（交通运输规划与管理专业论文）长大隧道低温阻燃沥青混凝土及其应用研究.pdf

j-、， 独创性声明 i i i ii i it l ll t l lu li iu i 17 8 9 2 3 3 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 i 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 躲伽靳虢与p 纵吖， r_ l 摘硬 摘要 长大隧道沥青混凝土路面铺筑施工目前使用的是温度较高的热拌沥青混凝 土技术。长大公路隧道中摊铺常规热拌沥青路面对现场施工设备、人员以及沥青 路面质量都提出了严峻的挑战。高温沥青混合料在长大隧道相对封闭的空间内必 然释放、聚集大量的热量和有害气体。高温容易导致摊铺设备和碾压设备无法正 常工作，而沥青高温状态下所释放出的有害气体和辐射热又严重威胁着现场施工 人员的身体健康。因此，如果在不牺牲沥青路面长期路用性能的前提下，能采用 大幅低于常规热拌沥青混合料的摊铺温度和碾压温度进行隧道沥青路面的摊铺 和碾压，将大大改善长大隧道沥青路面的施工环境，对于构建以人为本的和谐社 会具有重要现实意义。 本文在试验研究的基础上，分别从沥青结合料在施工温度范围内的粘度、沥 青混合料压实成型过程中的压实能量指数唧密实曲线斜率幻、剪应力指标角 度解释了掺加低温添加剂的沥青混合料更容易压实的机理。热拌沥青混凝土在较 低温度下施工的机理是加入的添加剂能降低沥青结合料在一定温度范围内( 拌和 温度、摊铺温度或碾压温度范围) 的粘度，从而实现在低于热拌沥青混合料的拌 和温度、摊铺温度或者碾压温度下进行拌和、摊铺或碾压，这在一定程度上解决 了较低温度下沥青混凝土路面碾压不实的工程问题。掺加d a t 的沥青混合料的密 实曲线斜率k ，值比不掺力h d a t 沥青混合料的密实曲线斜率七，值大，即掺力n d a t 的 沥青混合料比不掺力n d a t 的沥青混合料在施工过程中更加容易压实。同样地，掺 力n d a t 的沥青混合料的压实能量指数c 日比不掺加d a t 沥青混合料的压实能量 指数锄l 、，也说明了掺加d a t 的沥青混合料比不掺加d a t 的沥青混合料在施工 阶段更加容易压实。 在压实机理研究的基础上，本文全面分析了目前常用的低温施工沥青混凝土 技术，对各种技术沥青混凝土的主要路用性能做了试验研究分析。得出低温施工 添加剂s a 、s w 、s z 的降粘效果与沥青品种或类型有关。s a 、s w 可以明显降低 试验所用基质沥青的粘度，s z 对基质沥青和s b s 改性沥青粘度的降低效果较差。 三种添加剂s a 、s w 和s z 可以明显降低橡胶沥青在较高温度和较低温度下粘度的 同时，均可以增加橡胶沥青的软化点，使对应橡胶沥青的高温性能得以改善。相 比之下，s z 可以更明显降低橡胶沥青在较低施工温度下的粘度，同时可以大幅 度提高橡胶沥青的软化点。在降粘方面，s a 掺量并不是越高越好，而是存在一 个经济掺量( 1 5 ) 即可达到降粘目的。尽管低温施工添加剂s a 、s w 对基质沥 青和s b s 改性沥青的降粘效果较s z 好，但s a 、s w 容易引起沥青混合料抗水损坏 性能的下降。s z 和d a t 几乎不会降低沥青混合料的抗水损坏性能。室内沥青结 合料的降粘试验和橡胶沥青混凝土低温施工模拟试验表明，橡胶沥青更适合于低 北京t 业人学博f j 学位论文 温施工，其适合的添加剂为s z 或d a t 。其中，s z 在大幅降低橡胶沥青粘度的同 时，可以大幅提高橡胶沥青混凝土的高温性能，这可以同时解决当前橡胶沥青混 凝土施工温度过高、试验检测或设计中橡胶沥青混凝土抗车辙性能差的问题。室 内试验和现场试验路表明d a t 低温施工技术可以适用于隧道环境施工。 同时，由于目前阻燃沥青和阻燃沥青混凝土阻燃性能的测试手段和评价方法 主要借鉴化工领域的测试方法和标准。沥青路面阻燃性能的评价还没有独立的标 准和试验规范，将目前的试验方法和标准应用到沥青混凝土路面阻燃性能的测试 和评价方面还存在一定的问题，甚至有些方法根本不适用于阻燃沥青或阻燃沥青 混凝土阻燃性能的测试和评价。对于沥青混凝土路面使用的沥青和沥青混合料来 说，制定出相应的试验规范和标准，为沥青混凝土路面阻燃性能的评价提供必要 的检测评价方法，在公路建设飞速发展的今天具有重要的现实意义。所以，本文 接着通过其他行业现有阻燃测试评价方法和标准在沥青方面的应用分析，得出塑 料、橡胶和纺织品三种燃烧性能测试标准不适用于沥青燃烧性能的测试，主要是 因为现有测试标准在试样尺寸和点火时间上存在较大的差异。