玄武巖纖維碎石封層技術的應用

文/浙江省溫州市公路管理局 葉劍可

纖維碎石封層技術對公路瀝青路面預防性養護有較好的作用，尤其是在長上下坡、高溫或重車過往等路段。本文就加玄武巖纖維的瀝青碎石封層技術實施效果開展了探討。

玄武巖纖維碎石封層技術特點

纖維碎石封層技術，是采用纖維碎石封層核心設備，將高品質改性乳化瀝青、纖維同時撒布到路面，然后在瀝青纖維層上面撒布碎石，經碾壓后形成新的磨耗層或者應力吸收中間層，其結構是“1層瀝青+1層纖維+1層瀝青+1層碎石”。施工過程中，在兩層均勻灑布的瀝青結合料之間，撒布經過特殊工藝破碎切割的纖維，與瀝青結合料形成網絡纏繞結構，類似一層具有高彈性和高強度的防護網墊，其具有良好的應力吸收和分散能力，并具有超強的防水功能，能夠有效地防止反射裂縫，從而提高道路的使用壽。

圖1 施工工藝流程圖

材料與設備

為了確保工程質量，纖維碎石封層技術實施時，材料與設備要滿足特殊的要求。機械配備要求：高性能的纖維碎石封層機、15m3以上碎石撒布車、26t膠輪壓路機，以及路面清掃、收集機具等。施工材料要求：符合要求的改性乳化瀝青、集料、纖維等，其中集料碎石磨光值（PSV）不小于42，宜采用玄武巖。

玄武巖纖維的技術特性和路用性能

“玄武巖連續纖維及其復合材料”是具有國際先進水平的國家863計劃成果，是我國有自主知識產權的、創新開發的一種新型路用礦物纖維，屬于非金屬的無機纖維，它是以純天然玄武巖礦石為唯一原料，在1450℃至1500℃熔融連續拉制而成。“玄武巖纖維封層技術應用”項目也被列為2009年浙江省公路養護“四新”技術應用的重點攻關課題之一。

目前，在纖維碎石封層技術實際應用中，大部分施工企業采用噴射無捻粗紗型玻璃纖維，主要原因是施工方便、技術簡單、短期一次性投入成本低等。

與玻璃纖維相比，玄武巖纖維除了具有高技術纖維高強度、高模量的特點外，還具有耐高溫性佳、抗氧化、抗輻射、絕熱隔音、過濾性好、抗壓縮強度和剪切強度高、適應于各種環境下使用等優異性能，且性價比好，是一種純天然、環保的無機非金屬材料，也是一種可以滿足國民經濟基礎產業發展需求的新的基礎材料和高技術纖維。具體相關指標比較如表1所示。

在瀝青路面纖維碎石封層預防性養護中，加玄武巖纖維的瀝青碎石封層具有獨特的致密網絡纏繞結構，其玄武巖纖維既有良好的吸附和吸收瀝青的作用、分散作用、增黏作用、穩定作用，及對路面起到明顯的加筋和橋接作用，極大地提高了路面的柔韌性，從而很好地提高的瀝青路面的高溫抗車轍能力，具有提高低溫抗裂性、抗疲勞性能以及抗水害性能等路用性能。

實驗路段應用

2009年，浙江省溫州市首次引入纖維碎石封層技術。通過在國道104線永嘉段、國道330線鹿城段、省道223線永嘉段等三個試驗路段的實踐，獲得了良好的效果。2013年擴大了應用實施里程。2014年，為進一步探討該技術，溫州市公路局除了在普通國省道預防性養護工程中大量（達46.6m2）采用纖維碎石封層技術，還在泰順省道331線分泰段K30+630—K33+414路段采用加玄武巖纖維的瀝青碎石封層預防性養護技術。

表1 玄武巖纖維碎石封層技術的相關指標

該項目長2.784km，施工工期為2014年8月23日至2014年9月5日（高溫季節時間，滿足實施溫度要求），實施面積為2萬余平方米。該路段實施前，因使用年久，路面出現了不同程度的縱向裂縫、橫向裂縫、龜裂、塊裂等早期病害。近幾年來的瀝青灌縫等小修保養比較到位，雖表面功能有所衰減，但結構強度依然良好，路面狀況還比較好，宜采用預防性養護。但因該路段屬連續長上下坡路段，2013年年底以來，因泰順縣城工程建設項目較多，過往重車明顯增加，此外2014年7月份以來連續高溫，造成瀝青灌縫材料脫落嚴重。如果采用普通的玻璃纖維碎石封層技術，可能會因抗拉及抗車轍能力不夠，導致路面重新出現裂縫等病害。因此，經多方考察及研究決定，采用加玄武巖纖維的瀝青碎石封層技術，目的是檢驗能否有效恢復路面使用功能，延緩病害發展，延長使用壽命，并是否具有較好的成本效益和社會效益。

應用效果評價

路用性能方面

該技術應用后的抗滲、橫向力系數SFC等重點驗收指標試驗檢測數據均符合規范要求，其中橫向力系數SFC平均值達59.64≥40（設計值）；且從目前使用情況看，效果良好，具體表現在以下幾方面：有效地提高了路面磨耗層的耐磨性及抗車轍能力，目前未出現車轍、坑洞等早期病害，并一定程度上提高了平整度；一定程度上恢復了原有路面使用功能，2014年路面使用性能指數PQI檢測數據較2013年提高1.5個百分點，即2014年PQI為96.5，2013年PQI為95.0；有效地抑制了瀝青路面常規裂縫的產生和水侵蝕，目前未發現路面裂縫及滲水現象；延長了路面的使用壽命，目前路面技術狀況良好。

經濟性方面

浙江省對玻璃纖維瀝青碎石封層的批復預算單價大概在28元左右，其中纖維按照每平方米摻量60g計算，玻璃纖維每平方米單價為0.48元，玄武巖纖維每平米單價為1.32元，高出玻璃纖維每平方米0.84元，高出比例僅占纖維碎石封層總價的3%。但由于玄武巖纖維的抗拉強度、抗磨強度強于玻璃纖維，從長遠來看，只是一次性的建設成本增加，但可以節省以后的養護成本。尤其是對于長上下坡、高溫及重車過往路段，玻璃纖維碎石封層很難保證預防性養護的質量效果；對于一般路段，玻璃纖維碎石封層使用年限如果是兩年，則玄武巖纖維封層至少在三年以上，可見大大地提高了經濟效益。

社會效益方面

隨著國內交通事業的迅速發展，瀝青路面里程也隨之迅速增加，導致瀝青路面病害處理產生的黑色污染將越發嚴重。玄武巖纖維碎石封層延長了路面使用壽命，減少了車轍病害銑刨處理所產生的廢料，減輕了環境污染的壓力，并且所需的資源、能源也明顯減少。此外，玄武巖纖維為天然環保型材料，不影響瀝青混合料的回收利用，充分體現了資源節約、環境友好及公路安全暢通等良好的社會效益，對我國經濟的可持續發展、緩解環境和橡膠資源匱乏帶來的壓力起到積極的作用，并可為公路提高抗車轍能力提供一種新的材料和保障。