聚酯玄武巖纖維無紡布路用性能與施工工藝研究

張慶宇，翟曉靜，丁永盛

(1.河北交通職業技術學院，河北 石家莊 050035;2.河北蔚縣交通運輸局，河北蔚縣 075700)

半剛性基層具有板體性好、強度高、經濟性好等優點，已廣泛應用于我國高速公路路面結構，但由于材料易干縮和溫縮導致半剛性基層不可避免地出現裂縫，從而導致荷載和環境作用下面層出現反射裂縫，以致瀝青路面的最終破壞。因此通過路面結構設計采取措施減緩或消除反射裂縫是保證半剛性路面長期使用性能的關鍵。

選擇適宜的土工合成材料是防止反射裂縫的有效措施之一。課題組對聚酯玄武巖纖維無紡布路用性能進行了試驗研究，并在河北省張家口蔚縣環城公路工程中修建了試驗路段，對施工工藝進行了總結。

1 聚酯玄武巖纖維布簡介

聚酯玄武巖纖維無紡布由玄武巖纖維和聚酯纖維混紡后織成無紡布并經噴膠定型而成，其特征是充分利用了玄武巖纖維的高彈性模量、高抗拉強度、較高的吸油能力以及聚酯纖維的韌性。

生產聚酯玄武巖纖維無紡布的工藝流程是:①比例為1∶1～1∶1.5的玄武巖纖維和聚酯纖維投入吸收塔Ⅰ，進行第一次混紡30min，再進入吸收塔Ⅱ進行二次混紡30min;②混紡均勻的纖維依次經過梳理機、針織機和輥壓機，織成1.0～1.5mm厚度的無紡布;③調制增強劑，按0.4～0.8 L/m2膠漿量對無紡布上漿，晾干，即形成聚酯玄武巖纖維無紡布。

按照試驗規程，對聚酯玄武巖纖維布和聚酯玻纖布的物理力學性能進行了試驗，每項指標均按1組6個平行試件試驗，其主要試驗技術參數的均值見表1。

表1 聚酯玄武巖纖維布與聚酯玻纖維布的主要技術參數

2 聚酯玄武巖纖維布路用性能

2.1 粘結性能試驗

采用40°斜剪試驗測試粘結層抵抗在行車荷載水平力作用下產生的剪切應力的能力，同時采用拉拔試驗測試鋪設土工布后層間的粘結力，以評價其粘結性能。按施工過程在室內成型試件，成型的雙層車轍板冷卻24 h后脫模。再用雙面鋸在濕態下把試件加工成50mm×50mm×30mm(2層)，再用水洗除其塵埃，晾干。試驗前在試驗溫度下保溫不少于4 h。試驗設備裝置見圖1，試驗結果見表2。

圖1 粘結性能試驗裝置

表2 粘結試驗結果

試驗結果表明:

1)加鋪纖維布后，改變了層間的接觸條件，削弱了層間的粘結力，聚酯玄武巖纖維布較同類土工布對層間粘結力影響較小。

2)根據層狀彈性體系理論，由Bisar 3計算和相關資料知，粘結層的剪切應力范圍為0.18～0.40mPa。加鋪纖維布后，層間的粘結力仍滿足路面的使用要求。

2.2 低溫抗裂性能

本研究采用低溫小梁彎曲試驗評價纖維布復合瀝青混合料的低溫抗裂性能。試驗采用最佳油石比成型AC-13C的標準車轍板試件切割成長(250±2)mm，寬(30±2)mm，高(35±2)mm的棱柱體小梁。在相應試件的底部用AH-70#瀝青粘結聚酯玻纖布或聚酯玄武巖纖維無紡布。試驗在UTM-25設備上進行，試驗溫度為-10℃，加載速率為50mm/min。試驗結果見圖2。

圖2 低溫彎曲試驗比較

由試驗結果可知:

1)底部粘貼纖維布的小梁低溫抗裂性能普遍較不貼布的小梁試件好，表現為貼纖維布的小梁低溫彎曲的抗彎拉強度、彎拉應變和應變能密度均有顯著增加，表明纖維布可以大幅提高瀝青混凝土的低溫抗裂性能。