通过试验测试分 析，提出了沥青阻燃( 或燃烧) 性能测试方法及其试样的尺寸、点火时间、放置 时间要求，沥青阻燃试验的沥青试样尺寸宜取8 0 m m x 7 m m x 4 m m 或 摘要 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，h o ta s p h a l tm i x t u r ei su s e dt oa s p h a l tp a v e m e n tc o n s t r u c t i o no ft h el o n g h i g h w a yt u n n e lu n d e rh i g ht e m p e r a t u r ec o n d i t i o n s 啦sh a sr a i s e das e r i o u sc h a l l e n g e t oo n s i t ec o n s t r u c t i o ne q u i p m e n t s ，p e r s o n n e la n dt h eq u a l i t yo fa s p h a l tp a v e m e n t h i g l l 一t e m p e r a t u r ea s p h a l tm i x t u r ei sb o u n dt or e l e a s eal o to fh e a ta n dh a r m f u lg a s e s w i t h i nas h o r tt i m ew h i c hg a t h e ri nt h er e l a t i v e l yc l o s e dt u n n e ls p a c e h i g h t e m p e r a t u r ee a s i l yl e a d st ow r o n gw o r ko fp a v i n go rr o l l i n ge q u i p m e n t s 吼l et h e r e l e a s eo fh a r m f u lg a s e sa n dr a d i a n th e a tf r o mt h eh o ta s p h a l tm i x t u r eu n d e rh i g h t e m p e r a t u r ec o n d i t i o ni sa l s oas e r i o i l st h r e a tt ot h eh e a l t ho fc o n s t r u c t i o nw o r k e r s o n s i t e t h e r e f o r e i ft h el o n gh i g h w a yt u n n e la s p h a l tp a v e m e n tc a nb ec o n s t r u c t e da t l o w e rt h a np a v i n ga n dr o l l i n gt e m p e r a t u r eo fc o n v e n t i o n a lh o t m i xa s p h a l tw i t h o u t l o s i n gt h el o n g t e r mp a v e m e n tp e r f o r m a n c e ，i tw i l lg r e a t l yi m p r o v et h ec o n s t r u c t i o n e n v i r o n m e n to fl o n gh i g h w a yt u n n e la s p h a l tp a v e m e n t ，a n dt h e r ew i l lb ei m p o r t a n t p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o rb u i l d i n gap e o p l e c e n t e r e dh a r m o n i o u ss o c i e t y t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t a ls t u d y ，t h i sp a p e re x p l a i n st h em o r ee a s i l yc o m p a c t e d m e c h a n i s mo fh o ta s p h a l tm i x t u r ew i t hl o w t e m p e r a t u r ea d d i t i v ef r o mt h es t a n d p o i n t o fa s p h a l tb i n d e rv i s c o s i t yw i t h i nt h et e m p e r a t u r er a n g eo fc o n s t r u c t i o na n di nt e r m s o fc o m p a c t i o ne n e r g yi n d e xc e i ，d e n s i f i c a t i o nc u r v es l o p ek l ，a n ds h e a rs t r e s s i n d i c a t o r sd u r i n gt h ec o m p a c t e dp r o c e s so fa s p h a l tm i x t u r e t h em e c h a n i s mo ft h e h o t m i xa s p h a l tm i x t u r ec o n s t r u c t i o na tl o wt e