隧道温拌沥青混合料应用研究

许 波，孙 奔，吕 浩

(江苏长路交通工程有限公司，江苏 南京 210000)

随着城市化的快速发展，隧道建设对于推动城镇经济发展、保护自然生态环境等方面具有重要意义。地表铺装作为道路建设的关键技术，铺装种类也较多。其中沥青铺装路面具有抗滑、减噪等方面的优势，因此在道路铺装中逐渐成为的主流技术，但在隧道中采用沥青铺装却面临着一些急需解决的问题。

隧道内部空间狭小且接近半封闭，热拌沥青混合料在铺装施工过程中产生较多烟气，铺装施工时通风设施也并不完善，不能将摊铺过程产生大量热量和烟尘快速排除，因此极大程度上影响了施工安全，且施工质量也较差[1，2]。国外较早在隧道铺装当中采用温拌技术来解决这类问题。近几年我国温拌技术高速发展，国内多所城市将温拌技术应用于跨江、跨湖、跨海等隧道铺装结构当中，由此可见温拌技术在隧道铺装中已逐渐取代热拌技术[3-6]。本文基于隧道铺装异于传统道路铺装技术，关注目前新颖的隧道铺装技术发展方向，研究探讨隧道温拌铺装技术，为我国城市隧道铺装提供发展借鉴。

1 隧道铺装温拌技术

通常来说，温拌沥青混合料就是在沥青中添加添加剂，从而实现在120 ℃左右均匀拌合的沥青混合料与170 ℃均匀拌合的沥青混合料拥有相近的各项性能[7-9]。因此国内外众多学者的研究表明：在隧道内采用温拌技术能降低沥青混合料的施工温度，便可有效减少施工过程中废气、烟尘的排放量以及不可再生资源的消耗量，如图1所示。施工中采用温拌技术，可以改善工作人员的工施工环境，减缓沥青在施工过程中的硬化和老化程度；同时因为温拌沥青混合料的施工温度低，与环境中的热交换而造成的热量损失较少，因此沥青路面铺装可施工于温度偏低的季节；路面成型冷却时间大大减少，便可以缩短交通开放时间[10～11]，因此温拌技术在隧道铺装中具有广阔的应用前景。

2 温拌技术的类型及比选

温拌沥青混合料技术来源于国外，目前国内外已采用的温拌沥青混合料技术主要有4种，沥青—矿物法、温拌泡沫沥青混合料、添加低熔点的有机添加剂从化学角度来改变粘温曲线、基于乳化和表面活性平台的温拌沥青。

沸石发泡法又称沥青—矿物法，是一种开放性的晶体骨架结构，含有许多通道和空腔，可吸附大量的水分子，这些水分子在较高的温度下会被开释，进而集料的表面便会被沥青均匀裹覆的温拌技术。

掺加费托反应蜡是一种添加低熔点的有机添加剂从化学角度来改变粘温曲线的温拌技术。这类添加剂在其熔点以上产生的大量液体会使结合料粘度降低，加入沥青质量可降低拌和温度。

温拌泡沫沥青技术是一种将软质结合料和硬质泡沫结合料分为两个阶段，分别在两种不同温度范围内拌和到混合料中的技术。

基于乳化及表面活性平台的温拌技术是一种应用物理和化学相结合的方法，来提高沥青混合料的裹附能力、粘聚能力和低温下的和易性的技术。对四种温拌技术在室内测试性能和试验路中性能表现的调研结果如表1所示。

表1 几种典型的温拌技术的使用性能比较

从表1可以看出：表面活性乳化液技术相对于其他几种技术在提高混合料性能方面有一定的优势，另外一方面由于表面活性乳化温拌剂的固含量仅7.5%，温拌剂总使用量仅为沥青质量的10%，在水分蒸发后， 其残余成分占混合料的质量低于0.1%，因而对混合料的体积参数的影响几乎可以忽略不计。因此国内较多应用基于乳化及表面活性平台的温拌技术，其余三种技术由于施工技术、经济技术指标以及使用条件等方面的约束，并不适宜在国内开展施工。

3 温拌混合料性能对比

在室内进行了温拌沥青SMA-13设计。为保证温拌沥青混合料试验的合理性，需要确定温拌改性沥青混合料各个加热环节的施工温度，如表2所示、矿粉的级配范围、最佳油石比以及配合比。从表2可以看出温拌技术可以降低沥青混合料30～40 ℃的施工温度。依据各类材料的筛分结果、级配范围的要求，采用画图法调配的三种设计矿料级配，相应的级配曲线如图1所示，根据粗集料干捣实间隙率VCADRC测试结果和初试级配的体积分析结果，最终确认只有级配C能同时满足所有的技术要求，故选定级配C作为矿料设计级配。

