1、1,隧道路面应用技术讲座,杨群 副教授、博导 手机：13818716179 EMAIL: 同济大学交通运输工程学院 2011年8月,讲座内容,隧道工作环境与状况 防滑降噪路面技术 阻燃沥青路面技术 温拌沥青技术,3,第一部分：隧道工作环境、状况,4,隧道工作环境与路面状况调查,对贵州、云南、四川、重庆、青海、西宁的15条具有代表性的隧道进行了调研，调研内容有： 公路隧道路面结构组合形式、应用的材料、采用的设计方法和参数； 隧道路面的工作环境、表面性能、病害以及排水系统； 公路路面的常用结构组合类型、结构分析方法、构造设计、铺装材料类型、以及施工技术要求。,5,调研隧道一览表,6,隧道路面工作环
2、境与现有隧道路面应用状况调研,7,隧道路面工作环境与现有隧道路面应用状况调研,8,隧道路面工作环境与现有隧道路面应用状况调研,9,隧道路面工作环境与现有隧道路面应用状况调研,10,隧道路面现场调研,隧道路面结构与材料的研究,环境调查,温度调查,11,隧道路面现场调研,环境调查,湿度调查,注：图中横坐标按顺序表示隧道入口处、1/4处、1/2处、3/4处、出口处以及隧道外50米处共六个位置,12,隧道路面现场调研,隧道路面结构与材料的研究,环境调查,噪声调查,13,隧道路面现场调研,隧道路面结构与材料的研究,环境调查,照度调查,主要特点有两个：一是隧道内整体亮度的不足，二是进出口段（尤其是进口段）
3、过快的亮度变化率。,14,隧道路面现场调研,隧道路面结构与材料的研究,环境调查,烟尘调查,隧道内的粉尘和一氧化碳含量普遍高于隧道外面，在隧道内部烟尘消散持续时间长， 且浓度离地面越近越高。,15,隧道路面现场调研,表面特性调查,隧道内部的水泥混凝土路面50为差等级，最好等级为中，且只有25为中；而隧道外部只有一个（12.5）等级为差，60评定等级为中，最好评定等级为良。,16,隧道路面现场调研,隧道路面结构与材料的研究,路面病害调查,（1）隧道路面的结构性损坏轻微，严重的结构性损坏，像整块板的断裂，在调查的几条水泥路面中较少发生；（2）水泥混凝土面层的竖向位移较小，沉陷轻微，错台、碎裂和拱起现
4、象基本没有出现。（3）隧道内部路面的非结构性损坏严重，各种损坏类型都有出现，其中剥落、磨光和接缝材料损坏尤其严重。,17,图中梁山隧道横向裂缝,18,19,20,中梁山隧道磨损和露骨,21,隧道路面现场调研,隧道路面结构与材料的研究,排水系统调查,隧道路面内的水来自三个方面：拱顶、拱壁的滴水和渗水；雨水沿道路纵坡流入；地下水上涌。,隧道路面一旦遇水，将长期处于水的侵蚀状态。,新修建的隧道路面不易遭受水损害。,22,隧道路面主要存在问题,路面湿滑 噪音大 亮度低 出入口车辆变速 施工问题 安全问题,23,隧道路面设计原则,路面表面抗滑性能 降噪路面 路面阻燃 施工温度降低 耐久性，便于养护,24
5、,第二部分：防滑降噪路面技术,25,多孔沥青混凝土（OGFC）,国内外应用状况 OGFC的特点 OGFC的材料要求和设计方法 OGFC施工,26,国内外应用状况,美国1950年代开始研究应用 1973年FHWA采用补贴方式推广应用 1999年提出新一代OGFC混合料设计方法 欧洲各国、日本等推广应用 德国充分利用其降噪性能（2-4dB） 国内铺筑部分试验段，缺少推广 适用于大交通量，寿命可超过7年,27,OGFC的特点,空隙率大，超过15 抗滑能力强，构造深度高 雨天行车安全 低噪音,28,夜晚行车防眩,高速公路、雨天安全,29,居民区降噪,30,隧道路面结构与材料的研究,降噪性能,吸声系数试
6、验,路面理论吸声量,31,OGFC材料要求和设计方法,原材料 沥青：高粘度（通过SBS改性、橡胶改性、天然沥青改性等手段实现） 纤维：采用木质素纤维，增强混合料的持油能力，提高耐久性 级配：采用断级配,32,级配需要根据具体的原材料指标进行设计和调整，目前国内的OGFC级配偏细,33,OGFC材料要求和设计方法,设计方法,（1）最佳沥青用量 （2）性能检测（规范要求） （3）确定最终级配和沥青用量,34,OGFC施工,纤维投料口,施工准备,35,OGFC施工,比常规摊铺温度提高15左右,紧跟碾压,胶轮终压,36,OGFC施工,结构与排水设计,降雨,OGFC,粘层,不透水结构层,透水性材料,防水