m p e r a t u r e si st h ea d d i t i v e s w h i c hc a n r e d u c et h ev i s c o s i t yo fa s p h a l tb i n d e ra tac e r t a i nt e m p e r a t u r er a n g e ( m i x i n g t e m p e r a t u r e ，p a v i n gt e m p e r a t u r eo rr o l l i n gt e m p e r a t u r e ) ，t h u sa c h i e v i n gm i x i n gb e l o w t h ec o n v e n t i o n a l m i x i n gt e m p e r a t u r e ，p a v i n g b e l o wt h ec o n v e n t i o n a l p a v i n g t e m p e r a t u r eo rr o l l i n gb e l o wt h ec o n v e n t i o n a lr o l l i n gt e m p e r a t u r e t os o m ee x t e n t ， t 1 1 a ts o l v e st h ee f f e c t i v ec o m p a c t i o no fh o t m i xa s p h a l tm i x t u r eu n d e rl o wt e m p e r a t u r e c o n d i t i o n t h ec o m p a c t i o nc u r v es l o p ek 1v a l u e so fa s p h a l tm i x t u r ew i t l ld a ti s l a r g e rt h a nw i t h o u td a t n a m e l y a s p h a l tm i x t u r ew i t hd a ti s m o r ee a s i l y c o m p a c t e dt h a nw i t h o u td a td u r i n gc o n s t r u c t i o n s i m i l a r l y ，t h ec o m p a c t i o ne n e r g y i n d e xc e lo fa s p h a l tm i x t u r ew i t i ld a ti ss m a l l e rt h a nw i t h o u td a t 1 1 ：l i sa l s os h o w s t h a ta s p h a l tm i x t u r ew i t hd a ti sm o r ee a s i l yc o m p a c t e dt h a nw i t h o u td a td u r i n g c o n s t r u c t i o n b a s e do n ac o m p r e h e n s i v e c o m p a c t e dm e c h a n i s ma n a l y s i s o ft h ec u r r e n t l o w t e m p e r a t u r ec o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yo fa s p h a l tm i x t u r e t h em a i np a v e m e n t p e r f o r m a n c eo fe a c ha s p h a l tm i x t u r ei nl o w - t e m p e r a t u r ec o n s t r u c t i o nc o n d i t i o n si s t e s t e da n dd i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h ec o n c l u s i o n sa r eo b t a i n e d ：v a r i e t yo rt y p eo f a s p h a l th a sag r e a ti m p a c to ne f f e c t i v e n e s so fv i s c o s i t yr e d u c t i o no fl o w - t e m p e r a t u r e c o n s t r u c t i o na d d i t i v e ss a ，s w ，s z s a ，s wc a ns i g n i f i c a n t l yr e d u c ev i s c o s i t yo ft h e b a s ea s p h a l tu s e di nt h et e s t s zs h o w sl e s se f f e c t i v e n e s so ft h ev i s c