纖維增強(qiáng)封層技術(shù)在瀝青路面中的應(yīng)用

吳成朋

摘 要：纖維增強(qiáng)封層技術(shù)是一類近些年在道路工程中得到廣泛應(yīng)用的新型養(yǎng)護(hù)技術(shù)，實踐證明其具有突出的應(yīng)用價值與良好的應(yīng)用效益，能夠很好的滿足我國道路工程發(fā)展的需求。本文主要從纖維增強(qiáng)封層技術(shù)的基本概況出發(fā)，對其各組成部分的材料進(jìn)行了詳細(xì)論述，并結(jié)合工程實踐對薄層罩面的路用性能展開了討論。

關(guān)鍵詞：纖維增強(qiáng)封層技術(shù);瀝青路面;工程應(yīng)用

目前我國在瀝青路面的維護(hù)上主要有以下四個方面：預(yù)防性養(yǎng)護(hù)、修復(fù)性養(yǎng)護(hù)、路面翻修以及路面重建。其中纖維增強(qiáng)封閉技術(shù)就屬于預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的范疇，其主要作用在路面病害剛剛出現(xiàn)的階段，抑制病害的進(jìn)一步發(fā)展。纖維增強(qiáng)封層技術(shù)在施工流程上即為在既有瀝青路面表層鋪一定比例的瀝青膠結(jié)料與玻璃纖維，同時在其上再鋪一層碎石層并碾壓密實的技術(shù)，實踐表明該技術(shù)有著突出的抗滑移能力，此外也有施工便捷、作業(yè)周期短的優(yōu)點。

1 纖維增強(qiáng)封層的組成

1.1 應(yīng)力吸收中間層

應(yīng)力吸收中間層在組成上可大致歸為乳化瀝青和玻璃纖維兩種材料，其在施工時一般鋪設(shè)在道路基層與路面之間，也有的工程將中間層鋪設(shè)在新舊結(jié)構(gòu)層之間。檢測結(jié)果表明，中間層對于既有結(jié)構(gòu)層內(nèi)的裂縫應(yīng)力有著很好的緩解效果，同時可以有效阻隔上部結(jié)構(gòu)中雨水的滲透，提升道路的抗?jié)B性。

1.1.1 乳化瀝青

目前在道路養(yǎng)護(hù)中廣泛使用的乳化瀝青可大致分為噴灑型與拌和型兩類，前者主要用于粘層、橋梁等工程中;后者則主要用于改性稀漿封層的工程中。總體來說，乳化瀝青在施工時便于撒布、凝結(jié)速度較快、環(huán)境友好，且能夠與其他建筑材料有效粘結(jié)。此外，在工程中應(yīng)當(dāng)注意乳化瀝青在封層施工完成前應(yīng)保持流動態(tài)，便于在壓力作用下能夠有效爬升。

1.1.2 纖維

纖維自身表面有很大的接觸面積，在纖維、瀝青的接觸面上，兩者會發(fā)生較為復(fù)雜的物理作用，使得纖維與瀝青能有效粘結(jié)、作用，并充分發(fā)揮兩者各自的特性。在微觀視野下，瀝青分子附著在纖維表層，構(gòu)成密實可靠、性質(zhì)穩(wěn)定的瀝青層，研究中通常稱為結(jié)構(gòu)瀝青。結(jié)構(gòu)瀝青相較于游離的自由瀝青分子而言粘結(jié)強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，其在中間層中有以下意義：①加強(qiáng)作用。纖維、結(jié)構(gòu)瀝青層構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)具有很好的穩(wěn)定性，通過控制瀝青分子的位移能夠有效提升結(jié)構(gòu)抵抗外部荷載的能力，抑制裂紋等的產(chǎn)生。②均勻分散。纖維的加入為瀝青分子的附著提供了可靠的支持，有利于材料均勻的散布。③吸附瀝青。能夠加大對內(nèi)外瀝青的吸引作用，進(jìn)而提升瀝青材料的用量，并間接提升材料的粘結(jié)性能。④穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。纖維-瀝青的結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，能夠?qū)r青分子起到很好的約束效果，特別是對于高溫環(huán)境下瀝青的膨脹變形可以有比較顯著的緩和。

1.2 罩面封層

罩面封層即指一類介于磨耗層與石屑封層之間的結(jié)構(gòu)，在工程中其厚度通常控制在15 mm～30 mm的范圍內(nèi)。罩面封層在纖維增強(qiáng)封層中主要起到調(diào)節(jié)路面的作用，特別是其能夠很好地對不平整路面進(jìn)行整平，此外罩面封層還可以保障道路工程的使用壽命、綜合效益。但罩面封層對于下層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較高，因此需要技術(shù)人員特別注意下層設(shè)計。

1.2.1 瀝青結(jié)合料

研究表明，罩面封層設(shè)計中一般工程要求瀝青結(jié)合料具備較好的粘結(jié)性能、熱穩(wěn)定性以及低溫抗裂性。由于瀝青罩面在結(jié)構(gòu)上存在較多的孔隙且大多尺寸較大，因此很容易受到高溫、強(qiáng)光等的作用而老化，因此在工程中通常選用合適的改性瀝青進(jìn)行施工。

