■祖小軍

(南平市公路局，南平 353000)

1 前言

2018 年底福建全省高速公路通車總里程達(dá)5344km，路網(wǎng)密度達(dá)到發(fā)達(dá)國家水平， 當(dāng)前我省公路已由大規(guī)模修建進(jìn)入修建和養(yǎng)護(hù)并重的階段。 具體到瀝青混凝土路面，經(jīng)多年行車后，有相當(dāng)一部分路面結(jié)構(gòu)盡管整體強度完好，但相繼出現(xiàn)了多種不同的表面功能病害。微表處作為一種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，由于具備防水、抗滑和施工速度快的優(yōu)點[1]，目前在福建地區(qū)國省干線均有不少應(yīng)用[2]。

近年來，隨著微表處在工程中應(yīng)用增多，發(fā)現(xiàn)混合料經(jīng)常出現(xiàn)松散、抗反射裂縫效果不佳、耐久性不足等問題[3]。不少學(xué)者和技術(shù)人員開始考慮通過添加合適的功能添加劑來改善微表處的整體性能， 提高抗裂性能和耐久性。由于纖維能發(fā)揮橋接作用，跨越裂紋并抑制裂縫擴展，提高微表處混合料的耐久性，目前已成為改善微表處路用性能的重要技術(shù)手段。 然而均勻的三維分布是纖維在瀝青混凝土中發(fā)揮良好作用的前提條件， 分布不均勻的纖維甚至是結(jié)團的纖維在瀝青混凝土中不僅起不到補強作用，而且還會對混凝土路用性能起負(fù)面影響作用。目前加纖維微表處混合料中使用較多的是聚丙烯纖維，根據(jù)研究經(jīng)驗聚丙烯纖維在微表處混合料中很難達(dá)到理想的分散狀態(tài)，限制了加纖維微表處技術(shù)的應(yīng)用。瀝青鋪面工程中應(yīng)用比較成熟的纖維主要有:聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維、木質(zhì)素纖維等，這其中玻璃纖維的分散性表現(xiàn)尤為突出[4-5]。

由此，本文考慮將玻璃纖維加入到微表處中，以其發(fā)揮其良好的分散性和加筋作用，提升微表處路面耐久性。通過室內(nèi)試驗研究分析玻璃纖維對微表處混合料配合比和性能的影響作用， 從而為微表處在微表處罩面材料中的合理應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

2 原材料

2.1 礦料

本文微表處混合料所用粗集料為5～10mm 玄武巖，細(xì)集料為石灰?guī)r機制砂0～5mm，填料為礦粉和水泥(摻量1%)，礦料級配為MS-3 型，設(shè)計的合成級配曲線如圖1 所示。

圖1 MS-3 級配曲線圖

所用粗集料，細(xì)集料、填料技術(shù)指標(biāo)如表1～表3 所示。 由表1～表3 試驗結(jié)果可知，礦料各項物理力學(xué)指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范的技術(shù)要求。

表1 粗集料的技術(shù)指標(biāo)

表2 機制砂技術(shù)指標(biāo)

表3 填料技術(shù)指標(biāo)

2.2 改性乳化瀝青

本文微表處所用膠結(jié)材料為SBR 改性乳化瀝青，其技術(shù)性能見表4。

表4 SBR 改性乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)

2.3 玻璃纖維

圖2 玻璃纖維

本文選取無捻粗紗型玻璃纖維(如圖2 所示)，參考其他類纖維的摻量以及考慮經(jīng)濟性， 本文纖維摻量為混合料質(zhì)量0.2%，顏色為乳白色，長度為15mm，直徑在10～15um，熔點250℃，抗拉強度1000～3000MPa，延伸率可達(dá)到3%。

3 材料設(shè)計參數(shù)影響分析

3.1 瀝青用量

瀝青用量是微表處瀝青混合料組成設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù)，需要通過1h 濕輪磨耗試驗及負(fù)荷輪黏附砂試驗共同確定。 普通微表處與玻璃纖維微表處混合料在不同瀝青用量下的磨耗值和粘附量結(jié)果見圖3～圖4。 從圖3 和圖4 中可以看出， 普通微表處混合料的瀝青用量Pbmin～Pbmax范圍為6.3%～7.7%， 玻璃纖維微表處混合料的瀝青用量Pbmin～Pbmax的范圍為7.3%～8.9%。 可見，玻璃纖維摻入微表處瀝青混合料后使得瀝青用量高出1%左右，這主要是因為玻璃纖維對瀝青具有一定的吸附作用。

