玻璃纖維瀝青碎石封層在公路養護中的應用研究

黃崇仁

(廣西崇左市扶綏縣公路養護中心，廣西 崇左 532100)

0 引言

近年來，隨著我國公路交通流量和重載車輛的增大，部分公路在投入運營不久后便出現輕微坑槽、裂縫及車轍等早期病害，若不及時進行處治，嚴重時將會對路面結構造成影響[1-2]。而纖維碎石封層技術作為一種新型路面封層技術，已在我國公路養護工程中得到廣泛應用[3]。因此，深入研究纖維碎石封層技術對于提升公路質量具有重要意義[4]。

目前，國內外學者關于纖維瀝青碎石封層技術在公路工程中的應用展開了大量研究，如韓博等[5]選定5種預防性養護技術，從路面性能提升、費用效益、施工和環境等4個方面對預防性養護技術進行綜合比選，為路面養護質量保證提供了數據支撐和技術比選體系。張靜[6]提出了改性乳化瀝青纖維同步碎石封層養護工藝，認為改性乳化瀝青纖維同步碎石封層工藝處理后的路面具有較好的防水、防滑性能，在瀝青路面預防性養護中具有推廣價值。王金華等[7]結合國內的實際現狀，對纖維瀝青碎石封層這一技術的特點、配合比設計、工藝流程等方面進行了詳細研究，認為該技術具有良好的發展應用前景。王素蘭[8]建立了路用性能評價體系，闡述了同步加纖維碎石下封層施工工藝和質量控制要點，并分析了同步加纖維碎石下封層試驗段的路用性能。為進一步提升纖維瀝青碎石封層技術的施工質量，以及擴大纖維瀝青碎石封層技術在公路工程中的應用范圍，本文以某公路養護工程為研究對象，針對玻璃纖維瀝青碎石封層技術處治公路早期病害實際效果進行對比分析，證明了該技術可有效恢復公路使用品質，延長公路使用壽命。

1 工程概況

某公路養護工程起止樁號為K362+200～K394+500，項目全長32.3 km，公路等級為二級公路，設計速度為40 km/h，路基設計寬度為10.5 m，路面面層結構為6 cm AC-13瀝青混凝土+4 cm AC-20改性瀝青混凝土+8 cm AC-25瀝青混凝土+20 cm水泥穩定基層+20 cm砂礫底基層。道路在運營3年后，經檢測發現路面出現大量輕微裂縫、坑槽及車轍等早期病害，為保證道路的美觀性和安全性能，研究決定采用玻璃纖維改性瀝青碎石封層技術對路面病害進行修復，整體加鋪厚度為6～8 mm。

2 施工原材料

(1)瀝青：玻璃纖維碎石封層粘結劑選用流動性和粘結性較高的SBS改性瀝青，其相關技術指標如表1所示。

表1 SBS改性瀝青技術要求表

(2)集料：選用規格為4～8 mm的玄武巖碎石，嚴格控制粉塵含量不超過0.075 mm比例，其相關技術指標如下頁表2所示。

表2 玄武巖碎石技術要求表

(3)纖維：瀝青碎石封層采用長度為6 cm的玻璃纖維，其相關技術指標如表3所示。

表3 玻璃纖維技術要求表

3 配合比設計

3.1 級配設計

纖維瀝青碎石封層加鋪層瀝青混合料級配選擇AC-13級配，其最終目標級配如表4所示。

表4 AC-13目標級配表

3.2 纖維用量及最佳油石比確定

為選擇瀝青混合料較優的纖維用量和確定最佳油石比，纖維用量分別選擇40 g/m2、60 g/m2、80 g/m2及100 g/m2，油石比分別選擇4.5%、4.7%、4.9%和5.1%，制備4種瀝青混合料試件進行馬歇爾試驗，結果如表5所示。

表5 瀝青混合料試驗結果表

根據表5可知，隨著纖維用量的增加，AC-13瀝青混合料的油石比、飽和度、穩定度、動穩定度和殘留穩定度值均逐漸增大，空隙率和流值逐漸減小，說明纖維用量越大，瀝青混合料的路用性能越好，其中纖維用量選擇80 g/m2，油石比選擇4.9%對于瀝青混合料綜合性能的改善效果相對顯著。

4 養護效果分析

為分析玻璃纖維瀝青碎石封層對道路病害的處治效果，選取樁號K365+200、K372+400、K382+600和K390+500共4個路段進行檢測，每個路段橫向布置5個測點，分別對養護前后4個路段的防水性能、抗裂性能、防滑性能及平整度進行對比分析。

