沥青纤维碎石封层技术在路面预防性养护中的应用

李靖

（邢台市公路建设养护中心，河北 邢台 054001）

0 引言

预防性养护与传统意义上的道路养护有本质上的差别。预防性养护主要具有以下两方面的作用：其一，尽可能延长道路良好状态的时间；其二，在合适时间采用适宜的方法对目标道路实施养护处理。预防性养护的提出和应用是当前道路养护的一次重大革新，能使公路养护从产生破坏后进行维修转变为在损坏产生前就采取措施进行预防，这样不仅能防止破坏发生，延长路面使用寿命，还能减少用于后期维修的费用。

1 沥青纤维碎石封层特点

沥青纤维碎石封层是指借助相关设备对沥青黏结料与玻璃纤维同时进行撒布，之后在其上层撒布一层碎石，再通过碾压形成一个全新磨耗层（也可作为应力吸收层使用）。目前在很多国家都得到了普及，根据相关试验结果可知，采用该技术能有效改善路面质量，提高不少于30%抗拉强度与抗疲劳性能以及至少300%的抵抗车辙的能力[1]。

该封层结构采用专门的施工方法在上下两层对纤维进行均匀撒布，使其在沥青结合料当中处于乱向均匀分布状态，通过相互搭接和混合料之间形成紧密的网格结构，相当于在新建基层与面层间增铺一道强度与弹性均很高的网垫，该封层结构主要具有以下几方面特点。

（1）封层结构特殊，呈网格缠绕状，因纤维材料的弹性模量与抗拉伸强度都很高，所以能增强封层结构自身抵抗拉伸、剪力、压力与冲击的能力，进而防止路面裂缝尖端出现应力集中现象，避免反射裂缝产生，延长路面结构使用寿命。

（2）采用专门的设备完成施工后立即撒布一层碎石集料，完成后集料将进入到由路面结合料和纤维构成的结构，再通过压实使结构达到紧固，产生嵌锁结构，防止骨料发生滑移与脱落现象。基于此，采用该封层结构能增强路面耐磨性[2]。

（3）该封层结构由沥青、纤维、沥青和碎石构成，通过连续洒布沥青，能增强封层自身密闭性，而纤维能起到桥接以及加筋的作用，使原路面上形成保护膜，从而增强路面防水性能，防止由于水损害引起的各类早期破坏。

（4）纤维有较大的比表面积，能良好吸附结合料，提高黏度与黏附力，使沥青在高温条件下依然保持稳定，从而防止由于路面高温导致的泛油和其他破坏。

（5）该封层结构施工可直接借助专门的设备进行，整个施工过程保持连续，能大幅缩短养护时间，进而减少道路封闭时间[3]。

2 沥青纤维碎石封层材料要求

根据原路面实际情况（构造深度与平整度等）确定纤维、碎石与沥青等材料的类型。配合比设计完成后还应做好各项试验，以验证设计是否合理可行。试验内容包括：抗滑性能试验、湿轮磨耗试验、负荷轮黏砂试验、车辙变形试验与力学性能试验，不同材料需达到的要求如下。

2.1 沥青结合料

在该封层结构施工中使用的改性乳化沥青，应达到以下质量要求：①电荷粒子应为阳离子；②恩格拉黏度应为8~30；③沥青标准黏度应为12~60；④蒸发物含量不能低于65%；⑤蒸发残留物性质：针入度（100g,25℃,5s）应为40~100（0.1mm）；软化点不能低于57℃；延度（5℃）不能低于20cm；溶解度（三氯乙烯）不能低于97.5%；弹性恢复度（25℃,1h）不能低于60%；⑥储存稳定性：1d质量损失不超过1%，5d质量损失不超过5%。喷洒用量通常按照1.5~2.0kg/m2严格控制[4]。

