劉曉霞 趙德強(qiáng) 朱建東

(1.重慶通力高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司,重慶 404100;2河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司,河南鄭州 450000;3.殼牌(中國)有限公司,北京 100000)

纖維微表處技術(shù)在滬陜高速公路養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用

劉曉霞1趙德強(qiáng)2朱建東3

(1.重慶通力高速公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司,重慶 404100;2河南省交通科學(xué)技術(shù)研究院有限公司,河南鄭州 450000;3.殼牌(中國)有限公司,北京 100000)

本文介紹了滬陜高速公路葉信段纖維微表處的混合料配合比設(shè)計、施工及應(yīng)用情況。通車三年的使用情況表明,纖維微表處修復(fù)裂縫效果良好,與原路面粘結(jié)牢固,并在一定程度上提高了路面的抗滑和防水性能、降低了行車噪音,可有效修復(fù)高速公路瀝青路面的早期病害。

纖維微表處 配合比 養(yǎng)護(hù)

1 工程概況

葉信高速于2005年12月建成通車，東起安徽省葉集鎮(zhèn)，西至河南省信陽市區(qū)107國道，全程185.4km，雙向4車道，設(shè)計行車速度為120km/h。氣候?qū)倥瘻貛О敫珊蛋霛駶櫦撅L(fēng)氣候區(qū)，一年之中，冷暖交替，四季分明，年平均氣溫在14.4℃左右，年極端最高氣溫為43.4℃，極端最低氣溫為-13.9℃，年降雨量平均749-845mm。自營運以來，由于重交通荷載的渠道化行車碾壓，路面使用功能有明顯降低，特別是南半幅行車道主要出現(xiàn)不同程度的裂縫、坑槽，嚴(yán)重影響了行車的安全和舒適性。

根據(jù)葉信高速公路路面病害狀況，結(jié)合纖維微表處的技術(shù)應(yīng)用特點，2010年4月業(yè)主決定采用纖維微表處罩面技術(shù)對該路面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)以保障行車安全、舒適性、快捷性和道路美觀等。本項目自2010年4月20日開工，于2010年6月28日竣工。通過三年多行車考驗，經(jīng)纖維微表處修復(fù)過的路段，不但提高了路面的防水、防滑功能，而且延緩了裂縫的發(fā)展趨勢，整體路況得到較大改善，行車噪音降低，舒適性提高且未發(fā)現(xiàn)其它路面病害。

2 纖維微表處技術(shù)應(yīng)用

2.1 材料

2.1.1 集料

集料選用安徽舒城玄武巖，其集料質(zhì)地堅硬、耐磨；細(xì)集料含雜質(zhì)、泥土量少，三種集料配合可以滿足微表處Ⅲ型級配要求；其混合料篩分通過率和微表處Ⅲ級配范圍要求見表1，集料混合料篩分級配曲線圖如圖1。

2.1.2 改性乳化瀝青

選用殼牌改性乳化瀝青，其主要特點是乳化瀝青適應(yīng)性強(qiáng)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，并且可根據(jù)現(xiàn)場石料和施工環(huán)境適時調(diào)整改性乳化瀝青與石料的匹配性；現(xiàn)場取樣檢測產(chǎn)品的各項技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)要求見表2。

2.1.3 其它材料

①水：本工程采用的是地下井水，其不含雜質(zhì)和有害鹽類。

②填料：采用425#普通硅酸鹽袋裝水泥，無受潮結(jié)塊和顆粒。

③纖維：采用的玄武巖纖維；其纖維的各項指標(biāo)如下表3。

2.2 機(jī)械設(shè)備

本次施工采用微表處專用稀漿封層車和相關(guān)輔助設(shè)備。

在纖維微表處攤鋪前，先對稀漿封層車進(jìn)行各種原材料標(biāo)定，分別對集料、改性乳化瀝青、填料、水、外加劑進(jìn)行計量標(biāo)定，確定稀漿封層車單位時間內(nèi)對各種材料輸出的準(zhǔn)確性，集料標(biāo)定如下圖2，如圖可顯示料門高度與集料輸出量的關(guān)系式為Y=59.571X+58.186，R2=0.999，誤差為1‰。

