纖維微表處技術在高速公路路面預防性養護中的應用

曹興堅

（甘肅省武威公路事業發展中心，甘肅武威 733000）

0 引言

為保障高速公路的質量，進行預防性養護工作非常重要，其中瀝青路面由于長時間受到車輛的碾壓，容易產生裂縫、坑洞問題。利用微表處技術進行修補，能夠延長高速公路的使用壽命。纖維微表處技術通過添加纖維，改變瀝青路面的膠體結構，在路面沒有發生塑性形變的情況下，應用該技術進行路面修補，能夠延緩路面老化，提高路用性能和使用年限。

1 玄武巖纖維微表處技術實施路段基本情況

對G3017 武金高速公路及G2012 營雙高速公路行車道進行鋪筑。2 條高速公路均建成于2013 年，10 月通車。在近幾年的通車運營中發現，部分路段出現瀝青油膜和施工材料的脫落，路面出現坑洞情況。下雨后，路面會囤積雨水，當車輛經過時，受到泵吸壓力的作用，附近集料出現剝落。同時，雨水經過縫隙滲透到路面中，在冬天會結凍破壞路體結構，導致高速公路路面的強度下降。為了解決當前瀝青路面的病害問題，延長高速公路的使用壽命、提高路況質量，進行預防性養護工作非常關鍵。

2 玄武巖纖維微表處技術的特點

纖維微表處是指將改性乳化瀝青、級配集料、纖維、填料、水和必要的添加劑等按照設計配比拌和成稀漿混合料并攤鋪到路面上的薄層結構，具有耗時短、耐久性高的特點。用于微表處技術的纖維包括木質素纖維、聚丙烯纖維和玄武巖纖維。近年來，各級專家通過反復試驗，驗證了各種纖維的優缺點。試驗表明，木質素纖維由于其吸油率高且結構不穩定，不建議用于微表處技術；聚丙烯纖維的混合時間長，施工相對容易。2018 年，有關學者對比了在高寒和高海拔環境下，纖維類型及用量、改性乳化瀝青類型對微表處技術應用性能的影響。結果表明，纖維的加入可以有效減緩低溫抗裂性能；加入聚丙烯纖維或玄武巖纖維，道路綜合性能最好。因此，經過綜合考慮和協商，該項目選擇加入玄武巖纖維。

2.1 玄武巖纖維的優點

玄武巖纖維主要的原材料為天然玄武巖，通過1500℃的高溫拉絲、浸潤完成制作。

在稀漿混合料中加入玄武巖纖維對其動態穩定性有明顯的改善作用。加入玄武巖纖維后的動態穩定性高于普通乳化瀝青，最多可提高34.2%；加入6mm 長纖維的稀漿混合料的動態穩定性最高，加入9mm 長纖維的稀漿混合料的動態穩定性低于加入6mm 長纖維的稀漿混合料。因為纖維的分散性，動態穩定性隨著纖維長度的增加而降低；因此，選擇合適的加入纖維長度對于發揮纖維的作用十分有益。纖維的應用使混合料中的筋性更強，能夠有效降低和延緩反射裂縫的現象，促進路面抗裂性能的提升，減少裂縫問題。

玄武巖纖維具有穩定性，在高溫環境下也不會失效。纖維在混合料中隨機分布，形成纖維網絡。這種結構網稱之為“結構瀝青網”，讓瀝青膠漿的黏滯性得到提升，增強高溫穩定性能。

黏附力增強，水損壞減少。纖維的表面可以吸附瀝青的油分，增加瀝青的黏附力，使集料中的各種物質緊密黏結在一起。

纖維瀝青膠結料具有較強的阻裂作用，提升瀝青混合料的抗裂性，使用后促進路面恢復彈性，提升微表處混合料的耐久性，延長瀝青路面的使用時間。

2.2 玄武巖纖維的缺點

玄武巖纖維主要有兩種類型，一種是用于公路工程熱拌瀝青混合料的親油性玄武巖纖維，另一種是常用于公路工程水泥混凝土的親水型玄武巖纖維。近年來的應用研究表明，關于玄武巖纖維用于微表處技術的信息很少，沒有有效解決施工過程中遇到的問題的依據[1]。在微表處技術施工過程中，由于稀漿混合料未加熱，混合料中的纖維分布不均勻，使用拖布拖動時，纖維容易嵌入拖布，導致路面不同程度的劃痕，表面不平整。玄武巖纖維難制造，原料少，因此價格偏高，用于路面預防性養護后，將增加養護成本。

3 路面病害調查及處治

3.1 路面病害調查

近年來，由于重載車輛數量逐年增加，行車道和超車道路面長期磨損，原路面部分路段的骨料和瀝青膠片脫落，車道上出現了小坑，嚴重影響了高速公路的通行質量和美觀性。為了提高高速公路的通行能力，防止水損壞路面，延長瀝青路面的使用壽命，進行了微表處施工，達到預防和降低風險的目的，顯著提升瀝青路面的防水性、抗滑性等，使路面外觀更加美觀。

