长大隧道沥青混凝土阻燃、降粘、发光路面材料与结构研究

所属栏目：公路工程类论文
发布时间：2012-06-06 10:30:53 更新时间：2012-06-06 10:14:52

摘要：目前，公路隧道普遍采用水泥混凝土路面形式，它在隧道内潮湿的使用条件下易发生结构性破坏，路面耐久性和反光度相对较好，但其刚性路面沥青混凝土柔性路面相比行驶性能差异较大、抗滑性能衰减快、平整性差、灰尘大、行车噪音大等缺点不利于隧道内车辆高速、安全、舒适地行驶。因此，开发能适应隧道内特殊环境的沥青混凝土路面铺装技术极有必要。

关键词：隧道阻燃降粘发光路面

Stract：Currently, highway tunnels commonly used form of cement concrete pavement, wet it in the tunnel under the conditions prone to the use of structural damage, the road is relatively good durability and glare, but its rigid asphalt concrete pavement road flexible pavement performance difference compared to the more large, sliding performance decay fast, flat, poor, dusty, traffic noise and other drawbacks of vehicles inside the tunnel is not conducive to high-speed, safe, comfortable driving. Therefore, the development of specific environments within the tunnel can adapt to the asphalt concrete road pavement technology is very necessary.

Keywords：Tunnel;Prevent burning;Viscosity;Light-emitting surface

高等级公路隧道特殊的环境要求，对隧道内的路面铺装体系不仅在抗滑性能、耐久性、耐油性、阻燃性等物理力学“硬”性技术指标方面提出特殊要求，而且对照明适应性、噪音影响性、扬尘特性等诸多方面的运营“软”环境的适应性也提出了比较高的要求。

与水泥混凝土路面相比，沥青路面的抗滑性、平整性、吸音性等都比较优良，而且路面养护容易。然而，沥青路面也有一些不足之处，比如它的抗水损害能力差、耐油性差、亮度低、油侵蚀发生火灾后会产生大量浓烟、以及施工环境较差等。这些问题的存在长期以来一直束缚着它在隧道内的应用。近期突出对于长大隧道沥青路面的阻燃，降粘和安全反光等相关问题成为工程界讨论的热点。

1长大隧道沥青路面阻燃技术研究

欧洲大多数公路隧道采用沥青路面，日本大多数公路隧道采用水泥路面川，我国《公路隧道设计规范(JTJ 026-90 ) 》要求隧道路面采用水泥路面，新修订的《公路隧道设计规范(JTG D70-2004 ) 》规定:各级公路隧道路面可采用水泥混凝土路面;有条件时，可采用沥青混合料上面层与水泥混凝土下面层组成的复合式路面:必要时，可采用阻燃性良好的沥青路面类型。

沥青是一种易燃性材料，隧道内路面处于一个相对封闭的环境中，隧道内部封闭潮湿、通风条件差，倘若发生交通事故而引发火灾，将使沥青燃烧后释放的有害气体严重影响人的身体健康，甚至危及人员的生命安全。

随着隧道里程和交通量的不断增加，带有各种可燃物质(油、化工原料)的车辆通过隧道的数量和频率不断增长，火灾发生的频率也在不断增加。

近10年来，国内公路隧道的不断涌现和隧道交通量的增大以及运输物品的复杂化，增加了交通隧道的火灾隐患，引发了不少严重的火灾事故。隧道火灾不仅严重威胁着人们的生命财产安全，而且对交通设施、人类的生产活动造成巨大的影响。这些引起了人们对隧道安全性与火灾问题的极大关注。随着沥青混凝土路面在隧道建设中的广泛的应用，对隧道安全性和火灾问题的关注更是提到了一个全新的高度，但现阶段，对于沥青混凝土路面抵抗火灾能力方面的研究还不够充分，在隧道阻燃抗滑路面材料的研究与开发方面尚未取得突破性的进展，所以亟待开发一种具有阻燃抗滑性能的沥青混凝土路面。这对消除交通事故隐患，具有重要的现实意义。并且在我国大力推进西部大开发的政策施行之际，研究公路隧道火灾，对于保障社会主义现代化建设的顺利进行，保障交通事业的迅猛发展，保障人们群众的人身和财产安全方面都具有重大意义。

