玄武巖纖維碎石封層在路面養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

摘要：為分析瀝青路面玄武巖纖維封層養(yǎng)護(hù)效果，文章通過(guò)試驗(yàn)確定混合料配合比，并選擇代表性路段檢驗(yàn)分析路用性能改善效果。結(jié)果表明：封層施作后路面構(gòu)造深度明顯提升，路面抗滑性能得到大幅提升；路面摩擦系數(shù)明顯提高，說(shuō)明路面摩擦性能得到明顯提升；路面滲水系數(shù)明顯下降，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明路面防水性能得到明顯提升。

關(guān)鍵詞：玄武巖纖維碎石封層；路面養(yǎng)護(hù)；抗滑性能；防水性能；摩擦性能

中文分類(lèi)號(hào)：U418.6A170523

0引言

我國(guó)大多數(shù)道路采用瀝青路面，具有平整度好、行車(chē)噪音低、行車(chē)舒適性好等優(yōu)點(diǎn)［1］。然而，與水泥混凝土路面相比，瀝青路面更容易產(chǎn)生早期破壞，降低行車(chē)質(zhì)量和道路使用壽命。根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果，我國(guó)瀝青路面通車(chē)后大約有25%的路面會(huì)產(chǎn)生不同程度早期破壞［2］，應(yīng)采取措施進(jìn)行預(yù)防。瀝青路面早期病害產(chǎn)生的原因有設(shè)計(jì)與質(zhì)量缺陷、環(huán)境因素和養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)龋２捎妙A(yù)防性養(yǎng)護(hù)、矯正性養(yǎng)護(hù)和應(yīng)急養(yǎng)護(hù)等方式進(jìn)行防治［3］。其中，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)是在路面病害較輕時(shí)開(kāi)展的養(yǎng)護(hù)方式，可快速恢復(fù)路面使用性能，使道路處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。玄武巖纖維碎石封層利用專(zhuān)業(yè)設(shè)備將瀝青粘結(jié)劑、纖維、碎石同步施工形成穩(wěn)定的封層結(jié)構(gòu)［4-5］，施工速度快、性?xún)r(jià)比高，可快速修復(fù)路面裂縫、磨光、滲漏水等病害。本文依托某高速公路瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目，根據(jù)設(shè)計(jì)要求開(kāi)展玄武巖纖維碎石封層配合比設(shè)計(jì)，通過(guò)剪切試驗(yàn)合理確定原材料的用量，并對(duì)比分析封層施作前后路面使用性能，確定養(yǎng)護(hù)效果。

1依托項(xiàng)目瀝青路面技術(shù)狀況評(píng)定

某高速公路的路基寬度為25.5 m，行車(chē)速度為100 km/h，采用雙向四車(chē)道設(shè)計(jì)。瀝青路面采用三層瀝青路面結(jié)構(gòu)，總厚度為15 cm。其中，下面層厚度為6 cm，采用AC-20C瀝青混凝土；中面層厚度為5 cm，采用AC-16C；上面層厚度為4 cm，采用AC-13C。建成通車(chē)兩年后，瀝青路面出現(xiàn)輕微裂縫、車(chē)轍，局部發(fā)現(xiàn)小坑槽，為了評(píng)價(jià)瀝青路面技術(shù)狀況，對(duì)該路段開(kāi)展調(diào)查分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

分析各路段調(diào)查結(jié)果，路面技術(shù)狀況指數(shù)PQI、路面行駛質(zhì)量指數(shù)RQI均高于90，評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)，得出路面強(qiáng)度和平整度均較好。大部分路段路面損壞指數(shù)PCI高于92，評(píng)定等級(jí)為優(yōu)，個(gè)別路段PCI低于92，評(píng)定等級(jí)為良。其中K20+100～K22+600段早期病害較嚴(yán)重，主要病害類(lèi)型為輕微裂縫、車(chē)轍，局部磨光較嚴(yán)重。

2配合比設(shè)計(jì)

2.1原材料選擇

2.1.1乳化瀝青

玄武巖纖維碎石封層選用陽(yáng)離子改性乳化瀝青，其粘結(jié)性和流動(dòng)性是封層混合料質(zhì)量的關(guān)鍵［6］。取樣并對(duì)改性乳化瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)開(kāi)展檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。各指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果均滿(mǎn)足要求，說(shuō)明所選用的改性乳化瀝青可用于玄武巖纖維碎石封層。