3 稀漿混合料配合比設(shè)計

3.1 拌和試驗

本次拌和試驗是在常溫下進(jìn)行，其中各種材料的用量是通過集料級配通過率和改性乳化瀝青固含量結(jié)合經(jīng)驗預(yù)估其各種原材料的添加量具體試驗見下表4。

3.2 最佳乳化瀝青用量確定

纖維微表處項目的改性乳化瀝青用量是通過濕輪磨耗試驗和負(fù)荷車輪粘砂試驗來確定，改性乳化瀝青用量的大小是非常關(guān)鍵的，直接關(guān)系項目的成功與否，稀漿混合料系統(tǒng)的好壞也可以通過以上兩大試驗來判斷。

3.2.1 濕輪磨耗試驗

通過拌和試驗對稀漿狀態(tài)的判斷，暫定填料水泥的用量為1.5%，根據(jù)濕輪磨耗的試驗方法，通過調(diào)整改性乳化瀝青和用水量進(jìn)行混合料WTAT試件的制作，詳情見下表5。

3.2.2 負(fù)荷車輪粘砂試驗

根據(jù)拌和時較好的狀態(tài)，調(diào)整合適的各種材料進(jìn)行負(fù)荷車輪粘砂試驗，試驗詳情見下表6。

表1 混合料級配范圍及通過率

表2 改性乳化瀝青性能指標(biāo)要求及現(xiàn)場產(chǎn)品指標(biāo)檢測

表3 玄武巖纖維技術(shù)指標(biāo)

表4 拌和試驗

表5 濕輪磨耗試驗

表6 負(fù)荷車輪粘砂試驗

表7 粘聚力試驗

表8 纖維微表處施工后檢測表

3.3 粘聚力試驗

根據(jù)3.2最佳乳化瀝青用量試驗確定，改性乳化瀝青用量在10.5%時，混合料能夠滿足性能檢驗要求；所以粘聚力試驗采用10.5%的改性乳化瀝青進(jìn)行試驗；檢驗混合料初期強(qiáng)度和開放交通時間，相關(guān)試驗見下表7。

2在最佳油石比情況下，混合料粘聚力值可以滿足技術(shù)要求；在30min粘聚力值要求大于1.20N·m，在60min時粘聚力值要求不小于2.0N·m。

3.4 現(xiàn)場配方

根據(jù)實驗室步驟設(shè)計的稀漿混合料配合比為見下表8；在現(xiàn)場實際施工時，要根據(jù)施工時環(huán)境、溫度、濕度、風(fēng)速等，由現(xiàn)場工程師對設(shè)計配合比進(jìn)行微調(diào)，一般除保證最佳油石比外，可微調(diào)外加水和填料水泥的用量。

4 病害處理措施

4.1 裂縫

輕度裂縫可直接灌注高分子密封膠進(jìn)行處理；中度裂縫采用開槽灌縫；嚴(yán)重的裂縫應(yīng)進(jìn)行開挖、灌縫、粘抗裂貼、鋪筑熱瀝青混凝土和碾壓成型。

4.2 坑槽

沿坑槽最大輪廓線開挖出規(guī)則矩形，深度約3-5cm，底部和側(cè)面均勻噴灑乳化瀝青粘層油，然后鋪設(shè)AC-13瀝青混凝土和碾壓成型。

圖1 集料混合料篩分級配曲線圖

圖2 集料輸出量和料門高度關(guān)系圖

4.3 沉陷

沿沉陷最大輪廓線開挖至基層，重新作結(jié)構(gòu)層。

4.4 車轍

(1)車轍：輕度車轍：在10mm以下的車轍，可以不進(jìn)行前期處理，直接進(jìn)行微表處施工，即可很好地解決車轍問題。(2)中等或嚴(yán)重車轍：本次施工采取行車道全部銑刨，銑刨深度至基準(zhǔn)面以下1cm，在銑刨面上進(jìn)行微表處罩面；，然后把銑刨過的路面清理干凈，隨后立即進(jìn)行微表處施工。