隧道发生火灾后具有如下特点:(1)升温速度快，火灾蔓延快。(2)隧道内通风散热不畅，导致火灾燃烧多半是缺氧燃烧，产生大量的烟雾，更加重了逃生的困难。(3)营救、疏散困难，扑灭难度大，损失大。

隧道内发生火灾后的温度(2-10分钟隧道顶板温度就达到1200℃左右)远远超过沥青的闪点和燃点(300℃-400℃左右)，一旦沥青燃烧起来，就会助长火灾的发展和蔓延。因此隧道内采用沥青路面，必须要求沥青路面本身不燃烧或者延迟燃烧，否则，就会留下巨大的安全隐患，可见阻燃沥青路面的研究具有重大的意义。

近5年来，阻燃沥青路面的研究和试验路铺筑取得了一些成果。阻燃沥青路面的研究主要有两大技术路线:一是以重庆公路研究所为代表，采取在沥青中添加如有机澳类等阻燃剂的阻燃沥青技术路线，铺筑的试验路以重庆渝合高速公路4km长的北磅隧道为代表;二是以同济大学为代表，采取燃油通过OGFC结构中的大孔隙逃逸达到阻燃沥青的技术路线，铺筑的试验路以贵州锅圈岩隧道为代表。

我国的阻燃沥青研究也开始于沥青油毡和沥青涂层的阻燃需求，也是采用外加阻燃剂的技术路线，大量采用的阻燃剂也是目前最有效的有机溴一锑协效体系、有机磷系、硼酸锌等。

现在绝大多数的阻燃沥青路面研究也都是将聚合物阻燃研究中成熟的阻燃剂和制备工艺直接应用到沥青路面中，通常是将阻燃剂直接在160℃左右高温情况下与沥青混合，制备成成品的阻燃沥青，然后与粗细集料、矿粉、纤维等进行拌和施工成沥青路面。只不过有的研究者是添加单一的阻燃剂，有的用复合阻燃剂或协效阻燃剂，有的再添加一些抑烟剂以缓解阻燃剂带来的生烟量增加的问题，有的再添加一些增粘剂以缓解阻燃剂对沥青针入度、软化点、延度等性能的影响。

从以上研究现状可以看出，阻燃剂的优缺点:

优点:在掺量相对较少的情况下阻燃效率高，极限氧指数都较高。而且都是采用目前最有效的卤一锑、卤一磷、磷一氮协效阻燃剂和硼酸锌类阻燃剂等，并将阻燃剂与热沥青混合制备成为成品改性沥青。

缺点: (1)毒性大。 (2)发烟量大。 (3)影响沥青和沥青混合料性能。 (4)热稳定性隐患。(5)价格贵。

2长大隧道沥青路面降粘技术研究

公路隧道沥青混凝土铺筑施工一般具有作业环境温度高、烟雾多、噪声大、能见度低和空气流通速度缓慢等特点，常见的危险、危害因素是有毒有害气体。隧道内空间狭小、通风不良，再加上作业现场高温沥青散发的气体和烟雾，以及汽车、摊铺机、压路机等各类机械设备排放的尾气不易散发，聚集在狭小的作业空间内，施工人员一旦超量吸入体内，将引起中毒事故。

为了保证公路隧道沥青混凝土铺筑过程中的施工安全，除了要严格控制施工工艺等方面措施，还可通过降低沥青粘度以降低拌和压实温度，改善施工环境避免大量的沥青烟的产生，改善工作环境，确保施工质量。降低沥青粘度可通过添加“降粘剂”达的预期效果， “降粘剂”在国内外都有生产，并且工艺及品质日趋成熟。