o s i t yr e d u c t i o nt o t h eb a s ea s p h a l ta n ds b sm o d i f i e da s p h a l tu s e di nt h et e s t t h r e ek i n d so fa d d i t i v e s ， s a ，s w ，a n ds zc a nn o to n l ys i g n i f i c a n t l yr e d u c et h ev i s c o s i t yo fr u b b e ra s p h a l ta t i i i 北京t 业大学博i j 学位论文 h i 曲o rl o wt e m p e r a t u r e ，b u ta l s oi n c r e a s et h es o f t e n i n gp o m o fa s p h a l tr u b b e r , s o t h a tt h eh i g h - t e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c eo fa s p h a l tr u b b e rc a nb ei m p r o v e d i nc o n t r a s t s zc a nb em o r es i g n i f i c a n t l yr e d u c e dt h ev i s c o s i t yo fr u b b e ra s p h a l ta tal o w e r c o n s t r u c t i o nt e m p e r a t u r ea n dg r e a t l yi n c r e a s et h es o f t e n i n gp o i n to fa s p h a l tr u b b e r t h e r ei sa ne c o n o m i cd o s a g e ( 1 5 ) o fs af o rt h ep u r p o s eo fr e d u c i n gv i s c o s i t y d e s p i t et h el o w t e m p e r a t u r ec o n s t r u c t i o na d d i t i v e ss a s wh a sb e t t e rv i s c o s i t y r e d u c i n ge f f e c to nt h eb a s ea s p h a l ta n ds b sm o d i f i e da s p h a l tt h a ns z ，b u ts a ，s w e a s i l yl e a dt oa n t i w a t e rd a m a g ep e r f o r m a n c ed e g r a d a t i o no fa s p h a l tm i x t u r e s za n d t h ed a ti sa l m o s tn o tr e d u c et h ew a t e rr e s i s t a n c ed a m a g ep e r f o r m a n c eo fa s p h a l t m i x t u r e i n d o o ra s p h a l tb i n d e rt e s t so fr e d u c i n gv i s c o s i t ya n dt h el o w - t e m p e r a t u r e c o n s t r u c t i o ns i m u l a t i o no fr u b b e ra s p h a l tm i x t u r es h o w e dt h a tr u b b e ra s p h a l ti sm o r e s u i t a b l ef o rl o wt e m p e r a t u r ec o n s t r u c t i o n i t sa p p r o p r i a t ea d d i t i v e si ss za n dd a t s zg i v e sas i g n i f i c a n tr e d u c t i o ni nt h ev i s c o s i t yo fr u b b e ra s p h a l t ，a tt h es a m et i m e s zc a ns i g n i f i c a n t l yi m p r o v eh i g ht e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c eo fr u b b e ra s p h a l tm i x t u r e ， w h i c hc a ns i m u l t a n e o u s l ys o l v et h ee n g i n e e r i n gp r o b l e m so ft o oh i g hc o n s t r u c t i