2.2 集料

碎石应达到以下各项质量要求：①石料压碎值不能超过26%；②石料磨光值应达到42BPN以上；③洛杉矶磨耗损失不能超过28%；④表观相对密度不能小于2.6t/m3；⑤吸水率不能超过2%；⑥针片状颗粒含量不能超过15%；⑦粒径在0.075mm以内的颗粒含量应达到1%以上。

集料级配对封层结构性能有很大影响，经反复试验可知，在该封层结构施工过程中，采用单一粒径的集料与有一定级配的集料相比，前者的使用效果更好，这主要表现在以下几个方面：其一，矿料的间隙率相对较大，有足够空间用于结合料的填充，使沥青和集料之间牢固黏结；其二，采用单一粒径的碎石施工而成的封层结构和车辆轮胎之间的接触面积相对较大，有利于提高路面的抗滑性能；其三，采用单一粒径的碎石施工而成的封层结构之间有良好排水渠道，可提高路面排水性能；其四，采用单一粒径的碎石施工而成的封层结构，其设计与施工控制难度较低，有利于保证施工质量[5]。

2.3 纤维

实际工程中使用的纤维材料以喷射无捻粗纱型玻璃纤维为宜。当为卷轴式纤维盘时，其用量需控制在50~70g/m2，具体用量要采用试验的方法来确定，如果条件受到限制无法开展试验，则可采用60g/m2的用量。对于纤维长度，主要分为30mm,60mm和120mm三种，不同长度纤维的具体用量均需采用室内试验的方法确定；对于纤维的物理性能，以当前最常用的HB6000型为例，其可燃物含量为1.35%，含水率为0.1%，线密度为2 400TEX，纤维直径为11μm，要求有良好的包装。为达到理想使用效果，现在越来越多的施工中开始使用玄武岩纤维，因为这种纤维材料的性能更好，包括耐磨性、抗氧化性、抗压缩性以及和沥青材料之间的黏结性等[6]。

3 沥青纤维碎石封层技术应用

3.1 项目概况

某国道主干线路线总长约483km，A段起讫桩号为K86+000—K174+600，总长约88.6km，按一级公路标准建设。该段公路建成至今已有十余年的时间，路基宽24.5m，采用沥青混凝土路面。投入使用五年后全线增铺一层4cm厚沥青混凝土。六年后进行改建，路基宽度保持不变，分隔带从两侧变为中分带。该段公路建成通车时的路面结构层次为：4cm后AC-13混凝土+5cm厚AC-20混凝土+26cm厚二灰稳定碎石+宕渣。全线增铺面层后路面结构层次变为4cm厚AC-13混凝土+4cm厚AC-13混 凝 土+5cm厚AC-20混 凝 土+26cm厚 二灰稳定碎石+宕渣；改建后路面结构层次变为：4cm厚AC-13混凝土+5cm厚AC-20混凝土+4cm厚AC-13混凝土+4cm厚AC-13混凝土+5cm厚AC-20混凝土+26cm厚二灰稳定碎石+宕渣。根据公路沿线勘测与调研成果，该项目总体结构保持稳定，但路面病害数量较多，经研究决定采用加铺沥青纤维碎石封层的方法实现预防性养护。

3.2 技术应用

沥青纤维碎石封层施工时，应注意以下几方面要点：

（1）施工开始前先对原路面上存在的各类病害进行修补处理，然后将路面清扫干净，通过检查确认合格后方可开始下一道工序的施工。

（2）对经检查确认合格的路面实施放样，并选择最佳的施工方案，按照方案的要求备好各类机械设备与材料，准备开始施工。

（3）选择适宜的试验段，将预先准备完成的机械设备转运到施工路段中，在装配完成之后按照现场放出的尺寸对边线进行控制，使其达到顺直和美观，并做好厚度控制，按照最佳要求对乳化沥青实际喷洒用量进行控制。对碎石的撒布数量也要予以严格控制，使厚度达到均匀、颗粒之间的嵌挤达到密实，尤其是要确定好纤维数量，此外还要提高表层强度，在封水的同时防止裂缝不断传递，以试验段施工得到的结果为依据为现场生产工作提供正确指导。基于试验结果，明确后续大规模施工方案，准备开始大面积施工。施工完成的路段需做好临时封闭，封闭时间一般为1~3h，具体封闭时间要结合实际情况确定，在封闭期间还要做好养护。