目前，国内对改性道路沥青的研究已有二十多年历史，取得了不少技术成果，并颁布了改性沥青路面施工技术规范。在改性道路沥青的应用方面也做了不少工作，现今生产所用的改性沥青一部分为国产，而大多数则采用国外进口成品改性沥青。就国内的应用研究现状来看，对改性沥青路用性能的优点有了比较深刻的认识，已经得到广泛认同。

但不管是国内自己生产还是国外进口的改性沥青，仍存在以下几个问题直接影响着改性沥青的推广应用：

(1)改性沥青施工温度较普通沥青提高10℃-20℃，在拌合、摊铺、碾压过程中增加了施工难度，从而增加了直接施工成本。并且，由于普通沥青施工温度已经很高，提高温度后致使沥青老化现象加剧;

(2)加工生产改性沥青需要专门的机械设备，导致增加使用难度，并提高了相应费用;

(3)进口改性沥青价格普遍较高，一般较普通沥青费用增加50%以上。

(4)不管是国内自己生产还是国外进口的改性沥青，一旦存放一定时间后，都存在离析或结团现象。

目前国际上降低沥青粘度通常采用以下几种技术途径:

(1)使用沥青降粘剂。使用降粘剂的目的是减小沥青结合料的高温乳度，但不降低其低温豁度，这样可降低沥青混合料的拌和温度，而又不影响其路用性能。

(2)沸石降粘技术。沸石是沸石族矿物的总称，呈架状结构，是火山熔岩形成的一种架状结构的铝硅酸盐矿物。目前已有关于应用沸石生产温拌沥青混合料的报道。

(3)泡沫沥青温拌技术。该技术首先采用软质沥青与石料拌和，拌和温度控制在110℃左右在第一阶段使软质沥青完全裹覆于石料表面;在第二阶段，硬质沥青以泡沫沥青的形式喷入并迅速拌和，由于沥青发泡后体积增加数倍且粘度明显降低，因此可在温度较低的条件(90～110℃)下拌和均匀。这种技术的关键在于必须选择合适的软、硬沥青种类以及二者的比例，以满足混合料相应的路用性能要求。

(4)乳化沥青温拌技术。乳化沥青的较低粘度使其有可能在较低温度下与石料拌和均匀，但是一般乳化沥青含有近一半的水分，在拌和过程中不仅将产生大量水蒸气，而且残留的水分也会影响沥青混合料的性能。我国与2005年铺筑了乳化沥青温拌混合料试验路段，效果较好。

3长大隧道沥青路面发光(反光)技术研究

作为管制和引导道路交通的生命线-道路交通标线，是以规定的线条、箭头、文字、立面标记、凸起路标或其它导向装置，规划于路面或其它设施上，用以疏导交通。它将道路的种种固定基础信息传达给车辆和行人，特别是对驾驶员尤为重要。

道路交通标线是交通安全设施的一个重要组成部分,是最有效的引导车辆规范行驶的方式之一,可显著降低交通事故,提高交通效率,所以公路一刻也离不开标线。道路交通标线是铺装于路面上的,易被磨损,须经常更新。我国近十年来的公路建设，尤其是高速公路建设的快速发展，使道路标线涂料得到了广泛的使用，但与发达国家相比，仍有一定的差距。

鉴于标线对于引导交通的特殊功效，德、法两国都非常重视标线的应用，各等级公路的标线涂装率很高。新制定的欧洲道路标线标准将标线分为I型和II型， I型标线为传统标线， II型标线指雨夜及潮湿环境下能反光的标线。I型标线表面为平滑型，在雨夜，路面上的积水淹没了标线，汽车大灯照到表面有水膜的标线时，司机就看不清标线。II型标线表面是凸凹不平的，凸起部分露出水面，因而雨夜能够部分反光。新标准对II型标线的雨天逆反射系数最低值要求为25mcd·lx-1·m-2，标线在干燥状态下的逆反射系数应不低于100mcd·lx-1·m-2。而且对标线也提出了防滑要求，防滑最低值为45 BPN。对标线的耐久性分为P0、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7等不同的等级，以适用不同的道路选用，常用的是P2、P4、P5、P6、P7。高等级道路选用P6、P7两种耐久性标线材料，在国道主干线上大量使用的是II型雨夜能反光的凸起型标线。

