隧道路面明色鋪裝技術(shù)的研究和應(yīng)用綜述

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074)

隨著中國高速公路網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，隧道因具有克服高程障礙、縮短線路長度的特點(diǎn)在高等級公路中廣泛應(yīng)用，公路隧道數(shù)量也隨之劇增。長期以來，由于隧道的封閉性、濕度大、溫差小、常年無光等特點(diǎn)，以及我國隧道路面設(shè)計(jì)僅考慮滿足安全性與耐久性，瀝青易燃且燃燒放出有毒煙霧，故幾乎沒有采用。隨著瀝青阻燃技術(shù)的成熟，以及瀝青路面具有優(yōu)于水泥混凝土路面的平整性好、行車舒適、抗滑、耐磨、噪聲低、施工期短、養(yǎng)護(hù)維修方便等特性，瀝青路面逐漸成為我國公路隧道路面的主要發(fā)展方向。但隨著隧道內(nèi)瀝青路面鋪裝的普及，行車安全與能耗方面的問題愈演愈烈。其一，我國公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則規(guī)定，以照度和亮度作為照明依據(jù)，而瀝青路面為黑色路面，對燈光的反射率低，因此消耗大量能源；其二，黑色的瀝青路面對駕駛員的視線也產(chǎn)生了一定影響，不利于行車安全。為了解決隧道鋪裝行車安全與節(jié)能的問題，能夠顯著提高路面亮度的明色鋪裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

一、明色鋪裝技術(shù)簡介

明色鋪裝技術(shù)是指在滿足道路基本路用性能和行車舒適性的基礎(chǔ)上，通過在路面中撒布明色材料來提高路面的明亮程度的技術(shù)。近年來我國彩色瀝青路面的研究與應(yīng)用逐漸發(fā)展起來，常見于城市公園、人行道、非機(jī)動(dòng)車道和隧道出入口，但明色路面和彩色路面有一定區(qū)別。彩色瀝青路面和明色瀝青路面都是特殊功能性瀝青混凝土路面，彩色瀝青路面?zhèn)戎赜趽饺氩噬稀\色膠結(jié)料和色粉，主要起誘導(dǎo)車流和美化環(huán)境的作用，而明色瀝青路面主要側(cè)重于通過摻入明色材料提高路面的明亮程度，起到節(jié)能和有利于行車安全的作用。

(一)明色材料

明色材料包括熒光材料、玻璃晶體材料、光反射率比較高的集料三類，有各自的特點(diǎn)和適用范圍。

1)熒光材料在長期運(yùn)營中易脫落且經(jīng)濟(jì)性較差，常以噴涂方式用于涂刷道路標(biāo)線。

2)光反射率較高的集料指花崗巖、硅石、白云質(zhì)灰?guī)r等淺色石料，能夠反射大部分的入射光，因而表面亮度較高。

3)玻璃晶體材料如玻璃、玻璃微珠等，具有優(yōu)良的回歸反射光學(xué)特性。

除以上所述外，鋁粉也可作為明色材料，但由于造價(jià)過高，無法大面積推廣。

(二)明色鋪裝方案

通過對國內(nèi)外明色鋪裝研究的分析，得出目前隧道瀝青路面明色鋪裝方案主要有以下幾種形式。

1)嵌入式明色鋪裝：該方案適宜于天然或人工淺色石料，即將明色材料直接撒布在攤鋪后的熱拌瀝青混合料表面再進(jìn)行壓實(shí)，稱為“嵌入式”。

2)功能層明色鋪裝：即在瀝青路面表面鋪筑明色功能層，并常與瀝青路面的表面磨耗層、抗滑層合為一層，利用明色功能層罩面來提高路面亮度。

3)混合式明色鋪裝：該方案適宜于廢玻璃、玻璃珠等明色材料，即將明色材料和瀝青混合料共同拌和、攤鋪及壓實(shí)，并通過一定方式使明色材料外露，或者隨著路面的使用，表面的集料被磨耗而使明色材料外露，從而達(dá)到提高路面亮度的目的。