（4）沥青材料生产与喷洒和纤维喷洒应保持同步。施工所用乳化沥青必须达到技术要求，在正式喷洒前应先对原路面进行清扫，做到表面没有灰尘和杂物，然后借助专门的设备对沥青进行喷洒，在喷洒第二层沥青时同步撒布纤维，确保沥青与纤维的撒布均保持均匀，并在起步和终止的过程中都要采取有效措施，防止洒布数量不足或过量，在横向搭接部位应做好宽度调整，防止搭接部位喷洒数量过多或遗漏，设备的行驶速度一般按照3.0~4.5km/h控制，一般将3.6km/h作为最佳行驶速度。

（5）碎石撒布车需紧跟前方纤维封层车，撒布车的速度应和纤维封层车达到匹配，且以倒车方式撒布，注意车速不能太快。在对接头部位进行撒布的过程中，要提前启动撒布车，在即将到达接头部位时应将撒布车提前关闭，及时发现和处理撒布不到位的位置，保证撒布均匀。碎石撒布需要在沥青破乳之前结束。

（6）将碎石撒布完成后，需立即借助轮胎式压路机连续碾压2~3遍。在初压过程中，压路机的速度按照不超过2km/h控制；复压过程中，压路机的速度按照不超过2.5km/h控制。完成稳压后，碎石浸入度应达到其粒径的1/2。如果采用分幅的方法施工，则要对搭接缝予以有效处理，在两幅搭接部位的第一幅预留5~10cm的宽度暂时不予撒布骨料，在第二幅沿留设的边缘实施撒布。

（7）待以上各道施工完成且沥青破乳之后即可开放路段的交通，但要注意对路段来往车辆予以严格的速度限制，通过设立标志或安排专人把守，确保车辆的行驶速度不超过20~30km/h，并禁止重载车辆进入。对于散落在边缘处的骨料应尽快将其清除干净。通车7d后全面清扫一次路面，与此同时还要做好冷标线处理，对超车道与主车道予以划分，从而保证交通安全。

（8）做好交工验收检验。需检查的项目包括：外观、宽度、渗水试验和构造深度，针对不同检验项目要采用不同的方法、频率。对于外观检验，主要采用目测的方法进行，检测要覆盖全线，质量要求为达到密实，没有松散；对于宽度检验，采用尺量的方法进行，检测频率为每1km设置20个检测断面，要求不小于设计确定的宽度值；对于渗水试验，采用渗水仪进行，检测频率为每1 000m2设置1处检测断面，要求渗水量不超过5mL/min；对于构造深度，采用构造深度仪进行检验，检测频率为每1km设置5个测点，要求达到0.55以上。考虑到当前不同地区在施工上有很大差别，所以封层厚度可不作为硬性验收指标。

4 结语

综上所述，预防性养护属于强制保养措施范畴，具有一定周期性，并不局限于路面是否产生损坏，通过采用一些先进技术进行检测，以确定道路存在的各类早期病害，发现所有隐藏在内部的隐患和病害，然后加以针对性养护处理。预防性养护的核心在于采用成本效益达到最佳的养护技术保证养护管理工作的计划性。纤维沥青碎石封层是当前主流的预防性养护技术措施之一，通过对其形成机理及技术特点的分析可知，该预防性养护技术具有其他传统养护方法无法比拟的优势特点，可在保证养护效果的同时减少养护成本，有极为广泛的应用前景。但这项技术在我国的研究和应用还不成熟，无论是施工技术还是检测验收标准都亟待完善和统一，需要不断积累经验和深入完善，以促进该项技术在实际工程中得到更广泛的应用。