劉建虎 韓素會

（平山縣暢通公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司，河北 石家莊 050400）

道路工程運行質(zhì)量和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作的開展有著密切聯(lián)系，有效的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)能夠延長道路工程使用壽命，提高路面行駛體驗，提高運行安全性。目前，我國道路養(yǎng)護(hù)里程數(shù)達(dá)到600萬公里以上，并且仍在不斷增加。如何有效開展預(yù)防性養(yǎng)護(hù)，成為道路養(yǎng)護(hù)工作者關(guān)注的重點問題。微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)抗車轍能力較強，同時具有良好的耐磨損性能和防滑能力，在瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程中具有廣泛應(yīng)用。

20世紀(jì)80年代后，我國逐漸引入微表處技術(shù)，但并未第一時間推廣應(yīng)用，直到90年代后該技術(shù)才逐漸應(yīng)用到工程實踐中。2000年，微表處技術(shù)在“國家技術(shù)創(chuàng)新計劃”“西部交通建設(shè)科技項目計劃”等一系列文件中被強調(diào)，而后，經(jīng)工程界、學(xué)界共同努力，研發(fā)出一系列改性乳化瀝青、改性劑和乳化劑，相關(guān)技術(shù)內(nèi)容得到快速充實。2004年，《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中進(jìn)一步明確了微表處技術(shù)的原料要求、技術(shù)方法及應(yīng)用要求，規(guī)范了施工流程。

董志宏等[1]分析了復(fù)式加筋微表處中使用玄武巖纖維作為添加劑的應(yīng)用效果，并在試驗路段中施工探究其具體性能，發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維的摻入有效提升了微表處耐磨性能和抗車轍能力。姚曉光等[2]分析了纖維的摻量、種類、油石比等因素對纖維微表處施工效果的影響，結(jié)果顯示，摻入0.1%～0.25%纖維、選用7.0%～7.5%油石比時，微表處路用性能最佳。張爭奇[3]通過構(gòu)建衰變方程分析了纖維微表處加鋪層性能，并比較普通微表處、玄武巖纖維和聚丙烯纖維微表處的路用性能差異，結(jié)果顯示，使用聚丙烯纖維加鋪磨耗層可以延長道路使用壽命。

劉軍營等[4]基于正交試驗分析纖維微表處路用性能的主要影響因素，開展輪轍變形試驗、濕輪磨耗試驗，結(jié)果顯示，纖維摻量是影響微表處路用性能的關(guān)鍵因素，并驗證了文獻(xiàn)[2][3]的結(jié)論。龍旭日[5]等人分析了瀝青微表處中添加外加劑種類對路用性能的影響，結(jié)果顯示，木質(zhì)素纖維施工具有不穩(wěn)定性，聚丙烯纖維施工便利但拌和時間較長。

我國引入應(yīng)用微表處養(yǎng)護(hù)技術(shù)時間相對較短，但在工程界和學(xué)術(shù)界共同努力下，微表處技術(shù)應(yīng)用得到快速發(fā)展，精表處、間斷型級配微表處、降噪型微表處和復(fù)合封層微表處等技術(shù)層出不窮[6]。

但近些年來瀝青工程應(yīng)用微表處技術(shù)開展養(yǎng)護(hù)時發(fā)現(xiàn)，微表處混合料經(jīng)常出現(xiàn)抗裂性能不足等問題。相較于傳統(tǒng)微表處而言，纖維微表處路用性能更強[7]。雖然目前學(xué)界已經(jīng)針對纖維微表處開展大量研究，但針對不同類型纖維微表處的對比研究數(shù)量和質(zhì)量均相對較少[8]。本文由此出發(fā)，通過室內(nèi)試驗的方式分析對比了玄武巖纖維、木質(zhì)素纖維和聚丙烯纖維在不同摻量條件下的路用性能水平，希望為纖維微表處預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程的實踐提供參考。

