市政道路瀝青路面纖維封層養(yǎng)護(hù)技術(shù)

王 昶

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092]

0 引 言

近年來隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，私家車比重以及自駕出行方式的比例也大幅增加，對市政道路路面的損壞也隨之增加。瀝青路面的養(yǎng)護(hù)技術(shù)主要有表面處治、瀝青碎石、稀漿封層路面等，其缺點(diǎn)是路面損壞后的維修，而纖維封層是一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，可以在路面損壞前進(jìn)行預(yù)防性的養(yǎng)護(hù)，可有效提高路面使用的耐久性，具有一定的社會價值[1]。

英國是使用纖維封層技術(shù)最早的國家，美國、澳大利亞、法國等國家也已經(jīng)普遍使用該項(xiàng)技術(shù)，相關(guān)研究已經(jīng)比較成熟。英國諾丁漢大學(xué)、美國德州大學(xué)、法國歐坦土木工程區(qū)域?qū)嶒?yàn)室、北愛爾蘭阿爾斯特大學(xué)、澳大利亞新南威爾士州等均對纖維封層展開了深入研究，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果以及現(xiàn)場評估觀察均表明纖維封層能大幅度增加瀝青路面的使用壽命，且防水性能較好[2]。

我國對于纖維封層的應(yīng)用較少，相關(guān)的研究起步也較晚，但其良好的路用性能和使用壽命得到了廣泛的關(guān)注，在中、低等級道路的面層或?yàn)r青混凝土路面的養(yǎng)護(hù)中已經(jīng)開始應(yīng)用[3]。為了使纖維封層能夠更廣泛的應(yīng)用到我國瀝青路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中，結(jié)合我國市政道路存在的問題，本文從纖維封層的特點(diǎn)、材料要求及施工工藝流程等方面進(jìn)行分析，為能夠更好的應(yīng)用纖維封層養(yǎng)護(hù)技術(shù)提供支持。

1 纖維封層材料特性

纖維封層主要由瀝青混合料、碎石以及纖維組成，由于各材料之間性能的差異性，必須合理選擇材料才能充分發(fā)揮纖維封層的作用[4]。

（1）瀝青混合料

瀝青結(jié)合料主要包括稀釋瀝青、乳化瀝青和改性瀝青等。相比于稀釋瀝青和乳化瀝青，普通瀝青不易灑布均勻，且會因溫度降低影響與石料的粘附性。由于改性乳化瀝青灑布均勻、快凝、粘附性好，其應(yīng)用更廣。不同種類瀝青性能對比見表1。

表1 不同種類瀝青性能對比

在道路建設(shè)中，乳化瀝青更安全，對環(huán)境的污染基本沒有，而且能源消耗很小，因?yàn)槿榛癁r青的工藝避免了高溫操作以及有害物質(zhì)的排放。相比于陰離子乳化瀝青，陽離子乳化瀝青可充分乳化各種瀝青，且能源消耗很小、與石料粘附性好，因此其應(yīng)用效果更好[5]。

（2）碎石

纖維封層技術(shù)的集料主要來源于玄武巖、輝綠巖、石灰?guī)r、花崗巖等，由于不同巖石其礦物組成成分有所差異，其各項(xiàng)性性能也會有所差別，表2 為不同碎石各種工程性質(zhì)的對比分析。

纖維封層所用集料技術(shù)要求與瀝青混合料面層所用骨料基本相同，但對于磨耗和棱角性要求更高。集料應(yīng)避免針片結(jié)構(gòu)、有硬度、有棱角，保證骨料的嵌入深度，且力學(xué)強(qiáng)度高、更耐磨耗。由表2 可知，相比于其他巖類，玄武巖的各項(xiàng)性能均較好，是作為纖維封層的最好集料，在實(shí)際情況允許的情況下，可優(yōu)先選擇玄武巖。

表2 不同碎石性質(zhì)對比

（3）纖維

纖維是一種細(xì)長、柔韌的絲狀或均勻線狀物質(zhì)，具有一定的強(qiáng)度和彈性。工程中常用的幾種纖維的特點(diǎn)見表3。

表3 不同種類纖維性能對比

通過上述不同種類纖維性能對比分析可知，玻璃纖維不僅強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性、分散性、與瀝青親和性以及經(jīng)濟(jì)性都較好，且來源更廣，綜上所述玻璃纖維是最優(yōu)選擇。

纖維作為纖維封層中重要的組成部分，其對瀝青路面的使用性能影響很大，圖1 和圖2 分別為未增設(shè)纖維層和增設(shè)纖維層的情況下裂縫的擴(kuò)展情況，由此可見纖維封層能夠延緩裂縫危害。纖維在封層中作用主要有以下幾個方面：