4.5 擁包和推移

對程度較輕的擁包和推移，采取銑刨機(jī)銑刨處理，然后清掃干凈，就可以直接進(jìn)行微表處施工。

5 施工處理

5.1 路面清掃

在微表處攤鋪前，確保路面無雜物、積水、泥土和油污，并用高壓氣吹去塵土，以保證微表處理層與原路面的粘結(jié)和良好的封層效果。

5.2 施工放樣

放樣劃線，確保攤鋪車按道行使，攤鋪層邊線順直。

5.3 配比復(fù)核

混合料在攪拌前確定各種材料的配合比的計量與設(shè)計生產(chǎn)用配合比一致，無誤。

5.4 攤鋪現(xiàn)場處理

調(diào)整螺旋分料器的寬度、厚度、拱度，在開始鋪筑的路面上放置一塊與攤鋪寬度同寬的薄鐵皮，將攤鋪器置于上面，螺旋分料器空轉(zhuǎn)，測試運轉(zhuǎn)是否正常，開動各種材料的開關(guān)使各種材料進(jìn)入拌合器，調(diào)節(jié)螺旋分料器轉(zhuǎn)動方向，使混合料均勻攤鋪到鐵皮上，在攤鋪槽中的混合料需有一定的貯量，約為攤鋪槽的1/2左右。鐵皮上的廢料用人工及時清除。

(1)取料進(jìn)行試驗，檢測配合比，并用肉眼觀測混合料是否均勻，有無花白現(xiàn)象。

(2)控制稀漿稠度，合理增減用水量。以1.5-3.0km/h(0.4-0.8m/s)的速度勻速前進(jìn)，并保證攤鋪槽內(nèi)有足夠的混合料提供給螺旋分料器。松鋪厚度1.2cm，壓實厚度1.0cm。

(3)缺陷人工及時找補(bǔ)。

(4)每車料在車尾段2.0-4.0m范圍的混合料由于攤鋪槽內(nèi)料源供給不足，攤鋪厚薄不均，需用人工清除，倒入廢料車中，以保證攤鋪起點的良好外觀。

(5)施工縫的處理：用鐵皮將10-30cm的接縫覆蓋，以保證邊緣整齊。消除接縫處產(chǎn)生空白和過度的隆起，以3m直尺測量接縫處的高差應(yīng)小于3.0mm，盡量減少橫向接縫的數(shù)量。

(6)對已攤鋪好的面層表面用肉眼觀看材料層，是否表面有嚴(yán)重劃痕，或有干澀的地方。一般若有大面積的反光，表明攤鋪質(zhì)量良好，若表面為干澀沒有反光，則混合料偏稠；最好是表面平整光潔無劃痕呈漫反射狀態(tài)。

5.5 初期養(yǎng)護(hù)

本工程由于當(dāng)時氣溫較高，車轍修復(fù)時由于攤鋪較厚將開放交通時間延長到2個小時左右，罩面施工時開放交通時間為1-1.5小時。剛開放交通時，限速60km/h，禁止急剎車。

5.6 本工程微表處在以下天氣沒有進(jìn)行施工

(1)下雨天沒有進(jìn)行施工；(2)路面積水嚴(yán)重沒有進(jìn)行施工；(3)環(huán)境溫度高于40℃時沒有進(jìn)行施工；(4)施工后8h內(nèi)可能發(fā)生大暴雨時沒有進(jìn)行施工。