1 原材料

1.1 改性乳化瀝青

該試驗采用70#瀝青作為基質(zhì)瀝青，摻入4%的SBS，選用慢裂快凝型陽離子瀝青乳化劑，獲得SBS改性乳化瀝青。該材料蒸發(fā)殘留物含量試驗為62.8%，大于60%規(guī)范值，篩余量為0.03%，在0.1%的規(guī)范要求以內(nèi)，1d存儲穩(wěn)定性和5d存儲穩(wěn)定性分別為0.55、2.9，軟化點和延度、針入度分別為60℃、27cm和59mm，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 礦料

試驗選用礦料為石灰石料，粒徑包含5mm～10mm、3mm～5mm和0mm～3mm，各組礦料性能水平均符合工程規(guī)范要求。

1.3 纖維

試驗選用纖維材料分別為聚丙烯纖維、木質(zhì)素纖維和玄武巖纖維，長度均為6mm。其中，玄武巖纖維密度為2.64g/cm3，當(dāng)量直徑為6mm，斷裂延伸率為3.2%，抗拉強度為1260MPa；木質(zhì)素纖維密度為2.47g/cm3，當(dāng)量直徑為10mm，斷裂延伸率為9.3%，抗拉強度為310MPa；聚丙烯纖維當(dāng)量直徑為30mm～40mm，密度為0.92g/cm3，斷裂延伸率高于15%，抗拉強度大于270MPa。

1.4 填料

試驗填料包含石灰石礦粉、P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

2 纖維微表處混合料的配合比設(shè)計及其制備

2.1 配合比設(shè)計

使用MS-3型級配作為上述三種纖維混合料的級配類型，設(shè)定用水量、最佳油石比和水泥摻量分別為7%、0.2%和0.2%，使用不同纖維摻量，具體為0.3%、0.25%、0.2%、0.15%、0.1%、0.05%和0。具體級配如表1所示。

表1 纖維微表處混合料級配

2.2 微表處混合料試件制備

將前期準(zhǔn)備的不同組纖維、礦粉和水泥加入粒徑為0mm～3mm的石灰石料中，攪拌均勻后再加入粒徑為3mm～5mm、5mm～10mm的石灰石料，分別攪拌均勻后加水，放入SBS改性乳化瀝青并繼續(xù)攪拌，直到所得混合料具有良好流動狀態(tài)為止，制備并測試試件路用性能。

3 纖維微表處混合料路用性能分析

以《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》為依據(jù)，對三組纖維微表處混合料開展?jié)褫喣ズ脑囼?，其中抗磨耗能力評價指標(biāo)以1h濕輪磨耗值為依據(jù)，抗水損害能力評價指標(biāo)以6d磨耗值為依據(jù)[9]。

3.1 抗磨耗性能

對三組材料開展1h濕輪磨耗試驗，結(jié)果顯示，三種纖維微表處混合料1h濕輪磨耗值均隨纖維摻量增加而表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，其中，纖維微表處磨耗值在纖維摻量0.3%時快速增長，且增長均超出《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》明確的540g/m2，究其原因在于，摻入適量纖維時，纖維材料吸附了微表處混合料中存在的過量瀝青，有效提升了集料黏聚力，進(jìn)而提高了微表處混合料抗磨耗能力[10]。而隨著纖維摻量進(jìn)一步增加，瀝青已經(jīng)難以完全包裹纖維材料，降低了集料黏聚力，宏觀表現(xiàn)為微表處混合料抗磨耗性能下降。

3.2 抗水損性能

對三組材料開展6h濕輪磨耗試驗，具體結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著纖維摻量增加，三種纖維微表處混合料6d濕輪磨耗值的變化趨勢均為先減小后增加。其中，纖維摻量從0%增加至0.1%時，三組纖維微表處混合料6d磨耗值均有所降低，原因在于在混合料中摻入適量纖維后，混合料內(nèi)部多余瀝青包裹纖維，強化黏結(jié)力的同時降低磨耗值。而當(dāng)混合料中纖維摻量增加至0.3%時，纖維微表處磨耗值顯著增加，其中，聚丙烯纖維、玄武巖纖維磨耗值均小于800g/m2，符合相關(guān)規(guī)定要求[11]。該線性原因在于摻入過量纖維后瀝青已經(jīng)難以完全包裹纖維材料，纖維分散性能下降，最終表現(xiàn)為材料抗水損能力下降。