2.1.2碎石

玄武巖纖維碎石封層應(yīng)選擇硬度高、表面粗糙、耐磨潔凈的玄武巖碎石［7］，粒徑范圍為4～8 mm，碎石用量為8 kg/m2。取樣對(duì)碎石主要技術(shù)指標(biāo)開(kāi)展檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。各指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明碎石滿(mǎn)足封層使用要求。

2.1.3玄武巖纖維

玄武巖纖維是在高溫熔融狀態(tài)下進(jìn)行高速控制拉伸得到的，與玻璃纖維類(lèi)似。纖維長(zhǎng)度選用60 mm，其具有良好的聲學(xué)絕緣性，可降低行車(chē)噪音，且具有良好的力學(xué)性能和耐酸堿腐蝕性。取樣對(duì)其主要性能指標(biāo)開(kāi)展檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4。各性能指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，表明玄武巖纖維可用。

2.2確定改性乳化瀝青用量

玄武巖纖維碎石封層較薄，在車(chē)輛荷載重復(fù)作用下容易產(chǎn)生層間推移、擁包等病害。為保證層間粘結(jié)性能，必須合理選擇原材料用量和規(guī)格，提升層間結(jié)合效果。本文選擇1.5 kg/m2、1.6 kg/m2、1.7 kg/m2、1.8 kg/m2、1.9 kg/m2、2.0 kg/m2、2.1 kg/m2共七種改性乳化瀝青用量，碎石用量為8 kg/m2，玄武巖纖維用量取80 g/m2，分別制備試件開(kāi)展檢測(cè)，得出層間剪切應(yīng)力如圖1所示。

分析圖1試驗(yàn)結(jié)果可知，隨改性乳化瀝青用量的增加，層間剪切應(yīng)力呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)，在改性乳化瀝青用量為1.8 kg/m2時(shí)達(dá)到最大值。當(dāng)層間剪切應(yīng)力達(dá)到最大值時(shí)，封層與瀝青面層之間的粘結(jié)性能也達(dá)到最佳狀態(tài)，因此確定1.8 kg/m2為最佳用量。

2.3確定纖維用量

選擇改性乳化瀝青用量為1.8 kg/m2，碎石用量為8 kg/m2，玄武巖纖維用量選擇20 g/m2、40 g/m2、60 g/m2、80 g/m2、100 g/m2、120 g/m2共六種，分別制備試件開(kāi)展檢測(cè)，得出層間剪切應(yīng)力如圖2所示。

分析圖2試驗(yàn)結(jié)果可知，隨纖維用量的增加層間剪切應(yīng)力也呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì)。在纖維用量為80 g/m2時(shí)，對(duì)應(yīng)的層間剪切應(yīng)力達(dá)到最大值0.33 MPa。因此，在玄武巖纖維用量達(dá)到80 g/m2時(shí)層間粘結(jié)性能最佳，取該用量為最佳用量。

3玄武巖纖維碎石封層檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)

3.1抗滑性能

為檢驗(yàn)玄武巖纖維碎石封層對(duì)路面使用性能的改性效果，在封層施作后2個(gè)月開(kāi)展檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。工后封層厚度均勻、平整密實(shí)、無(wú)松散等缺陷，外觀與尺寸檢測(cè)合格。為確定封層施作對(duì)瀝青路面抗滑性能的改善效果，采用鋪砂法對(duì)路面構(gòu)造深度進(jìn)行檢測(cè)。按照設(shè)計(jì)要求，路面構(gòu)造深度≥0.7 mm，分別在封層施作前后對(duì)瀝青路面構(gòu)造深度進(jìn)行檢測(cè)。本文取早期病害較嚴(yán)重的K21+150～K22+350段7個(gè)斷面作為研究對(duì)象，整理檢測(cè)結(jié)果如圖3所示。