表2 温拌SMA-13混合料室内 试验各环节的温度范围

图1 SMA-13的级配范围及三种合成级配曲线

按级配C准备矿料，分别采用油石比5.7%、6.0%和6.3%，按照上述的温拌SMA-13的做法进行拌和，在室内制作马歇尔试件，测定试件的密度并进行马歇尔稳定度试验，试验结果见表3。根据表3结果可以发现本次设计最佳油石比可定为6.0%，空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度、粗集料骨架间隙率、马歇尔稳定度和流值均满足设计要求。

表3 不同油石比的温拌SMA-13 马歇尔试验结果

基于相同配合比的前提下，按表2所示的温度范围进行温拌SMA-13的室内试验，试验结果见表4。从表4结果可以看出温拌SMA-13所能达到的各项路面性能均在技术要求范围内，表明采用温拌技术制备的沥青混合料可以达到与热拌沥青混合料相近的路面性能。

表4 温拌SMA-13混合料室内试验结果

4 温拌沥青混合料隧道施工工艺的优化研究

采用表面活性乳化温拌浓缩液时，其工艺特点要求拌合站在现有的沥青生产线上添加一个浓缩液注入口。在进入拌合室之前将浓缩液与水就要通过机械发泡系统一同注入沥青混合料线中。

通过与拌合锅的沥青(集料)添加电信号创建关系，将温拌添加剂和沥青同时洒布到拌和设备内。确保温拌液添加剂洒布到沥青喷洒液面上，并能够充分混合，可阻止其接触石料。并且自动配合拌合楼的拌和循环作业，实现对拌合锅充分、精确、稳定地添加温拌添加剂。

采用表面活性乳化液技术、应用温拌工艺，在SMA-13和HMAC-13的相同配合比的基础上，再额外添加相当于沥青质量7.5%的温拌剂进行拌和试验。拌和结果显示两类混合料在145 ℃时的裹覆状况良好，拌和均匀无离析。对温拌混合料进行车辙试验、浸水马歇尔试验、浸水劈裂试验、以及低温小梁弯曲试验，测试结果相对于热拌沥青混合料的性能几乎无区别。以上结果表明采用温拌工艺、表面活性乳化温拌浓缩液SMA-13和HMAC-13混合料完全可以满足相应的技术要求，在降低了拌和温度下仍然保持良好的拌和性，混合料均匀无离析，石料表面沥青裹覆完整。

5 隧道温拌沥青混合料能耗研究

隧道温拌沥青混合料除了添加温拌剂环节外，在材料组成和生产工艺上与之对应的热拌沥青混合料基本一致，其节能减排主要体现在混合料拌和生产的环节，本文为了对比分析热拌技术与温拌技术的节能减排情况，对拌和生产的环节的平均燃油消耗量、能耗、二氧化碳当量进行了分析和计算。结果如表5所示。

表5 生产单位吨数沥青混合料的 能耗及碳排放当量

由表5结果可知，温拌HMAC-13沥青混合料的平均耗油量比热拌HMAC-13沥青混合料的平均耗油量减少了26.2%，能耗降低了26.2%，二氧化碳排放量减少了25.7%。温拌SMA-13沥青混合料的平均耗油量比热拌SMA-13沥青混合料的平均耗油量减少了28.8%，能耗降低了28.8%，二氧化碳排放量减少了28.7%。以上结果表明温拌沥青混凝土能有效降低能源消耗，减少二氧化碳排放量，实现了保护环境节约成本的良好效果，基于以上优点，在隧道铺装中更适合应用温拌技术。从上表亦可看出温拌HMAC-13沥青混合料的平均耗油量比拌和温拌SMA-13沥青混合料的平均耗油量减少了2.69%，能耗降低了2.67%，二氧化碳排放量减少了2.40%。表明温拌HMAC-13的应用效果更好。

对隧道温拌沥青混凝土的节能减排量进行计算，计算结果如表6所示。从表6可知采用温拌沥青混合料所节约的燃油量3 071 kg，节约能量127 400 mJ，节约4.351 tce标准煤，减排二氧化碳8.606 t，有利于节约能源，保护自然生态环境。

表6 快速路隧道温拌铺装的节能减排量计算

综上所述，在道路建设中采用温拌沥青混合料不仅可以降低施工成本，而且还可以保护自然环境，可以促进社会与自然的和谐发展，进而促进经济发展，因此温拌沥青混合料具有十分广阔的应用前景。

6 结 论

(1)温拌沥青混合料在降低施工温度的前提下，仍能具有与之对应的热拌沥青混合料相近的各项物理性能。因此随着温拌技术的研究发展，隧道路面结构采用温拌沥青混合料将会成为隧道路面铺装的主流技术。

(2)与热拌沥青混合料相比，采用温拌沥青混合料在减少有害气体、烟尘的排放，降低施工成本，改善施工环境，减少能源消耗，保护环境等方面具有较大的优势。

(3)温拌沥青混合料是一种节能环保类型的材料，在国外应用较早也较为广泛。目前随着国内日益严格的环境保护要求以及较高的施工成本，因此温拌沥青混合料在我国将会具有广阔的发展应用前景。