1.2.2 集料

（1）粗集料。總體來說，罩面封層對于粗集料的需求與要求都較高，其應(yīng)當(dāng)有良好的強(qiáng)度、耐久性以及粘接性，此外在施工前還應(yīng)對集料進(jìn)行處理以確保其干凈整潔、純凈干燥。此外，粗集料的表面尤其需要滿足抗滑要求，一般要對集料中的扁平顆粒占比做出約束。粗集料中使用的碎石應(yīng)當(dāng)使用錘擊的方式進(jìn)行破碎而不能使用顎板式軋石機(jī)。在粗集料類型的選擇上，應(yīng)盡可能選用質(zhì)地較硬的材料，譬如玄武巖、花崗巖等，此外也要保障石料與瀝青材料之間能達(dá)成可靠的粘結(jié)。

（2）細(xì)集料。細(xì)集料作為在罩面封層中用量較小的一類組分，其對于罩面封層整體的性能影響卻較為顯著。雖然天然砂、石屑和機(jī)制砂都能夠作為細(xì)集料，但這三者之間所產(chǎn)生的性能作用卻有著很大的不同。天然砂是一類經(jīng)過長期自然篩選、打磨的集料，其硬度、耐久較為突出，但粘結(jié)效果較差，在高溫環(huán)境下性能往往不足;石屑總體的扁平程度高，但強(qiáng)度較低，一般需要嚴(yán)格控制其用量;機(jī)制砂的棱角分明，有利于材料粘結(jié)，在高溫下仍具備良好的力學(xué)性能。

（3）填料。除了粗集料與細(xì)集料外，集料中常常也會摻加一定量的填料，一般選擇礦粉，此外也可考慮水泥、粉煤灰等材料。以礦粉為例，其對瀝青分子有很好的吸附效果，并在表面附著一層薄膜，以此增強(qiáng)對于集料的粘結(jié)效果。

1.2.3 纖維

在罩面封層中一般還需要加入適量的纖維來提升材料的穩(wěn)定性。實踐經(jīng)驗表明，纖維的加入能夠極大地改善瀝青材料的抗離析性能，保證材料的穩(wěn)定均質(zhì)。除了上文論述的四個方面的作用外，纖維還可以提升材料的粘結(jié)性能，提升瀝青與其他各種材料間連接的可靠性。

2 薄層罩面的路用性能

薄層罩面的路用性能對于道路的使用舒適性、安全性、耐久性有著直接影響，其指標(biāo)一般包括了高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗疲勞性等。路用性能的高低主要由材料種類、集料級配等來決定，但同時這些性能的影響因素相互之間往往也存在著矛盾與沖突，譬如：（1）為了達(dá)成高溫穩(wěn)定性的要求、提升高溫環(huán)境下道路的抗車轍性能，一般可以選用粗粒徑的集料，并控制配比中瀝青的占比，但這樣的材料選擇往往也會導(dǎo)致混合料的脆性突出，特別是在低溫條件下往往容易發(fā)生斷裂的現(xiàn)象，此外材料使用耐久性也較差。相反地，低溫抗裂性的實現(xiàn)，一般可以使用針入度、含油量都較大的瀝青材料，并在集料的選擇上傾向于粒徑更小的，但這樣的混合料在高溫環(huán)境下軟化問題較突出，在循環(huán)荷載作用下很容易出現(xiàn)車轍。（2）瀝青材料功能要求與耐久要求之間也存在著拮抗關(guān)系，為了增大瀝青路面的抗滑性能，一般要求其紋理較為粗糙、有較大的構(gòu)造空隙，但同時較大的空隙也將為雨水的滲透提供路徑，降低路面的抗?jié)B、抗水損能力，進(jìn)而影響道路的使用壽命。（3）此外，瀝青的飽和度和耐久性也是一對相互矛盾的設(shè)計指標(biāo)。當(dāng)瀝青飽和度處于較高的水平時，瀝青材料空隙內(nèi)的自由瀝青在高溫的作用下將發(fā)生顯著的膨脹，并將空隙內(nèi)填充密實進(jìn)而溢出材料表面，產(chǎn)生泛油的問題。控制瀝青的飽和度雖然可以有效抑制泛油的發(fā)生，但也會對材料的耐久性產(chǎn)生不利影響。總體來說，薄層罩面的設(shè)計需要考慮多方面的性能因素，綜合建設(shè)需求與施工環(huán)境，特別是要控制相互矛盾的指標(biāo)，以達(dá)到均衡而穩(wěn)定的狀態(tài)。

3 結(jié)語

纖維增強(qiáng)封層技術(shù)作為一種在道路養(yǎng)護(hù)上擁有獨(dú)特優(yōu)勢的新興技術(shù)，其性能受到材料組成的影響較為深刻，需要從中間層與罩面封層兩個大的方面來進(jìn)行設(shè)計與研究。此外，還應(yīng)當(dāng)對設(shè)計中相互矛盾的性能進(jìn)行充分考慮，做好性能間的平衡與調(diào)節(jié)，以此來最大化適應(yīng)工程需求。

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