基于玻璃纤维封层的沥青面层施工技术

摘 要：该文结合石家庄市北部片区城市基础设施提升改造工程，对采用玻璃纤维封层技术的沥青面层进行理论分析，并比较其与传统沥青面层在施工技术方面的差异;同时，对其路用性能进行分析和探讨。研究结果表明，添加玻璃纤维封层的沥青面层在抗车辙性能和抗剪切性能方面显著优于传统沥青面层。基于这一优势，其他改造工程可考虑采用该技术以提升路面性能;该文所述施工技术对类似工程具有参考价值。

关键词：玻璃纤维封层;沥青面层;施工技术;抗车辙性能;抗剪切性能

中图分类号：U418.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）30-0168-04

Abstract： Based on the urban infrastructure upgrading and reconstruction project in the northern area of Shijiazhuang City， this paper theoretically analyzes the asphalt surface layer using glass fiber sealing technology， and compares the differences in construction technology between it and traditional asphalt surface layer. At the same time， its road performance is analyzed and discussed. The research results show that the asphalt surface layer added with glass fiber sealing layer is significantly better than the traditional asphalt surface layer in terms UoDEBPp4EnDsSzqF6KpR0g==of rutting resistance and shear resistance. Based on this advantage， other reconstruction projects can consider using this technology to improve pavement performance; the construction technology described in this paper has reference value for similar projects.

Keywords： glass fiber seal; asphalt surface layer; construction technology; rutting resistance; shear resistance

城市道路工程对城市经济和社会的发展至关重要，不仅为城市交通提供了便利，也是经济活动和社会生活的重要载体。因此，近年来，长寿命路面的结构设计方法、材料性能评价、标准化施工及后期维护等研究受到广泛关注[1]。目前，国内外与道路相关的研究人员已对此进行了一系列相关探索研究，覃潇等[2]通过设置对照组试验，以玻璃纤维作为改性剂为变量，对掺入到沥青混合料中对其性能的提升作用进行探究;杨飞龙[3]通过BBR（弯曲梁复合试验）和DSR（动态剪切流变试验）探究了添加玻璃纤维的沥青在高温和低温条件下的性能表现，经过研究结果显示，添加玻璃纤维可以显著改善沥青的高温和低温性能，这种特性造就其具有提高路面的耐久性和稳定性的优势;郭寅川等[4]的研究则发现，将玻璃纤维掺入到砾石沥青混合料后，不仅能够提升其在高温环境下的性能，还能改善其疲劳性能。这意味着添加玻璃纤维可以增强混合料的抗变形能力和耐久性，有助于延长路面的使用寿命，减少维护和修复的频率，从而降低维护成本并提高道路的整体质量。张争奇等[5]通过网篮析漏试验、沉锥试验和动态剪切试验，对纤维在沥青的稳定和吸附作用两方面进行了讨论。综上所述，当前关于纤维增强材料在沥青路面中的研究主要集中在玻璃纤维对沥青封层性能的改善方面。尽管这些研究结果表明添加玻璃纤维能够显著提升沥青路面的高、低温性能以及疲劳性能，但在实际施工过程中的施工技术研究尚不完善。因此，本文对玻璃纤维封层的沥青面层的施工技术进行研究，以期为同类工程后续沥青面层添加玻璃纤维封层施工提供借鉴。

1 工程概况

本项目为针对石家庄市北部片区进行城市基础设施提升改造的工程。主线桥2座，分别为南水北调桥和石津渠桥;辅道桥6座，分别为南辅道跨太平河桥、南辅道跨古运河桥、南辅道跨石津渠桥、北辅道跨古运河桥、北辅道跨石津渠桥和北辅道慢行桥。桥面铺装可分为现浇箱梁、钢箱梁、预制箱梁。现浇箱梁桥面铺装为10 cm沥青混凝土+防水层+8 cm现浇层;南水北调钢箱梁桥面铺装为3.5 cm浇筑式沥青混凝土+3.5 cm SMA沥青混凝土;石津渠桥、南辅道跨太平河桥钢箱梁桥面铺装为10 cm沥青混凝土+防水层+8 cm C50聚丙烯纤维混凝土;预制箱梁桥面铺装为10 cm沥青混凝土+防水层+8 cm现浇调平层。本文选取其中的石津渠桥作为介绍基于玻璃纤维封层的沥青面层施工技术的案例桥（图1）。其中，桥面沥青混凝土层间：增设玻璃纤维碎石封层。