欧洲高速公路起步早，标线材料也发展较快，从早期的溶剂型标线涂料、热熔型标线涂料发展为双组分标线涂料、水性标线涂料、预成型标线带等多种材料。

(1)溶剂型标线涂料现多采用丙烯酸树脂制成，固体分含量较高，有机挥发溶剂的含量低于25%。

(2)热熔型标线涂料的使用在欧洲已有几十年的历史，并得到广泛使用，其最大特点是标线涂膜厚，夜间反光、使用寿命长;最大的缺点是施工时需加热，且工艺复杂，使用其间易粘染灰尘。

(3)双组分标线涂料在欧洲使用也有十多年的历史了，其主要特征是A、B两组分经混合后，通过化学反应固化，无需加热，在常温下就能施工。

(4)水性标线涂料在欧洲的使用历史较短，其市场占有率也较小，不同于北美洲大面积使用，水性标线涂料的主要特征是以水代替溶剂，有机挥发物含量(VOC)极低，属环保性产品。

(5)预成型标线带在德、法使用时间较长，它属于一种特殊的标线材料，在工厂制作成型，施工时直接粘贴在路面上，主要用于制作文字、箭头和临时性标线。因价格昂贵，用量较少。

上述五种材料，性能各异，用途有别。现欧洲热熔涂料占主导，但随着时间的推移，双组分标线涂料、水性标线涂料的用量将会越来越大，市场占有率会逐年提高。

从标线的使用功能上讲，欧洲各国对标线的反光亮度，尤其是雨夜反光越来越重视。欧洲现正大力推荐使用II型标线，即标线要求耐久、雨夜反光。为此各涂料厂家纷纷推出各种新型标线以满足其要求。主要有:在标线表面上撒布大颗粒玻璃珠直径在(1~2) mm;标线表面制成凹凸不平，其凹进部分能排水，凸起部分雨夜起反光作用;部分凸起成型的标线不仅能雨夜反光，而且具有振动功能。欧洲近几年提出的凸起结构型标线，是一种很好的标线新理念，其主要优点是用料省，雨夜能反光，且标线耐久性更高。在欧洲得到较大范围的使用，尤其在瑞士， 90%采用此种标线，所用的标线涂料为双组分，该材料已通过了德国联邦公路局的认证。

国内，热熔型道路反光标线涂料近年来已广泛用在交通工程中。该涂料具有热可塑性，必须加热熔融使用，加入玻璃微珠实现反光，也可称之为热塑性道路反光标线涂料或熔融型道路反光标线涂料。热熔反光型标线涂料划制的标线涂层厚度为1.5-2.5mm，这种标线具有良好的夜间反光性能，使用寿命较长，依交通流量大的公路建设对各类道路标线涂料的需求量估算和涂料本身的质量而定，一般使用期可达2-3年。热熔型涂料的施工需要特殊的加热设备。对旧标线重涂时，要先铲除较厚的旧涂层才能施涂。

目前，一级公路和高速公路基本上都采用热熔型反光涂料，一般划制一条厚度为1.5mm、宽度为150mm、长度为1m的实线标线，理论上需要热熔型涂料0.5kg。热熔型道路反光标线涂料的质量虽然在不断提高，但由于施工质量方面的原因，还存在令人不满之处。

主要问题：(1)涂料品种单一，无法合理选用，容易造成浪费;(2)反光玻璃微珠使用不当，使标线的反光效果不佳;(3)施工温度难以控制;(4)不重视标线的抗滑性能，使标线成为车辆打滑和侧滑等事故的隐患。

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