溫拌瀝青技術在隧道施工中的應用

■李 杰

（福建省高速公路養護工程有限公司，福州 350011）

1 概述

近年來福建省高速公路隧道進行了大量的白改黑建設與隧道維護項目。其瀝青路面主要采用傳統的熱拌瀝青混合料（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，而且在生產和施工的過程中還會排放出大量的廢氣及粉塵。在空間狹小、相對封閉的隧道環境中，會嚴重影響施工人員的身體健康。溫拌瀝青作為一種新技術，在保持熱拌瀝青性能的前提下，具有節約能源，減少有害氣體排放的優勢，在隧道工程施工中具有很好的應用前景。

2 溫拌瀝青技術簡介

溫拌劑從形態上分為液態、固態兩種類型；液態溫拌劑一般是直接加入瀝青罐中使用，固態溫拌劑一般是在拌合樓拌料時噴入拌鍋中使用。從改性機理上可分為降粘、乳化、表面活性劑及礦物類四種。采用溫拌瀝青技術后，石料的加熱溫度、瀝青混合料的出料、壓實溫度均可以降低 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，使其技術性能達到或接近相同級配熱拌瀝青混合料的一種新型節能減排的瀝青混合料。溫拌瀝青主要采用以下四種方式達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生連續的微發泡反應，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（Foam WMA）：將軟質瀝青和硬質泡沫瀝青在拌合的兩個不同階段加入到混合料中，由于軟質瀝青和泡沫化的硬質瀝青都具有較低粘度從而實現。

（3）有機降粘劑法（Wax WMA）：將較低熔點的有機添加劑加到瀝青或瀝青混合料中，從而降低瀝青膠結料的粘度。

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

3 溫拌瀝青技術在隧道施工中應用

3.1 溫拌瀝青技術應用的必要性

福建省全省多為山地丘陵地帶，省內的高速公路中不但隧道數量多，而且長隧道所占比例大。早期隧道內的路面大都采用水泥混凝土結構，在通車運營多年后均或多或少地出現了摩擦系數下降、路面板塊破壞等病害。為改善隧道內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行“白改黑”以改善其通行能力。在此基礎上目前新建隧道路面在設計上大都采用了瀝青路面結構。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，在隧道內施工傳統的熱拌瀝青混合料存在以下難點：

（1）隧道空間封閉，新建隧道攤鋪作業時通風條件差，特別是施工進入隧道100m后，攤鋪作業產生的大量煙、熱無法及時排除，導致施工作業環境極其惡劣，設備故障率（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，造成隧道攤鋪項目難以實施有效的質量控制和管理，施工質量無法得到保證。

（2）隧道內封閉潮濕，施工時下承層往往難以完全干燥，熱拌混合料攤鋪時界面殘留水分會迅速揮發，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不足，形成界面存水條件，容易導致水損壞現象。

針對以上問題，綜合分析后采用瀝青溫拌瀝青技術來解決。考慮到工程實際，最終采用的是廈門華特生產的成品溫拌改性瀝青。

3.2 溫拌瀝青技術性能

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

（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形成結構性水膜，大幅度的提升溫拌混合料的碾壓效果，且在施工結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，不會對膠結料性能產生負面影響。

室內分別測試原樣改性瀝青與溫拌改性瀝青的性能指標，結果如表1所示。由此可見，溫拌改性瀝青的各項技術指標均滿足技術要求。

表1 瀝青的各項技術指標

3.3 溫拌瀝青混合料壓實溫度

不改變項目施工原有的設計級配AC-16C型瀝青混合料配合比，用溫拌改性瀝青替代常規改性瀝青，進行室內拌和、壓實及各項混合料技術性能的對比試驗，對溫拌瀝青混合料的應用效果做出評價，對其在施工中的效果做出預測，用于指導施工。溫拌瀝青混合料試驗除溫度不同外，其它條件均要求與傳統熱拌瀝青混合料相同。混合料的壓實采用Superpave旋轉壓實機進行瀝青混合料的壓實。單位壓力600kPa，外旋轉角1.25°，內旋轉角1.16°，旋轉壓實205次，試件成型前瀝青混合料均經過2h的短期老化，老化在相應的壓實溫度下進行。以壓實瀝青混合料試件的空隙率、G%=93%時的壓實次數及壓實能量指數CEI作為衡量混合料壓實特性的標準。所測得壓實瀝青混合料試件各項與壓實相關的技術指標如表2所示。

表2 各溫度條件下瀝青混合料的壓實特性

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溫度下瀝青混合料能取得較好的壓實效果，除125℃時溫拌瀝青混合料的壓實度、G%=93%的壓實次數以及壓實能量指數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勢，因此預計在工程中，可降低施工溫度達30℃，同時能取得較好的壓實效果，亦能在一定程度上降低壓實混合料所需的壓實功。同時根據表2，確認該溫拌改性瀝青的拌和溫度采用150℃、壓實溫度采用135℃。

3.4 溫拌瀝青混合料的路用性能

采用上述確認的拌和、壓實溫度成型溫拌AC-16C瀝青混合料；同時以拌和溫度180℃、成型溫度165℃成型同種熱拌瀝青混合料，并在同等條件下進行兩種混合料高溫性能、低溫性能及水穩定性能試驗，結果如表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，降低瀝青膠結料老化程度的同時使混合料獲得更好的壓實，因此使得混合料的高低溫性能與熱拌料無明顯差異；同時，溫拌瀝青的表面張力較低，利于瀝青膠結料與礦質集料的黏附，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定性。

3.5 溫拌瀝青混合料的工程應用

實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的陽離子表面活性類溫拌瀝青技術，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，提高了粘結料與石料的粘結力，同時大幅降低了混合料拌和、攤鋪、碾壓溫度等。現場的施工控制方案以不降低瀝青膠結料性能為前提，控制瀝青中氮氧化物的揮發溫度點，讓混合料能在較低的溫度下拌和、攤鋪、碾壓成型。以此來改善施工環境，降低施工中瀝青煙的排放，改善隧道內的施工作業的勞動強度，最大限度地保障作業者的健康，保證施工質量。

圖1 隧道內溫拌瀝青混合料攤鋪施工

圖2 隧道內溫拌瀝青混合料碾壓施工

圖1與圖2為施工現場照片。可以看出施工現場由于拌和及初始壓實溫度均較以往熱拌瀝青混合料施工同步降低30℃，據現場觀測，在該溫度下施工瀝青煙的排放明顯降低，隧道內施工環境明顯得以改善，根本性的解決隧道路面攤鋪作業問題，大幅度降低煙、熱排放，即使在沒有通風條件的情況下，也能有效地保障攤鋪作業的連續進行，通過采用溫拌技術，可以有效提高混合料的碾壓質量，壓實度、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險。

4 結語

溫拌瀝青混合料具有降低拌合溫度、節省能源、減少有害氣體排放的優點，特別適用于隧道冬季施工。同時室內試驗數據也表明溫拌瀝青混合料在降低拌合成型溫度的同時，混合料的路用性能達到且部分優于同類型普通瀝青混合料，具有較好的發展前景。隧道改建工程實踐表明，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，具有良好的經濟與社會效益。

[1]北京市溫拌瀝青混合料路面技術指南（2009）．北京：人民交通出版社.

[2]DB13T1014-2009,溫拌瀝青混合料施工技術指南.河北：河北省質量技術監督局.

[3]JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術規范[S]．北京：人民交通出版社.