摻配玄武巖纖維增強(qiáng)超薄罩面的配比設(shè)計(jì)及性能分析

摘要 超薄罩面作為公路養(yǎng)護(hù)的常用技術(shù)手段，可顯著增強(qiáng)瀝青路面的路用性能，延長(zhǎng)道路運(yùn)營(yíng)年限。為有效提升超薄罩面材料的使用性能，防止產(chǎn)生早期質(zhì)量缺陷，保證罩面層的耐久性、穩(wěn)定性，文章提出了摻配玄武巖纖維改善超薄罩面路用性能的方案，闡述了玄武巖纖維的作用機(jī)理及原材料選用標(biāo)準(zhǔn)，利用室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)，并對(duì)其路用性能實(shí)施了評(píng)價(jià)，得出集料粒徑9.5 mm、纖維長(zhǎng)度6.0 m、摻量0.2%～0.3%條件下的超薄罩面摻合料路用性能最優(yōu)。工程實(shí)踐表明，瀝青路面加鋪玄武巖纖維超薄罩面后，路用性能得到顯著提升，路面技術(shù)狀況良好，運(yùn)營(yíng)至今未出現(xiàn)質(zhì)量病害，充分驗(yàn)證了玄武巖纖維增強(qiáng)超薄罩面路用性能的可行性。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；超薄罩面；玄武巖纖維；瀝青混合料；配合比設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）03-0066-03

0 引言

公路瀝青路面在車輛持續(xù)碾壓條件下，極易產(chǎn)生疲勞破壞，如路面開(kāi)裂、車轍、坑槽、松散等，嚴(yán)重影響路面的使用性能[1]。在工程實(shí)踐中，通常采取超薄罩面技術(shù)對(duì)瀝青路面實(shí)施養(yǎng)護(hù)處理，以有效修復(fù)表面病害，恢復(fù)瀝青路面的路用性能。該技術(shù)主要是在原瀝青道路表面加鋪一層復(fù)合改性瀝青摻合料，形成厚度約1.0～2.5 cm

的磨耗層，從而達(dá)到閉合裂縫和提升使用功能的效果[2]。但由于超薄罩面的厚度有限，在一定程度上影響其耐久年限，因此為有效提升磨耗層耐久性和路用性能，該文提出通過(guò)摻配玄武巖纖維增強(qiáng)磨耗層性能的方案，利用相關(guān)試驗(yàn)確定了最佳的技術(shù)參數(shù)，并通過(guò)具體工程實(shí)踐驗(yàn)證了該方案的可行性，具有重要的參考意義[3-5]。

1 玄武巖纖維增強(qiáng)超薄罩面的機(jī)理

玄武巖纖維作為一種無(wú)機(jī)高分子材料，具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐磨及耐腐蝕性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可適應(yīng)各種極端溫度條件。瀝青路面產(chǎn)生質(zhì)量病害時(shí)，若采取超薄磨耗層進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在超薄罩面瀝青摻合料中摻加適量的玄武巖纖維材料，可有效控制裂縫發(fā)展，修復(fù)道路表面病害，提高磨耗層的路用性能，延長(zhǎng)其使用年限。玄武巖纖維制作工藝較為復(fù)雜，首先通過(guò)專用破碎設(shè)備將玄武巖石材破碎，然后進(jìn)行高溫處理，最后采用拉拔裝置進(jìn)行反復(fù)拉拔，從而制得玄武巖纖維材料[6-7]。玄武巖纖維增強(qiáng)超薄罩面的機(jī)理主要包括以下三個(gè)方面：

吸附作用。玄武巖纖維主要通過(guò)無(wú)數(shù)根單絲材料組合而成，將其投放至瀝青混合料后單絲材料逐漸擴(kuò)散，從而有效吸附混合料中的液態(tài)瀝青材料，在混合料內(nèi)部生成纖維-瀝青膠結(jié)層，使得混合料內(nèi)部的一些高分子與膠結(jié)層相互吸引，促使纖維與瀝青形成整體。

（2）阻裂作用。玄武巖纖維分散于瀝青混合料內(nèi)部，會(huì)逐漸交織成網(wǎng)。當(dāng)瀝青路面在交通荷載作用下出現(xiàn)輕微開(kāi)裂時(shí)，玄武巖纖維以其自身優(yōu)良的抗拉能力，可充分發(fā)揮阻裂作用，以有效控制路面裂縫發(fā)展。

