纤维橡胶沥青封层在路面防裂中的应用

刘伟帅

（唐山大成路桥有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

沥青路面使用一段时间会出现开裂、坑槽等病害，严重影响路面使用性能。为了预防沥青路面早期开裂，提高路面防水、防渗性能，通常对道路采取预防性养护措施，包括开普封层、超薄磨耗层、路面微表处、沥青碎石封层等不同处置方法。其中碎石封层技术凭借简单的施工方法，优良的抗磨耗性、防水性和较低的工程造价已广泛应用于我国各等级的路面养护中[1]。为此，本文选用橡胶沥青作为黏结剂，纤维和沥青同步喷洒的施工工艺，研究碎石封层在路面防裂中的应用。

1 纤维橡胶沥青封层设计

1.1 原材料的选择

（1）沥青

考虑到碎石封层结构中集料间仅靠一层沥青黏结，因此沥青的黏结性能关系到后期碎石封层的使用寿命，黏结性差的沥青会使封层路面过早产生集料脱落等病害。为此，本文选择橡胶改性沥青作为胶粘剂，橡胶在沥青中高温溶胀后具有良好的高温性和黏结性，并对橡胶改性沥青各项指标进行测试，检测结果见表1。

表1 橡胶改性沥青性能检测结果

表1 （续）

（2）集料

碎石封层暴露在外部环境中，直接受到车轮荷载的冲击与碾压，因此集料应该选择耐磨、高强度、棱角性好的集料。通过汇总前人研究发现，为了避免撒布过程中骨料的离析，碎石封层通常选用单一粒径的集料。本文选用某石料厂制备的4.75~9.5mm的玄武岩作为集料，玄武岩的各项指标检测结果如表2所示。

表2 玄武岩性能指标检测结果

（3）玄武岩纤维

在碎石封层体系中加入玄武岩纤维，利用纤维自身高断裂强度和弹性模量，可以大幅提升原有碎石封层路面的剪切、拉伸和抗冲击强度。玄武岩纤维是由玄武岩石料经高温环境熔融后拉丝制成的硅酸盐纤维，具有耐腐蚀性和良好的化学稳定性。本文选用某公司生产的长度为30mm的短切玄武岩纤维，其各项物理指标见表3。

表3 短切玄武岩纤维物理指标检测结果

1.2 各材料用量的确定

（1）沥青和碎石用量

沥青和碎石量关系到碎石封层的性能表现。若沥青用量过多，不仅增加了道路造价，而且路面在使用过程中会出现泛油现象，导致抗滑能力不足。若沥青用量不足，则会影响碎石与沥青的黏结性，致使封层在使用中集料脱落现象严重[2]。本文沥青用量EAR和碎石用量AAR的计算采用McLeod提出的设计方法[3]，计算公式如下：

式（1）~式（2）中：V为碎石松散空隙率；G为碎石毛体积相对密度；T为交通量修正因子，取0.60；S为路面状况修正因子，取0.272；A为碎石对沥青吸收率，取0.1；H为碎石平均最小尺寸，计算公式如下：

式（3）中：M为碎石尺寸中值，经筛分试验得到M=6.8mm；FI为碎石针片状指数。

经计算可得H=5.62mm,EAR=0.99kg/m2,AAR=12.77kg/m2。

（2）纤维用量

对于碎石封层中纤维用量的确定，制备不同纤维用量的封层试件，并以纤维橡胶封层路面抗裂性能为控制指标，进行相关试验，性能测试结果见表4，综合考虑碎石封层的破坏荷载、弯拉应变和经济性，最终确定纤维用量为70g/m2。

表4 纤维碎石封层性能测试

2 工程实践

2.1 工程概况

某高速公路全长135km，设计时速为100km/h，经过四年的使用，该条高速公路已有早期病害产生。经调查勘测发现，该高速的部分路段出现反射裂缝现象严重，为了避免雨水下渗危及沥青路面的整体结构，考虑对原有路面采用纤维橡胶沥青碎石进行预防性养护处理，施工完成后恢复原有的路面标线。