o n t e m p e r a t u r e ，a n dp o o ra n t i r u t t i n gp e r f o r m a n c eo fr u b b e ra s p h a l tm i x t u r e l a b o r a t o r y a n df i e l dt e s t sa l s os h o wt h a td a tc a nb ea p p l i e dt op a v e m e n tc o n s t r u c t i o no ft h e t h a n e le n v i r o n m e n t a tt h es a l t l et i m e ，b e c a u s et h e r ew e r en oi n d e p e n d e n ts t a n d a r d sa n dt e s t s p e c i f i c a t i o n sf o rt h ee v a l u a t i o no ff l a m e r e t a r d a n tp r o p e r t i e so fa s p h a l tp a v e m e n ta t p r e s e n t ，t h et e s t i n ga n de v a l u a t i n gm e t h o d sa p p l i e dt of i r e r e t a r d a n tp r o p e r t i e so f f i r e r e t a r d a n t a s p h a l ta n df i r e r e t a r d a n ta s p h a l tm i x t u r em a i n l yu s et h et e s t i n g m e t h o d sa n ds t a n d a r d si nc h e m i c a la r e a sf o rr e f e r e n c e w h i c ht h e r ea r es t i l ls o m e p r o b l e m s ，a n de v e ns o m em e t h o d sd o e sn o ta p p l yt ot h e m s o ，t h e r ew i l lb ev e r y i m p o r t a n ta n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ei nt h er a p i dd e v e l o p m e n to fh i g h w a yc o n s t r u c t i o n t o d a yt od e v e l o pt h ec o r r e s p o n d i n gt e s tn o r m sa n ds t a n d a r d sf o rf l a m e r e t a r d a n t p r o p e r t i e so fa s p h a l ta n da s p h a l tm i x t u r e ，a n dt op r o v i d et h en e c e s s a r ye v a l u a t i o na n d t e s tm e t h o d sf o rc o m b u s t i o np r o p e r t i e so ff l a m e r e t a r d a n ta s p h a l ta n df l a m e r e t a r d a n t a s p h a l tm i x t u r e t h r o u g ht h ea p p l i c a t i o na n a l y s i so fe x i s t i n gf l a m er e t a r d a n c yt e s ta n d e v a l u a t i o nm e t h o d so rs t a n d a r d so fo t h e rd e p a r t m e n t si nt h i sp a p e r ，t h ec o n c l u s i o ni s d r a w nt h a tt h r e ek i n d so fc o m b u s t i o np e r f o r m a n c et e s ts t a n d a r d sr e s p e c t i v e l yf o r p l a s t i c s ，r u b b e ra n dt e x t i l e sd o e sn o ta p p l yt oa s p h a l tc o m b u s t i o np e r f o r m a n c et e s t ， m a i n l yb e c a u s et h e r ei sab i gd i f f e r e n c ei nt h es a m p l es i z ea n dt h ei g n i t i o nt