玄武岩纤维碎石封层技术的应用

文/浙江省温州市公路管理局 叶剑可

纤维碎石封层技术对公路沥青路面预防性养护有较好的作用，尤其是在长上下坡、高温或重车过往等路段。本文就加玄武岩纤维的沥青碎石封层技术实施效果开展了探讨。

玄武岩纤维碎石封层技术特点

纤维碎石封层技术，是采用纤维碎石封层核心设备，将高品质改性乳化沥青、纤维同时撒布到路面，然后在沥青纤维层上面撒布碎石，经碾压后形成新的磨耗层或者应力吸收中间层，其结构是“1层沥青+1层纤维+1层沥青+1层碎石”。施工过程中，在两层均匀洒布的沥青结合料之间，撒布经过特殊工艺破碎切割的纤维，与沥青结合料形成网络缠绕结构，类似一层具有高弹性和高强度的防护网垫，其具有良好的应力吸收和分散能力，并具有超强的防水功能，能够有效地防止反射裂缝，从而提高道路的使用寿。

图1 施工工艺流程图

材料与设备

为了确保工程质量，纤维碎石封层技术实施时，材料与设备要满足特殊的要求。机械配备要求：高性能的纤维碎石封层机、15m3以上碎石撒布车、26t胶轮压路机，以及路面清扫、收集机具等。施工材料要求：符合要求的改性乳化沥青、集料、纤维等，其中集料碎石磨光值（PSV）不小于42，宜采用玄武岩。

玄武岩纤维的技术特性和路用性能

“玄武岩连续纤维及其复合材料”是具有国际先进水平的国家863计划成果，是我国有自主知识产权的、创新开发的一种新型路用矿物纤维，属于非金属的无机纤维，它是以纯天然玄武岩矿石为唯一原料，在1450℃至1500℃熔融连续拉制而成。“玄武岩纤维封层技术应用”项目也被列为2009年浙江省公路养护“四新”技术应用的重点攻关课题之一。

目前，在纤维碎石封层技术实际应用中，大部分施工企业采用喷射无捻粗纱型玻璃纤维，主要原因是施工方便、技术简单、短期一次性投入成本低等。

与玻璃纤维相比，玄武岩纤维除了具有高技术纤维高强度、高模量的特点外，还具有耐高温性佳、抗氧化、抗辐射、绝热隔音、过滤性好、抗压缩强度和剪切强度高、适应于各种环境下使用等优异性能，且性价比好，是一种纯天然、环保的无机非金属材料，也是一种可以满足国民经济基础产业发展需求的新的基础材料和高技术纤维。具体相关指标比较如表1所示。

在沥青路面纤维碎石封层预防性养护中，加玄武岩纤维的沥青碎石封层具有独特的致密网络缠绕结构，其玄武岩纤维既有良好的吸附和吸收沥青的作用、分散作用、增黏作用、稳定作用，及对路面起到明显的加筋和桥接作用，极大地提高了路面的柔韧性，从而很好地提高的沥青路面的高温抗车辙能力，具有提高低温抗裂性、抗疲劳性能以及抗水害性能等路用性能。

实验路段应用

2009年，浙江省温州市首次引入纤维碎石封层技术。通过在国道104线永嘉段、国道330线鹿城段、省道223线永嘉段等三个试验路段的实践，获得了良好的效果。2013年扩大了应用实施里程。2014年，为进一步探讨该技术，温州市公路局除了在普通国省道预防性养护工程中大量（达46.6m2）采用纤维碎石封层技术，还在泰顺省道331线分泰段K30+630—K33+414路段采用加玄武岩纤维的沥青碎石封层预防性养护技术。

表1 玄武岩纤维碎石封层技术的相关指标

该项目长2.784km，施工工期为2014年8月23日至2014年9月5日（高温季节时间，满足实施温度要求），实施面积为2万余平方米。该路段实施前，因使用年久，路面出现了不同程度的纵向裂缝、横向裂缝、龟裂、块裂等早期病害。近几年来的沥青灌缝等小修保养比较到位，虽表面功能有所衰减，但结构强度依然良好，路面状况还比较好，宜采用预防性养护。但因该路段属连续长上下坡路段，2013年年底以来，因泰顺县城工程建设项目较多，过往重车明显增加，此外2014年7月份以来连续高温，造成沥青灌缝材料脱落严重。如果采用普通的玻璃纤维碎石封层技术，可能会因抗拉及抗车辙能力不够，导致路面重新出现裂缝等病害。因此，经多方考察及研究决定，采用加玄武岩纤维的沥青碎石封层技术，目的是检验能否有效恢复路面使用功能，延缓病害发展，延长使用寿命，并是否具有较好的成本效益和社会效益。

应用效果评价

路用性能方面

该技术应用后的抗渗、横向力系数SFC等重点验收指标试验检测数据均符合规范要求，其中横向力系数SFC平均值达59.64≥40（设计值）；且从目前使用情况看，效果良好，具体表现在以下几方面：有效地提高了路面磨耗层的耐磨性及抗车辙能力，目前未出现车辙、坑洞等早期病害，并一定程度上提高了平整度；一定程度上恢复了原有路面使用功能，2014年路面使用性能指数PQI检测数据较2013年提高1.5个百分点，即2014年PQI为96.5，2013年PQI为95.0；有效地抑制了沥青路面常规裂缝的产生和水侵蚀，目前未发现路面裂缝及渗水现象；延长了路面的使用寿命，目前路面技术状况良好。

经济性方面

浙江省对玻璃纤维沥青碎石封层的批复预算单价大概在28元左右，其中纤维按照每平方米掺量60g计算，玻璃纤维每平方米单价为0.48元，玄武岩纤维每平米单价为1.32元，高出玻璃纤维每平方米0.84元，高出比例仅占纤维碎石封层总价的3%。但由于玄武岩纤维的抗拉强度、抗磨强度强于玻璃纤维，从长远来看，只是一次性的建设成本增加，但可以节省以后的养护成本。尤其是对于长上下坡、高温及重车过往路段，玻璃纤维碎石封层很难保证预防性养护的质量效果；对于一般路段，玻璃纤维碎石封层使用年限如果是两年，则玄武岩纤维封层至少在三年以上，可见大大地提高了经济效益。

社会效益方面

随着国内交通事业的迅速发展，沥青路面里程也随之迅速增加，导致沥青路面病害处理产生的黑色污染将越发严重。玄武岩纤维碎石封层延长了路面使用寿命，减少了车辙病害铣刨处理所产生的废料，减轻了环境污染的压力，并且所需的资源、能源也明显减少。此外，玄武岩纤维为天然环保型材料，不影响沥青混合料的回收利用，充分体现了资源节约、环境友好及公路安全畅通等良好的社会效益，对我国经济的可持续发展、缓解环境和橡胶资源匮乏带来的压力起到积极的作用，并可为公路提高抗车辙能力提供一种新的材料和保障。