圖3 普通微表處瀝青用量確定

圖4 玻璃纖維微表處瀝青用量確定

3.2 用水量

微表處混合料屬冷拌冷鋪施工， 需要滿足一定的施工操作性， 而與施工操作性直接相關(guān)的是微表處的用水量參數(shù)。 為了考察玻璃纖維的加入對微表處混合料用水量的影響程度，將微表處混合料的固定為7.5%，改變外加水量， 按照 《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》T0757-2011 規(guī)定的拌和試驗方法進(jìn)行比較試驗，試驗結(jié)果如圖5 所示。

圖5 不同微表處可拌合時間隨外加水量變化

4 路用性能提升評價

采用車轍變形試驗(T0756-2011)測試微表處混合料抗車轍性能，記錄輪轍深度、試樣的側(cè)向位移。 以微表處試樣單位寬度變形率PLD 指標(biāo)來評價微表處混合料抵抗車轍能力，PLD 計算方法如下式(1)所示。

式中PLD 為微表處寬度變形率(%)；La為車轍試驗前試件寬度(mm)；Lb為車轍試驗后試件寬度(mm)。

表5 為兩類微表處混合料車轍試驗結(jié)果。 從表5 中可以得出，在車轍變形試驗中，玻璃纖維微表處混合料的寬度變形率要較普通微表處混合料的值小， 說明玻璃纖維摻入有助于微表處混合料抵抗車轍變形能力的提升，究其原因在于纖維分布于微表處砂漿內(nèi)部， 起到穩(wěn)定瀝青和加筋作用。

表5 車轍寬度變形率結(jié)果

采用SCB 試驗(半圓彎拉試驗)評價玻璃纖維對微表處瀝青混合料低溫抗裂性能的作用。SCB 試驗在-10℃溫度下， 以1mm/min 速率對直徑為100mm、 厚度為30mm的半圓試件進(jìn)行加載。測試得到峰值荷載后，按照公式(2)可計算試件的低溫破壞強度， 用于評價微表處混合料的低溫抗裂性能。

式中σ 為試件的破壞強度，MPa；P 為破壞時刻荷載，N；s 為支座間距離，80mm；d 為試件厚度，30mm。

表6 為兩種微表處SCB 破壞強度試驗結(jié)果，反映了玻璃纖維微表處混合料的低溫破壞強度大于普通微表處混合料的破壞強度值， 從強度角度說明了玻璃纖維微表處混合料在低溫抗裂性能方面要優(yōu)于傳統(tǒng)微表處混合料。可見，玻璃纖維顯著提高了微表處混合料低溫抗裂性能。

采用濕輪磨耗試驗(T0752-2011)測試得到6d 的濕輪磨耗值用于評價微表處混合料的水穩(wěn)定性。 將試件在25℃水中保溫6d 后，烘干保溫置于濕輪磨耗儀，使磨耗頭轉(zhuǎn)動300s 后停止,沖洗烘干，通過計算試件磨耗前后的質(zhì)量損失檢驗微表處混合料水穩(wěn)性能。

表6 SCB 彎拉強度結(jié)果

表7 為兩種微表處濕輪磨耗試驗結(jié)果， 可知玻璃纖維微表處混合料磨耗值明顯降低， 表明玻璃纖維摻入大大提高微表處混合料抗水損害能力。

表7 6d 濕輪磨耗值結(jié)果

5 結(jié)論

本文通過室內(nèi)試驗研究分析玻璃纖維摻入微表處混合料后其組成設(shè)計參數(shù)和路用性能的變化。 得到以下結(jié)論：

(1)由于玻璃纖維的吸油特性和摻雜分布影響混合料的施工和易性， 在微表處配合比設(shè)計中要適當(dāng)提高瀝青用量和用水量。

(2)玻璃纖維加入微表處混合料可以提高混合料抗車轍性能、低溫破壞強度和抗水損害能力。

(3)綜合配合比設(shè)計和路用性能評價結(jié)果可知，玻璃纖維摻入微表處混合料會引起材料費用增加， 但能對路用性能大幅提升。