i m e a c c o r d i n gt ot h ec u r r e n tt e s t i n gs t a n d a r d s m u g ht h ee x p e r i m e n ta n da n a l y s i s s a m p l es i z e ，i g n i t i o nt i m e ，s t o r a g e ( o rp l a c i n g ) t i m ea n dt e s tm e t h o d so fa s p h a l t f l a m er e t a r d a n c y ( o rc o m b u s t i o n ) p e r f o r m a n c ea r ep r o p o s e d t e s t i n gs a m p l es i z eo f f l a m e - r e t a r d a n ta s p h a l ts h o u l db e8 0 m m x 7 m m x 4 m mo r8 0 m m x 6 m m x 4 m m a n d i g n i t i o nt i m eo fa s p h a l ts p e c i m e ns h o u l db em o r et h a n3 0 s r e c o m m e n d e d4 0 s t h e n a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t so ft u n n e lf i r e r e t a r d a n ta n dl o w - t e m p e r a t u r e a s p h a l tm i x t u r e ，t h ei m p a c to fa d d i t i v e ss a ，s w ：s z ，d a to nc o m b u s t i o np r o p e r t i e s o ff l a m e r e t a r d a n ta s p h a l ta n df l a m e r e t a r d a n ta s p h a l tm i x t u r ea r et e s t e da n da n a l y z e d a n dt h o s ea s p h a l to ra s p h a l tm i x t u r ea d d i t i v e sf o rl o w - t e m p e r a t u r ec o n s t r u c t i o nh a v e n on o n n e g a t i v ei m p a c to nc o m b u s t i o np r o p e r t i e so fa s p h a l ta n da s p h a l tm i x t u r e w i t h o u tc h a n g i n gt h ec o m b u s t i o np r o p e r t i e so fa s p h a l t ，s a ，s w , s za n dd a rc a n i v 摘要 曼皇曼量曼蔓曼蔓曼皇曼曼曼舅! 曼! i _ 二- i _ i 一i i | 舅曼! 曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼兰笪! ! ! 曼! 曼曼! 曼曼曼! 曼曼曼皇皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼 e f r e c t i v e l yr e d u c et h ev i s c o s i t yo fa s p h a l t s ；t h i si sc o n d u c t i v et oa p p l i c a t i o ni 1 1t h e t u l r l e lp a v e m e n tc o n s t r u c t i o n s b e c a u s es aa n ds w e a s i l yl c a dt oa n t i w a t e rd a m a g e p e r f o r m a n c ed e g r a d a t i o no fa s p h a l tm i x t u r e ，t h ea n t i w a t e rd a m a g ep e r f o r m a n c eo f a s p h a l tm i x t u r ew i t l ls a o rs ws h o u l db ee x a m i n e db e f o r ei ti su s e d f i n a l l y , c o m b u s t i o nt e s t ss h o wt h a tt h en o r m a lc o n t e n to fs l a gi na s p h a l tm i x t u r e w i l ls u b s t a n t i a l l ya f f e c tt h