7、土工布,粘层,泻水孔,37,（1）多孔水泥混凝土 （2）露石水泥混凝土 （3）水泥混凝土路面表面处理表面打毛表面刻槽,隧道内防滑降噪水泥路面技术,38,多孔水泥混凝土,（1）参照国内外相关的研究资料，对于重交通，多孔混凝土的设计弯拉强度可选定为4.04.5MPa，对于轻交通可选定为3.04.0MPa。其他力学指标，在多孔混凝土的孔隙率达到2530时仍能实现相当高的承载力。抗压强度选定为1525MPa，劈裂强度为2.22.6MPa。（2）在多孔混凝土设计时，使用性能的效果可以用一个参数表征，即孔隙率。只要孔隙率在1525之间，多孔混凝土就能保证良好的排水、降噪和防滑效果。考虑到强度的要求，设计孔
8、隙率不宜大于25。,39,隧道路面结构与材料的研究,隧道多孔混凝土路用性能研究,施工工艺研究,双层试件,40,隧道路面结构与材料的研究,隧道多孔混凝土路用性能研究,施工工艺研究,多孔混凝土双层结构抗剪试验,41,隧道路面结构与材料的研究,隧道多孔混凝土路用性能研究,施工工艺研究,室内足尺试验,42,隧道路面结构与材料的研究,隧道多孔混凝土路用性能研究,施工工艺研究,室内足尺试验,WW法和DW法钻孔取芯试件,D-6-W钻芯孔,D-24-W钻芯孔,D-6-W和D-24-W钻芯试件对比,43,隧道路面结构与材料的研究,隧道多孔混凝土路用性能研究,施工工艺研究,室内足尺试验,钻孔取芯试件破坏图式,室内
9、足尺板钻孔取芯抗压强度,44,隧道多孔混凝土路用性能研究,湿接法施工工艺研究,（1）第一次立模，立模高度为设计路面的厚度。,（2）摊铺普通水泥混凝土，摊铺按一定松铺系数进行，使得普通混凝土在振捣后基本达到设计高度。 （3）人工振捣普通水泥混凝土，并人工整平普通水泥混凝土。 （4）根据当地气温，事前确定普通水泥混凝土的初凝时间。在下层普通水泥混凝土达到初凝时间后， 用自卸车将多孔材料运到现场。由于下层普通水泥混凝土尚未硬化，汽车不能直接开上去，因此只能采用横向布料形式。 （5）横向布料时，既可以分批堆放，再人工整平；也可以用勾机布料，初步整平。 （6）采用激振力大于1KN的平板振动夯，依次压实工
10、作面，每一点的压实遍数不小于4遍。 （7）收起三辊轴的排振，开动三辊轴，反复碾压工作面。人工随时布料，确保路面平整。 （8）在路面平整后，立即用地膜覆盖工作面，以防止多孔材料水分散失。 （9）在摊铺结束24小时后，用水罐车补水养生。待在混凝土成熟度达到要求时， 应立即锯缝，锯缝深度应超过多孔混凝土层。 （10）覆盖土工对路面进行进一步养生，及时洒水。,45,46,露石水泥混凝土,（1）露石混凝土已经在欧洲和美国得到了较多的应用（2）通常，露石混凝土路面采用两层施工，工艺为“湿湿“法。顶层的厚度一般在38-70mm之间，一般采用约30的细砂（粒径在0-1mm）和70的优质粗集料（磨光值超过50，
11、粒径在4-8mm）。（3）粗集料的颗粒粗细对降噪水平有较大的影响，所以应尽可能采用较细的粗集料。（4）同时粒径在1-4mm之间的集料应去除，否则会降低露石混凝土路面的降噪效果。,47,露石水泥混凝土施工工艺,（1）在喷洒露石剂并覆盖塑料膜养生约24h（2）当主体混凝土达到一定强度，刷洗掉经露石剂作用而表面未凝结的水泥砂浆，露出均匀分布的粗集料表面，就形成了露石混凝土路面。,48,露石水泥混凝土级配优选,（1）试件一为普通水泥混凝土的配合比，缓凝后试件表面纹理不明显。（2）试件二在冲刷后砂裸露太多，这种混凝土耐久性差。（3）试件三的表面裸石太多，不利于降噪。（4）试件九的裸石比例以及构造深度最佳
