huì)對膠結(jié)料性能產(chǎn)生負(fù)面影響。

室內(nèi)分別測試原樣改性瀝青與溫拌改性瀝青的性能指標(biāo)，結(jié)果如表1所示。由此可見，溫拌改性瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

表1 瀝青的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)

3.3 溫拌瀝青混合料壓實(shí)溫度

不改變項(xiàng)目施工原有的設(shè)計(jì)級配AC-16C型瀝青混合料配合比，用溫拌改性瀝青替代常規(guī)改性瀝青，進(jìn)行室內(nèi)拌和、壓實(shí)及各項(xiàng)混合料技術(shù)性能的對比試驗(yàn)，對溫拌瀝青混合料的應(yīng)用效果做出評價(jià)，對其在施工中的效果做出預(yù)測，用于指導(dǎo)施工。溫拌瀝青混合料試驗(yàn)除溫度不同外，其它條件均要求與傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料相同?；旌狭系膲簩?shí)采用Superpave旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)進(jìn)行瀝青混合料的壓實(shí)。單位壓力600kPa，外旋轉(zhuǎn)角1.25°，內(nèi)旋轉(zhuǎn)角1.16°，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)205次，試件成型前瀝青混合料均經(jīng)過2h的短期老化，老化在相應(yīng)的壓實(shí)溫度下進(jìn)行。以壓實(shí)瀝青混合料試件的空隙率、G%=93%時(shí)的壓實(shí)次數(shù)及壓實(shí)能量指數(shù)CEI作為衡量混合料壓實(shí)特性的標(biāo)準(zhǔn)。所測得壓實(shí)瀝青混合料試件各項(xiàng)與壓實(shí)相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 各溫度條件下瀝青混合料的壓實(shí)特性

由表2可知，所有溫度條件下溫拌瀝青混合料均有較好的瀝青裹附效果。采用溫拌瀝青后在較低的壓實(shí)溫度下瀝青混合料能取得較好的壓實(shí)效果，除125℃時(shí)溫拌瀝青混合料的壓實(shí)度、G%=93%的壓實(shí)次數(shù)以及壓實(shí)能量指數(shù)CEI較熱拌瀝青混合料略有增大外，其余溫度條件下溫拌瀝青均顯示出較為明顯的優(yōu)勢，因此預(yù)計(jì)在工程中，可降低施工溫度達(dá)30℃，同時(shí)能取得較好的壓實(shí)效果，亦能在一定程度上降低壓實(shí)混合料所需的壓實(shí)功。同時(shí)根據(jù)表2，確認(rèn)該溫拌改性瀝青的拌和溫度采用150℃、壓實(shí)溫度采用135℃。

3.4 溫拌瀝青混合料的路用性能

采用上述確認(rèn)的拌和、壓實(shí)溫度成型溫拌AC-16C瀝青混合料；同時(shí)以拌和溫度180℃、成型溫度165℃成型同種熱拌瀝青混合料，并在同等條件下進(jìn)行兩種混合料高溫性能、低溫性能及水穩(wěn)定性能試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表3 不同瀝青混合料的路用性能

由表3可知，溫拌瀝青混合料是在不降低混合料性能的前提下降低拌合溫度，因此溫拌瀝青混合料的路用性能與熱拌瀝青混合料基本一致。

溫拌瀝青混合料在較低的溫度下拌和、壓實(shí)，降低瀝青膠結(jié)料老化程度的同時(shí)使混合料獲得更好的壓實(shí)，因此使得混合料的高低溫性能與熱拌料無明顯差異；同時(shí)，溫拌瀝青的表面張力較低，利于瀝青膠結(jié)料與礦質(zhì)集料的黏附，有效防止水分入侵集料與瀝青的黏附界面，從而取得更好的水穩(wěn)定性。

3.5 溫拌瀝青混合料的工程應(yīng)用

實(shí)際隧道白改黑工程采用溫拌瀝青混合料的施工。方案選用目前較為先進(jìn)的陽離子表面活性類溫拌瀝青技術(shù)，即：將原有改性瀝青變換成成品溫拌瀝青。溫拌瀝青中陽離子的作用，提高了粘結(jié)料與石料的粘結(jié)力，同時(shí)大幅降低了混合料拌和、攤鋪、碾壓溫度等?，F(xiàn)場的施工控制方案以不降低瀝青膠結(jié)料性能為前提，控制瀝青中氮氧化物的揮發(fā)溫度點(diǎn)，讓混合料能在較低的溫度下拌和、攤鋪、碾壓成型。以此來改善施工環(huán)境，降低施工中瀝青煙的排放，改善隧道內(nèi)的施工作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，最大限度地保障作業(yè)者的健康，保證施工質(zhì)量。

圖1 隧道內(nèi)溫拌瀝青混合料攤鋪施工

圖2 隧道內(nèi)溫拌瀝青混合料碾壓施工

圖1與圖2為施工現(xiàn)場照片?？梢钥闯鍪┕がF(xiàn)場由于拌和及初始壓實(shí)溫度均較以往熱拌瀝青混合料施工同步降低30℃，據(jù)現(xiàn)場觀測，在該溫度下施工瀝青煙的排放明顯降低，隧道內(nèi)施工環(huán)境明顯得以改善，根本性的解決隧道路面攤鋪?zhàn)鳂I(yè)問題，大幅度降低煙、熱排放，即使在沒有通風(fēng)條件的情況下，也能有效地保障攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的連續(xù)進(jìn)行，通過采用溫拌技術(shù)，可以有效提高混合料的碾壓質(zhì)量，壓實(shí)度、平整度均得到大幅度提升，有效降低攤鋪后瀝青層的水損壞風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

溫拌瀝青混合料具有降低拌合溫度、節(jié)省能源、減少有害氣體排放的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于隧道冬季施工。同時(shí)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)也表明溫拌瀝青混合料在降低拌合成型溫度的同時(shí)，混合料的路用性能達(dá)到且部分優(yōu)于同類型普通瀝青混合料，具有較好的發(fā)展前景。隧道改建工程實(shí)踐表明，溫拌瀝青混合料可以有效降低有害氣體的排放，降低30℃左右的的拌合樓拌合及現(xiàn)場碾壓施工溫度，可以降低有害氣體近2倍左右，具有良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

[1]北京市溫拌瀝青混合料路面技術(shù)指南（2009）．北京：人民交通出版社.

[2]DB13T1014-2009,溫拌瀝青混合料施工技術(shù)指南.河北：河北省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.

[3]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S]．北京：人民交通出版社.