第1章　绪论

1.1　课题的提出及研究意义

20世纪90年代后，我国道路交通建设进入了高速发展时期，高速公路、隧道、桥梁等工程不断增多，截至2011年，我国公路、铁路隧道共计9000多座，总长度8000多km，居世界第一位。随着我国快速发展的公路建设从平原逐渐向山区转移，山岭公路隧道的建设规模越来越大，如2011年3月东北地区最长的公路隧道海棠山隧道全线贯通，2010年4月我国第一条海底隧道全长为8.695km的厦门翔安海底隧道建成通车，2007年1月建成亚洲第一、世界第二全长为18.02km的秦岭终南山隧道，还有如中梁山隧道、大溪岭隧道、二郎山隧道、华蓥山隧道、九顶山隧道、飞莺岭隧道等著名的山区隧道。世界最长的公路隧道为挪威莱尔多隧道，全长为24.5km。另外，我国也是一个多河流国家，为减少桥梁对航运的干扰，减少气候对通行的干扰，现在我国越江跨海工程越来越多地采用水底公路隧道方案，尤其在大城市表现得尤为突出，典型代表如1994年通车的全长1.238km的广州珠江隧道，2003年通车的全长2.66km的南京玄武湖隧道，2005年通车的全长2.2km的上海翔殷隧道，2006年通车的全长3.09km的深港西部通道深圳隧道，2011年9月湘江建成总长8.5km首条过江隧道。

随着公路隧道的不断涌现和隧道交通量的增大，隧道火灾发生的频率也逐渐增大。据国外统计，公路火灾发生频率约为0.71107辆/公里，隧道内火灾发生频率约为0.331107辆/公里。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。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、热不易排出去，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；隧道火灾同时也给路面带来很大的破坏。

公路隧道内路面处于一个相对封闭的环境中，因而外界大气环境的变化对其影响并不显著，但隧道内半封闭的环境又对路面的建设和使用提出了其他特殊要求，归纳起来有以下几方面。

（1）要求具有一定的耐油性和阻燃性，避免交通及火灾事故损失的增加。

（2）要求施工性能良好，施工环境温度不宜过高，有毒气体排放少。

（3）要求抗滑性能好，防止交通事故的发生。

（4）要求噪声低、灰尘小，提高行车舒适性，并防止交通事故的发生。

（5）要求适应于隧道内潮湿的使用环境，防止因地下水的上侵而导致的路面结构破坏与防滑性能降低。

（6）要求具有优良的耐久性能，尽量减少隧道内路面的维修，同时，还应要求隧道路面铺装具有快速修复能力。

欧洲大多数国家的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，我国《公路隧道设计规范》（JTG D70—2014）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。相对于水泥混凝土路面，沥青路面属于柔性路面，抗压弹性模量约为水泥混凝土路面的一半，具有一定的吸收汽车动荷载产生的振动，无伸缩缝，行车相对平稳，噪声小，以及良好的抗滑性能、快速修复等特点，因而在国内许多高速公路隧道中得到广泛的应用。但是沥青混凝土也有其缺点，主要体现在以下两个方面：

第一，施工时能源消耗高，废弃物排放多。特别是近年来为了进一步提高路面性能，大量使用改性沥青，在进行隧道（特别是长隧道）热拌沥青混合料施工过程中，使沥青混合料的拌和及压实温度大大提高，从而导致能源消耗更多，烟尘等废弃物排放更多。据试验测试：在生产沥青混合料的过程中，温度每升高10℃，每1t混合料将多产生0.9kg的CO2排放量。这些烟尘在隧道相对封闭的环境下很难有效排放，不仅会增加施工难度，还会对施工人员的身体健康造成不良影响。如何保留热拌沥青混合料良好性能，克服其施工时的环境污染重、能耗大、沥青老化等问题，一直是道路工程师想要解决的问题。

第二，混凝土中的沥青作为一种有机高分子材料，具有明显的可燃性。沥青的燃烧同样是一个放热、分解的复杂物理化学过程，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，所以沥青火灾来势猛、扩展快、范围广、损失大。当半封闭性的隧道内发生重大交通事故时，沥青可溶解于或部分溶解于露出的汽油、煤油、柴油或其他有机溶剂中而参与燃烧过程，随即产生的大量烟雾（图1.1和图1.2）严重影响救援，加剧了人民生命财产损失。由于沥青具有可燃性，在隧道工程中，特别是大型公路隧道中使用存在一定的火灾安全隐患。

为解决沥青混合料上述缺点，温拌技术和阻燃技术应运而生。近年来，温拌技术发展迅速，产品种类繁多，但从其实现原理来看主要有3类（化学添加剂、有机添加剂、泡沫体系），它们的代表性产品分别为表面活性剂法（Evotherm）、有机添加剂法（Sasobit）、沥青-矿物法（Aspha-min），国外较为广泛地应用这3种温拌技术[1，2]，国内研究较多的是基于表面活性剂法的温拌技术，但是，总的来说国内对于3种温拌技术还处于研究阶段，没有广泛应用。我国对于沥青混合料的阻燃性能研究很少，目前有一些沥青阻燃剂专利，因此研发用于隧道路面的温拌阻燃改性沥青混合料，对改善隧道沥青路面材料路用性能、改善施工环境、保障施工人员身体健康、节能环保、提高隧道交通安全性能、消除交通事故隐患具有重要的现实意义。