12、，为理想的裸石混凝土配合比。,49,抛丸打毛水泥路面,（1）喷丸是利用离心力将一定的钢丸喷到路表，利用冲击力在路表形成一定的纹理（2）随后用磁铁再将钢丸回收。（3）根据采用钢丸的大小，可以分为粗、细和混合，可以通过调节离心力大小达到改变纹理深度。,50,抛丸打毛施工工艺,用钢丸击打路表， 采用强磁回收钢丸； 人工二次回收钢丸； 鼓风机清扫路面。,51,刻槽水泥路面,横向随机刻槽,52,不同表面处理的降噪特性,53,不同路面环境噪声评价,猎豹越野车在不同车速下的关闭发动机，让和车辆滑动通过测量区域，声级计采用BK公司的产品，采用快档、A级计权。分别测试30/50/70/90km/h速度时的噪声等
13、级,由图看出： （1）沥青路面的CPB在各速度下远低于水泥混凝土路面； （2）在水泥混凝土路面中在30km/h时，轮胎滚动噪声几乎相同。 （3）随着车速的增加，斜向刻槽逐渐显示出较低的噪声水平，其次才是纵向刻槽。 （4）在高速行驶时，纵向和斜向噪声水平要低于横向刻槽23个分贝。,54,第三部分：阻燃沥青路面技术,55,阻燃沥青应用背景,隧道在公路建设中越来越多采用隧道安全,56,阻燃沥青应用背景,水泥混凝土路面的抗滑耐久性不足隧道起火急剧升温沥青混凝土在事故中易燃烧、释放毒气,57,阻燃沥青生产,阻燃剂种类生产方法采用剪切仪保证阻燃剂与沥青充分融合,58,阻燃沥青评价方法,评价方法 闪点 燃点
14、 氧指数,59,试样燃烧前加热温度越高，其持续燃烧时间越长需要指定一定的加热温度,试样加热温度的影响,氧指数技术标准研究,60,试样量的少量变化对燃烧时间影响不大,试样量的影响,氧指数技术标准研究,61,气流量对燃烧时间的影响非常显著需要指定一定量的气流量大小,总气流量的影响,氧指数技术标准研究,62,阻燃沥青试验条件和标准,氧指数技术标准研究,63,隧道路面结构与材料的研究,铺面燃烧性能对比,混合料燃烧对比试验,64,隧道路面结构与材料的研究,铺面燃烧性能对比,65,第四部分：沥青温拌技术,66,沥青温拌技术概念,温拌沥青技术，概括来说，是指施工温度介于热拌沥青混合料和常温拌合混合料之间的沥
15、青路面施工技术。 在同样原材料条件下，温拌拌合温度和压实温度一般比热拌低1060。 温拌技术的核心是，采用物理或化学手段，增加沥青混合料的施工操作性，同时，这些物理或化学添加剂不应对路面使用性能构成负面影响。,67,温拌技术发展,温拌技术起源于1995 年，是在能源紧缺、全球气候变暖的大背景下快速发展起来的路面材料新技术。 1997 年通过的京都议定书，要求在2010 年，温室气体的排放量比1990 年减少5.2%，欧盟是重要的缔约者，并承担了最大比例的排放消减任务。温拌沥青技术因此在欧洲发端并迅速进入应用阶段。 2002 年，美国沥青路面协会(NAPA)主席带队，对温拌技术在欧洲的应用进行了
16、考察。随后，在联邦公路管理局（FHWA）组织下，成立了有全美沥青技术中心（NCAT）、各州公路工作者协会（AASHTO）、NAPA 以及若干州运输部参加的温拌沥青技术工作小组。 2003 年，基于表面活性剂平台的Evotherm 技术开发成功。 2006 年10月，全美沥青技术中心完成了针对包括Evotherm 的主流温拌沥青技术的综合性应用研究工作，标志着温拌技术的成熟。 2006 年后，温拌技术应用步伐明显加快。截至2007 年12 月，已经在北京、上海、江苏、河南、辽宁、河北、四川、浙江8 个省区实施了20 个项目，成功应用于城市道路、高速公路和城市快速道路薄层铺装、低温季节和高海拔地区
17、施工、桥面超薄层、隧道路面等路面类型。,68,温拌混合料降温特性,69,沥青温拌技术类型,沥青发泡型。如在沥青混合料拌和过程中，添加Aspha-min合成沸石，使沥青胶结料产生泡沫效应，可在较低的温度下增加集料的覆盖率，有益于集料拌和。 胶结料降粘型。如WAM-Foam，它含有软、硬两种胶结料，在生产的不同阶段分别使用软结合料和硬结合料，用于调节胶结料的针入度，使沥青混合料在低温时具有一定的流动性，成型后性能又不受损失。 表面活性平台。使用表面具有活性的添加剂如Evotherm DAT添加剂，可实现在拌和、压实过程中的结合、分散，以达到低温施工的目的。,70,EVERSERM DAT技术特点,