3.2 路面病害處治

原路面精銑刨1cm。銑刨后，對原路面病害裂縫及坑槽進行處治，實施玄武巖纖維微表處技術[2]。

4 玄武巖纖維微表處技術的指標

4.1 纖維微表處技術材料的選用

纖維微表處技術材料的選用應嚴格按照施工規范要求進行，表1 為該工程中微表處技術用粗細集料的質量要求，詳細介紹了材料的選擇標準。

表1 微表處技術中粗細集料標準規范

纖維微表處技術應用的礦料主要為堅硬、清潔干燥、無雜質的石料，石料的粒徑需要滿足規范要求（見表2），該工程選用的合成集料級配為MS-Ⅲ型，含砂量在65%以上。

纖維微表處技術選用的改性乳化瀝青需要根據高速公路瀝青路面相關要求進行添加（見表3）。

表3 BCR 型改性乳化瀝青試驗標準表

改性劑劑量即改性劑中的有效成分應大于純瀝青質量的3%。

根據施工配合比，選用與石料配伍性好的纖維。纖維長度應為6mm，用量應為礦料的0.1%～0.3%；在選擇材料時，需要參照相關瀝青路面修補施工指南；選擇其他填料、添加劑和水，都需要在規范指南的要求下進行[3]。

4.2 配合比確定

根據規范及《微表處和稀漿封層技術指南》相關要求做好原料的比例調整，對操作過程進行如下闡述。

其一，對所有施工原料進行入場檢測。其二，根據級配要求進行原料配比，確保符合工程施工指南所述。其三，參照以往的施工經驗和規范要求，選擇相應比例的集料進行拌和試驗，主要包括改性乳化瀝青、纖維、礦料、水和添加劑等。拌和試驗主要測試最高溫度，再次進行黏聚性試驗，測試施工可以接受的最低溫度。其四，進行濕輪磨耗試驗和負荷輪碾壓試驗，掌握瀝青用量的范圍。其五，根據瀝青用量范圍，選擇適當用量的瀝青。其六，經過多次試驗，在充分考慮路面原構造深度、氣候、交通等外界因素的影響下，對需要修補的路段進行原料配合比的確定。選擇一段試驗路段進行混合料的檢測。當出現質量問題時，及時進行調整，防止后續返工補修，增加施工成本[4]。

5 玄武巖纖維微表處的鋪筑

5.1 玄武巖纖維微表處攤鋪

在攤鋪前，繪制控制線，方便對齊，再進行攤鋪。攤鋪時，攤鋪車需要嚴格按照控制線進行攤鋪。施工的過程需要堅持緩慢而連續的標準，保證攤鋪修補的用料平整均勻。在攤鋪過程中，需要保持攤鋪車的速度和混合料的攪拌速度相同，施工人員隨時在旁觀察，保證攤鋪的厚度和寬度，在出現攤鋪問題時應及時調整。始終保持攤鋪速度在1.5～3km/h。攤鋪車容量槽中混合料的體積控制在總容量的1/3～1/2。如果攤鋪車中的某一種原料快要用完時，需要及時閉合混合料的開關，加入原料。攪拌機中的混合料必須進行充分攪拌再攤鋪，完成攤鋪后，需要將攤鋪車駛離施工路段，及時清理攤鋪槽。如果在攤鋪過程中，有較大的石料對路面微表處造成刮痕時，需要人工進行清除和修補找平。此外，此方法也適用于縱、橫縫之間的突出部位，人工刮平的方式能夠提高施工質量。

5.2 道路養護

攤鋪結束后，需要加強重視道路的初期養護工作，封閉路段，車輛繞行。檢查修補的路面，發現有漏鋪或者缺陷的位置，進行補修。在完成養護后，及時清理施工過程中的垃圾，并在滿足通車條件后，盡快恢復通車。

5.3 玄武巖纖維微表處施工質量控制

5.3.1 施工質量控制

在施工前，必須提交每種材料的檢查報告，并在施工前對混合料進行抽樣檢測，滿足要求，才能開始施工。原材料和乳化瀝青的含水量發生變化時，必須按照標準調整配合比，并按照調整后的配合比再進行施工。

5.3.2 施工質量檢測

在施工過程中，應按照規范和相關準則，嚴格控制施工質量。施工質量與最終道路的完工密切相關。施工完成1 個月后，必須對道路進行檢測，不符合標準要求的必須重新返工維修。

6 玄武巖纖維微表處技術應用思考及評價

6.1 玄武巖纖維微表處技術應用思考

從工程應用情況來看，玄武巖纖維微表處技術的應用有效促進路面摩擦系數的增加，減少路面滲水問題，但是在施工過程中不能為節約施工成本而忽略了非車道部分，將所有的問題路面都修補后，能夠減少路面滲水堆積的情況。石料的配伍性控制非常重要，細集料的砂當量不可低于標準值。選擇混合料的配合比時，需要結合當地的道路需求和環境氣候特征進行適當的調整，選擇試驗路段進行試驗。施工人員的專業水平直接影響施工質量，因此需要選擇專業的施工隊伍。施工機械的選擇應以自動添加纖維的機械為首選，保證加入的纖維能夠均勻地分布在瀝青混合料中。在完成施工后，混合料不會黏附在車輪上后，方可開放交通，經過車輛的碾壓能夠促進路面密實度的提升。

6.2 玄武巖纖維微表處技術應用評價

玄武巖纖維微表處技術的應用，有效促進了路面抗裂性和耐磨性的提升，纖維微表處中添加的纖維能夠在混合料中改變瀝青膠體的結構，纖維具有穩定性、吸附性，實現對混合料的多向加筋，減少路面病害，延長路面的使用壽命，為高速公路工程的建設和發展提供保障，促進經濟效益和社會效益的提升。該技術將在今后高速公路預防性養護項目中被推廣應用。

7 結語

微表處技術的應用有助于提高預防性養護的質量，通過在G3017 武金高速公路及G2012 營雙高速公路中的應用，總結一套經濟實用且適合該轄區內高速公路的玄武巖纖維微表處技術施工工藝，為今后的預防性養護提供更多的選擇，同時也為纖維微表處技術實施提供有力的技術與實踐支持，對高速公路玄武巖纖維微表處預防性養護技術推廣具有重大意義。