圖1 增設(shè)纖維封層

圖2 未增設(shè)纖維封層

a. 加筋：纖維大分子的軟鏈與瀝青高分子產(chǎn)生交聯(lián)作用，能夠有效約束瀝青高分子運(yùn)動，從而增加了瀝青混合料抗拉抗剪強(qiáng)度以及抗沖擊強(qiáng)度，同時瀝青路面裂紋的自愈能力也有所提高。

b. 吸附：纖維的使用增加了瀝青膜的厚度，進(jìn)一步提高了瀝青與骨料的粘結(jié)性，使得結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，進(jìn)而提高路面的耐久性。

c. 分散：纖維的另一個作用是使膠團(tuán)均勻分布在集料中，進(jìn)而提高了瀝青混合料的均勻性。

d. 穩(wěn)定：由于纖維具有一定的彈性，其對瀝青膜具有牽拉作用，使包裹于集料表面的瀝青狀態(tài)更加穩(wěn)定，使得高溫穩(wěn)定性更好。

e. 增粘：由于纖維增加了瀝青與骨料的粘附性，進(jìn)而提高了彼此的粘結(jié)力，也進(jìn)一步增加了水穩(wěn)定性。

2 纖維封層技術(shù)特性

纖維封層技術(shù)是一種新型道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)，與碎石封層、表面處治等方法都?xì)w屬于碎石封層類[6]，根據(jù)纖維封層的功能可以分為兩類，即上封層表面磨耗層以及下封層應(yīng)力吸收層，圖3 為纖維封層用于面層磨耗層以及應(yīng)力吸收層的結(jié)構(gòu)組成示意。

圖3 瀝青路面面層磨耗層和應(yīng)力吸收層結(jié)構(gòu)示意圖

通過上述結(jié)構(gòu)層可以看出纖維封層技術(shù)特性如下：

（1）應(yīng)力吸收以及分散能力：纖維具有較高抗拉伸強(qiáng)度的特性，有效的增強(qiáng)了封層的抗拉、抗剪以及抗沖擊的強(qiáng)度。纖維封層作為瀝青路面應(yīng)力吸收層時，可以很好的吸收并且分散車輛等荷載傳到路面層的應(yīng)力，減少攤鋪層的應(yīng)力以及部分集中應(yīng)力，能夠避免裂縫的產(chǎn)生。除此之外，纖維封層還能夠?qū)β访嬖辛芽p、路基反射應(yīng)力所產(chǎn)生的裂縫有很好的應(yīng)力吸收和分散作用，有效抑制反射裂縫的出現(xiàn)，提高了路面的使用壽命。

（2）高防水性：纖維封層具有獨(dú)特的力學(xué)特性，對于瀝青路面養(yǎng)護(hù)有很好的適用性，因其延展能力強(qiáng)，抗拉性能遠(yuǎn)大于溫度產(chǎn)生的收縮應(yīng)變，進(jìn)而降低了低溫條件下瀝青路面的脆裂性，有效改善常規(guī)裂縫、低溫收縮裂縫等不利病害的產(chǎn)生，同時也減少了水對瀝青面層造成的破損。

（3）高耐磨性：集料分散在瀝青混合料結(jié)構(gòu)中，被結(jié)合料緊緊包裹，形成了較為復(fù)雜的力學(xué)嵌鎖體，該嵌鎖體能夠抑制骨料之間產(chǎn)生的滑移，并能夠減少骨料脫落，大幅度地提高了路面的耐磨性，延長道路的使用年限。

（4）纖維不僅使封層的密閉性更好，且對于瀝青結(jié)合料有較高的吸附力，有效阻止瀝青流動，增強(qiáng)了瀝青的高溫穩(wěn)定性能，并起到增韌阻裂的效果，避免高溫泛油對路面的破壞，降低了水滲透對路基的損壞。

（5）在施工養(yǎng)護(hù)過程中，纖維封層施工技術(shù)快捷，有效的減少了路面的養(yǎng)護(hù)維修時間，這就意味著可以更早的開放交通，保證車輛的正常通行，進(jìn)一步體現(xiàn)了其施工的快捷性。

3 CAPE 封層設(shè)計方法

纖維封層的施工流程與其他碎石封層的施工流程非常相似，只是增加了纖維的施工工藝。施工前要對原路面進(jìn)行質(zhì)量評定，并進(jìn)行原路面的預(yù)處理，主要是對施工路段進(jìn)行路面清潔，并對車轍等病害就行處理，使路面平整度、強(qiáng)度等相關(guān)指標(biāo)滿足要求，然后同步撒布瀝青和纖維，接著撒布碎石，進(jìn)行攤鋪碾壓，在施工過程中應(yīng)進(jìn)行交通管制，并及時對相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢測，具體施工工藝流程及養(yǎng)護(hù)施工現(xiàn)場見圖4、圖5。

圖4 施工工藝流程

圖5 纖維封層養(yǎng)護(hù)施工現(xiàn)場圖

纖維封層主要適用于養(yǎng)護(hù)路段舊瀝青路面與加鋪層之間的應(yīng)力吸收層，或者用于基層與面層之間，由于其能夠?qū)β访鎮(zhèn)鬟f的應(yīng)力進(jìn)行較好的吸收和分散，能夠很好的預(yù)防裂縫的產(chǎn)生，并且對原路面裂縫也能夠起到有效的抑制作用，減緩裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)大。由于其防水性好、路用性能好、經(jīng)濟(jì)性好、建設(shè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)贏得了許多市政道路管理部門的關(guān)注和應(yīng)用。

4 結(jié) 語

本文對瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)表面封層中的纖維封層的材料特性進(jìn)行了敘述，分別對纖維封層的瀝青混合料、碎石、纖維等材料的不同種類特性進(jìn)行了分析，給出了材料的最佳選取原則，并分析了該預(yù)防性養(yǎng)護(hù)方法的技術(shù)特性和施工工藝流程，為纖維封層的施工提供參考，進(jìn)而提高市政道路的耐久性。