（3）加筋作用。瀝青路面主要承載體為集料嵌擠骨架，荷載由結(jié)構(gòu)表面逐漸傳遞至結(jié)構(gòu)內(nèi)部。由于玄武巖纖維質(zhì)地較為粗糙，可實(shí)現(xiàn)與混合料內(nèi)部各種材料的良好黏結(jié)。同時(shí)，混合料內(nèi)部各種材料的強(qiáng)度存在一定差異，在外部荷載作用時(shí)，各種材料間會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)，而此時(shí)的玄武巖纖維能夠充分展現(xiàn)其加筋作用，限制材料錯(cuò)位[8]。

2 原材料的選用

2.1 玄武巖纖維

玄武巖纖維由優(yōu)質(zhì)玄武巖石料加工成束，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，具體檢測(cè)結(jié)果如表1所示：

相較于普通纖維材料，玄武巖纖維的主要優(yōu)勢(shì)如下：

（1）溫度適應(yīng)性強(qiáng)。玄武巖纖維能夠承受各種極端溫度條件，施工時(shí)對(duì)溫度要求較低，可滿足各種高、低溫的路面施工要求[9]。

（2）力學(xué)性能優(yōu)異。彈性模量大，抗拉伸性能強(qiáng)，能夠顯著提升混合料的抗拉、抗裂能力。

（3）化學(xué)穩(wěn)定性好。具有較強(qiáng)的耐酸堿、耐腐蝕性能，并且與瀝青材料之間不會(huì)產(chǎn)生理化反應(yīng)。

（4）抗老化性能好。耐久性好，不容易發(fā)生老化。

（5）水穩(wěn)定性好。具有較強(qiáng)的憎水性，能夠顯著增強(qiáng)混合料的抗水損能力。

2.2 礦質(zhì)集料

粗集料選用硬度大、粗糙度高、棱角性好的優(yōu)質(zhì)碎石，以玄武巖碎石為最優(yōu)，并經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，粗集料質(zhì)量指標(biāo)均合格。細(xì)集料選用優(yōu)質(zhì)玄武巖石料，采用專用破碎機(jī)械碎化處理，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，細(xì)集料質(zhì)量指標(biāo)均合格。填料選用花崗巖磨細(xì)礦粉，經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)，填料質(zhì)量指標(biāo)均合格。

2.3 復(fù)合改性瀝青

瀝青材料選用復(fù)合改性瀝青，通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)測(cè)得其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求，詳細(xì)檢測(cè)結(jié)果如表2所示：

3 混合料配合比

選用長(zhǎng)度為6.0 mm的玄武巖纖維，其摻配量按照摻合料質(zhì)量比進(jìn)行計(jì)算。玄武巖纖維瀝青摻合料礦料級(jí)配類型如表4所示：

設(shè)計(jì)油石比為6.0%，各種玄武巖纖維摻量下的瀝青用量及體積技術(shù)參數(shù)如表5所示。通過(guò)表5可以看出，玄武巖纖維摻配量越大，集料比表面積越大，混合料油石比越大，但總體升幅較小。

4 路用性能

通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)對(duì)不同纖維長(zhǎng)度、摻量下的超薄罩面瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、飛散損失等實(shí)施檢測(cè)，并對(duì)其路用性能實(shí)施評(píng)估，以驗(yàn)證摻配玄武巖纖維增強(qiáng)超薄罩面的路用效果[10]。

4.1 不同纖維長(zhǎng)度

以玄武巖纖維摻量0.3%，長(zhǎng)3.0 mm、6.0 mm、9.0 mm分別成形標(biāo)準(zhǔn)試件，并進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。結(jié)果顯示各種纖維長(zhǎng)度的混合料高低溫性能與飛散損失均有所改善，其中長(zhǎng)度為6.0 mm條件下的混合料路用性能最佳。

4.2 不同纖維摻量

以玄武巖纖維長(zhǎng)6.0 mm，摻量0%、0.2%、0.3%和0.4%分別成形標(biāo)準(zhǔn)試件，并對(duì)其各項(xiàng)性能實(shí)施檢測(cè)，具體見(jiàn)表6所示。

從表6可以看出，相較于纖維摻量0%條件下，其他各種纖維摻量的混合料高溫和低溫性能均得到一定提升，飛散損失顯著降低，混合料路用性能得到明顯增強(qiáng)，其中摻量超過(guò)0.3%后，繼續(xù)提升纖維摻量，混合料路用性能基本不再變化。