2 纤维封层技术

纤维封层技术最先是由法国赛格玛公司发明，后在亚洲、南美洲、北美洲以及澳洲、非洲等地的数十个国家和地区普遍采用。在高速公路施工所用沥青中常用纤维分为钢纤维和软纤维，钢纤维为金属材料，软纤维为一种合成材料[6]。近些年，合成纤维的发展势头异常迅猛，本文所述的玻璃纤维就归属其中，因其可以有效克服钢纤维所具有的易被腐蚀及“凸尖”等不利现象出现而被广泛采用。

纤维封层技术[7]是指利用专门设备将玻璃纤维撒入沥青黏结料中，再在其上面喷洒粗集料，碾压后生成应力吸收层的工艺技术。该工艺的特点便决定于特别适合旧沥青路面改造、作为面层层间应力吸收层和磨耗层施工。因其对道路有一定的保护，使其维护频率降低、使用寿命延长。纤维封层属于沥青路面碎石封层技术中的一种，为了预防表层空气进入或水分流入，在沥青层位之间铺上几厘米厚的沥青黏结料，并按照所铺设位置不同分为下封层（应力吸收层）和上封层（表面磨耗层）。

结合各类研究学者的研究表明，玻璃纤维封层技术具备下列优点。

稳定性良好。玻璃纤维封层结构使得结构物料间互相作用形成了致密缠绕构造，使得封层的密封性得以提升;玻璃纤维在构造中有搭接作用，可提升上下两层路面的吸附能力，并使得原有路面上形成了致密的保护膜，提高了在使用过程中道路的稳定性。

应力吸收和分散能力良好。由于玻璃纤维在弹性模量值和抗拉伸强度方面均表现出较高性能，使其在封层中形成的缠绕结构不仅有效提高了封层的抗压、抗拉、抗剪和抗冲击强度，还增强了路面的整体稳定性和耐久性。此外玻璃纤维封层具备较高的弹力、张力和对外界应力较强的粉碎性吸收能力，因此常被作为应力吸收层[2]，铺设于新旧沥青面层之间或作为黏结层铺设在新建沥青路面面层与基层之间，较大幅度地提高了道路的使用寿命。

防水性高。由于玻璃纤维封层延展能力大，弹性模量值高，抗拉强度超出温变拉应力，在北方寒冷季节里，可以减少路面的低温脆裂破坏，降低由于温度低对沥青路面造成的开裂破坏，遏制了水破坏。

耐磨性高。玻璃纤维封层技术最后一道工序是撒布粗集料，粗集料渗透到沥青混合料和玻璃纤维所组成的构造中，压实过后，结合料构造紧紧包裹住集料，构成复合嵌锁体系，很好地遏制了碎石的脱卸、移位。利用纤维封层技术，提高了路面耐磨损性能，延长了道路路面的使用寿命。

综上所述，玻璃纤维封层可以提高道路在使用过程中的稳定性并且作为应力吸收层可以发挥很好的防水、层间黏结作用，铺设于下面层和中面层层间也能获得较好的层间黏结性能。同时纤维的加入适用于寒冷天气并能提高其耐磨性能。本文基于上述所提及的玻璃纤维优势并结合该工程，以期为玻璃纤维封层的沥青面层的推广和施工技术提供一定的参考。

3 施工技术说明

3.1 玻璃纤维最佳洒布量确定

设置3组不同温度作为控制变量，对面层进行直向剪切试验和竖向拉拔试验，根据试验得出的各项数据分析沥青洒布量伴随着拉应力、剪应力数值变化之间关系，根据上述实验得出结果确定玻璃纤维加强型改性沥青在对应封层中的最佳洒布量。其是为了达到沥青和玻璃纤维能够形成网状结构来包裹住碎石和沥青混合料的目的[8]。因为纤维过量，多余的纤维也不会参与层间结构，反而会削弱层间原有的抗剪强度。本工程通过上述实验得出结果，本路段玻璃纤维加强型改性沥青的掺量宜取为1.5～1.8 kg/m2。

3.2 黏结材料选择

综合考虑上述沥青和纤维的掺量，该工程的黏层材料选用SBS改性沥青，黏层的复合试件选用玻璃纤维加强型改性沥青，选用此黏结材料是因为其层间剪切强度和抗拉拔强度远高于未用玻璃纤维增强沥青材料作为防水黏层的复合结构。