2.2 纤维橡胶碎石封层施工步骤

（1）原路面处理

为了保证施工质量，在纤维橡胶沥青碎石封层施工前，必须先检查原有路面的状况，对原路面的病害进行补洞找平处理。对于裂缝和坑槽类病害实施灌封处理，对于拥包、搓板病害也需要整平处理。将整平后的路面清扫干净，保证路面无杂物，随后进行下一步工序。

（2）施工设备检查

在正式施工前，应检查各项设备如洒布车、碾压机械是否正常工作，另外还需对洒布车进行标定，选用设计的橡胶沥青和纤维用量以及碎石撒布量。

（3）橡胶沥青和纤维撒布

启动纤维封层设备，同时撒布一层橡胶沥青+一层玄武岩纤维，其中橡胶沥青的撒布量为0.99kg/m2，纤维的撒布量为70g/m2。为了确保沥青撒布均匀，需在撒布的起点和终点放置毛毡。此外，为了避免横向搭接处出现沥青撒布过多或漏撒的状况，还应调整好横向搭接宽度。纤维封层车的速度应控制在3~4.5km/h，最佳速度为3.5km/h。

（4）碎石撒布

为了避免热的橡胶沥青在外部环境中快速降温而失去流动性，碎石撒布设备应紧跟在沥青撒布车后，且车速控制与沥青撒布车相匹配。在沥青没撒到的地方应提前关闭碎石撒布，在接头处则应提前开启碎石撒布设备。对于碎石撒布不到的地方应进行人工补撒，保证每个地方碎石撒布均匀。

（5）碾压

封层的碾压在碎石撒布完成后进行，选择适当的胶轮压路机对封层碾压2~3遍，碾压速度控制在3~4.5km/h。碾压后碎石浸入沥青中，同时沥青沿碎石表面向上爬升。研究表明，当爬升高度为60%时，碎石封层可以获得良好的黏结性能。

（6）开放交通

碾压结束后，待橡胶沥青与碎石形成强度后即可开放交通。但开放交通初期应严格控制车辆速度不超过20km/h，对于路表散落的碎石及时清扫。

2.3 路用性能检验

碎石封层施工完成后，需要对其路用性能进行评测。其中检测项目有平整度和渗水性能检测。

（1）平整度检测

对纤维橡胶沥青封层路面通车六个月后的平整度检测，测量仪器为3m直尺。测试方法为每纵向30m测量十尺，并以连续十尺为一测量组，记录下每尺与路面间的最大间隙，同时计算每一测量组最大间隙的平均值和标准差，测试结果见表5。

表5 沥青路面平整度检测

由表5可知，施工前原路面最大间隙平均值在1.7mm以上，说明原路面的平整度不好；经碎石封层处理后，路面的最大间隙平均值降至1.0mm以内，标准差也有明显下降，表明处理后的路面平整度有所提升，行车舒适性提高。

（2）路面渗水性能检测

对于封层处理后的抗渗水性能，本文基于渗水仪测试路面渗水系数，以评价施工前后路面抗渗水能力的改善情况，其检测结果见表6。

表6 沥青路面渗水性能检测结果

路面的抗渗水性能反映了碎石封层路面的施工质量，良好的抗渗水性能可阻止雨水沿原路面裂缝下渗，保护了路面结构不遭受水损害。由表6可知，施工前该路段路面的渗水系数较大，路面的抗渗水能力较差，经橡胶碎石封层处理后，渗水系数有了明显降低，表明碎石封层技术提高了抗渗水能力，保护原路面免遭雨水侵害。

3 结语

鉴于当前沥青路面在使用中因外部环境因素而产生裂缝，结合工程实例，对碎石封层所需各类原材料进行检测，基于McLeod设计方法计算出沥青和碎石撒布量分别为0.99kg/m2mm,12.77kg/m2，确定了纤维用量为70g/m2，然后依托工程实践对原有路面做封层处理，并检测其路用性能，结果表明封层处理后的路面抗裂抗渗性能良好。