高速公路路面拼接中聚酯玻纖布材料的應用

汪晨徽,謝嘉斌

（南昌公路橋梁工程有限公司,江西 南昌 330000）

0 引言

高速公路改擴建工程路面拼接施工中普遍面臨新舊瀝青路面及水穩基層拼接縫處理、舊路面層及水穩基層反射裂縫處治等難題。應用高性能聚酯玻纖土工布加強裂縫防治和防水處理是當前應用較多的工程措施。聚酯玻纖布土工合成材料在土工布、土工格柵及條帶聚合物基礎上發展而來，由60%玻璃纖維和40%聚酯纖維以及特殊工藝編織而成，與瀝青混合料相容性好，耐高溫、防水、抗裂、加筋等性能均較優。當前，聚酯玻纖土工布材料在國內外新舊瀝青路面、半剛性基層反射裂縫，改擴建新舊路面縱向拼縫以及水泥混凝土路面白改黑、瀝青罩面抗裂、隔水、加筋等方面得到一定程度的應用，工程效果較好。但是在我國南方高溫多雨地區的高速公路、機場高速改擴建工程中的應用并不廣泛。基于此，該文對聚酯玻纖土工布材料在高速公路改擴建工程中的應用及施工控制要點展開探討，以期為此類材料在公路路面施工中的推廣應用提供參考。

1 聚酯玻纖布的工程性質

結合工程實踐，玻纖材料無防水功能，其網格可與瀝青混凝土形成嵌擠結構，但穩固性差、易膨脹、不服帖，對瀝青混凝土攤鋪施工及加筋等具有不良影響。土工布具有一定的防水性，但當瀝青混凝土攤鋪施工溫度超出160 ℃時，其抗蠕變性能和強度便會快速衰減。聚酯玻纖布（Fiberglass-Polyester Paving Mat）是在土工布、土工格柵、條帶聚合物等材料基礎上發展而來的新型土工合成材料，屬于在聚酯纖維表面橫縱向交錯編織玻璃纖維而制成的網狀結構材料，為玻纖和聚酯纖維的復合物，有效融合了玻纖材料強度及聚酯纖維的韌性[1]，同時具備較好的抗寒性和耐熱性，膨脹系數低，抗拉強度、抗撕裂強度及彈性好，適用于瀝青路面反射裂縫防治、水損害處治及路面承載力的提升。

聚酯玻纖土工布材料性能檢測結果詳見表1。將其材料參數檢測結果與普通玻纖材料、單位面積質量較長的聚酯長絲無紡土工布材料進行比較后可以得出不同類型土工合成材料技術指標存在較大差異：①在質量水平相同的情況下，普通玻纖布厚度明顯小于聚酯長絲無紡土工布，原因在于玻纖密度比其余有機纖維大，并且玻纖編織工藝使其結構中纖維的排列比聚酯長絲無紡土工布更加致密。聚酯玻纖土工布是玻纖束網格和聚酯纖維布的復合結構，厚度自然介于普通玻纖布和聚酯長絲無紡土工布之間，但單位面積質量卻為三者中的最大者。②聚酯纖維布因玻纖材料的加筋作用，抗拉強度較高，延伸率小；聚酯長絲無紡土工布斷裂延伸率較大，且其與聚酯玻纖布的抗拉強度均無方向性，而普通玻纖布因纖維絲排列方式的特殊性而抗拉強度具備一定的方向性。③聚酯玻纖布的拉伸強度由玻纖材料提供，故其握持強度相應較大，而普通玻纖布纖維之間主要通過粘結劑黏合，抗變形能力不強，握持強度相應較小；聚酯長絲無紡土工布纖維間聯結緊密，存在明顯的應力分散效果[2]，延伸率較大。

綜合表1對聚酯玻纖布技術參數取值的分析可以看出，此類材料具有以下工程性能，并具有在高速公路瀝青路面施工中應用的可行性：抗拉強度、握持強度及撕裂強度大，且無方向性，施工便捷；延伸率低，無長期蠕變性；熔點≥230 ℃，在該溫度范圍內化學性能穩定，并可與瀝青混合料較好相容；與粘層油結合后形成防水層，即使瀝青面層開裂，也能有效阻止路表水入滲。