3.3 抗輪轍變形能力

以《微表處和稀漿封層技術(shù)指南》中描述為依據(jù)，對三種纖維微表處混合料開展抗輪轍變形試驗，結(jié)果如圖2所示。

圖2 纖維微表處混合料輪寬變形率變化曲線

由圖2可知，纖維摻量相同條件下，玄武巖纖維微表處變化最小，聚丙烯纖維微表處和木質(zhì)素纖維微表處依次增大。該結(jié)果說明玄武巖纖維微表處具有最強的抗車轍變形能力。究其原因在于木質(zhì)素纖維吸油量曲線呈分散性排布，且吸油量較大，而聚丙烯纖維、玄武巖纖維吸油量呈線性排布，吸油量較小，因而具有較強的抗車轍變形能力[2]。三組微表處混合料輪轍寬度變形率隨纖維摻量增加均表現(xiàn)出先降低后增加的發(fā)展趨勢。其中，纖維摻量從0%提升至2%的過程中，三組纖維微表處混合料車轍寬度變形率就有所降低，而纖維摻量進(jìn)一步增加至0.3%時，車轍寬度變形率顯著提升，原因在于摻加適量纖維后，纖維吸附混合料中存在的自由瀝青，增加了集料表面瀝青膜厚度，進(jìn)一步提高了微表處抗車轍變形能力。而瀝青摻量增加后，混合料中瀝青不能完全包裹集料，降低瀝青膜寬度的同時，削弱了微表處混合料抗車轍變形能力。

3.4 低溫抗裂性能

使用MTS室內(nèi)小梁彎曲試驗機(jī)測試?yán)w維微表處混合料低溫抗裂性能，將試驗機(jī)加載速度設(shè)定為50mm/min，處理三組纖維微表處混合料后獲得其彎拉強度、最大拉應(yīng)力變化情況，如圖3、圖4所示。

圖3 彎拉強度

圖4 最大彎拉應(yīng)力

由圖4可知，隨纖維摻量增加，三種纖維微表處混合料彎拉強度和最大彎拉應(yīng)力均不斷增大。其中，未摻加纖維微表處混合料最大彎拉應(yīng)力為3248μ∈，抗彎拉應(yīng)力為3.49MPa。摻加纖維量達(dá)到3%時，聚丙烯纖維、玄武巖纖維和木質(zhì)素纖維的抗彎拉強度分別提高至5.31MPa、5.47MPa和4.65MPa，最大彎拉應(yīng)力分別提升至5059μ∈、4937μ∈和4326μ∈。這一結(jié)果表明，在微表處混合料中摻入纖維，能夠有效改良其低溫抗裂性能。究其原因在于摻入適量纖維后，微表處混合料裂紋擴(kuò)展得到抑制，混合料抗變形能力、韌性都顯著提升，進(jìn)而強化了微表處低溫抗裂性能。

4 結(jié)束語

微表處混合料抗水損性能、抗磨耗性能和抗車轍變形能力均會隨纖維摻量增加而表現(xiàn)出先降低后增加的變化，其中，摻加0.1%纖維時，混合料的抗水損性能、抗磨耗性能達(dá)到最高值，摻加0.2%纖維時，混合料微表處抗車轍變形性能達(dá)到最大值。纖維含量提升，微表處混合料低溫抗裂性能不斷提升，原因在于纖維的摻入限制了微表處混合料裂紋發(fā)展。結(jié)合低溫抗裂性能測試、抗車轍變形能力測試、抗水損性能和抗磨耗性能來看，摻加0.2%玄武巖纖維的微表處混合料具有最好的路用性能，推薦應(yīng)用該材料開展預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程。