3.3 加铺层厚度选择

本工程中，采用4 cm厚的SMA-13沥青玛碲脂碎石混合料（SBS改性）作为上封层，不仅可满足沥青路面的防水要求，还能提供良好的耐久性和性能。对于存在局部渍水问题的路段，除结合现有排水系统进行适当的改造以加快路表水的排放速度外，还需要在整个施工过程中注意恢复路面的横坡和路肩内的纵、横向排水设施，以最大程度来减少水对路面的损害。在沥青加铺层的施工过程中，需要严格控制沥青混合料的孔隙率，确保施工质量，提高稳定性和压实度，从而有效减少层间水的产生。

3.4 铺设玻璃纤维

为了减少或延缓反射裂缝的产生，对路面进行长寿命结构设计，结构设计中增设玻璃纤维碎石封层。该工程选用E型无碱玻璃纤维无捻粗砂，纤维碱含量0.5%以下，单纤维直径13 μm，浸润剂采用硅烷。另外需要格外注意铺设玻璃纤维时的温度，因为沥青混合料的摊铺温度区间多为130～200 ℃，所以玻璃纤维要想发挥其原有的性能，还应具有优良的耐腐蚀性能和耐高温性能。

待使用三辊轴摊铺机将沥青碎石面层的下部分摊铺压实完成后，待路面清洁干燥后，方可进行玻纤的铺设，纤维铺设效果图如图2所示。

在洒布沥青时，结合全副宽度调整洒布宽度，以便减少洒布次数来缩短工期，将玻璃纤维破碎成规定尺寸，与此同时洒布1层沥青，洒布第2层沥青时控制温度和车速，车速控制在3.6 km/h左右，温度应不低于80 ℃。玻璃纤维封层洒布后，进行场地封闭，杜绝其他非必要车辆通行。混合料运输车在其上方的行驶速度也应当控制在10 km/h以下。

3.5 碎石洒布

碎石洒布车续接跟进纤维封层设备进行碎石洒布，两台设备速度相匹配，宽度可在0.26～3.75 m之间调整。在整个洒布过程中保持匀速行驶，以保障沥青厚度和石料的均匀性。

3.6 细节处理

每车料的始点、终点位置处的纵向裂缝结合现场实际情况进行人工处理，混凝土浇筑过程中派专人检查保护层厚度，如有个别不合格处及时进行人工调整，且尽量缩短调整时间。

3.7 碾压

摊铺施工结束后可以马上开始碾压工作，必须确保压实均匀。沥青混合料的碾压按3步进行，初压、复压和终压。

上面层初压：洒布一段碎石，胶轮压路机应紧跟在摊铺机之后静压1～2遍，碾压初速度控制在2 km/h以内最优，后续可适当提速，碾压重叠宽度宜为2～3 cm。初压是为了保证面层达到一个相对稳定的状态，以利于后续复压时承受较大的压实作用力。

上面层复压：在中型单钢轮振动压路机振压1～2遍基础上，再用轮胎压路机碾压3～4遍，直至铺筑层达到要求压密度。复压目的是保证面层的密实度达到最大。

上面层终压：采用6～14 t振动压路机进行静压2～3遍，经稳压后的碎石颗粒浸入深度为粒径的1/2为宜且表面无轮迹。保证路面平整度符合标准要求。

4 施工质量检测

4.1 压实度检测

在本项目工程中，对已完成的沥青面层进行检验与测试。检测时我们采用钻芯取样的技术手段，分别在沥青路面的上面层和下面层进行了样本的采集，以全面评估其质量状况。当长度不大于500 m时测5点，每增加100 m增加2点。该路段采用马歇尔压实度实测。测试检验数据如下所示：马歇尔压实度实际测量值分别为97.5%、98.6%、98.6%、98.3%、98.9%、98.5%、98.4%，检测结果均满足标准规定的指标;最大密度压实度在理论层面上实际测量值分别为93.1%、92.2%、93.8%、94.5%、93.5%、94.3%、94.0%，满足技术规范要求。

4.2 弯沉检测

在本工程中，针对上面层左右两幅路段，设置了测点，并采用贝克曼梁法测定弯沉值[9]。

通过观察实测的平均回弹弯沉值，我们得以评估沥青面层施工中弯沉指标是否达标。检测数据显示，上面层左幅路段的平均回弹弯沉值为7.13 mm，而右幅路段则为7.36 mm，均满足沥青面层施工对于弯沉指标的相关规定。

4.3 构造深度检测

本项目工程采用铺砂法技术手段检测其构造深度，当探测深度不超过200 m时，应设置5个测量点;之后每增加100 m的深度，需额外增设1个测量点。经检测，构造深度的实测值范围在0.86～0.94 mm，这完全符合设计要求的0.7～1.1 mm区间，且检测点的合格率为100%。