表1 聚酯玻纖土工布材料性能檢測結果

2 聚酯玻纖布的工程應用

2.1 工程概況

某高速公路主線長246.31 km，于2006年建成通車，因公路沿線經濟發展速度迅猛，至2018年底日交通量已達到50 000余輛，原公路承載能力已經無法滿足日益增長的交通量需求。公路管理部門決定于2020年初開始對原路面實施改擴建，具體采取兩側拼寬、局部分離的處治原則。拼寬施工期間不完全封閉交通，先施工南半幅，并從基層至面層一次成型，此后再轉而施工北半幅。為增強瀝青路面整體性，避免拼接后出現路面裂縫，必須在拼縫部位下面層頂部及基層頂面鋪設聚酯玻纖布材料。在車道中面層加鋪時，于瀝青面層及舊路瀝青基層既有反射裂縫處鋪設聚酯玻纖布。

2.2 施工材料及設備

2.2.1 聚酯玻纖布

該公路工程原設計方案下，聚酯玻纖布由各施工單位自行采購，其中3個標段選擇國產聚酯玻纖布材料，而另外2個標段選擇美國產TruPave聚酯玻纖布。原材料質量驗收時所遞交的產品性能檢驗及合格證書、外委檢測報告等均滿足《公路工程施工安全技術規范》（JTG F90—2015）。但試驗段施工后發現，國產聚酯玻纖布材料和進口材料工程性能差異較大，詳見表2。為此，項目管理部門決定，該公路工程全線路面拼接施工中均使用美國產Trupave聚酯玻纖布。

表2 國產聚酯玻纖布材料和進口材料工程性能比較

2.2.2 粘層油

該公路路面拼接施工以SBS改性熱瀝青為粘層油材料，材料性能檢驗結果（表3）符合《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2018）要求。結合鉆芯取樣試驗結果，當粘層油使用量較少時無法完全浸潤聚酯玻纖土工布材料，但該玻纖材料和基底層之間通過粘層油黏結良好，且材料本身具備較好的抗形變性能。但是隨著粘層油使用量的增大，油膜厚度隨之增大，聚酯玻纖布和基底間的黏結性能也因受油膜的阻隔[3]而下降。為此，必須加強粘層油使用量控制，并確保噴灑均勻，避免因灑布不均而出現軟弱區域。結合試驗段施工結果，粘層油使用量應控制在0.9～1.2 kg/m2之間，高出廠家推薦的0.6～0.9 kg/m2的用量。

表3 SBS改性熱瀝青性能檢測結果

2.2.3 瀝青

聚酯玻纖土工布必須鋪筑于熱瀝青上，故該工程使用刺入等級60～80的AC-20瀝青。瀝青最佳用量為1.1 L/m2，結合工程實際及預計的損耗量，可將瀝青使用量控制在1.2～1.3 L/m2范圍內。為避免出現液體瀝青預成熟現象，不得將瀝青加熱至204 ℃以上。

2.2.4 施工設備

在正式施工前，必須將施工設備及機具配備齊全，并加強日常檢查、調試與保養，確保設備和機具處于較好的性能狀態。施工設備主要有封層瀝青灑布車和聚酯玻纖布鋪裝車，瀝青灑布車必須配備加熱裝置，且噴頭必須改造為霧狀噴灑。施工機具包括空壓機、專用滾筒、涂刷工具等。

2.3 施工工序

該公路舊路硬路肩銑刨施工和面層拼接施工分別由路基單位和路面單位進行，施工期間路面設計標高進行了調整，故新舊基層頂面存在一定高差。為確保聚酯玻纖布材料鋪設質量，對拼接區域實施了二次精平銑刨處理，消除了新舊基層頂面高差[4]。此外，在施工開始前，還必須使用空壓機徹底清除新舊路面基層、拼縫和槽壁等處的松散顆粒、雜物，確保施工面潔凈干燥，并將舊路面尖銳部分鏟除，用瀝青混合料填補并整平破碎、凹陷等處，提升舊路基面和聚酯玻纖布的黏結性能。

待基層頂面達到潔凈干燥狀態后，按照0.7～1.2 kg/m2的用量均勻噴灑高滲透乳化瀝青透層油。此后，按設計用量噴灑SBS改性熱瀝青粘層油，噴灑寬度應超出聚酯玻纖土工布寬度的6～12 cm。對于新舊路面基層結合處，應選擇粘層油噴灑量和噴灑寬度上限，而新舊路下面層頂面結合處則選擇下限。SBS改性熱瀝青溫度應不超出160～170 ℃范圍。