ec o m b u s t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fa s p h a l t o x y g e ni n d e xo f a s p h a l tc e m e n tb ya d d i n gs l a gm a yb em o r et h a n2 5 ，r e a c h i n gf l a m e r e t a r d a n te f f e c t o fg e n e r a lf l a m e - r e t a r d a n ta s p h a l tp r o d u c t si nt h em a r k e t s o ，w es h o u l dg i v ean e w i n s i g h ti n t ot h ef l a m e r e t a r d a n ts t a n d a r d so fa s p h a l t k e yw o r d s ：p a v e m e n t ；t u n n e l ；a s p h a l t ；l o wt e m p e r a t u r ec o n s t r u c t i o n ；f l a m er e t a r d a n t ； t e s t i n g ；s t a n d a r d s ；m e c h a n i s m v 采用水泥混凝土路面，我国公路隧道设计规范( j t j 0 2 6 _ - 9 0 ) 要求隧道路面 采用水泥路面，新修订的公路隧道设计规范( j t gd 7 0 - - 2 0 0 4 ) 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和水 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。 长期以来，我国隧道路面铺装材料主要采用水泥混凝土。水泥混凝土路面与 其它类型路面相比，水泥混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐久性好、有利于 夜间行车等优点。但是，它的缺点也尤为突出，主要有以下几个方面： ( 1 ) 对水泥和水的需要量大，修筑0 2 m 厚、7 m 宽度混凝土路面，每1 0 0 0 m 要耗费水泥约4 0 0 - 5 0 0 t 、水约2 5 0 t ，尚不包括养生用的水在内，这给水泥供应不 足和缺水地区带来较大的困难。 ( 2 ) 有接缝，一般混凝土路面要建造许多接缝，这些接缝不但增加施工和 养护的复杂性，而且容易引起行车跳动，影响行车的舒适性，接缝又是水泥混凝 土路面的薄弱环节，经常出现渗水或荷载在接缝两侧不一致，导致路面板边和板 角处破坏。 ( 3 ) 开放交通较迟，一般混凝土路面完工后，要经过2 8 天的潮湿养生，才 能开放交通，如需提早开放交通，则需采取特殊措施，常常增加造价且面板性能 也常常受到影响。 ( 4 ) 修复困难，混凝土路面损坏后，开挖很困难，修补工作量也大，且对 影响交通非常大。 而与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐 磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点，因而 获得了越来越广泛的应用。8 0 年代中期，以京津塘高速公路建设为契机，我国开 始进入了高等级公路建设的新时期。其中已建成或在建的高速公路中，9 0 以上 采用沥青混凝土路面，隧道路面也越来越多的采用沥青路面形式。 出于行车舒适、便于维修养护原因，近几年来，重庆、四川等地区修建的长 大公路隧道均采用了沥青混凝土面层铺筑形式。但是，长大隧道沥青混凝土道面 铺筑施工目前使用的还是温度较高的热拌沥青混凝土技术。热拌沥青混合料路面 北京丁q k _ 人学t 学博 j 学位论文 经过长期发展，其应用水平日臻成熟，应用效果也是有目共睹。随着大家认识水 平的不断提高，热拌沥青混合料在拌制、运输以及摊铺的过程中出现的热老化、 有害气体排放以及过多能耗等问题，逐步为各国的科技工作者所关注。 而冷拌沥青混合料尽管在环保、能耗等方面有一定优势，但由于总体上其路 用性能与热拌沥青混合料相比还有较大差距，因此只能用于沥青路面的修补、低 交通量路面、中重交通量路面的下面层和基层。鉴于此，如何保留热拌沥青混合 料性能良好的特点并克服其存在的问题，或从另外一个角度说，如何在保留冷拌 沥青混合料环保方面优势的同时克服其性能尚有差距的不足，这成为科研人员努 力的方向。 ( 特) 长隧道沥青混凝土路面铺筑施工目前使用的是温度较高的热拌沥青混 凝土技术。( 特) 长公路隧道中摊铺常规热拌沥青路面对现场施工设备、人员以 及沥青路面质量都提出了严峻的挑战。高温沥青混合料短时间内在长大隧道相对 封闭的空间内必然释放和聚集大量的热量和有害气体。高温容易导致摊铺设备和 碾压设备无法正常工作，而沥青高温状态下所释放出的有害气体和辐射热又严重 威胁着现场施工人员的身体健康。因此，如果在不牺牲沥青路面长期路用性能的 前提下，能采用大幅低于常规热拌沥青混合料的摊铺温度和碾压温度进行隧道沥 青路面的摊铺和碾压，将大大改善长大隧道沥青路面的施工环境，对于构建以人 为本的和谐社会具有重要现实意义。 