5 試驗(yàn)段施工技術(shù)要點(diǎn)及效果分析

某公路項(xiàng)目瀝青路面出現(xiàn)諸多質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)路面質(zhì)量調(diào)查與評(píng)定，確定采取超薄罩面進(jìn)行處理，并在正式施工前選擇試驗(yàn)段進(jìn)行了試鋪。試驗(yàn)段總面積為1.2萬(wàn)平方米，舊路面結(jié)構(gòu)形式自上而下依次為4.5 cmAC-16C表面層+5.5 cmAC-20C下面層+16.0 cmATB-25瀝青碎石上基層+15.0 cm碎石下基層+1.0 cm瀝青封層+32.0 cm水穩(wěn)碎石底基層，總厚度為74.0 cm。薄層罩面玄武巖纖維瀝青混合料采用密級(jí)配，纖維摻量為0.3%，厚度為2.0 cm。主要施工控制要點(diǎn)如下：

（1）路面處理。加鋪罩面層前，應(yīng)先對(duì)舊路面實(shí)施處理，全面修復(fù)表面病害，并將路面清理干凈。

（2）天氣條件。提前與氣象站聯(lián)系，氣溫低于10℃嚴(yán)禁施工，并盡可能避開(kāi)雨季。

（3）施工設(shè)備。罩面層應(yīng)利用專用施工機(jī)械進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，確保一次性成形，該項(xiàng)目配置施工機(jī)械群以滿足施工需求。

（4）混合料生產(chǎn)。根據(jù)目標(biāo)配比合理優(yōu)化生產(chǎn)配比，并通過(guò)試配獲得混合料的拌和工藝參數(shù)。

（5）攤鋪工序。瀝青混合料攤鋪前，應(yīng)預(yù)先灑布高黏瀝青，其灑布溫度保持在60～80℃，灑布量控制在0.7 L/m2，并同步完成復(fù)合改性瀝青的灑布，然后通過(guò)熨平板整平。待瀝青灑布成形后，開(kāi)始進(jìn)行瀝青混合料形鋪設(shè)，其溫度控制在155～170℃，嚴(yán)格控制攤鋪速率，確保勻速、緩慢攤鋪。

（6）碾壓施工。在超薄罩面層攤鋪過(guò)程中對(duì)溫度實(shí)施監(jiān)測(cè)，待表面溫度低于120℃時(shí)完成碾壓工作。采用噸位為12.0～20.0 t的鋼輪壓路機(jī)靜壓2遍。待道路表面溫度降至50℃時(shí)方可解除交通管制。

施工效果：超薄罩面利用玄武巖纖維瀝青混合料，其成本提升4.0元/m2；采用0.3%纖維超薄罩面混合料處治后，瀝青路面性能得到顯著提升，路面技術(shù)狀況良好，運(yùn)營(yíng)至今未出現(xiàn)質(zhì)量病害，充分驗(yàn)證了玄武巖纖維增強(qiáng)超薄罩面路用性能的可行性。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文結(jié)合某公路項(xiàng)目養(yǎng)護(hù)案例，提出摻配玄武巖纖維改善超薄罩面路用性能的方案，通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)對(duì)不同摻量、纖維長(zhǎng)度下玄武巖纖維瀝青混合料的路用性能實(shí)施分析，確定了最佳纖維摻量、長(zhǎng)度，具體結(jié)論如下：

（1）玄武巖纖維分散于瀝青混合料內(nèi)部，會(huì)逐漸交織成網(wǎng)，具有較強(qiáng)吸附、阻裂及加筋作用，能夠顯著增強(qiáng)混合料的高低溫性能與抗飛散性能，控制病害發(fā)展，延長(zhǎng)路面使用壽命。

（2）通過(guò)路用性能及飛散損失試驗(yàn)，得出玄武巖纖維長(zhǎng)度為6.0 m、摻量在0.2%～0.3%條件下的超薄罩面摻合料路用性能最優(yōu)。

（3）試驗(yàn)段施工實(shí)踐表明，瀝青路面加鋪玄武巖纖維超薄罩面后，路用性能得到顯著提升，路面技術(shù)狀況良好，運(yùn)營(yíng)至今未出現(xiàn)質(zhì)量病害，充分驗(yàn)證了玄武巖纖維增強(qiáng)超薄罩面路用性能的可行性。

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收稿日期：2024-07-22

作者簡(jiǎn)介：張金亮（1988—），男，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要從事企業(yè)與科研管理工作。