玄武巖纖維在重載路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

楊偉濤

（石家莊市交建高速公路建設(shè)管理有限公司西阜分公司，河北 石家莊 050000）

重載和超載情況的普遍出現(xiàn)使得路面承載能力、功能性急劇下降，為了應(yīng)對當(dāng)前公路行業(yè)中出現(xiàn)的困境，目前諸多技術(shù)均采用向瀝青混合料中摻入纖維來提高路面使用性能。

一、工程概況

某公路工程k4+100～k6+200路段通車以來路況良好，未進(jìn)行過大規(guī)模維修養(yǎng)護(hù)，僅對部分網(wǎng)裂較多的路段進(jìn)行過局部修補(bǔ)。隨著近年來交通量逐步增長，該公路早期設(shè)計時預(yù)估的交通量逐漸不滿足當(dāng)前實際通行的交通量需求，路面各種病害頻繁出現(xiàn)，為了應(yīng)對交通量增長帶來的各種問題，經(jīng)研究決定采用玄武巖纖維瀝青混合料作為面層材料，對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

二、原材料

（一）瀝青

采用SMA混合料作為上面層，主要是考慮到SMA結(jié)構(gòu)中粗集料多，其骨架密實結(jié)構(gòu)能使路面抗滑性能良好，同時在摻加玄武巖纖維后能夠大幅提升混合料延展性能，有效降低路面開裂幾率。此外，為了提高路面的抗車轍性能及高溫穩(wěn)定性，SMA要求瀝青原材料黏度大，能夠保證集料充分黏結(jié)，有效防止車轍病害的產(chǎn)生。

（二）集料

瀝青混合料中集料占比高達(dá)70%，集料的物理化學(xué)性質(zhì)、級配和結(jié)構(gòu)組成對混合料各方面性能都有著重要影響。工程中，在集料的選擇上往往將壓碎值、堅固性、洛杉磯磨耗損失等作為評價碎石集料強(qiáng)度與磨耗的重要指標(biāo)，壓碎值良好的碎石用于路面工程中能夠經(jīng)受重載車輛的碾壓而不被破壞，維持了混合料的結(jié)構(gòu)組成。而洛杉磯磨耗小的碎石集料，在長期經(jīng)受車輪作用時能夠較好地保證路面抗滑性能。此外，在進(jìn)行級配設(shè)計時，良好的級配組成能夠形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，有效提高路面的抗剪切能力。因此在選擇碎石集料時應(yīng)充分考慮這幾方面性能?？紤]到工程對碎石性能要求較高，本項目選用工程中常用的優(yōu)質(zhì)碎石玄武巖作為原材料。

（三）纖維

隨著我國發(fā)展理念的變化，施工中更加注重污染的排放，開始由高速發(fā)展轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展，而玄武巖纖維作為新興材料，用于道路工程中幾乎不會產(chǎn)生污染，而且能大幅提高混合料的高低溫性能，十分契合我國發(fā)展理念。此外，纖維是通過玄武巖碎石熔融得到，無需很高的制備工藝技術(shù)，故工程使用成本十分低廉。但由于玄武巖纖維的長度和摻入量的不同，對瀝青混合料各方面性能影響不同，為了確定最佳摻入量與纖維長度，在最佳油石比條件下通過車轍試驗進(jìn)行確定，根據(jù)試驗確定選用6mm玄武巖纖維，摻入量為0.5%。不同長度、不同含量的車轍試驗結(jié)果如表1、表2所示。

表1 不同長度車轍試驗結(jié)果

表2 不同含量車轍試驗結(jié)果

三、施工工藝

（一）混合料的拌和

摻入玄武巖纖維的混合料拌和工藝復(fù)雜，采用現(xiàn)場濕法拌和不僅需要纖維瀝青拌和設(shè)備，還十分容易造成瀝青混合料結(jié)團(tuán)情況，嚴(yán)重時更會產(chǎn)生混合料的離析。為了保證纖維在瀝青混合料中均勻分布，應(yīng)選擇工廠拌和生產(chǎn)。本工程采用新濕法生產(chǎn)玄武巖纖維瀝青混合料，每次拌和前，先精確計算各種原材料的用量，通過履帶投送方式向加熱完畢的瀝青與碎石中投放纖維，保證一定的拌和時間，待其拌和均勻后再放料[2]。

