復式加筋微表處混合料性能研究及應用

董志宏

(廊坊市交通運輸局地方道路管理處)

1 概述

公路養(yǎng)護應貫徹“預防為主，防治結(jié)合”的方針，加強預防性養(yǎng)護，保持公路及其沿線設(shè)施良好的技術(shù)狀況。我國傳統(tǒng)的養(yǎng)護方式多為“改正性”養(yǎng)護，即在路面出現(xiàn)破壞后再進行修補?！案恼浴别B(yǎng)護通常需要對原路面進行修補，再鋪筑罩面，故施工時間較長，影響交通，且成本會比預防性養(yǎng)護高很多。我國的預防性養(yǎng)護的概念始于20世紀80年代，它旨在解決當路面沒有出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞時，對輕微病害和隱形病害進行修復，從而恢復路面表面服務功能的一種措施。預防性養(yǎng)護在沒有提高路面結(jié)構(gòu)能力的情況下，有助于延遲路面的損壞，維持或改善路面現(xiàn)有的通車條件。復式加筋微表處屬于預防性養(yǎng)護范疇。它將改性瀝青、水、適當級配的集料、填料、添加劑等按照一定比例配合并通過專用的機械設(shè)備進行拌和，分兩層迅速地攤鋪在路面上，形成15 mm厚左右的薄層，并能在短時間內(nèi)開放交通。

2 原材料性能

2.1 改性乳化瀝青

改性乳化瀝青作為復式加筋微表處重要的粘結(jié)材料，對微表處的開放交通時間及拌和時間有很大影響，故改性瀝青的選擇對微表處的質(zhì)量至關(guān)重要。試驗所用的改性乳化瀝青為滄州廣源公路養(yǎng)護公司生產(chǎn)。其檢測結(jié)果如表1所示。

表1 改性乳化瀝青檢測結(jié)果

2.2 纖維

(1)纖維種類的選擇

復式加筋微表處的表層是將普通微表處材料中加入纖維，此為“加筋”。軟纖維實質(zhì)上是合成纖維，它不但具有鋼纖維的優(yōu)點，并且不受酸堿環(huán)境的影響，不會產(chǎn)生“凸尖現(xiàn)象”，故在實際工程中應用較為廣泛，試驗中采用的增強型聚酯纖維和玄武巖纖維均為軟纖維。增強型聚酯纖維為白色帶狀纖維，原料為聚酯，具有耐熱性、熱穩(wěn)定性好與瀝青相溶性好等優(yōu)點。玄武巖纖維的顏色一般為褐色，有些似金色，具有優(yōu)良的耐化學性，可以提高瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗疲勞性等。

(2)纖維長度與摻加量選擇

增強型聚酯纖維、玄武巖纖維為帶狀纖維，需要剪斷，根據(jù)國內(nèi)外研究經(jīng)驗選取纖維長度為1.5～2 cm進行試驗。根據(jù)國內(nèi)外試驗的經(jīng)驗與試驗結(jié)果，選用摻加量為0.05%、0.18%、0.20%、0.25%和0.30%進行試驗。

2.3 集料

集料的表面要盡量保持干凈，含泥量要嚴格控制，一般多采用軋制碎石。試驗集料選自河北省易縣玄武巖，選用325#普通硅酸鹽水泥作為填料。級配符合MS-3型，具體篩分結(jié)果及配合比確定見表2。

表2 表層礦料級配標準及配比

2.4 水

水的用量是否適宜直接決定了稀漿的稠度以及攤鋪效果。微表處所用的水不應含有有害的可溶性鹽、能引起化學反應的物質(zhì)和其他污染物。試驗中的水均采用飲用水，不含雜質(zhì)。

3 復式加筋微表處室內(nèi)試驗

3.1 纖維的添加方法及分散性能

纖維在混合料中的分散情況直接影響纖維微表處混合料的性能。為使纖維均勻分散，試驗中將纖維加入石料中進行預拌和，待纖維分散開后，再加入瀝青乳液和水進行拌和。在實際施工中，由于要先進行預拌和，故應當延長拌和時間，以確保纖維在混合料中混合均勻。

3.2 可拌和時間試驗

拌和試驗的目的是確定稀漿混合料的可拌和時間和成漿狀態(tài)，評價改性乳化瀝青與石料的相溶性。試驗表明纖維對于水分具有吸附作用，會使用水量增加。為判斷兩種纖維對混合料用水量的影響，選擇6.5%的油石比，石料100 g，用水量均為7.5 g，對不同摻量纖維進行拌和試驗，結(jié)果見表3。從結(jié)果中分析得出對于增強型聚酯纖維和玄武巖纖維而言，當纖維摻量超過0.2%時，拌和時間不再滿足規(guī)范要求。采用0.20%的纖維摻量進行混合料試驗。

表3 纖維摻量對拌和時間的影響

3.3 纖維摻加量及油石比對混合料粘聚力的影響

在其他試驗條件不變的情況下，變化不同的油石比，考察兩種纖維的纖維量和不同油石比對混合料粘聚力性能的影響。具體試驗結(jié)果見表4。通過試驗得出隨著油石比的增大，粘聚力逐漸增加。兩種纖維的粘聚力相比較，玄武巖纖維要好于增強型聚酯纖維。

