纖維橡膠瀝青封層在路面防裂中的應用

劉偉帥

（唐山大成路橋有限公司，河北 唐山 063000）

0 引言

瀝青路面使用一段時間會出現(xiàn)開裂、坑槽等病害，嚴重影響路面使用性能。為了預防瀝青路面早期開裂，提高路面防水、防滲性能，通常對道路采取預防性養(yǎng)護措施，包括開普封層、超薄磨耗層、路面微表處、瀝青碎石封層等不同處置方法。其中碎石封層技術憑借簡單的施工方法，優(yōu)良的抗磨耗性、防水性和較低的工程造價已廣泛應用于我國各等級的路面養(yǎng)護中[1]。為此，本文選用橡膠瀝青作為黏結劑，纖維和瀝青同步噴灑的施工工藝，研究碎石封層在路面防裂中的應用。

1 纖維橡膠瀝青封層設計

1.1 原材料的選擇

（1）瀝青

考慮到碎石封層結構中集料間僅靠一層瀝青黏結，因此瀝青的黏結性能關系到后期碎石封層的使用壽命，黏結性差的瀝青會使封層路面過早產(chǎn)生集料脫落等病害。為此，本文選擇橡膠改性瀝青作為膠粘劑，橡膠在瀝青中高溫溶脹后具有良好的高溫性和黏結性，并對橡膠改性瀝青各項指標進行測試，檢測結果見表1。

表1 橡膠改性瀝青性能檢測結果

表1 （續(xù)）

（2）集料

碎石封層暴露在外部環(huán)境中，直接受到車輪荷載的沖擊與碾壓，因此集料應該選擇耐磨、高強度、棱角性好的集料。通過匯總前人研究發(fā)現(xiàn)，為了避免撒布過程中骨料的離析，碎石封層通常選用單一粒徑的集料。本文選用某石料廠制備的4.75~9.5mm的玄武巖作為集料，玄武巖的各項指標檢測結果如表2所示。

表2 玄武巖性能指標檢測結果

（3）玄武巖纖維

在碎石封層體系中加入玄武巖纖維，利用纖維自身高斷裂強度和彈性模量，可以大幅提升原有碎石封層路面的剪切、拉伸和抗沖擊強度。玄武巖纖維是由玄武巖石料經(jīng)高溫環(huán)境熔融后拉絲制成的硅酸鹽纖維，具有耐腐蝕性和良好的化學穩(wěn)定性。本文選用某公司生產(chǎn)的長度為30mm的短切玄武巖纖維，其各項物理指標見表3。

表3 短切玄武巖纖維物理指標檢測結果

1.2 各材料用量的確定

（1）瀝青和碎石用量

瀝青和碎石量關系到碎石封層的性能表現(xiàn)。若瀝青用量過多，不僅增加了道路造價，而且路面在使用過程中會出現(xiàn)泛油現(xiàn)象，導致抗滑能力不足。若瀝青用量不足，則會影響碎石與瀝青的黏結性，致使封層在使用中集料脫落現(xiàn)象嚴重[2]。本文瀝青用量EAR和碎石用量AAR的計算采用McLeod提出的設計方法[3]，計算公式如下：

式（1）~式（2）中：V為碎石松散空隙率；G為碎石毛體積相對密度；T為交通量修正因子，取0.60；S為路面狀況修正因子，取0.272；A為碎石對瀝青吸收率，取0.1；H為碎石平均最小尺寸，計算公式如下：

式（3）中：M為碎石尺寸中值，經(jīng)篩分試驗得到M=6.8mm；FI為碎石針片狀指數(shù)。

經(jīng)計算可得H=5.62mm,EAR=0.99kg/m2,AAR=12.77kg/m2。

（2）纖維用量

對于碎石封層中纖維用量的確定，制備不同纖維用量的封層試件，并以纖維橡膠封層路面抗裂性能為控制指標，進行相關試驗，性能測試結果見表4，綜合考慮碎石封層的破壞荷載、彎拉應變和經(jīng)濟性，最終確定纖維用量為70g/m2。

表4 纖維碎石封層性能測試

2 工程實踐

2.1 工程概況

某高速公路全長135km，設計時速為100km/h，經(jīng)過四年的使用，該條高速公路已有早期病害產(chǎn)生。經(jīng)調(diào)查勘測發(fā)現(xiàn)，該高速的部分路段出現(xiàn)反射裂縫現(xiàn)象嚴重，為了避免雨水下滲危及瀝青路面的整體結構，考慮對原有路面采用纖維橡膠瀝青碎石進行預防性養(yǎng)護處理，施工完成后恢復原有的路面標線。