2)與粘貼聚酯玻纖布的小梁試件相比，聚酯玄武巖纖維無紡布小梁試件的低溫抗裂性能有所提高。試驗中聚酯玻纖布小梁試件低溫彎曲試驗結束后，試件斷裂，纖維布被撕裂;聚酯玄武巖纖維無紡布小梁試件低溫彎曲試驗結束后，試件開裂，裂縫未貫通，纖維布沒有變化。

2.3 纖維布加筋強度試驗

本研究通過極限彎曲試驗測定有無纖維布、聚酯玻纖布和聚酯玄武巖纖維無紡布瀝青混合料的抗彎拉強度、抗彎拉應變，對比分析聚酯玄武巖纖維無紡布對瀝青混凝土的加筋作用。

極限彎曲試驗是在UTM-25設備、溫度為15℃、加載速度為50mm/min下，測定瀝青混合料小梁試件彎曲破壞的力學性能。試驗狀況及結果如圖3和圖4所示。

圖3 極限彎曲試驗

圖4 極限彎曲試驗結果

由圖4可知，貼布的小梁試件具有較高的抗彎拉強度、彎拉應變，較小的勁度模量。與聚酯玻纖布相比，粘貼聚酯玄武巖纖維無紡布的小梁試件的最大彎拉應變和抗彎拉強度有所增加。從試驗中可以看出，粘貼聚酯玄武巖纖維無紡布后，小梁試件破壞時間明顯滯后，在達到設置的最大變形后，試件裂縫很小，纖維布沒有變化。由此可以判斷，聚酯玄武巖纖維無紡布具有較好的加筋作用，可以減緩裂縫的產生，增強瀝青混凝土的韌性。

2.4 裂縫反射疲勞試驗

目前我國罩面技術通常的維修方法是在原來裂縫路面上加鋪瀝青罩面層，但是使用一段時間后，原有裂縫會很快反射到新鋪的瀝青面層上形成反射裂縫，罩面層承載力迅速下降至疲勞破壞。鑒于反射裂縫發生的實際情況，本研究設計了加鋪聚酯玄武巖纖維無紡布后復合瀝青混合料的裂縫反射疲勞試驗(如圖5)。對加鋪聚酯玄武巖纖維無紡布、聚酯玻纖布及不貼布的三種類型混合料進行試驗，選用低、中、高三個應變水平，每個應變水平含3個平行試件，加載方式為三分點加載，試驗溫度為15℃。

以勁度模量為初始勁度模量一半為破壞標準，試驗結果見圖6。

由圖6可知，鋪設土工布后，混合料的抗反射裂縫的疲勞壽命明顯延長，壽命增長幅度隨應變水平提高越發顯著。試驗結果表明，纖維布具有高強度、高韌性和較好的延展性，與瀝青粘層油形成應力吸收膜，在面層與基層或罩面層與舊路面間構成緩沖層，避免應力集中和上下層間的部分相對位移，從而減小層間內應力，抑制并減緩裂縫發展，延長路面使用壽命。

3 施工工序和施工要點

3.1 施工工序

聚酯玄武巖纖維無紡布施工工序為:舊路表面清掃→測量劃線→噴灑粘結料→鋪設聚酯玻纖布→保養維護→鋪筑新路面。現場鋪設如圖7所示。

圖7 聚酯玄武巖纖維無紡布的鋪設

3.2 施工要點

1)舊路表面清掃。在噴灑粘結料前，應將舊路表面清掃干凈，并保持工作面無水分。雨后必需待路面干燥后方可施工。

2)測量、劃線。在經監理工程師驗收合格的舊瀝青路面上，對照裂縫標識確定裂縫位置。然后，按擬鋪設的聚酯玄武巖纖維無紡布寬度在裂縫兩側定好基準線，并用石灰或粉筆劃線作為鋪設聚酯玄武巖纖維無紡布的依據。對于橫向裂縫，保證裂縫兩側的布寬≥0.75m;對于縱向裂縫，保證布寬為1.8～2.0m，裂縫居中。

