纤维微表处技术在沪陕高速公路养护中的应用

刘晓霞 赵德强 朱建东

(1.重庆通力高速公路养护工程有限公司,重庆 404100;2河南省交通科学技术研究院有限公司,河南郑州 450000;3.壳牌(中国)有限公司,北京 100000)

纤维微表处技术在沪陕高速公路养护中的应用

刘晓霞1赵德强2朱建东3

(1.重庆通力高速公路养护工程有限公司,重庆 404100;2河南省交通科学技术研究院有限公司,河南郑州 450000;3.壳牌(中国)有限公司,北京 100000)

本文介绍了沪陕高速公路叶信段纤维微表处的混合料配合比设计、施工及应用情况。通车三年的使用情况表明,纤维微表处修复裂缝效果良好,与原路面粘结牢固,并在一定程度上提高了路面的抗滑和防水性能、降低了行车噪音,可有效修复高速公路沥青路面的早期病害。

纤维微表处 配合比 养护

1 工程概况

叶信高速于2005年12月建成通车，东起安徽省叶集镇，西至河南省信阳市区107国道，全程185.4km，双向4车道，设计行车速度为120km/h。气候属暖温带半干旱半湿润季风气候区，一年之中，冷暖交替，四季分明，年平均气温在14.4℃左右，年极端最高气温为43.4℃，极端最低气温为-13.9℃，年降雨量平均749-845mm。自营运以来，由于重交通荷载的渠道化行车碾压，路面使用功能有明显降低，特别是南半幅行车道主要出现不同程度的裂缝、坑槽，严重影响了行车的安全和舒适性。

根据叶信高速公路路面病害状况，结合纤维微表处的技术应用特点，2010年4月业主决定采用纤维微表处罩面技术对该路面进行养护以保障行车安全、舒适性、快捷性和道路美观等。本项目自2010年4月20日开工，于2010年6月28日竣工。通过三年多行车考验，经纤维微表处修复过的路段，不但提高了路面的防水、防滑功能，而且延缓了裂缝的发展趋势，整体路况得到较大改善，行车噪音降低，舒适性提高且未发现其它路面病害。

2 纤维微表处技术应用

2.1 材料

2.1.1 集料

集料选用安徽舒城玄武岩，其集料质地坚硬、耐磨；细集料含杂质、泥土量少，三种集料配合可以满足微表处Ⅲ型级配要求；其混合料筛分通过率和微表处Ⅲ级配范围要求见表1，集料混合料筛分级配曲线图如图1。

2.1.2 改性乳化沥青

选用壳牌改性乳化沥青，其主要特点是乳化沥青适应性强，产品质量稳定，并且可根据现场石料和施工环境适时调整改性乳化沥青与石料的匹配性；现场取样检测产品的各项技术指标和技术要求见表2。

2.1.3 其它材料

①水：本工程采用的是地下井水，其不含杂质和有害盐类。

②填料：采用425#普通硅酸盐袋装水泥，无受潮结块和颗粒。

③纤维：采用的玄武岩纤维；其纤维的各项指标如下表3。

2.2 机械设备

本次施工采用微表处专用稀浆封层车和相关辅助设备。

在纤维微表处摊铺前，先对稀浆封层车进行各种原材料标定，分别对集料、改性乳化沥青、填料、水、外加剂进行计量标定，确定稀浆封层车单位时间内对各种材料输出的准确性，集料标定如下图2，如图可显示料门高度与集料输出量的关系式为Y=59.571X+58.186，R2=0.999，误差为1‰。

3 稀浆混合料配合比设计

3.1 拌和试验

本次拌和试验是在常温下进行，其中各种材料的用量是通过集料级配通过率和改性乳化沥青固含量结合经验预估其各种原材料的添加量具体试验见下表4。

3.2 最佳乳化沥青用量确定

纤维微表处项目的改性乳化沥青用量是通过湿轮磨耗试验和负荷车轮粘砂试验来确定，改性乳化沥青用量的大小是非常关键的，直接关系项目的成功与否，稀浆混合料系统的好坏也可以通过以上两大试验来判断。

3.2.1 湿轮磨耗试验

通过拌和试验对稀浆状态的判断，暂定填料水泥的用量为1.5%，根据湿轮磨耗的试验方法，通过调整改性乳化沥青和用水量进行混合料WTAT试件的制作，详情见下表5。

3.2.2 负荷车轮粘砂试验

根据拌和时较好的状态，调整合适的各种材料进行负荷车轮粘砂试验，试验详情见下表6。

表1 混合料级配范围及通过率

表2 改性乳化沥青性能指标要求及现场产品指标检测

表3 玄武岩纤维技术指标

表4 拌和试验

表5 湿轮磨耗试验

表6 负荷车轮粘砂试验

表7 粘聚力试验

表8 纤维微表处施工后检测表

3.3 粘聚力试验

根据3.2最佳乳化沥青用量试验确定，改性乳化沥青用量在10.5%时，混合料能够满足性能检验要求；所以粘聚力试验采用10.5%的改性乳化沥青进行试验；检验混合料初期强度和开放交通时间，相关试验见下表7。

2在最佳油石比情况下，混合料粘聚力值可以满足技术要求；在30min粘聚力值要求大于1.20N·m，在60min时粘聚力值要求不小于2.0N·m。

3.4 现场配方

根据实验室步骤设计的稀浆混合料配合比为见下表8；在现场实际施工时，要根据施工时环境、温度、湿度、风速等，由现场工程师对设计配合比进行微调，一般除保证最佳油石比外，可微调外加水和填料水泥的用量。

