加纖瀝青碎石封層養護技術研究與應用

呂玉蓉 袁盛杰 廖亞雄 魏 威

(湖北省交通規劃設計院股份有限公司 武漢 430050)

近年來，隨著交通量和交通荷載不斷增加，早期建設的瀝青路面開始出現裂縫、車轍等一系列病害，導致路面平整度降低、抗滑性能下降，其行車舒適度隨之下降。這些早期病害若不及時進行處置，將進一步發展甚至威脅到行車安全[1]。因此需在路面出現早期病害時，及時對原路面進行預防性養護，恢復其路用性能，延長路面的使用壽命。目前常用的預防性養護技術包括有超薄磨耗層、微表處、霧封層、同步碎石封層等，各種養護技術在其各自的使用范圍、材料組成、施工工藝、養護效果等方面存在較大差別，以上幾種常用的養護維修手段，均存在某些方面的缺陷，如超薄磨耗層的造價較高且對碾壓工藝有較高要求，微表處對原材料要求高、造價高，同步碎石封層的黏結性不足[2]。針對目前各種預防性養護技術的不足，亟須開發性價比更優的養護措施，2007年我國引進了法國全新的養護新技術(纖維瀝青碎石封層)，其采用專用設備同步灑布乳化瀝青、纖維，再灑布碎石，經碾壓養生后即可開放交通，作為原路面的表面磨耗層恢復其使用性能。

纖維瀝青碎石封層能夠快速有效地恢復路面表面功能，提高使用性能，延長道路使用壽命，這種預防性養護技術逐漸被廣泛應用，但是由于引入國內時間較短，相關配合比研究和實際應用效果評價很少。本文將結合室內配比試驗及實際工程應用情況對加纖瀝青碎石封層養護技術展開研究。

1 原材料及試驗方法

1.1 試驗材料

1) 乳化瀝青。乳化瀝青作為纖維瀝青碎石封層中重要的結合劑，其性能直接決定了碎石封層后續的抗滑、防水等能力，本文選取某SBS改性乳化瀝青，其相關性能參數滿足JTG F40-2004《公路瀝青施工技術規范》的要求，相關技術指標見表1。

表1 乳化瀝青檢測結果

2) 纖維。選用的玻璃纖維是玻璃經高溫后拉絲形成，性能指標符合GB/T 18369《玻璃纖維無捻粗紗》規范要求，其相關參數見表2。

表2 纖維性能指標

3) 碎石。選用4.75～9.5 mm的石灰巖集料，其相關性能滿足JTG F40-2004《公路瀝青施工技術規范》的要求，其相關技術指標見表3。

表3 集料檢測結果

1.2 試驗方法

成型30 cm×30 cm×5 cm瀝青混合料車轍板試件，在其上層成型加纖瀝青碎石封層，進行拉拔試驗、滲水試驗及構造深度試驗。

1) 拉拔試驗。成型試件待其完全固化后放置于試驗臺，在拉拔頭上均勻涂抹環氧樹脂膠黏劑，與碎石封層黏結，待完全牢固后，采用萬能試驗機的應變控制模式以1 mm/min拉拔速率進行拉拔試驗。

2) 滲水試驗。依據JTG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(以下簡稱《試驗規程》)中T0730-2011對試件進行滲水試驗，計算3 min滲水時間的滲水速率或者500 mL滲水量的滲水速率，以對加纖瀝青碎石封層滲水性能進行評價。

3) 構造深度試驗。依據試驗規程中T0731-2000瀝青混合料表面構造深度人工鋪砂試驗對加纖瀝青碎石封層試件的抗滑性能進行測定，測量以砂攤成圓的2個方向直徑，以計算構造深度TD表征抗滑性能。

2 加纖瀝青碎石封層室內性能評價

2.1 正交試驗設計

影響加纖瀝青碎石封層性能的因素眾多，但纖維瀝青碎石封層各原材料用量對封層路用性能的影響至關重要。參考國內工程應用經驗及相關文獻，確定各原材料用量范圍[3]，選取各影響因素的試驗水平。如表4所示進行正交試驗設計。

表4 原材料用量范圍及試驗水平

2.2 性能評價

按正交試驗設計的不同影響因素開展各水平成型試件后`，依照前述試驗方法進行拉拔試驗、滲水試驗、構造深度試驗。試驗結果見表5。由表5試驗結果可知，各因素不同水平下滲水系數均接近于0，說明上述摻量下的加纖瀝青碎石封層防滲水性能優良，因此著重研究各材料用量對拉拔強度、構造深度的影響。采用極差分析法進行定量分析，見表6。其中：ki為某因素第i水平對應試驗指標的平均值，極差為ki(i=1，2，3)中最大值與最小值的差值。