（二）混合料的運(yùn)輸

由于摻加纖維的瀝青混合料成分更為復(fù)雜，為了保證不產(chǎn)生離析，運(yùn)輸過程中應(yīng)該避免急停或突然啟動等情況，此外，在運(yùn)輸前應(yīng)在車頂覆蓋篷布以減緩混合料溫度的散失。

（三）混合料的攤鋪和碾壓

瀝青混合料攤鋪作業(yè)前應(yīng)對基層表面的透層油滲透深度進(jìn)行檢查，其滲透深度超度5mm時方可開始攤鋪工作，若由于趕工期等原因未滿足滲透深度要求會造成基層與面層黏結(jié)不夠緊密。檢查完畢后，調(diào)整好相應(yīng)松鋪系數(shù)，根據(jù)路幅寬度合理安排攤鋪機(jī)數(shù)量，考慮為防止混合料離析，采用多臺攤鋪機(jī)梯隊聯(lián)合攤鋪作業(yè)。攤鋪作業(yè)同時安排施工員在側(cè)對攤鋪厚度進(jìn)行檢驗，若不滿足攤鋪要求應(yīng)及時進(jìn)行處理。碾壓施工緊跟攤鋪作業(yè)后，根據(jù)不同混合料特性選擇合適的壓路機(jī)進(jìn)行碾壓施工，由于SMA混合料屬于間斷級配，在膠輪壓路機(jī)的揉搓碾壓作用下十分容易破壞混合料結(jié)構(gòu)，故在進(jìn)行表面層碾壓時應(yīng)采用鋼輪壓路機(jī)施工[3]。

四、施工質(zhì)量檢測

（一）低溫性能檢驗

瀝青混合料在低溫條件下，由于溫度影響產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過材料本身的極限拉伸強(qiáng)度容易造成混合料開裂，同時在重載車輛碾壓下，裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。研究表明，摻入玄武巖纖維后，纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能夠?qū)r青混合料進(jìn)行束縛，從根本上提高了其抗拉強(qiáng)度。為了檢驗施工后路面的抗裂性能，項目通過低溫彎曲試驗進(jìn)行評價，試驗結(jié)果如表3所示。

表3 低溫彎曲試驗結(jié)果

從低溫彎曲試驗結(jié)果得知，摻入0.5%含量的玄武巖纖維后，其彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變和勁度模量分別為13.75MPa、3553με和3870MPa，滿足規(guī)范使用要求。

（二）高溫性能檢驗

根據(jù)混合料變形流動的特點，車轍形成主要原因是混合料自身的剪應(yīng)力不足以抵抗車輪帶來的荷載影響。影響混合料剪應(yīng)力的主要因素是集料和瀝青，而纖維通過吸附作用能夠保證碎石與瀝青緊密結(jié)合，從而不輕易產(chǎn)生流動變形。為了檢驗施工后路面高溫性能，項目通過車轍試驗開展評價施工質(zhì)量。從車轍試驗結(jié)果得知，摻入不同含量的玄武巖纖維，動穩(wěn)定度測試結(jié)果均滿足規(guī)范要求。在摻入0.5%含量玄武巖纖維時，動穩(wěn)定結(jié)果為8823次/mm，而未摻加玄武巖纖維時動穩(wěn)定度平均值為5925次/mm，相比提升幅度高達(dá)48.9%。

五、結(jié)語

本文依托工程實例，對道路工程中玄武巖纖維瀝青混合料技術(shù)進(jìn)行研究，詳細(xì)介紹了玄武巖纖維的作用機(jī)理及玄武巖纖維瀝青混合料施工技術(shù)，最后通過低溫彎曲試驗和車轍試驗評價試驗路段性能，得出以下結(jié)論：

第一，摻入0.5%含量的玄武巖纖維后，混合料的彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變和勁度模量分別為13.75MPa、3553με和3870MPa，滿足規(guī)范使用要求。第二，摻入不同含量的玄武巖纖維,動穩(wěn)定度測試結(jié)果均滿足規(guī)范要求。在摻入0.5%含量玄武巖纖維時，動穩(wěn)定結(jié)果為8823次/mm，而未摻加玄武巖纖維時動穩(wěn)定度平均值為5925次/mm，摻加后提升幅度高達(dá)48.9%，說明摻加纖維后路面抗車轍性能顯著提升。