6 工程質(zhì)量驗收

微表處施工完成2個月后進(jìn)行質(zhì)量驗收，檢測結(jié)果見下表8。

7 結(jié)語

纖維微表處技術(shù)是指采用專用機(jī)械設(shè)備將聚合物改性乳化瀝青、級配集料、填料、纖維、水和添加劑按照設(shè)計配比拌合成稀漿混合料攤鋪到路面上，具有高抗滑、防水、降噪和耐久性能的薄層結(jié)構(gòu)。

(1)纖維微表處與普通微表處的主要區(qū)別是是否添加了纖維，纖維在稀漿混合料中能有效地改善瀝青膠體結(jié)構(gòu)，由于纖維的吸附、穩(wěn)定及亂向加筋作用，可以較好地改善稀漿混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、耐疲勞性，能夠有效地減少和延緩反射裂縫出現(xiàn)，路用性能和使用壽命也將大幅提高。

(2)纖維對瀝青膠結(jié)料基體裂紋的阻滯作用，大大提高了瀝青混合料裂紋的自愈能力，增強(qiáng)了彈性恢復(fù)，減少了路面裂縫的出現(xiàn)，從而推遲了瀝青路面的老化與破壞，提高瀝青路面的耐久性。

(3)由于纖維比表面積大，它能吸附瀝青混合料中的油分，增加其粘附力，增強(qiáng)瀝青與礦物料的粘附性，通過油膜的粘結(jié)，提高集料之間的粘結(jié)力。

(4)纖維在瀝青基體內(nèi)的分布縱橫交織的空間網(wǎng)格，縱橫交錯的纖維形成的纖維骨架結(jié)構(gòu)網(wǎng)以及“結(jié)構(gòu)瀝青”網(wǎng)，增大了結(jié)構(gòu)瀝青比例，減薄了自由瀝青膜，使瀝青膠漿的粘滯性增強(qiáng)，從而達(dá)到提高混合料的高溫穩(wěn)定性的目的。

(5)纖維在其中起到了加筋作用，減少或延緩反射裂縫的出現(xiàn)。纖維的亂向分布，相互搭接使纖維對混合料的開裂起到阻滯作用，從而提高路面裂紋的自愈能力，減少裂縫的出現(xiàn)。

(6)纖維微表處作為一種表面處治對舊路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，在面層不發(fā)生塑性變形的條件下，可修復(fù)車轍而無需碾壓。如果路面發(fā)生推移性車轍，就必須使用銑刨車轍的擁包后，采用多層攤鋪工藝，填補(bǔ)深達(dá)30mm的車轍，而且十分穩(wěn)定，效果很明顯。

[1]JTJ 073.2—2001公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].中華人民共和國交通部.

[2]孫立軍.甘肅地區(qū)纖維微表處的適用性研究[D].長安大學(xué),2009.5.

[3]王玉順,朱敏清.纖維微表處應(yīng)用技術(shù)研究[J].石油瀝青,2008.7.

[4]李能富,曹曉鳳,張秀梅,錢璞.纖維微表處可拌和時間的影響因素分析[J]．交通標(biāo)準(zhǔn)化,2011.1.

[5]唐蘭蘭．瀝青路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施及其應(yīng)用[J]．湖南交通科技,2008.12,34(4)：39-41

[6]朱建東.預(yù)養(yǎng)護(hù)纖維微表處技術(shù)應(yīng)用.國際路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)論文集,2012.

[7]張紅波.淺談高速公路瀝青路面的養(yǎng)護(hù)[J].長沙鐵道學(xué)院學(xué)報(社會科學(xué)版),2009.12,10(4)：195-196.

[8]Samuel Labi and Kumares C.Sinha.Life-Cycle Evaluation of Flexible Pavement Preventive Maintenance[J].Journal of Transportation Engineering.2005.Volume 131.Issue 10.

[9]C.Richard Cassady,Royce O.Bowden,Leemin Liew,Edward A.Pohl．Combining preventive maintenance and statistical process control[J]：a preliminary investigation.IIE TRANSACTIONS．Volume 32,Number 6,471-478.