3)噴灑粘結料。①在鋪設設備就位后，將支架上的聚酯玄武巖纖維無紡布擺正，使聚酯玄武巖纖維無紡布卷軸垂直于拼接縫或裂縫;②在底面劃線范圍內用瀝青噴灑車灑布熱粘結料，噴灑粘結料的橫向范圍要比聚酯玄武巖纖維無紡布寬5～10 cm;③灑布熱粘結料時，施工溫度應在5℃以上，熱粘結料最佳溫度應保持在165℃～180℃;④灑布熱粘結料時要噴灑均勻，用量為1.0～1.3 kg/m2，具體用量根據現場攤鋪效果確定。

4)聚酯玄武巖纖維無紡布的鋪設與搭接。①在粘層油仍呈液體狀時，立即采用聚酯玄武巖纖維無紡布鋪設設備進行聚酯玄武巖纖維無紡布鋪設施工，不得使瀝青噴灑車與聚酯玄武巖纖維無紡布鋪設設備距離過遠。②在進行聚酯玄武巖纖維無紡布施工時，現場操作人員應戴好防護手套，并佩戴防護眼罩，以免被高溫熱瀝青燙傷或被聚酯玄武巖纖維無紡布刺傷手指。③使用牽引車或安裝在卡車上的框架來鋪設聚酯玄武巖纖維無紡布時應保持車速平穩均勻，不得忽快忽慢，并及時進行調整，以達到鋪設平滑的目的。④鋪設設備配置涂刷和鐵碾子，以保證鋪設聚酯玄武巖纖維無紡布時能及時將其壓實在粘結料上;若鋪設時發生褶皺或打折現象，應當及時用工具刀切開褶皺部位，然后在鋪設方向上再搭接起來，用粘結料膠結并壓實，以保證聚酯玄武巖纖維無紡布與粘結料的良好粘結。⑤聚酯玄武巖纖維無紡布鋪設施工時，應盡可能鋪設成一條直線;當需要轉彎時，將聚酯玄武巖纖維無紡布彎曲處剪開，重疊鋪設并噴涂粘結料膠結，應盡量避免聚酯玄武巖纖維無紡布打折起皺。在彎道安裝時若有不便，應盡量減少聚酯玄武巖纖維無紡布鋪設長度。⑥對鋪設后的聚酯玄武巖纖維無紡布兩側噴灑外露的熱粘結料應及時采用石屑灑蓋，以免將封層粘起。

5)保養維護。聚酯玄武巖纖維無紡布鋪設施工完成后，在熱粘結料未冷卻至常溫下應禁止行人或車輛進入，以防止由于車輪粘油將聚酯玄武巖纖維無紡布帶起或破壞。車輛放行之初，禁止任何車輛在聚酯玄武巖纖維無紡布上行駛時突然剎車或急轉彎，以免對聚酯玄武巖纖維無紡布造成極大破壞。

6)鋪筑新路面。上層瀝青混合料的攤鋪最好在聚酯玄武巖纖維無紡布施工后隔天進行。攤鋪過程中，運輸車通行時出現聚酯玄武巖纖維無紡布粘輪現象，可以采用聚酯玄武巖纖維無紡布表面撒熱料的措施進行處理。瀝青混合料攤鋪時，運輸車輛不得在聚酯玄武巖纖維無紡布上急剎或轉彎。

此外，聚酯玄武巖纖維無紡布吸收粘層油后會改變層間接觸狀況，較同類土工布對層間粘結力影響小。噴灑不同量的熱瀝青對層間粘結力影響較大，為保證較好的層間粘結力，噴灑瀝青用量應不小于纖維布的瀝青吸收量。

4 結語

聚酯玄武巖纖維無紡布具有較高的斷裂延伸率和抗拉強度，具有優異的加筋效果，可大大提高瀝青面層的抗裂性能，從而有效消除路面結合處或裂縫處的應力集中，延長道路的使用壽命。

［1］沙愛民.半剛性路面材料結構與性能［M］.北京:人民交通出版社，1998.

［2］尹應梅.聚酯玻纖布在高速公路罩面工程中的應用研究［D］.南京:東南大學交通學院，2005.

［3］朱玉.舊水泥混凝土路面薄層瀝青混凝土加鋪技術研究［D］.南京:東南大學交通學院，2010.