表5 L9(34)試驗設計及室內試驗結果

表6 正交試驗極差分析

2.2.1拉拔強度

乳化瀝青、碎石、纖維用量對拉拔強度影響圖見圖1。

圖1 不同材料用量對拉拔強度的影響

由圖1a)可知，加纖瀝青碎石封層拉拔強度隨乳化瀝青用量增加而增大，乳化瀝青用量從1.2 kg/m2增至1.6 kg/m2時，拉拔強度由0.13 MPa提升至0.21 MPa，當乳化瀝青用量達到1.6 kg/m2，拉拔強度提升0.05～0.26 MPa。故提高乳化瀝青摻量可提升碎石封層的拉拔強度，這是由于隨著瀝青用量的增加，滲入原路面瀝青增多，原路面與封層黏結性能增強，同時碎石能被足夠瀝青裹附，結構瀝青含量增多，提供足夠的黏結強度；乳化瀝青用量達到一定程度后，結構瀝青含量達到極值，故對拉拔強度提升幅度降低[4-5]。

由圖1b)可知，拉拔強度隨碎石用量的增加先增大后減小，乳化瀝青用量從1.2～1.6 kg/m2，拉拔強度提升0.2 MPa，乳化瀝青用量增加至1.8 kg/m2，拉拔強度從0.22 MPa下降至0.18 MPa。故以拉拔強度為設計指標，碎石最佳用量為8 kg/m2，這是由于碎石用量小于8 kg/m2時，封層混合料中自由瀝青較多，隨著碎石的加入，裹附自由瀝青轉化為結構瀝青，增強其黏結能力；碎石用量逐漸增大，導致部分碎石未被瀝青有效黏結，易脫落而降低了整體的黏結性能。

由圖1c)可知，拉拔強度隨纖維用量的增加不斷減小，一定程度上，纖維用量的增加降低了碎石封層的黏結性能，這可能是纖維出現結團現象，在封層整體結構中某一處形成了薄弱層，從而降低了加纖瀝青碎石封層的黏結性能。

由此可見，所選3因素中對加纖瀝青碎石封層拉拔強度影響最大的是乳化瀝青的用量，其次是碎石用量，纖維用量影響最小，三者對應極差大小排序為：0.14 MPa>0.03 MPa>0.01 MPa。

2.2.2構造深度

乳化瀝青、碎石、纖維用量對構造深度影響圖見圖2。

圖2 不同材料對構造深度的影響

由圖2a)可見，構造深度隨乳化瀝青用量增加而減小，乳化瀝青用量從1.2 kg/m2增加至1.8 kg/m2時，構造深度從1.83 mm降低至1.20 mm，降幅達34%。故可認為，乳化瀝青用量過多會嚴重影響加纖瀝青碎石封層的抗滑性能，這是由于乳化瀝青用量增多，對碎石空隙進行了填充，瀝青層厚度增大，碎石未被瀝青覆蓋的露出部分減少，即構造深度減小。

由圖2b)可見，加纖瀝青碎石封層構造深度隨碎石用量的增加先增大后減小，在碎石用量達到8 kg/m2時，構造深度達到極值1.63 mm。當碎石用量小于8 kg/m2時，碎石用量增加，更多乳化瀝青對其進行了裹附，致使瀝青液面高度下降，構造深度得到提升；但碎石用量超過8 kg/m2后，碎石擠占瀝青空間，使其平面上升，減小封層構造深度。故以構造深度為設計指標，碎石最佳用量仍為8 kg/m2。

由圖2c)可見，對加纖瀝青碎石封層構造深度影響程度由大到小排序為乳化瀝青用量>碎石用量>纖維用量，三者極差依次為0.63，0.20，0.03 mm。纖維用量在80～120 g/m2范圍內，幾乎不影響加纖瀝青碎石封層的構造深度。

綜合考慮3種因素對加纖瀝青碎石封層黏結性能、抗滑性能、滲水性能的影響，3種原材料最佳配比為：乳化瀝青1.6 kg/m2，碎石8 kg/m2，纖維80 g/m2。

3 工程應用

基于上文研究成果，在某一雙向四車道瀝青路面出現輕微泛油及松散剝落病害后，采用預防性養護技術進行維修，以前述最佳配比進行加纖瀝青碎石封層養護技術施工作業，對其養護前后構造深度、滲水系數進行檢測，并跟蹤調查養護1年后的構造深度、滲水系數，所得數據見表7。

表7 養護前后路面性能測試結果

施工完成后的瀝青路面外觀良好，由表7可知，經加纖瀝青碎石封層養護技術養護后，路面構造深度在1.4～2.1 mm范圍內，滲水系數均滿足相應規范的要求；養護1年后，路面構造深度在1.1～1.6 mm范圍內，滲水系數均小于0.3 mL/min，仍滿足規范要求，說明瀝青路面經該技術養護后具有良好的抗滑、抗滲水性能。

4 結語

針對加纖瀝青碎石封層養護技術進行室內試驗及實際工程應用研究，得出以下結論。

1) 對加纖瀝青碎石封層拉拔強度、構造深度影響程度排序均為：乳化瀝青用量>碎石用量>纖維用量。其中，纖維用量在80～120 g/m2范圍內，幾乎不影響加纖瀝青碎石封層的黏結性能與抗滑性能。

2) 基于拉拔強度及構造深度，3種原材料最佳配比為：乳化瀝青1.6 kg/m2，碎石8 kg/m2，纖維80 g/m2。

3) 加纖瀝青碎石封層養護技術能有效改善原路面的抗滑、抗滲水性能，具有一定的應用及推廣價值。