18、DAT添加剂是美德维实伟克公司Evotherm温拌技术的第二代技术（第一代技术为基于乳化平台温拌技术）。 DAT添加剂为表面活性水溶液，呈棕色或橙色，主要包含三种化学成分： 改善沥青对石料裹附的成分； 形成润滑结构实现低温可压实性的成分； 改善沥青与石料粘附力的成分。,71,EVERSERM DAT应用发展,72,隧道路面应用温拌技术的必要性,隧道特别是长大隧道空间封闭，通风条件差，通风成本高。 在多数情况下，路面实施的时候还没有完成配电。 环境温度特别是下承层温度较低，热拌沥青混合料通常要保持相对较高的摊铺温度，在摊铺过程产生大量烟尘，同时施工环境温度急剧上升（12 月中旬实施隧道项目，热拌
19、施工时洞内温度比环境气温高近40 度，达到45，压路机和摊铺机位置的温度更高），施工工作环境极其恶劣。 在这种能见度差和环境条件极端的情况下，路面质量可想而知，路面压实度和平整度均显著劣于普通路面,73,隧道路面应用温拌技术的必要性,隧道封闭潮湿，有时下承层很难在施工前完全干燥。 较热的热拌混合料摊铺时，界面存留水分会迅速蒸发，带走大量的热量，造成混合料底部温度迅速下降，进一步造成底部混合料压实不足。 一旦形成界面存水条件，将很快产生水损坏。,74,温拌技术优势,温拌混合料的料温条件下，沥青胶结料物理和化学性质仍然非常稳定，沥青的氧化和挥发轻微，基本实现无烟操作，施工能见度提高。 同时，环境温
20、度比热拌显著下降。工人施工环境条件明显改善，施工质量势必显著提高； 温拌混合料的可压实时间显著延长，有利于整体施工质量的保证； 即使由于层间水分蒸发，混合料温度下降到蒸汽条件下，温拌沥青混合料仍然能够实现有效的压实，不会留下界面隐患,75,76,77,EVA现场拌和工艺,（1）现场沥青混合料拌和时，先加入矿料，干拌两秒后，沥青和矿粉同时喷入。（2）温拌浓缩液与沥青质量比为595，温拌浓缩液在沥青开始喷洒后延时2秒开始喷入，温拌浓缩液喷入时间控制在810秒以内。,（3）考虑到温拌浓缩液接触热混合料及沥青产生大量水蒸汽可能会影响矿料计量系统，事先打开拌和缸投料口，排泄水蒸气。,78,EVA现场拌和
21、工艺,温拌喷洒量采用供应商提供的数显控制系统,温拌浓缩液在时间、喷洒量上控制较准确。,79,温拌沥青混合料的施工温度,说明：此表所列温度为施工参考温度，允许根据现场温度情况做适当（5-10）调整，但混合料出料温度需满足表中要求。,要点： （1）温拌添加剂添加方式：通过专门的添加设备，在沥青喷入拌和锅后延时2-6s均匀喷入拌和锅。 （2）拌和楼控制室要逐盘打印沥青及各种矿料的用量和拌和温度。,80,温拌技术应用效果,温拌沥青混合料在运输过程中的保温性要明显优于热拌沥青混合料。 温拌沥青混合料在摊铺碾压过程中的温度保持能力要明显优于热拌沥青混合料，这对于延长有效压实时间，提高沥青路面施工质量特别有
22、利。温拌混合料从初压到终压完成整个碾压过程是32分钟左右，对应热拌完成整个碾压段时间在20分钟。,81,温拌沥青混合料减排性能,采用温拌技术后沥青混合料在拌和生产过程中所排放出的有害气体可大大降低。,拌和厂内混合料生产过程中有害气体的排放,82,在拌和楼出料温度150时，明显比热拌混合料减少大量烟雾，如下图。,83,采用温拌技术后沥青混合料在摊铺过程中所排放出的有害气体可大大降低 ，各类有害气体的排放量都下降 80%以上 。,混合料在施工过程中有害气体的排放,84,各种混合料加热所需柴油量（kg）,对于采用改性沥青混合料来讲，应用温拌技术，可以更好降低能耗，这对目前在高等级道路沥青面层采用改性沥青的形势下具有更为宽广的应用价值。,85,谢 谢 ！,