4.1 防水性能

為檢測養護路段的防水性能，分別計算養護前后各測點的滲水系數，得到各路段的滲水系數均值變化曲線如圖1所示。

圖1 養護前后滲水系數變化曲線圖

根據圖1可知，養護路段采用玻璃纖維瀝青碎石封層處理后，各測點的滲透系數均有所減小，說明玻璃纖維瀝青碎石封層可有效改善路面防水性能。養護前檢測路段滲水系數最大達到127 mL/min，路面防水能力較差，但養護后檢測路段的滲透系數最大未超過30 mL/min，路面防水能力得到顯著提升。主要原因是改性瀝青可有效修復路面輕微裂縫，增強路面防滲水能力，而纖維的摻入可使瀝青與碎石粘結性更高，有助于提升路面整體封閉性，由此說明玻璃纖維瀝青碎石封層對于改善路面防水性能具有優良效果。

4.2 抗裂性能

為檢測養護路段的抗裂性能，分別計算養護前后各檢測點的彎拉應變值，得到各路段彎拉應變均值變化曲線如圖2所示。

根據圖2可知，養護路段采用玻璃纖維瀝青碎石封層處理后，各測點的彎拉應變值均有所降低，說明玻璃纖維瀝青碎石封層可有效改善路面抗裂性能。養護前檢測路段的最大彎拉應變值為5 123με，路面抗裂能力相對較差，但養護后檢測路段的最大彎拉應變值增至5 970με，路面抗裂能力得到顯著提升。主要原因是纖維的摻入使得瀝青與碎石的粘結更為牢固，增強了混合料的抗裂性，有助于提升加鋪層整體結構強度，由此說明玻璃纖維瀝青碎石封層對于改善路面抗裂性能具有優良效果。

圖2 養護前后彎拉應變變化曲線圖

4.3 抗滑性能

為檢測養護路段的抗滑性能，分別計算養護前后各檢測點的構造深度和摩擦系數，得到各路段構造深度和摩擦系數均值變化曲線分別如圖3、圖4所示。

圖3 養護前后構造深度變化曲線圖

圖4 養護前后摩擦系數變化曲線圖

根據圖3可知，養護路段采用玻璃纖維瀝青碎石封層處理后，各測點的構造深度均有所提升，說明玻璃纖維瀝青碎石封層可有效改善路面構造深度。養護前檢測路段的最大構造深度為0.81 mm，路面構造深度相對偏低，不利于路面防滑，但養護后檢測路段的最大構造深度增至1.12 mm，路面構造深度提升了近38.3%，路面防滑能力明顯增強。主要原因是構造深度的增大，增大了瀝青路面與輪胎間的摩擦阻力，從而提升了路面的抗滑性能。

根據圖4可知，養護路段采用玻璃纖維瀝青碎石封層處理后，各測點的摩擦系數均有所提升，說明玻璃纖維瀝青碎石封層可有效改善路面摩擦系數。養護前檢測路段的最大摩擦系數為61，路面摩擦系數相對偏低，不利于路面防滑，但養護后檢測路段的最大摩擦系數增至75，路面摩擦系數提升了近30%，路面防滑能力明顯增強。主要原因是新纖維瀝青混合料具有良好的棱角性，使路面可形成粗糙紋理，從而增強了路面的摩擦力。綜合來看，玻璃纖維瀝青碎石封層對于改善路面抗滑性能效果顯著。

4.4 平整性

為檢測養護路段的平整度，分別計算養護前后各檢測點的撓度值，得到各路段的最大撓度值變化曲線如圖5所示。

圖5 養護前后撓度變化曲線圖

根據圖5可知，養護路段采用玻璃纖維瀝青碎石封層處理后，各測點的最大撓度值均有所降低，說明玻璃纖維瀝青碎石封層可有效改善路面平整性。養護前檢測路段的最大撓度值為21 mm，路面平整性相對較差，但養護后檢測路段的最大撓度值降至5 mm，路面平整性得到顯著提升。主要原因是路面進行纖維瀝青碎石封層處理后，路面坑槽及車轍早期病害得到有效修復，從而提升了路面的平整性，由此說明玻璃纖維瀝青碎石封層對于改善路面平整度具有優良效果。

5 結語

本文主要研究了玻璃纖維瀝青碎石封層技術對公路早期病害的處治效果，首先對施工原材料提出了技術要求，然后對加鋪層瀝青混合料進行了配合比設計，并確定了最佳纖維用量和油石比，最后針對養護前后路面的抗滑性能、抗裂性能、防水性能及平整度進行了綜合評價。結果表明，采用玻璃纖維瀝青碎石封層后，路面滲透系數、彎拉應變、構造深度、摩擦系數及平整度均得到有效改善，路面病害處治效果顯著。