4 病害处理措施

4.1 裂缝

轻度裂缝可直接灌注高分子密封胶进行处理；中度裂缝采用开槽灌缝；严重的裂缝应进行开挖、灌缝、粘抗裂贴、铺筑热沥青混凝土和碾压成型。

4.2 坑槽

沿坑槽最大轮廓线开挖出规则矩形，深度约3-5cm，底部和侧面均匀喷洒乳化沥青粘层油，然后铺设AC-13沥青混凝土和碾压成型。

图1 集料混合料筛分级配曲线图

图2 集料输出量和料门高度关系图

4.3 沉陷

沿沉陷最大轮廓线开挖至基层，重新作结构层。

4.4 车辙

(1)车辙：轻度车辙：在10mm以下的车辙，可以不进行前期处理，直接进行微表处施工，即可很好地解决车辙问题。(2)中等或严重车辙：本次施工采取行车道全部铣刨，铣刨深度至基准面以下1cm，在铣刨面上进行微表处罩面；，然后把铣刨过的路面清理干净，随后立即进行微表处施工。

4.5 拥包和推移

对程度较轻的拥包和推移，采取铣刨机铣刨处理，然后清扫干净，就可以直接进行微表处施工。

5 施工处理

5.1 路面清扫

在微表处摊铺前，确保路面无杂物、积水、泥土和油污，并用高压气吹去尘土，以保证微表处理层与原路面的粘结和良好的封层效果。

5.2 施工放样

放样划线，确保摊铺车按道行使，摊铺层边线顺直。

5.3 配比复核

混合料在搅拌前确定各种材料的配合比的计量与设计生产用配合比一致，无误。

5.4 摊铺现场处理

调整螺旋分料器的宽度、厚度、拱度，在开始铺筑的路面上放置一块与摊铺宽度同宽的薄铁皮，将摊铺器置于上面，螺旋分料器空转，测试运转是否正常，开动各种材料的开关使各种材料进入拌合器，调节螺旋分料器转动方向，使混合料均匀摊铺到铁皮上，在摊铺槽中的混合料需有一定的贮量，约为摊铺槽的1/2左右。铁皮上的废料用人工及时清除。

(1)取料进行试验，检测配合比，并用肉眼观测混合料是否均匀，有无花白现象。

(2)控制稀浆稠度，合理增减用水量。以1.5-3.0km/h(0.4-0.8m/s)的速度匀速前进，并保证摊铺槽内有足够的混合料提供给螺旋分料器。松铺厚度1.2cm，压实厚度1.0cm。

(3)缺陷人工及时找补。

(4)每车料在车尾段2.0-4.0m范围的混合料由于摊铺槽内料源供给不足，摊铺厚薄不均，需用人工清除，倒入废料车中，以保证摊铺起点的良好外观。

(5)施工缝的处理：用铁皮将10-30cm的接缝覆盖，以保证边缘整齐。消除接缝处产生空白和过度的隆起，以3m直尺测量接缝处的高差应小于3.0mm，尽量减少横向接缝的数量。

(6)对已摊铺好的面层表面用肉眼观看材料层，是否表面有严重划痕，或有干涩的地方。一般若有大面积的反光，表明摊铺质量良好，若表面为干涩没有反光，则混合料偏稠；最好是表面平整光洁无划痕呈漫反射状态。

5.5 初期养护

本工程由于当时气温较高，车辙修复时由于摊铺较厚将开放交通时间延长到2个小时左右，罩面施工时开放交通时间为1-1.5小时。刚开放交通时，限速60km/h，禁止急刹车。

5.6 本工程微表处在以下天气没有进行施工

(1)下雨天没有进行施工；(2)路面积水严重没有进行施工；(3)环境温度高于40℃时没有进行施工；(4)施工后8h内可能发生大暴雨时没有进行施工。

6 工程质量验收

微表处施工完成2个月后进行质量验收，检测结果见下表8。

7 结语

纤维微表处技术是指采用专用机械设备将聚合物改性乳化沥青、级配集料、填料、纤维、水和添加剂按照设计配比拌合成稀浆混合料摊铺到路面上，具有高抗滑、防水、降噪和耐久性能的薄层结构。

(1)纤维微表处与普通微表处的主要区别是是否添加了纤维，纤维在稀浆混合料中能有效地改善沥青胶体结构，由于纤维的吸附、稳定及乱向加筋作用，可以较好地改善稀浆混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、耐疲劳性，能够有效地减少和延缓反射裂缝出现，路用性能和使用寿命也将大幅提高。

(2)纤维对沥青胶结料基体裂纹的阻滞作用，大大提高了沥青混合料裂纹的自愈能力，增强了弹性恢复，减少了路面裂缝的出现，从而推迟了沥青路面的老化与破坏，提高沥青路面的耐久性。

(3)由于纤维比表面积大，它能吸附沥青混合料中的油分，增加其粘附力，增强沥青与矿物料的粘附性，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力。

(4)纤维在沥青基体内的分布纵横交织的空间网格，纵横交错的纤维形成的纤维骨架结构网以及“结构沥青”网，增大了结构沥青比例，减薄了自由沥青膜，使沥青胶浆的粘滞性增强，从而达到提高混合料的高温稳定性的目的。

(5)纤维在其中起到了加筋作用，减少或延缓反射裂缝的出现。纤维的乱向分布，相互搭接使纤维对混合料的开裂起到阻滞作用，从而提高路面裂纹的自愈能力，减少裂缝的出现。

(6)纤维微表处作为一种表面处治对旧路面的预防性养护，在面层不发生塑性变形的条件下，可修复车辙而无需碾压。如果路面发生推移性车辙，就必须使用铣刨车辙的拥包后，采用多层摊铺工艺，填补深达30mm的车辙，而且十分稳定，效果很明显。

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