4)噴涂式明色鋪裝：該方案簡便易行，直接向?yàn)r青路面噴涂明色涂料，但其耐久性和抗滑性能有待進(jìn)一步研究。

以上明色鋪裝方案各有利弊，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況因地制宜，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、工程地質(zhì)狀況、當(dāng)?shù)夭牧瞎?yīng)、施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行選擇，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、適用、環(huán)保、美觀的效果。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

(一)國外研究現(xiàn)狀

國外對瀝青路面明色鋪裝的研究較早，并有許多成功實(shí)踐的例子。20世紀(jì)60年代末開始美國對玻璃材料摻入瀝青混合料進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了30多個(gè)瀝青路面明色鋪裝路段的試驗(yàn)，效果良好[1]；日本也有關(guān)于將玻璃摻入瀝青路面的研究，明色路面的光反射成效顯著；在法國，工程人員將白色卵石和脫色瀝青作為瀝青混合料的組成部分，亮度系數(shù)能夠維持幾年幾乎不變[2]；在蘇聯(lián)，道路工程師將鋁粉熱撒鋪在瀝青路面上，通過特定機(jī)械設(shè)備進(jìn)行滾壓使其嵌入瀝青路面表面，有效改善了路面的亮度；在德國，澆筑式瀝青混凝土路面廣泛用于公路隧道，為了減少資源消耗，研究人員將煅燒白色碎石鋪灑在路面表面，其路用性能良好，路面平均亮度顯著提高且使用壽命較長。

(二)國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國對這一領(lǐng)域的研究起步較晚，但發(fā)展迅速，主要集中在明色材料的明色性能研究、明色材料的摻加方案研究、明色鋪裝瀝青路面的性能研究、明色鋪裝方案研究等方面，而目前國內(nèi)關(guān)于明色鋪裝的應(yīng)用則較少。

在反光性能研究方面，長安大學(xué)公路學(xué)院的史小麗，王選倉，劉昆等，在開級配瀝青磨耗層(OGFC)中摻加具有回復(fù)反光特性的高強(qiáng)度玻璃珠，分析了不同摻加比例和不同粒徑玻璃珠的5 種組合方案對OGFC 混合料路用性能的影響，結(jié)果顯示：OGFC的馬歇爾穩(wěn)定度會(huì)隨著玻璃珠的摻入而降低，瀝青混合料的抗車轍能力、抗滑、降噪和反光性能與玻璃珠在瀝青混合料表面的覆蓋率有關(guān)，而在OGFC-13混合料面層中摻加10 %～15 %、粒徑為2～3 mm 的玻璃珠可以滿足路用性能各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的要求[3]。重慶交通大學(xué)的張曙光考察了嵌入明色材料的瀝青混凝土路面的路用性能，結(jié)果顯示嵌入明色材料的瀝青混凝土的抗滑性能、高溫穩(wěn)定性會(huì)稍微降低，但仍然符合規(guī)范的要求，明色性能較好，摻入淺色石料能夠增大15%的照度值，摻入碎玻璃能夠增大10%的照度值，而經(jīng)過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析表明明色性能的提高不僅和明色材料材料撒布量的有關(guān)，而且與材料的粒徑呈正相關(guān)的關(guān)系[4]。

在路用性能研究方面，同濟(jì)大學(xué)的陳風(fēng)晨，李立寒，杜鵑等，在瀝青混合料中加入廢玻璃，試驗(yàn)顯示采用高粘度的改性瀝青或用水泥代替抗剝落劑能夠顯著提高玻璃與瀝青的粘附性，而且，摻入部分玻璃對其設(shè)計(jì)瀝青用量影響較小，但會(huì)減小瀝青混合料的密度，并使其馬歇爾穩(wěn)定度、抗車轍能力和抗滑性能稍有減弱[5]。北京工業(yè)大學(xué)的宋程，張金喜，王劍等，在瀝青混合料中摻入了不同數(shù)量的玻璃，并進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)、馬歇爾穩(wěn)定度、路用性能和抗滑性能試驗(yàn)，結(jié)果顯示，玻璃瀝青混凝土各項(xiàng)路用性能都符合要求[6]。