對(duì)比分析圖3數(shù)據(jù)可知，封層施作前路面構(gòu)造深度較小，施作后則明顯提升。封層施作前路面構(gòu)造深度最小值為0.38 mm，平均值為0.45 mm，小于設(shè)計(jì)要求的0.7 mm，路面有磨光的現(xiàn)象。封層施作后路面構(gòu)造深度最小值為0.72 mm，平均值為0.76 mm，較養(yǎng)護(hù)前平均提升了68.9%，說(shuō)明封層施作后路面構(gòu)造深度明顯提升，路面抗滑性能得到大幅提升。

3.2摩擦性能

為檢驗(yàn)封層施作前后路面摩擦性能的提升效果，采用擺式儀對(duì)路面摩擦系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。同樣取K21+150～K22+350段的7個(gè)斷面作為研究對(duì)象，封層施作前后路面摩擦系數(shù)檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。

對(duì)比分析圖4檢測(cè)結(jié)果可知，養(yǎng)護(hù)前路面摩擦系數(shù)較低，部分路段存在磨光現(xiàn)象，玄武巖纖維碎石封層施作后路面摩擦系數(shù)明顯提高。封層施作前路面摩擦系數(shù)最小值為42 BPN，低于路面設(shè)計(jì)要求的45 BPN，亟須進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修。封層施作后路面摩擦系數(shù)最小值為71 BPN，與養(yǎng)護(hù)前相比平均值提升了58.8%，提升幅度較大，說(shuō)明養(yǎng)護(hù)后路面摩擦性能得到明顯提升。

3.3防水性能

該項(xiàng)目利用HDSS-Ⅱ型瀝青路面滲水儀對(duì)封層施作前后瀝青路面滲水系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比分析確定路面防水性能。本文選擇路面水損害較嚴(yán)重的K21+150～K22+350段作為研究對(duì)象，分別選擇8個(gè)斷面開(kāi)展監(jiān)測(cè)，封層施作前后滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果如圖5所示。

對(duì)比分析圖5滲水系數(shù)檢測(cè)結(jié)果可知，瀝青路面施作玄武巖纖維碎石封層后路面滲水系數(shù)明顯下降，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。封層施作前瀝青路面滲水系數(shù)最大值為235 mL/min，平均值為127 mL/min，瀝青路面局部防水性能較差，如不及時(shí)維修，存在較高的水損風(fēng)險(xiǎn)。封層施作后瀝青路面滲水系數(shù)最大值下降至21 mL/min，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)要求的300 mL/min，平均值為13.1 mL/min，與養(yǎng)護(hù)前相比明顯下降，說(shuō)明路面防水性能得到明顯提升。

4結(jié)語(yǔ)

玄武巖纖維碎石封層可吸收層間應(yīng)力，防止路面產(chǎn)生反射裂縫，可有效提升瀝青路面的穩(wěn)定性和使用性能，延長(zhǎng)道路的使用壽命。本文結(jié)合某運(yùn)營(yíng)道路瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修項(xiàng)目，采用玄武巖纖維碎石封層開(kāi)展養(yǎng)護(hù)，并在工后進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)，分析檢測(cè)結(jié)果得出以下結(jié)論：

（1）當(dāng)層間剪切應(yīng)力達(dá)到最大值時(shí)層間粘結(jié)性能最好，根據(jù)剪切試驗(yàn)結(jié)果取改性乳化瀝青最佳用量為1.8 kg/m2，玄武巖纖維最佳用量為80 g/m2，碎石用量為8 kg/m2。

（2）玄武巖纖維碎石封層施作前后路面構(gòu)造深度平均值從0.45 mm提升至0.76 mm，與養(yǎng)護(hù)前相比平均提升了68.9%，路面抗滑性能得到明顯提升。

（3）玄武巖纖維碎石封層施作后路面摩擦系數(shù)平均值從46.4 BPN提升至73.7 BPN，提升幅度高達(dá)58.8%，養(yǎng)護(hù)后路面摩擦性能得到大幅提升。

（4）封層施作前路面滲水系數(shù)最大值為216 mL/min，施作后滲水系數(shù)最大值下降至21 mL/min，養(yǎng)護(hù)后平均提升了89.7%，且滿(mǎn)足≤300 mL/min的技術(shù)要求，說(shuō)明采用玄武巖纖維碎石封層養(yǎng)護(hù)后大幅提升了路面防水性能。

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作者簡(jiǎn)介：江峰（1988—），工程師，研究方向：道路與橋梁。