4.4 渗水系数检测

为了确保已完工沥青路面的防水性能，通过渗水仪进行渗水系数的测定，有效地检测路面的渗水性能，使其防水性能达标。在检测过程中，每500 m2测定1处，以确保全面性和代表性。检验数据表明，路面的渗水系数实测值位于56～78 mL/min的范围内，所有实测值均严格遵循技术规范要求，远低于规范中设定的300 mL/min的限值。该结果表明路面能够有效地抵御水的渗透，可减少路面结构受到水侵蚀而导致的损坏，从而延长路面的使用寿命。通过检测和评估，确保了沥青路面在使用过程中具有良好的防水性能，从而提高路面的质量和可靠性，降低维护和修复的频率，从而确保道路的安全与畅通无阻。

4.5 抗车辙性能检测

为了全面评估高温稳定性，我们应当结合动稳定度和车辙深度两项指标进行综合考量。在工程实践中，根据路面结构设计的特点，构建了相应的温度场模型，其中选定的温度为60 ℃，荷载为0.7 MPa。在此基础上，我们利用动稳定度指标以及车辙深度指标RDI来综合评价混合料在高温环境下的性能表现，从而确保路面的稳定性和耐久性。

4.6 平整度检测

对路面选用平整度仪检测其平整度指标，检测范围是全桥每车道。检测结果如下：平整度仪测定的标准差实测值σ为1 mm，国际平整度指数IRI实测值为1.2 m/km，平整度实际测量数值均在2～3 mm之间，完全达到了技术规范要求的标准。

5 结束语

在城市各级道路工程建设中，我们应高度重视并严格控制沥青面层的施工质量，致力于提升路面的舒适度、美观度和抗渗性能，并注重道路长寿面层设计，以确保其持久耐用与市民的安全舒适出行。结合本工程的实际案例，在沥青面层中增加玻璃纤维封层可提高路面各项性能，针对该工程的实际施工工艺和玻璃封层技术得出如下结论：

1）在沥青面层中增加玻璃纤维封层提高了路面的弹性模量值，因此在沥青面层施工中洒布玻璃纤维能有效提高面层的抗剪切性能。

2）在轮胎的反复碾压和高温环境的共同影响下，沥青路面中的沥青胶浆容易发生流动，进而促使轮迹处的混合料产生横向变形。通过向混合料中加入玻璃纤维，能够形成一个有效的空间网络结构，阻碍沥青的流动。这一做法不仅加强了矿质骨架的约束和阻碍作用，还显著提升了沥青路面的抗车辙能力，从而确保路面的稳定性和耐久性。

3）玻璃纤维的加入能够显著加强沥青与碎石之间的黏着性，使得封层在铺设时能够均匀展布。这种均匀分布不仅有助于分散路表各向应力，还能明显提升封层的抗渗性能，从而提高路面的耐久性和使用寿命。

参考文献：

[1] 龚演，严二虎，袁海蛟，等.沥青路面玻璃纤维橡胶沥青碎石封层的层间黏结性能[J].公路交通科技，2022，39（s2）：1-9.

[2] 覃潇，申爱琴，郭寅川，等.动水压力作用下纤维沥青碎石封层的抗渗性能[J].江苏大学学报：自然科学版，2018，39（2）：230-235.

[3] 杨龙飞.玻璃纤维沥青胶浆高低温性能研究[J].北方交通，2016（11）：68-73.

[4] 郭寅川，陈乔森，申爱琴，等.纤维改善砾石沥青混合料路用性能[J].公路交通科技，2018，35（8）：28-33.

[5] 张争奇，雷宗建，杨博.玻璃纤维沥青桥面防水黏结层的性能研究[J].公路，2011（9）：34-37.

[6] 王智辉.玻璃纤维沥青混合料路用性能多尺度研究[D].呼和浩特：内蒙古工业大学，2023.

[7] 柴亚.纤维封层施工技术在公路养护中的应用[J].交通世界（建养.机械），2014（5）：121-123.

[8] 宋珲.玻璃纤维橡胶沥青碎石封层层间粘结性能及用量优选[J].四川建筑，2022，42（3）：295-297，300.

[9] 周红霞.沥青加铺层改造旧水泥混凝土路面的应用研究[D].武汉：华中科技大学，2005.

第一作者简介：詹迎（1996-），男，助理工程师。研究方向为公路工程施工建设管理。