三、明色鋪裝技術(shù)的發(fā)展前景

(一)明色鋪裝技術(shù)的優(yōu)勢

我國公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則規(guī)定，超過一定長度的公路隧道應(yīng)設(shè)置照明，而為了滿足行車安全性，大量的隧道照明造成了能源浪費(fèi)。在公路隧道運(yùn)營費(fèi)用中，隧道照明費(fèi)用已占據(jù)主要部分并仍在持續(xù)增長。隧道安全和節(jié)能猶如魚與熊掌不可兼得，在滿足安全的基礎(chǔ)上，如何盡量降低隧道運(yùn)營支出的問題急需解決。同時(shí)，公路隧道照明設(shè)計(jì)參數(shù)、燈具布置形式與路面材料、洞外亮度、交通量等有關(guān)[7]，因此，改善路面材料的光反射性能是隧道照明設(shè)計(jì)的一個(gè)可能的研究和應(yīng)用方向。明色鋪裝技術(shù)通過摻入明色材料來提高路面材料光反射系數(shù)，以提高路面平均亮度、減小燈具輸出功率及燈具布置間距。這樣不僅降低了能源消耗，而且提高了行車安全性。

此外，國內(nèi)外大量研究表明，隧道明色鋪裝路面的路用性能、施工性能較于一般的瀝青路面雖略有降低，但都能滿足規(guī)范要求。明色材料，如花崗巖、硅石、白云質(zhì)灰?guī)r等淺色石料均為普通常見的工程材料，廉價(jià)易得；我國每年的廢棄玻璃數(shù)量巨大，且回收率不足20%，將廢玻璃應(yīng)用于道路工程，既開發(fā)了新型道路材料，又節(jié)約了資源。

(二)明色鋪裝技術(shù)的不足

雖然明色鋪裝技術(shù)具有許多優(yōu)勢，但是將明色鋪裝技術(shù)應(yīng)用于隧道瀝青路面仍存在一些尚未解決的問題。因?yàn)樗淼垒^封閉，一旦路面損壞維修比較困難且不利于安全，所以需要良好的耐久性,盡量使隧道路面的維修次數(shù)降到最低，保障交通通暢；隧道常年無光、濕度大、汽車制動(dòng)多，表面抗滑性能十分重要，否則不利于行車安全。而目前相關(guān)研究都是基于抗滑性能、抗?jié)B性能、水穩(wěn)性能、粘結(jié)性能、耐磨耗性的室內(nèi)試驗(yàn)得出其耐久性尚能滿足要求，因此仍需鋪筑試驗(yàn)段在實(shí)際中檢驗(yàn)。針對抗剝離劑的耐久性，一個(gè)可能的設(shè)想是依托某個(gè)實(shí)際隧道工程，設(shè)計(jì)制作一個(gè)能夠近似模擬該隧道實(shí)際尺寸、環(huán)境因素(如溫濕狀況)的隧道模型，并在明色瀝青路面上施加所受行車荷載，以反映并測試抗剝離劑的耐久性能是否符合要求。

此外，對其鋪裝方案、明色材料、施工技術(shù)更無相關(guān)的性能評定標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范，尚未達(dá)到推廣普及的程度。

四、結(jié)語

綜合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可知，在隧道瀝青路面中應(yīng)用明色鋪裝技術(shù)是可行的，通過提高路面的明色性能既能大幅度改善照明條件，又有利于行車安全，而在隧道路面鋪裝中利用碎玻璃能夠取得良好的環(huán)境效益，應(yīng)用前景廣泛。但明色路面的后期耐久性等尚需進(jìn)一步深入研究。