聚酯玻纖布的鋪裝在SBS改性熱瀝青為液體狀態時進行，瀝青灑布車和聚酯玻纖布鋪裝車的距離應控制在10～15 cm之間。相鄰兩條聚酯玻纖布長度向搭接寬度應為5.1 cm，寬度向疊合寬度應為10.2 cm，最上面橫向接頭應與瀝青混凝土攤鋪施工方向一致，且全部接頭均應搭接在一起。使用滾筒碾壓鋪裝后的聚酯玻纖布，以使其與瀝青牢固黏結，為保證鋪裝質量，必須堅持線形直、撒布勻、受力緊、鋪裝平的施工原則。待完成聚酯玻纖土工布鋪裝施工后，瀝青粘層油冷卻至常溫前必須采取限行控制，嚴禁各類車輛及施工機具運行于玻纖土工布上，避免影響施工質量和效果。

2.4 施工注意事項

為保證施工效果，必須在5 ℃以上的且干燥無風的環境下展開聚酯玻纖布材料鋪筑，遭遇降雨后必須及時覆蓋，因淋雨而受潮的聚酯玻纖土工布材料必須風干后方可使用。玻纖布鋪筑時必須按直線鋪設，對于轉彎處，應將玻纖布剪開并重疊鋪設，同時噴涂SBS熱改性瀝青使重疊處良好膠結，防止玻纖布出現褶皺。

為避免因搭接處夾層厚度增大而減弱底面和上面層結合效果，甚至造成上面層鼓包、移位、脫離，玻纖布搭接寬度不應過寬，要裁剪掉過寬的搭接部分。聚酯玻纖土工布只有吸收適量粘層油后才能發揮出較好的隔水作用和層間黏結性能，故瀝青噴灑必須均勻。緊跟瀝青噴灑展開聚酯玻纖土工布鋪筑，并及時使用毛刷整平。在鋪筑聚酯玻纖土工布的過程中，如果出現寬度超出2.5 cm的條紋，均應割開并將切割面浸漬于瀝青層中疊合處理。熱瀝青的涂覆寬度應超出聚酯玻纖土工布寬度4 cm。

SBS改性熱瀝青及聚酯玻纖土工布材料對施工人員身體具有刺激性作用，故施工時必須穿戴好眼罩及防護手套，避免受到高溫瀝青燙傷及聚酯玻纖刺入。

3 施工質量控制及應用效果

因瀝青噴灑車噴頭不暢，噴頭呈柱狀而非霧狀，瀝青加熱溫度不夠，噴灑車和聚酯玻纖土工布鋪筑車距離太遠，施工溫度過低等原因，均會造成聚酯玻纖布與瀝青粘層脫空。為此，應當在施工開始前加強設備噴頭檢修，將SBS改性熱瀝青加熱溫度控制在160～170 ℃；噴灑車和玻纖布鋪裝車之間的距離控制在15 m以內。

因滾筒滾壓速度過快，滾筒滾面不平整，鋪裝車左右輪運行速度不一致，玻纖布張拉不足等原因，鋪裝后可能出現褶皺。為此，必須結合施工設備機具檢查結果，定期更換滾筒，施工時應使滾筒滾壓速度與鋪裝設備行進速度保持一致。

因聚酯玻纖土工布起頭不順直，底面未打線，基面不平整等原因，可能引起玻纖布鋪筑不順直。為此必須加強起頭控制，鋪裝車就位必須準確；應提前打線，對基面實施精細處理，局部銑刨精平。

該高速公路瀝青路面拼接過程中聚酯玻纖土工布鋪筑施工質量必須滿足表4要求。在瀝青混合料攤鋪前，全面檢查鋪筑后的玻纖土工布路面，符合要求后再實施混合料攤鋪。

表4 聚酯玻纖土工布檢測要求

4 結論

根據對該工程應用效果的分析，美國產Trupave聚酯玻纖布作為道路專用工程材料，各項技術性能檢測結果及工程實踐均表明了其較好的路用性能，對于降雨較為集中的南方地區舊路瀝青路面維修養護及路面裂縫的抑制和預防更為適用。應用此種土工布材料，還能結合公路運行實際，減少基層或面層厚度，經濟價值好。該病害公路段鋪筑聚酯玻纖土工布材料后的跟蹤調查結果顯示，鋪筑路段持續經歷2個雨季后，未出現反射裂縫、坑槽、水損等病害，與同地區其他未鋪設聚酯玻纖布的道路相比，性能十分優異。