表4 粘聚力試驗結(jié)果

3.4 混合料濕輪磨耗、粘砂量、車轍試驗分析

對復式加筋微表處進行濕輪磨耗試驗主要是為了控制混合料的最小瀝青用量、判斷混合料中各組分的配伍性及抗水損害能力。國際稀漿封層協(xié)會(International Slurry Surfacing Association)建議微表處混合料的1 h濕輪磨耗值不應大于540 g/m2，我國也采用此值來作為1 h濕輪磨耗值的標準。粘砂量試驗是用來控制瀝青用量的上限值。通常，油石比越大，試件表面所粘附的砂量也就越多。規(guī)范規(guī)定粘砂量值不應低于450 g/m2。負荷車輪試驗主要用于測試混合料的抗車轍能力。它是將條形試樣放在負荷車轍試驗儀碾壓1 000次后，得到單位寬度上的側(cè)向變形率和單位厚度的車轍深度率來評價混合料的抗車轍能力，規(guī)范中規(guī)定的寬度變化率限值為5%?；旌狭系膫?cè)向變形率和車轍深度率越小，就表示混合料的抗車轍能力越好。1 h濕輪磨耗試驗可與粘砂量試驗一起確定混合料的最佳瀝青含量。

通過試驗得出，隨著油石比的增大，兩種纖維的磨耗值逐漸減小，粘砂量是逐漸增大的;增強型聚酯纖維的輪跡寬度變化率先減小后增大，在油石比為6.0%時，達到最小值，玄武巖纖維的輪跡寬度變化率逐漸減小，在油石比為6.5%時，達到最小值。相較而言，玄武巖纖維的輪跡變化率數(shù)值較小，增強型聚酯纖維的輪跡寬度變化率數(shù)值較大，即在相同油石比情況下，玄武巖纖維的抗車轍能力要強于增強型聚酯纖維。

兩種復式加筋微表處的抗變形能力優(yōu)于普通微表處，說明纖維在混合料中起到了加筋的作用，兩種纖維均能在混合料中分散均勻，并形成纖維網(wǎng)，使微表處的粘結(jié)力及彈性提高，減少車轍的產(chǎn)生。瀝青能夠依附在纖維表面，形成了結(jié)構(gòu)瀝青，減少了混合料中自由瀝青的數(shù)量，降低了出現(xiàn)油斑的可能性，使瀝青的粘性增大，軟化點提高，提高了其高溫穩(wěn)定性。

表5 濕輪磨耗和車轍變形試驗結(jié)果

3.5 復式加筋微表處底層混合料性能研究

底層的鋪筑主要用于提高路表的抗滑性能和平整度，改善行車舒適性。與表層微表處的實驗設(shè)備與條件相同，分別進行可拌和試驗、粘聚力試驗、濕輪磨耗試驗、粘附砂量試驗和車轍試驗等，考察變化規(guī)律。

底層可拌和試驗采用礦料100 g，外加水7.5 g，油石比為7%，試驗得可拌和時間為138 s。其他試驗結(jié)果見表6。

表6 底層微表處試驗結(jié)果

由試驗結(jié)果得出，底層微表處的粘聚力隨油石比的增大而增大，當油石比大于6.5%時，滿足規(guī)范要求;隨著油石比的增大，磨耗值逐漸降低，當油石比大于6.0%時，滿足規(guī)范要求;隨著油石比的增大，粘砂量逐漸增大，當油石比小于7.0%時，滿足規(guī)范要求;隨著油石比的增大，車轍變形率逐漸減小，當油石比大于7.0%時，滿足規(guī)范要求。

4 復式加筋微表處試驗段的鋪筑

為了驗證復式加筋微表處路用效果，2010年7月在京滬高速K211+050～K210+050段鋪筑微表處試驗段，試驗段選用增強型聚酯纖維和玄武巖纖維分別進行鋪筑。施工中，稀漿封層機采用一般的封層機，先在稀漿封層機的填料倉內(nèi)安裝纖維剪切刀，然后在封層機的后面空余處安裝獨立的氣泵設(shè)備，與纖維剪切刀用耐高壓氣管連接。氣泵帶動纖維剪切刀的同時高壓氣流將剪斷的纖維吹入下面的拌和缸中，與混合料進行均勻拌和，然后進行鋪筑。經(jīng)過幾個月的行車運營，復式加筋微表處沒有出現(xiàn)裂縫、脫落、松散等現(xiàn)象，直尺量測平整度較好，沒有明顯的轍槽，整體效果良好。

5 結(jié)論

復式加筋微表處較普通微表處抗磨耗性能、抗水損壞性能都有所提高，抗變形能力也有所提高，延長了微表處的使用壽命。復式加筋微表處中的纖維起到了加筋的作用，提高了混合料的粘結(jié)性，減少了裂縫的產(chǎn)生。復式加筋微表處施工與普通微表處施工基本一致，不需再購買設(shè)備，節(jié)約成本，且與普通微表處施工一樣快捷、方便，可提早交通的時間。

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