玄武巖纖維在重載路面養護中的應用

楊偉濤

（石家莊市交建高速公路建設管理有限公司西阜分公司，河北 石家莊 050000）

重載和超載情況的普遍出現使得路面承載能力、功能性急劇下降，為了應對當前公路行業中出現的困境，目前諸多技術均采用向瀝青混合料中摻入纖維來提高路面使用性能。

一、工程概況

某公路工程k4+100～k6+200路段通車以來路況良好，未進行過大規模維修養護，僅對部分網裂較多的路段進行過局部修補。隨著近年來交通量逐步增長，該公路早期設計時預估的交通量逐漸不滿足當前實際通行的交通量需求，路面各種病害頻繁出現，為了應對交通量增長帶來的各種問題，經研究決定采用玄武巖纖維瀝青混合料作為面層材料，對路面結構進行調整。

二、原材料

（一）瀝青

采用SMA混合料作為上面層，主要是考慮到SMA結構中粗集料多，其骨架密實結構能使路面抗滑性能良好，同時在摻加玄武巖纖維后能夠大幅提升混合料延展性能，有效降低路面開裂幾率。此外，為了提高路面的抗車轍性能及高溫穩定性，SMA要求瀝青原材料黏度大，能夠保證集料充分黏結，有效防止車轍病害的產生。

（二）集料

瀝青混合料中集料占比高達70%，集料的物理化學性質、級配和結構組成對混合料各方面性能都有著重要影響。工程中，在集料的選擇上往往將壓碎值、堅固性、洛杉磯磨耗損失等作為評價碎石集料強度與磨耗的重要指標，壓碎值良好的碎石用于路面工程中能夠經受重載車輛的碾壓而不被破壞，維持了混合料的結構組成。而洛杉磯磨耗小的碎石集料，在長期經受車輪作用時能夠較好地保證路面抗滑性能。此外，在進行級配設計時，良好的級配組成能夠形成穩定的結構，有效提高路面的抗剪切能力。因此在選擇碎石集料時應充分考慮這幾方面性能。考慮到工程對碎石性能要求較高，本項目選用工程中常用的優質碎石玄武巖作為原材料。

（三）纖維

隨著我國發展理念的變化，施工中更加注重污染的排放，開始由高速發展轉向高質量發展，而玄武巖纖維作為新興材料，用于道路工程中幾乎不會產生污染，而且能大幅提高混合料的高低溫性能，十分契合我國發展理念。此外，纖維是通過玄武巖碎石熔融得到，無需很高的制備工藝技術，故工程使用成本十分低廉。但由于玄武巖纖維的長度和摻入量的不同，對瀝青混合料各方面性能影響不同，為了確定最佳摻入量與纖維長度，在最佳油石比條件下通過車轍試驗進行確定，根據試驗確定選用6mm玄武巖纖維，摻入量為0.5%。不同長度、不同含量的車轍試驗結果如表1、表2所示。

表1 不同長度車轍試驗結果

表2 不同含量車轍試驗結果

三、施工工藝

（一）混合料的拌和

摻入玄武巖纖維的混合料拌和工藝復雜，采用現場濕法拌和不僅需要纖維瀝青拌和設備，還十分容易造成瀝青混合料結團情況，嚴重時更會產生混合料的離析。為了保證纖維在瀝青混合料中均勻分布，應選擇工廠拌和生產。本工程采用新濕法生產玄武巖纖維瀝青混合料，每次拌和前，先精確計算各種原材料的用量，通過履帶投送方式向加熱完畢的瀝青與碎石中投放纖維，保證一定的拌和時間，待其拌和均勻后再放料[2]。

（二）混合料的運輸

由于摻加纖維的瀝青混合料成分更為復雜，為了保證不產生離析，運輸過程中應該避免急停或突然啟動等情況，此外，在運輸前應在車頂覆蓋篷布以減緩混合料溫度的散失。

（三）混合料的攤鋪和碾壓

瀝青混合料攤鋪作業前應對基層表面的透層油滲透深度進行檢查，其滲透深度超度5mm時方可開始攤鋪工作，若由于趕工期等原因未滿足滲透深度要求會造成基層與面層黏結不夠緊密。檢查完畢后，調整好相應松鋪系數，根據路幅寬度合理安排攤鋪機數量，考慮為防止混合料離析，采用多臺攤鋪機梯隊聯合攤鋪作業。攤鋪作業同時安排施工員在側對攤鋪厚度進行檢驗，若不滿足攤鋪要求應及時進行處理。碾壓施工緊跟攤鋪作業后，根據不同混合料特性選擇合適的壓路機進行碾壓施工，由于SMA混合料屬于間斷級配，在膠輪壓路機的揉搓碾壓作用下十分容易破壞混合料結構，故在進行表面層碾壓時應采用鋼輪壓路機施工[3]。

四、施工質量檢測

（一）低溫性能檢驗

瀝青混合料在低溫條件下，由于溫度影響產生的內應力超過材料本身的極限拉伸強度容易造成混合料開裂，同時在重載車輛碾壓下，裂縫進一步擴展。研究表明，摻入玄武巖纖維后，纖維的網狀結構能夠對瀝青混合料進行束縛，從根本上提高了其抗拉強度。為了檢驗施工后路面的抗裂性能，項目通過低溫彎曲試驗進行評價，試驗結果如表3所示。

表3 低溫彎曲試驗結果

從低溫彎曲試驗結果得知，摻入0.5%含量的玄武巖纖維后，其彎拉強度、彎拉應變和勁度模量分別為13.75MPa、3553με和3870MPa，滿足規范使用要求。

（二）高溫性能檢驗

根據混合料變形流動的特點，車轍形成主要原因是混合料自身的剪應力不足以抵抗車輪帶來的荷載影響。影響混合料剪應力的主要因素是集料和瀝青，而纖維通過吸附作用能夠保證碎石與瀝青緊密結合，從而不輕易產生流動變形。為了檢驗施工后路面高溫性能，項目通過車轍試驗開展評價施工質量。從車轍試驗結果得知，摻入不同含量的玄武巖纖維，動穩定度測試結果均滿足規范要求。在摻入0.5%含量玄武巖纖維時，動穩定結果為8823次/mm，而未摻加玄武巖纖維時動穩定度平均值為5925次/mm，相比提升幅度高達48.9%。

五、結語

本文依托工程實例，對道路工程中玄武巖纖維瀝青混合料技術進行研究，詳細介紹了玄武巖纖維的作用機理及玄武巖纖維瀝青混合料施工技術，最后通過低溫彎曲試驗和車轍試驗評價試驗路段性能，得出以下結論：

第一，摻入0.5%含量的玄武巖纖維后，混合料的彎拉強度、彎拉應變和勁度模量分別為13.75MPa、3553με和3870MPa，滿足規范使用要求。第二，摻入不同含量的玄武巖纖維,動穩定度測試結果均滿足規范要求。在摻入0.5%含量玄武巖纖維時，動穩定結果為8823次/mm，而未摻加玄武巖纖維時動穩定度平均值為5925次/mm，摻加后提升幅度高達48.9%，說明摻加纖維后路面抗車轍性能顯著提升。