同时，有试验表明，等量的燃油燃烧时在水泥混凝土路面上的火焰高度约为 0 3 m m ，而在沥青路面上的高度为2 5 - 3 m m 。所以，随之而来的沥青混凝土隧道 路面的防火安全问题也摆在人们面前。由于沥青是易燃材料，再加上隧道内部通 风条件很差，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，甚至危及人的生命。由于公路隧道向长大化方向发展，以 及行车速度和密度的加大，使得车辆在隧道中的故障和相互撞击、货物的自燃等 各种原因造成的隧道火灾事故的危险性呈上升趋势。交通隧道中的火灾是一个国 际性难题。在世界上许多国家均发生过非常严重的隧道火灾事故。如1 9 4 9 年美国 霍兰公路火灾，1 9 7 7 年上海打浦路越江隧道火灾，1 9 7 9 年日本造贺公路隧道火灾 和大阪公路隧道火灾，1 9 8 2 年美国加州卡尔德科特公路隧道火灾，1 9 9 9 年3 月位 于法国与意大利之间的勃朗峰隧道火灾，死4 1 人，毁车4 3 辆，1 9 9 9 年5 月奥地利 中部穿越阿尔卑斯山的陶恩隧道火灾，由于后方的大货车高速撞在前方停放的小 汽车上而导致火灾，灭火措施均告失败，火灾造成了1 4 辆货车、2 6 辆小汽车烧毁， 1 2 人死亡，4 9 人受伤。2 0 0 1 年1 0 月被认为是欧洲“最安全”的圣哥达特长隧道，两 辆大卡车迎头相撞引起大火，有1 1 人丧命，1 2 8 人失踪。国内近年来也曾发生多 起隧道火灾事故，1 9 9 1 年上海延安东路隧道发生火灾事故，1 9 9 8 年7 月7 同，福建 盘驼山第二公路隧道因汽车在隧道内起火发生火灾，1 9 9 9 年浙江大溪岭隧道发生 第l 帚绪论 火灾，2 0 0 2 年1 月1 0 日，一辆河南的东风大货车满载皮鞋、打火机和透明胶片等 杂货由南朝北行驶，行至猫狸岭隧道左洞距隧道出1 5 1 7 8 0 m 附近时，发生火灾， 整个火灾持续时间约2 小时，虽无人员伤亡，但造成交通中断1 8 天，造成巨大直 接与间接经济损失。2 0 0 3 年9 月5 日，一辆从习水开往贵阳的大客车驶到贵遵路5 3 公里处，和前面的一辆装满黄磷的货车发生追尾，车上黄磷着火燃烧起来引起路 面燃烧。2 0 0 4 年3 月1 9 日，位于高速公路北京方向塔山服务区附近一辆满载2 5 吨 燃料油的油罐车与前方行驶的货车追尾发生火灾，火势燃烧猛烈，路面燃烧面积 达4 0 0 平方米。 隧道火灾造成隧道设施和隧道整体结构的严重毁坏，引起短则数小时，长则 几天甚至更长时间的道路交通中断，并严重威胁人们的生命和财产安全，造成无 法估计的经济损失，当隧道内发生火灾时，大量的烟、热不易排除去，洞内烟雾 弥漫，照明也遭到破坏，能见度下降，同时伴有高温和毒气，给安全疏散和救援 工作带来很大困难。由于目前沥青路面正成为隧道路面铺装的主流，当火灾发生 后，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。 发展公路隧道的防火灾技术，己经引起国内外的高度重视。 公路隧道由于其结构物特殊性，相对其他路段更容易发生事故。隧道中一旦 发生交通事故，很容易由于汽车碰撞而引起火灾。隧道发生火灾将导致隧道内温 度急剧上升，并伴随着大量的有害烟气，不仅使汽车烧毁、隧道设施和结构的严 重毁坏以及长时间的道路交通中断，造成无法估计的经济损失，而且隧道两侧难 有逃生空间，往往容易导致人员伤亡。国内外曾经发生过多起由于隧道交通事故 引发火灾，造成灾难性后果。所以，隧道交通的防灾安全一直在国际上为人们所 高度关注，世界许多国家都把长大隧道防治火灾的研究列为重要的课题。 我国近年来重视对隧道火灾的研究，主要工作是探讨隧道火灾的原因、燃烧 过程及其救援防治措施、隧道火灾预测、制定应急方案、抑制灾情的发展等，将 隧道火灾危害减至最小，取得一系列研究成果。但是，关于在较低温度下施工的 沥青混凝土路面的阻燃技术研究方面属于空白。 由于隧道火灾机理的复杂性和研究中的隧道火灾的不可再现性，迄今为止， 这方面研究仍然在探索当中。随着我国隧道数量、长度迅速增加，深入展开隧道 沥青路面阻燃研究显得非常必要。低温阻燃沥青混凝土的研究将是阻燃沥青混凝 土研究的一个新方向。 与大多数合成聚合物一样，沥青在空气中具有可燃性。沥青的燃烧是一个放 热、分解的物理化学过程，燃烧中分解出氢、甲烷、苯及烷烃类易燃气体，这些 气体的燃烧又进一步加快了沥青的热分解。所以沥青火灾的特点是来势猛、扩展 快、范围广、损失大。尤其是作为长距离隧道内路面的铺装材料，一旦发生车辆 惫 北京t 业人学t 学博i j 学位论文 火灾，沥青路面也会同时起火或生成浓烟，从而在无形之中加重了火灾和人员逃 生的难度。阻燃沥青的研制为沥青路面发生火灾后争取时间营救乘客生命以及保 护国家财产具有现实意义。 因此，开展适合于隧道施工、运营使用的沥青混凝土道面铺装专项研究，对 于保证隧道道面施工、运营安全以及完善路面工程理论都具有重要的现实意义。 1 2 研究内容及关键技术 通过本次对长大隧道沥青混凝土的研究，实现长大隧道沥青混凝土路面无 烟化施工、安全化运营和经济高效养护的目的。具体说来，其研究内容及拟解决 的关