2.2 纖維橡膠碎石封層施工步驟

（1）原路面處理

為了保證施工質(zhì)量，在纖維橡膠瀝青碎石封層施工前，必須先檢查原有路面的狀況，對原路面的病害進行補洞找平處理。對于裂縫和坑槽類病害實施灌封處理，對于擁包、搓板病害也需要整平處理。將整平后的路面清掃干凈，保證路面無雜物，隨后進行下一步工序。

（2）施工設備檢查

在正式施工前，應檢查各項設備如灑布車、碾壓機械是否正常工作，另外還需對灑布車進行標定，選用設計的橡膠瀝青和纖維用量以及碎石撒布量。

（3）橡膠瀝青和纖維撒布

啟動纖維封層設備，同時撒布一層橡膠瀝青+一層玄武巖纖維，其中橡膠瀝青的撒布量為0.99kg/m2，纖維的撒布量為70g/m2。為了確保瀝青撒布均勻，需在撒布的起點和終點放置毛氈。此外，為了避免橫向搭接處出現(xiàn)瀝青撒布過多或漏撒的狀況，還應調(diào)整好橫向搭接寬度。纖維封層車的速度應控制在3~4.5km/h，最佳速度為3.5km/h。

（4）碎石撒布

為了避免熱的橡膠瀝青在外部環(huán)境中快速降溫而失去流動性，碎石撒布設備應緊跟在瀝青撒布車后，且車速控制與瀝青撒布車相匹配。在瀝青沒撒到的地方應提前關閉碎石撒布，在接頭處則應提前開啟碎石撒布設備。對于碎石撒布不到的地方應進行人工補撒，保證每個地方碎石撒布均勻。

（5）碾壓

封層的碾壓在碎石撒布完成后進行，選擇適當?shù)哪z輪壓路機對封層碾壓2~3遍，碾壓速度控制在3~4.5km/h。碾壓后碎石浸入瀝青中，同時瀝青沿碎石表面向上爬升。研究表明，當爬升高度為60%時，碎石封層可以獲得良好的黏結性能。

（6）開放交通

碾壓結束后，待橡膠瀝青與碎石形成強度后即可開放交通。但開放交通初期應嚴格控制車輛速度不超過20km/h，對于路表散落的碎石及時清掃。

2.3 路用性能檢驗

碎石封層施工完成后，需要對其路用性能進行評測。其中檢測項目有平整度和滲水性能檢測。

（1）平整度檢測

對纖維橡膠瀝青封層路面通車六個月后的平整度檢測，測量儀器為3m直尺。測試方法為每縱向30m測量十尺，并以連續(xù)十尺為一測量組，記錄下每尺與路面間的最大間隙，同時計算每一測量組最大間隙的平均值和標準差，測試結果見表5。

表5 瀝青路面平整度檢測

由表5可知，施工前原路面最大間隙平均值在1.7mm以上，說明原路面的平整度不好；經(jīng)碎石封層處理后，路面的最大間隙平均值降至1.0mm以內(nèi)，標準差也有明顯下降，表明處理后的路面平整度有所提升，行車舒適性提高。

（2）路面滲水性能檢測

對于封層處理后的抗?jié)B水性能，本文基于滲水儀測試路面滲水系數(shù)，以評價施工前后路面抗?jié)B水能力的改善情況，其檢測結果見表6。

表6 瀝青路面滲水性能檢測結果

路面的抗?jié)B水性能反映了碎石封層路面的施工質(zhì)量，良好的抗?jié)B水性能可阻止雨水沿原路面裂縫下滲，保護了路面結構不遭受水損害。由表6可知，施工前該路段路面的滲水系數(shù)較大，路面的抗?jié)B水能力較差，經(jīng)橡膠碎石封層處理后，滲水系數(shù)有了明顯降低，表明碎石封層技術提高了抗?jié)B水能力，保護原路面免遭雨水侵害。

3 結語

鑒于當前瀝青路面在使用中因外部環(huán)境因素而產(chǎn)生裂縫，結合工程實例，對碎石封層所需各類原材料進行檢測，基于McLeod設計方法計算出瀝青和碎石撒布量分別為0.99kg/m2mm,12.77kg/m2，確定了纖維用量為70g/m2，然后依托工程實踐對原有路面做封層處理，并檢測其路用性能，結果表明封層處理后的路面抗裂抗?jié)B性能良好。